虾蟹壳中甲壳素/蛋白质在离子液体中动态溶解原位观察及竞争性分离机制研究

Seafood processing of China produced a large number of shrimp and crab shell, which contain high quality biological resources - chitin. The insoluble property and intergrowth structure with protein are difficult issues for chitin separation from shrimp and crab shell. This project is intends to deal with waste resource recycling and utilization in China. A new method for chitin dissolution and separation from shrimp and crab shell base on ionic Liquids (ILs) is developed. Effects of the different characteristics of ILs on chitin and protein dissolution and separation are systematic researched. It is revealed intergrowth structure of chitin and protein from micro level by in-situ observation and molecular simulation, and establishes the competitive solution law in ILs. Study on the chitin regeneration regularity and interaction mechanism with regeneration solvent and ILs. New theory and method are established for dissolution and separation of chitin in waste shrimp and crab shell base on ILs. It opens a new way for the recycling of China's biomass waste resources.

我国海产品加工过程所产生的大量废弃虾、蟹壳中含有宝贵的优质生物资源—甲壳素。甲壳素较难溶解的特性及其与蛋白质在虾、蟹壳中的共生结构，是甲壳素不易从虾、蟹壳中溶解分离出来的难点问题。本项目面向我国海洋生物废弃资源的回收和利用，开发基于离子液体的虾、蟹壳中甲壳素溶解分离新方法；拟系统地研究离子液体不同特性对甲壳素和蛋白质溶解分离的影响规律及调控机制；通过原位观察及分子模拟手段，从微观层次揭示甲壳素和蛋白质在虾、蟹壳中的分布及共生情况，并建立甲壳素/蛋白质在离子液体中的竞争性分离溶解规律；考察甲壳素再生规律及其与再生溶剂、离子液体复杂体系之间的相互作用机制；建立离子液体高效、绿色溶解分离废弃虾、蟹壳中甲壳素的新理论和新方法，为我国海洋生物质废弃资源的回收利用开辟一条新途径。

针对目前我国甲壳素生产几乎全部采用强酸强碱法，环境污染极其严重问题，研究了虾蟹壳中甲壳素/蛋白质在离子液体中溶解分离机制，开发了离子液体溶解分离虾/蟹壳中的甲壳素制备技术。.1）设计开发出应用于虾/蟹壳分离制备甲壳素的离子液体.研究不同类型的离子液体对甲壳素和蛋白质的溶解能力，利用激光共聚焦显微镜，原子力显微镜等手段对虾壳表面结构进行表征、观察和分析甲壳素/蛋白质在离子液体中溶解与分离机制。经过20余种离子液体设计及大量实验筛选，获得了离子液体阴阳离子结构、团簇、氢键对甲壳素和蛋白质溶解分离影响规律及调控机制，寻找到一类可降解离子液体具有高效的蛋白质溶解效果，蛋白质溶解效果＞99.5%，甲壳素收率达到95%以上。.2）建立了公斤级模式工艺装置，形成吨级生产技术工艺包.开发设计了虾壳多组分分离制备甲壳素新技术，开发了离子液体回收及循环使用最佳工艺及方法，在醇中析出蛋白质后，离子液体使用20次以上一直保持高效分离效果。优化出了最佳反应条件和工艺参数，获得甲壳素制备放大规律，完成实验室制备甲壳素的模式装置搭建，并形成吨级离子液体溶解分离甲壳素的生产技术工艺包，进行新工艺经济性分析。.3）在项目实施过程中发表论文3篇，撰写专利3项，本项目培养博士研究生1名。