JP2012219260A - Method for producing chitin from crustacean shell of crustacea or shell of shellfish using ionic liquid - Google Patents
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Abstract
【課題】単純な工程で甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻から高純度のキチンを製造することができるキチンの製造方法を提供する。
【解決手段】キチン及び無機塩を含有する甲殻又は貝殻と式I:
[式中、
R1は、C1〜C4アルキルであり、
R2は、C1〜C4アルキル又はC2〜C4アルケニルであり、
Xは、ハロゲンである。]
で表されるイオン液体とを接触させてキチンを抽出するキチン抽出工程;及び
キチン抽出工程で得られたキチンを含有する抽出物とキレート剤とを接触させて、該抽出物から無機塩を除去する無機塩除去工程;
を含む、キチンの製造方法。
【選択図】なしProvided is a method for producing chitin, which can produce high-purity chitin from a crustacean shell or a shell of shellfish by a simple process.
A shell or shell containing chitin and an inorganic salt and formula I:
[Where:
R 1 is C 1 -C 4 alkyl;
R 2 is C 1 -C 4 alkyl or C 2 -C 4 alkenyl,
X is a halogen. ]
A chitin extraction step for extracting chitin by contacting with the ionic liquid represented by the formula; and an extract containing the chitin obtained in the chitin extraction step and a chelating agent are contacted to remove inorganic salts from the extract Removing inorganic salt;
A method for producing chitin, comprising:
[Selection figure] None
Description
本発明は、イオン液体を用いる甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻からのキチンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing chitin from a crustacean shell or shellfish shell using an ionic liquid.
キチンは、N-アセチル-D-グルコサミンがβ-1,4-グリコシド結合により重合した構造を有する天然グルカンである。天然に存在するキチンの平均分子量は、105〜106程度と言われている。 Chitin is a natural glucan having a structure in which N-acetyl-D-glucosamine is polymerized by β-1,4-glycosidic bonds. The average molecular weight of naturally occurring chitin is said to be about 10 5 to 10 6 .
キチンの加水分解物であるN-アセチル-D-グルコサミンは、健康食品として市販されている。また、キチンの脱アセチル化物であるキトサンは、第一級アミノ基を有するカチオン性多糖であることから、アミノ基及び糖鎖骨格の水酸基を利用した機能性材料として、金属吸着剤等の様々な用途が提案されている(特許文献1)。このため、N-アセチル-D-グルコサミン及びキトサンの原料となるキチンの需要も高まっている。 N-acetyl-D-glucosamine, a hydrolyzate of chitin, is commercially available as a health food. In addition, chitosan, which is a deacetylated product of chitin, is a cationic polysaccharide having a primary amino group. Therefore, various functional materials such as metal adsorbents are used as functional materials using amino groups and hydroxyl groups of sugar chain skeletons. Applications have been proposed (Patent Document 1). For this reason, the demand for chitin as a raw material for N-acetyl-D-glucosamine and chitosan is also increasing.
キチンは、節足動物の外皮、特に甲殻類の甲殻、軟体動物、特に貝類の貝殻、並びに真菌(カビ)及び担子菌(キノコ)の細胞壁の構成成分であり、セルロースに次いで豊富な天然物である。このため、キチンは専らこれらの生物材料から単離することによって製造されている。一方で、甲殻類の甲殻及び貝類の貝殻等は、漁業又は食品加工業の現場で大量に排出されるバイオマス廃棄物でもある。環境保護意識の高まりによって廃棄物の海洋投棄ができなくなった現在では、上記のようなバイオマス廃棄物の処理技術や有効利用技術の開発も急を要する課題となっている。 Chitin is a constituent of the cell walls of arthropod shells, especially crustacean shells, molluscs, particularly shellfish shells, and fungal (mushrooms) and basidiomycetes (mushrooms). is there. For this reason, chitin is produced exclusively by isolation from these biological materials. On the other hand, crustacean shells, shellfish shells, and the like are also biomass wastes that are discharged in large quantities in the fishery or food processing industries. At the present time when wastes cannot be dumped into the ocean due to increasing awareness of environmental protection, the development of biomass waste treatment technology and effective utilization technology as described above is an urgent issue.
甲殻類の甲殻及び貝類の貝殻には、約9〜17%のキチンが含まれている他、タンパク質及び炭酸カルシウム(CaCO3)等の無機塩が大量に含まれている。このため、甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻からキチンを製造するためには、これらの夾雑物からキチンを精製・単離する必要がある。甲殻からキチンを製造する方法として、通常、甲殻を塩酸処理して無機塩を除去し、次いで水酸化ナトリウム水溶液でタンパク質を加水分解する方法が行われている(非特許文献1)。しかしながら、この方法は、工程が煩雑であり、且つ強酸及び強塩基を用いるためβ-1,4-グリコシド結合の加水分解及び脱アセチル化が進行するという問題が存在した。 Crustacean shells and shellfish shells contain about 9 to 17% chitin, and also contain large amounts of protein and inorganic salts such as calcium carbonate (CaCO 3 ). For this reason, in order to produce chitin from the crustacean shell or shellfish shell, it is necessary to purify and isolate the chitin from these impurities. As a method for producing chitin from the shell, a method is generally employed in which the shell is treated with hydrochloric acid to remove inorganic salts, and then the protein is hydrolyzed with an aqueous sodium hydroxide solution (Non-patent Document 1). However, this method has a problem that the process is complicated and a hydrolysis and deacetylation of β-1,4-glycoside bond proceeds because of the use of a strong acid and a strong base.
本発明者は、イオン液体の一種である臭化 1-アリル-3-メチルイミダゾリウム(AMIMBr)が、キチンに対し優れた溶解性を有することを見出した(非特許文献2)。イオン液体は、アニオンとカチオンとからなる常温で液体の塩であり、蒸気圧が極めて低い特徴を有する。特許文献2〜4は、ハロゲン化イミダゾリウムのイオン液体を含有する溶媒を用いて甲殻類の甲殻からキチンを製造する方法を記載する。非特許文献3は、イオン液体の1-エチル-3-メチルイミダゾリウム酢酸塩を用いて甲殻類の甲殻からキチンを製造する方法を記載する。 The present inventor has found that 1-allyl-3-methylimidazolium bromide (AMIMBr), which is a kind of ionic liquid, has excellent solubility in chitin (Non-patent Document 2). An ionic liquid is a salt that is liquid at room temperature composed of an anion and a cation, and has a characteristic of extremely low vapor pressure. Patent documents 2 to 4 describe a method for producing chitin from a crustacean shell using a solvent containing an ionic liquid of imidazolium halide. Non-Patent Document 3 describes a method for producing chitin from crustacean shells using 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate as an ionic liquid.
甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻からキチンを製造する場合、塩酸及び水酸化ナトリウムを用いる方法は、工程が煩雑であり、且つ強酸及び強塩基を用いるためβ-1,4-グリコシド結合の加水分解及び脱アセチル化が進行するという問題が存在した。一方、本発明者が開発したイオン液体(非特許文献2及び特許文献2〜4)は、穏和な条件でキチンを溶解するため加水分解及び脱アセチル化の進行を抑制することができる。しかしながら、このイオン液体を用いる甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻からのキチンの抽出では、甲殻及び貝殻に多量に含まれるCaCO3等の無機塩の混入が予想され、高純度のキチンを製造する方法は確立されていなかった。また、非特許文献3に記載の方法では、甲殻類の甲殻がエビ殻に限定されており、且つ使用されるイオン液体が非特許文献2及び特許文献2〜4に記載のハロゲン化イミダゾリウムと比較して特殊な化合物であるという問題が存在した。 When producing chitin from crustacean shells or shells of shellfish, the method using hydrochloric acid and sodium hydroxide is complicated, and the use of strong acids and strong bases results in hydrolysis of β-1,4-glycosidic bonds. And the problem that deacetylation proceeds. On the other hand, since the ionic liquids developed by the present inventors (Non-patent Document 2 and Patent Documents 2 to 4) dissolve chitin under mild conditions, the progress of hydrolysis and deacetylation can be suppressed. However, extraction of chitin from crustacean shells or shellfish shells using this ionic liquid is expected to contain a large amount of inorganic salts such as CaCO 3 contained in the shell and shells, and a method for producing high-purity chitin Was not established. Further, in the method described in Non-Patent Document 3, the crustacean shell is limited to shrimp shell, and the ionic liquid used is the imidazolium halide described in Non-Patent Document 2 and Patent Documents 2 to 4. In comparison, there was a problem of being a special compound.
それ故、本発明は、単純な工程で甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻から高純度のキチンを製造することができるキチンの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing chitin, which can produce high-purity chitin from a crustacean shell or a shellfish shell by a simple process.
本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、甲殻又は貝殻からイオン液体を用いてキチンを抽出した後、キレート剤で処理することにより、キチン抽出物中に含まれるCaCO3等の無機塩を効率的に除去して高純度のキチンを製造できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of various studies on means for solving the above-mentioned problems, the present inventor extracted the chitin from the shell or shell using an ionic liquid, and then treated with a chelating agent to thereby contain CaCO contained in the chitin extract. The present inventors have found that high-purity chitin can be produced by efficiently removing inorganic salts such as 3 etc.
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1) キチン及び無機塩を含有する甲殻又は貝殻と式I:
R1は、C1〜C4アルキルであり、
R2は、C1〜C4アルキル又はC2〜C4アルケニルであり、
Xは、ハロゲンである。]
で表されるイオン液体とを接触させてキチンを抽出するキチン抽出工程;及び
キチン抽出工程で得られたキチンを含有する抽出物とキレート剤とを接触させて、該抽出物から無機塩を除去する無機塩除去工程;
を含む、キチンの製造方法。
(2) キレート剤が、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸及びニトリロ三酢酸から選択される、前記(1)の方法。
(3) キチン抽出工程において、80〜120℃の範囲の温度で6〜48時間キチンを抽出する、前記(1)又は(2)の方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) Shell or shell containing chitin and inorganic salt and formula I:
R 1 is C 1 -C 4 alkyl;
R 2 is C 1 -C 4 alkyl or C 2 -C 4 alkenyl,
X is a halogen. ]
A chitin extraction step for extracting chitin by contacting with the ionic liquid represented by the formula; and an extract containing the chitin obtained in the chitin extraction step and a chelating agent are contacted to remove inorganic salts from the extract Removing inorganic salt;
A method for producing chitin, comprising:
(2) The method according to (1) above, wherein the chelating agent is selected from citric acid, ethylenediaminetetraacetic acid and nitrilotriacetic acid.
(3) The method according to (1) or (2) above, wherein in the chitin extraction step, chitin is extracted for 6 to 48 hours at a temperature in the range of 80 to 120 ° C.
本発明により、単純な工程で甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻から高純度のキチンを製造することができるキチンの製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing chitin that can produce high-purity chitin from a crustacean shell or a shellfish shell by a simple process.
本発明は、キチンの製造方法に関する。以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 The present invention relates to a method for producing chitin. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
<1. キチン抽出工程>
本発明の方法は、キチン及び無機塩を含有する甲殻又は貝殻とイオン液体とを接触させてキチンを抽出するキチン抽出工程を含む。
<1. Chitin extraction process>
The method of the present invention includes a chitin extraction step of extracting chitin by bringing a shell or shell containing chitin and an inorganic salt into contact with an ionic liquid.
本明細書において、「甲殻類」は、甲殻を有する節足動物を意味し、「甲殻」は、甲羅状の外皮を意味する。また、本明細書において、「貝類」は、貝殻を有する軟体動物を意味し、「貝殻」は、動物体(軟体部)の周囲に形成された動物体を保護する甲羅状の器官を意味する。本工程において使用される甲殻は、エビ及びカニからなる群より選択される甲殻類の甲殻であることが好ましい。また、本工程において使用される貝殻は、ホタテガイの貝殻であることが好ましい。上記の甲殻及び貝殻は、キチン、タンパク質及び炭酸カルシウム(CaCO3)のような無機塩を主成分として含有する。それ故、上記の甲殻又は貝殻をキチン源として用いることにより、高収量でキチンを製造することが可能となる。 In the present specification, “crustacea” means an arthropod having a crust, and “crustacea” means a shell-like outer skin. In the present specification, “shellfish” means a mollusk having a shell, and “shell” means a shell-like organ that protects the animal body formed around the animal body (soft body part). . The crust used in this step is preferably a crustacean crust selected from the group consisting of shrimp and crab. The shell used in this step is preferably a scallop shell. The above-mentioned shells and shells contain chitin, protein and inorganic salts such as calcium carbonate (CaCO 3 ) as main components. Therefore, by using the above shell or shell as a chitin source, it becomes possible to produce chitin with high yield.
本明細書において、「イオン液体」は、アニオンとカチオンとからなる常温で液体の塩を意味する。イオン液体は、蒸気圧が極めて低いため不揮発性であるという特徴を有する。本発明者は、特定のイオン液体が、セルロース及びキチンのような難溶性の多糖類を溶解させ得ることを見出した(特許文献2〜4、非特許文献2)。それ故、本工程において使用されるイオン液体は、式I:
本明細書において、「アルキル」は、特定の数の炭素原子を含む、直鎖又は分枝鎖の脂肪族炭化水素基を意味する。例えば、「C1〜C4アルキル」は、少なくとも1個且つ多くても4個の炭素原子を含む、直鎖又は分枝鎖の炭化水素鎖を意味する。好適なアルキルは、限定するものではないが、例えばメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、イソブチル及びtert-ブチルを挙げることが出来る。 As used herein, “alkyl” means a straight or branched chain aliphatic hydrocarbon group containing the specified number of carbon atoms. For example, “C 1 -C 4 alkyl” means a straight or branched hydrocarbon chain containing at least 1 and at most 4 carbon atoms. Suitable alkyls include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl and tert-butyl.
本明細書において、「アルケニル」は、前記アルキルの1個以上のC-C単結合が二重結合に置換された基を意味する。好適なアルケニルは、限定するものではないが、例えばビニル、1-プロペニル、アリル、1-メチルエテニル(イソプロペニル)、1-ブテニル、2-ブテニル、3-ブテニル、1-メチル-2-プロペニル、2-メチル-2-プロペニル、1-メチル-1-プロペニル及び2-メチル-1-プロペニルを挙げることが出来る。 In the present specification, “alkenyl” means a group in which one or more C—C single bonds of the alkyl are substituted with double bonds. Suitable alkenyls include, but are not limited to, vinyl, 1-propenyl, allyl, 1-methylethenyl (isopropenyl), 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-methyl-2-propenyl, 2 Mention may be made of -methyl-2-propenyl, 1-methyl-1-propenyl and 2-methyl-1-propenyl.
式Iで表される化合物において、R1は、C1〜C4アルキル及びC2〜C4アルケニルからなる群より選択されることが好ましく、C1〜C4アルキルであることがより好ましく、メチル又はエチルであることが特に好ましい。 In the compound represented by Formula I, R 1 is preferably selected from the group consisting of C 1 -C 4 alkyl and C 2 -C 4 alkenyl, more preferably C 1 -C 4 alkyl, Particularly preferred is methyl or ethyl.
式Iで表される化合物において、R2は、C1〜C4アルキル及びC2〜C4アルケニルからなる群より選択されることが好ましく、C1〜C4アルキル又はアリルであることがより好ましく、アリルであることが特に好ましい。 In the compound represented by formula I, R 2 is preferably selected from the group consisting of C 1 -C 4 alkyl and C 2 -C 4 alkenyl, and more preferably C 1 -C 4 alkyl or allyl. Preferably, it is allyl.
式Iで表される化合物において、Xはハロゲンを意味する。Xは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群より選択されることが好ましく、臭素であることがより好ましい。 In the compounds of the formula I, X means halogen. X is preferably selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine, more preferably bromine.
式Iで表される化合物において、R1がC1〜C4アルキルであり、R2がC1〜C4アルキル又はC2〜C4アルケニルであり、Xがハロゲンであることが特に好ましい。 In the compounds of the formula I, it is particularly preferred that R 1 is C 1 -C 4 alkyl, R 2 is C 1 -C 4 alkyl or C 2 -C 4 alkenyl and X is halogen.
特に好ましくは、式Iで表される化合物は、臭化 1-アリル-3-メチルイミダゾリウム (AMIMBr)、又は臭化 1-エチル-3-メチルイミダゾリウムである。 Particularly preferably, the compound of the formula I is 1-allyl-3-methylimidazolium bromide (AMIMBr) or 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide.
本工程において、上記のイオン液体は、単独で用いてもよく、2以上のイオン液体を含有するイオン液体混合物の形態で用いてもよく、1又は複数のイオン液体と1又は複数の溶媒とを含有する溶媒混合物の形態で用いてもよい。いずれの形態であっても本工程の「イオン液体」に包含するものとする。ここで、溶媒混合物を形成し得る溶媒は、限定するものではないが、例えば、メタノール、エタノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N,-ジメチルホルムアミド及び1-メチル-2-ピロリドンを挙げることができる。しかしながら、本工程において使用されるイオン液体は、単独の形態で用いることが好ましい。上記のイオン液体を用いることにより、甲殻及び貝殻に含まれるキチンを効率的に溶解させることが可能となる。 In this step, the ionic liquid may be used alone or in the form of an ionic liquid mixture containing two or more ionic liquids, and one or more ionic liquids and one or more solvents are used. You may use in the form of the solvent mixture to contain. Any form is included in the “ionic liquid” in this step. Here, the solvent that can form the solvent mixture is not limited, but for example, methanol, ethanol, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N, -dimethylformamide and 1-methyl-2 -Pyrrolidone can be mentioned. However, the ionic liquid used in this step is preferably used in a single form. By using the ionic liquid, chitin contained in the shell and shell can be efficiently dissolved.
本工程において、甲殻又は貝殻とイオン液体との重量比は、1:2〜1:100の範囲であることが好ましく、1:5〜1:20であることがより好ましい。上記の重量比で甲殻又は貝殻とイオン液体とを接触させることにより、抽出物から無機塩を除去することが可能となる。 In this step, the weight ratio between the shell or shell and the ionic liquid is preferably in the range of 1: 2 to 1: 100, more preferably 1: 5 to 1:20. By bringing the shell or shell and the ionic liquid into contact with each other at the above weight ratio, the inorganic salt can be removed from the extract.
本工程において、キチンを抽出する温度は、80〜120℃の範囲であることが好ましく、80〜100℃の範囲であることがより好ましい。また、キチンを抽出する時間は、6〜48時間の範囲であることが好ましく、6〜24時間の範囲であることがより好ましい。 In this step, the temperature for extracting chitin is preferably in the range of 80 to 120 ° C, and more preferably in the range of 80 to 100 ° C. The time for extracting chitin is preferably in the range of 6 to 48 hours, and more preferably in the range of 6 to 24 hours.
上記の条件で本工程を実施することにより、甲殻又は貝殻から効率的にキチンを抽出することが可能となる。 By carrying out this step under the above conditions, chitin can be efficiently extracted from the shell or shell.
<2. 無機塩除去工程>
本発明の方法は、キチン抽出工程で得られたキチンを含有する抽出物とキレート剤とを接触させて、該抽出物から無機塩を除去する無機塩除去工程を含む。キチン抽出工程で得られる抽出物は、キチンだけでなく、甲殻及び貝殻に多量に含まれる無機塩も含有する。ここで、抽出物に含有され得る無機塩としては、炭酸カルシウム(CaCO3)のような金属イオン塩を挙げることができる。上記の無機塩は一般に不溶性であるため、遠心分離及び濾過のような通常の分離手段ではキチンと一緒に挙動し、容易に分離することはできない。また、強酸処理によって無機塩を可溶化させると、β-1,4-グリコシド結合の加水分解及び脱アセチル化が進行してキチンの収率低下を招く。
<2. Inorganic salt removal process>
The method of the present invention includes an inorganic salt removing step of contacting an extract containing chitin obtained in the chitin extraction step with a chelating agent to remove inorganic salts from the extract. The extract obtained by the chitin extraction process contains not only chitin but also inorganic salts contained in large amounts in the shell and shell. Here, examples of the inorganic salt that can be contained in the extract include metal ion salts such as calcium carbonate (CaCO 3 ). Since the above inorganic salts are generally insoluble, they usually behave together with chitin by conventional separation means such as centrifugation and filtration and cannot be easily separated. In addition, when an inorganic salt is solubilized by a strong acid treatment, hydrolysis and deacetylation of a β-1,4-glycoside bond proceeds, leading to a decrease in chitin yield.
本発明者は、キチン抽出工程で得られるキチンを含有する抽出物をキレート剤であるクエン酸水溶液に加えると、金属イオンがキレートされて錯体イオンの形態で可溶化するため、再沈殿するキチンと容易に分離できることを見出した。また、本発明者は、この方法で得られたキチンは、無機塩だけでなく、タンパク質の含有量も低いことを見出した。それ故、本工程を実施することにより、高純度のキチンを製造することが可能となる。 When the present inventors add an extract containing chitin obtained in the chitin extraction step to an aqueous citric acid solution that is a chelating agent, metal ions are chelated and solubilized in the form of complex ions. It was found that it can be easily separated. The inventor has also found that chitin obtained by this method has a low protein content as well as inorganic salts. Therefore, high-purity chitin can be produced by carrying out this step.
本工程において使用されるキレート剤は特に限定されず、Ca2+のような金属イオンをキレートし得る通常のキレート剤を使用することができる。具体的には、本工程において使用されるキレート剤は、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸又はニトリロ三酢酸であることが好ましく、クエン酸であることがより好ましい。クエン酸は、食品添加物としても慣用されている安価な化合物であり、甲殻及び貝殻に特に多く含まれるCa2+と選択的にキレート結合することから特に好ましい。 The chelating agent used in this step is not particularly limited, and a normal chelating agent capable of chelating metal ions such as Ca 2+ can be used. Specifically, the chelating agent used in this step is preferably citric acid, ethylenediaminetetraacetic acid or nitrilotriacetic acid, and more preferably citric acid. Citric acid is an inexpensive compound that is also commonly used as a food additive, and is particularly preferred because it selectively chelates with Ca 2+, which is particularly abundant in shells and shells.
本工程は、水又は水と水混和性溶媒との混合溶媒中で、キチン抽出工程で得られるキチンを含有する抽出物とキレート剤とを接触させることによって実施されることが好ましい。本工程において使用される水混和性溶媒は、メタノール、エタノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N,-ジメチルホルムアミド又は1-メチル-2-ピロリドンであることが好ましい。水と水混和性溶媒との混合比は、10:1〜1000:1の範囲であることが好ましく、100:1〜1000:1であることがより好ましい。本工程は、水中で、キチン抽出工程で得られるキチンを含有する抽出物とキレート剤とを接触させることによって実施されることが特に好ましい。水又は上記の混合溶媒中で抽出物とキレート剤とを接触させることにより、無機塩に由来する金属イオンを水又は混合溶媒中に可溶化させて、キチンと分離することが可能となる。 This step is preferably carried out by bringing the extract containing chitin obtained in the chitin extraction step into contact with the chelating agent in water or a mixed solvent of water and a water-miscible solvent. The water-miscible solvent used in this step is preferably methanol, ethanol, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N, -dimethylformamide or 1-methyl-2-pyrrolidone. The mixing ratio of water and the water-miscible solvent is preferably in the range of 10: 1 to 1000: 1, and more preferably 100: 1 to 1000: 1. This step is particularly preferably carried out by bringing an extract containing chitin obtained in the chitin extraction step into contact with a chelating agent in water. By bringing the extract and the chelating agent into contact with each other in water or the above mixed solvent, metal ions derived from inorganic salts can be solubilized in water or the mixed solvent and separated from chitin.
本工程において、抽出物とキレート剤との重量比は、抽出物の総重量に基づく場合、1:1〜1:50の範囲であることが好ましく、1:5〜1:10であることがより好ましい。また、抽出物に含まれるキチンの重量に基づく場合、1:10〜1:500の範囲であることが好ましく、1:50〜1:100であることがより好ましい。上記の重量比でキチン抽出物とキレート剤とを接触させることにより、高純度のキチンを得ることが可能となる。 In this step, the weight ratio of the extract to the chelating agent is preferably in the range of 1: 1 to 1:50, preferably 1: 5 to 1:10, based on the total weight of the extract. More preferred. Moreover, when based on the weight of chitin contained in the extract, the range is preferably 1:10 to 1: 500, more preferably 1:50 to 1: 100. By bringing the chitin extract and the chelating agent into contact with each other at the above weight ratio, high-purity chitin can be obtained.
本工程において、抽出物とキレート剤とを接触させる温度は、10〜50℃の範囲であることが好ましく、20〜30℃の範囲であることがより好ましい。また、抽出物とキレート剤とを接触させる時間は、1〜24時間の範囲であることが好ましく、3〜10時間の範囲であることがより好ましい。 In this step, the temperature at which the extract is brought into contact with the chelating agent is preferably in the range of 10 to 50 ° C, more preferably in the range of 20 to 30 ° C. The time for contacting the extract with the chelating agent is preferably in the range of 1 to 24 hours, and more preferably in the range of 3 to 10 hours.
抽出物とキレート剤とを接触させることにより得られるキチンは、例えば濾過又は遠心分離のような慣用の手段によって反応混合物から分離し、所望により水を用いて洗浄することが出来る。
上記の条件で本工程を実施することにより、高純度のキチンを製造することが可能となる。
The chitin obtained by contacting the extract with a chelating agent can be separated from the reaction mixture by conventional means such as filtration or centrifugation, and washed with water if desired.
By carrying out this step under the above conditions, high-purity chitin can be produced.
以下、実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
<実施例1>
[キチンの直接抽出精製]
カニ殻として、肥料用に市販されている乾燥カニ殻(有限会社たまごや製)を用いた。カニ殻を水で煮沸処理した後、ふるいで選別して、約3〜5 mm角のカニ殻の小片を得た。2.0 gのカニ殻の小片を、20.0 gの臭化 1-アリル-3-メチルイミダゾリウム (AMIMBr)に加え、100℃で24時間加熱撹拌してキチンを抽出した。その後、得られた反応液を遠心分離して粗キチン(試料1-1)を含む上清を得た。この上清を、500 mlの1.5重量/体積%クエン酸水溶液に加えて、室温で3時間撹拌してキチンの再沈殿と無機塩の除去(脱灰)を行った。得られた沈殿物を濾別し、水で洗浄した後、乾燥させて、0.22 gのキチン(試料1-2)を得た(収率(重量比):約11%)。
<Example 1>
[Direct extraction and purification of chitin]
As crab shells, dried crab shells (manufactured by Tamagoya Co., Ltd.) marketed for fertilizers were used. The crab shell was boiled with water and then screened to obtain a small piece of crab shell of about 3 to 5 mm square. A small piece of 2.0 g of crab shell was added to 20.0 g of 1-allyl-3-methylimidazolium bromide (AMIMBr) and heated and stirred at 100 ° C. for 24 hours to extract chitin. Thereafter, the obtained reaction solution was centrifuged to obtain a supernatant containing crude chitin (Sample 1-1). This supernatant was added to 500 ml of 1.5 wt / vol% citric acid aqueous solution and stirred at room temperature for 3 hours to reprecipitate chitin and remove inorganic salts (decalcification). The resulting precipitate was filtered off, washed with water, and then dried to obtain 0.22 g of chitin (sample 1-2) (yield (weight ratio): about 11%).
[キチンの同定]
得られた試料1-1及び1-2を、X線粉末回折(XRD)によって解析した。結果を図1に示す。
図1に示すように、試料1-1のXRDスペクトル(A)には、キチン由来の回折ピーク(スペクトルC)が僅かに観測されたものの、CaCO3に由来する2θ=30°以上の回折ピークがより強く観測された。このことから、AMIMBrによる抽出でカニ殻から粗キチンを得ることはできるが、この粗キチンにはカニ殻に多く含まれるCaCO3が多量に混入していることが明らかとなった。
[Identification of chitin]
Samples 1-1 and 1-2 obtained were analyzed by X-ray powder diffraction (XRD). The results are shown in Figure 1.
As shown in FIG. 1, in the XRD spectrum (A) of Sample 1-1, although a diffraction peak derived from chitin (spectrum C) was slightly observed, a diffraction peak of 2θ = 30 ° or more derived from CaCO 3 Was observed more strongly. From this, it was clarified that crude chitin can be obtained from crab shell by extraction with AMIMBr, but a large amount of CaCO 3 contained in crab shell is contained in this crude chitin.
これに対し、クエン酸水溶液による脱灰後の試料1-2のXRDスペクトル(B)では、CaCO3に由来する2θ=30°以上の回折ピークが消失し、キチン由来の回折ピーク(スペクトルC)が強く観測された。このことから、試料1-1を含む上清にクエン酸水溶液を加えて脱灰すると、CaCO3のような無機塩が除去され、高純度のキチンを得られることが明らかとなった。 In contrast, in the XRD spectrum (B) of Sample 1-2 after decalcification with an aqueous citric acid solution, the diffraction peak of 2θ = 30 ° or more derived from CaCO 3 disappears, and the diffraction peak derived from chitin (spectrum C) Was strongly observed. From this, it was clarified that when a citric acid aqueous solution was added to the supernatant containing Sample 1-1 and decalcified, inorganic salts such as CaCO 3 were removed, and high-purity chitin could be obtained.
[脱アセチル化度の決定]
得られた試料1-2を、赤外吸収分光法(IR)によって解析した。結果を図2に示す。
図2に示すように、試料1-2のIRスペクトル(A)は、市販キチンのIRスペクトル(B)と同様のスペクトルパターンを示し、試料1-2が高純度キチンであることが確認された。
[Determination of degree of deacetylation]
Sample 1-2 thus obtained was analyzed by infrared absorption spectroscopy (IR). The result is shown in figure 2.
As shown in FIG. 2, the IR spectrum (A) of Sample 1-2 shows the same spectral pattern as the IR spectrum (B) of commercially available chitin, confirming that Sample 1-2 is high-purity chitin. .
ここで、見矢らの方法(見矢勝、岩本令吉、太田浩二、美馬精一、高分子論文集、1985年、第42巻、p. 181-189)にしたがい、キチンの脱アセチル化度を算出した。図2のスペクトルAにおいて、アミドのN-H変角に由来する1554 cm-1の吸収ピークと、アミン又はアミドのC-N伸縮に由来する897 cm-1の吸収ピークとのピーク面積比から、試料1-2のキチンの脱アセチル化度を5%未満と決定した。 Here, the degree of deacetylation of chitin according to the method of MIYA et al. (Katsumi MIYA, Reikichi Iwamoto, Koji Ota, Seiichi Mima, 1985, Vol. 42, p. 181-189) Was calculated. In spectrum A of FIG. 2, from the peak area ratio of the absorption peak at 1554 cm −1 derived from the NH bending angle of the amide and the absorption peak at 897 cm −1 derived from the CN stretching of the amine or amide, the sample 1- The degree of deacetylation of 2 chitin was determined to be less than 5%.
[タンパク質含有量の決定]
得られた試料1-2のタンパク質含有量を、Lowryらの方法(Lowry, O.H.ら、J. Biol. Chem., 1951年, 第193巻, p. 265-275)にしたがって決定した。1.0 gの試料1-2に200 mlの5重量/体積%水酸化ナトリウム水溶液を加え、95℃で2.5時間撹拌した。その後、遠心分離して上清を得た。1.0 mlの上清に、5 mlの試薬A(2%NaCOを含有する0.10 N NaOH水溶液と0.5% CuSO4・5H2Oを含有する1%酒石酸ナトリウム水溶液との45:5混合液)を加え、10分間静置した。次いで、0.5 mlの1Nフォーリン試薬を加え、30分間静置した後、750 nmの吸光度を測定した。得られた吸光度を検量線に当てはめ、タンパク質含有量を決定した。その結果、試料1-2のタンパク質含有量はその総重量に対して0.1重量%未満であることが明らかとなった。
[Determination of protein content]
The protein content of the obtained sample 1-2 was determined according to the method of Lowry et al. (Lowry, OH et al., J. Biol. Chem., 1951, 193, p. 265-275). To 1.0 g of Sample 1-2, 200 ml of 5 wt / vol% sodium hydroxide aqueous solution was added and stirred at 95 ° C. for 2.5 hours. Thereafter, the supernatant was obtained by centrifugation. To 1.0 ml of supernatant, add 5 ml of Reagent A (45: 5 mixture of 0.10 N NaOH aqueous solution containing 2% NaCO and 1% sodium tartrate aqueous solution containing 0.5% CuSO 4 · 5H 2 O) And left for 10 minutes. Next, 0.5 ml of 1N foreign reagent was added and allowed to stand for 30 minutes, and then the absorbance at 750 nm was measured. The obtained absorbance was applied to a calibration curve to determine the protein content. As a result, it was revealed that the protein content of Sample 1-2 was less than 0.1% by weight based on the total weight.
[重量平均分子量の決定]
Martinらの方法(Martin, P.ら、Carbohydr. Polym., 2002年, 第50巻, p. 363-370)にしたがい、粘度法により重量平均分子量を決定した。0.002 g, 0.004 g及び0.006 gの試料1-2をそれぞれ10 mlの5重量%ジメチルアセトアミド(DMAc)/LiCl溶液に溶解させ、室温で6時間撹拌した後、粘度を測定した。得られた粘度をMark-Houwink-桜田の式に適用し、重量平均分子量を算出した。その結果、重量平均分子量Mwを、3.0×105と決定した。
[Determination of weight average molecular weight]
The weight average molecular weight was determined by the viscosity method according to the method of Martin et al. (Martin, P. et al., Carbohydr. Polym., 2002, Vol. 50, p. 363-370). 0.002 g, 0.004 g, and 0.006 g of Sample 1-2 were dissolved in 10 ml of 5 wt% dimethylacetamide (DMAc) / LiCl solution, stirred for 6 hours at room temperature, and then the viscosity was measured. The obtained viscosity was applied to the Mark-Houwink-Sakurada equation to calculate the weight average molecular weight. As a result, the weight average molecular weight M w was determined to be 3.0 × 10 5 .
<実施例2>
実施例1のキチンの直接抽出精製手順において、AMIMBrを加えてキチンを抽出する時間を変化させた他は上記と同様の条件で、カニ殻からキチンを抽出精製した。得られたキチンの脱アセチル化度及び重量平均分子量Mwを、実施例1と同様の方法で決定した。結果を表1に示す。
<Example 2>
In the procedure for direct extraction and purification of chitin in Example 1, chitin was extracted and purified from crab shells under the same conditions as above except that AMIMBr was added to change the time for extracting chitin. The degree of deacetylation and the weight average molecular weight M w of the obtained chitin were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、抽出時間を長くするにしたがってキチンの収率は向上したが、脱アセチル化度及び重量平均分子量は同一又は略同一の値を示した。また、試料2-1〜2-5のキチンの脱アセチル化度及び重量平均分子量は、比較例の市販キチンの値と良く一致した。 As shown in Table 1, the chitin yield improved as the extraction time was increased, but the degree of deacetylation and the weight average molecular weight showed the same or substantially the same value. Moreover, the deacetylation degree and weight average molecular weight of chitin of Samples 2-1 to 2-5 were in good agreement with the values of the commercially available chitin of the comparative example.
本発明の方法により、単純な工程で甲殻類の甲殻又は貝類の貝殻から高純度のキチンを製造することが可能となる。 The method of the present invention makes it possible to produce high-purity chitin from a crustacean shell or shellfish shell by a simple process.
Claims (3)
R1は、C1〜C4アルキルであり、
R2は、C1〜C4アルキル又はC2〜C4アルケニルであり、
Xは、ハロゲンである。]
で表されるイオン液体とを接触させてキチンを抽出するキチン抽出工程;及び
キチン抽出工程で得られたキチンを含有する抽出物とキレート剤とを接触させて、該抽出物から無機塩を除去する無機塩除去工程;
を含む、キチンの製造方法。 Shells or shells containing chitin and inorganic salts and formula I:
R 1 is C 1 -C 4 alkyl;
R 2 is C 1 -C 4 alkyl or C 2 -C 4 alkenyl,
X is a halogen. ]
A chitin extraction step for extracting chitin by contacting with the ionic liquid represented by the formula; and an extract containing the chitin obtained in the chitin extraction step and a chelating agent are contacted to remove inorganic salts from the extract Removing inorganic salt;
A method for producing chitin, comprising:
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