一種從蝦蟹副產物製備活性肽粉和甲殼素的方法
2023-04-27 21:09:46 1
一種從蝦蟹副產物製備活性肽粉和甲殼素的方法
【專利摘要】一種從蝦蟹副產物製備活性肽粉和甲殼素的方法，屬於生物資源高效加工【技術領域】。先將新鮮的蝦蟹殼擠壓破碎，再以水浸沒蝦蟹殼，在超聲波中提取處理後再加入蛋白酶進行兩次酶解處理，酶解結束後，瀝出第二次酶解液；在瀝出第二次酶解液的蝦蟹殼洗滌至中性後，再加入酸進行脫鈣處理，再經清洗、乾燥後取得甲殼素；將擠壓破碎時擠出的膏狀蛋白和脂肪組織與第一次酶解液混合，酶解結束後，取溶液真空濃縮，再經噴霧乾燥製得活性肽粉。本發明能夠最大限度提高蛋白酶的利用效率，提高酶解液中的蛋白肽的濃度。
【專利說明】一種從蝦蟹副產物製備活性肽粉和甲殼素的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於生物資源高效加工【技術領域】。
【背景技術】
[0002]甲殼素又叫幾丁質、甲殼質，廣泛存在於蝦蟹殼等甲殼動物的外殼及各種昆蟲的外殼、部分高等動物的軟骨以及真菌微生物細胞壁中，是地球上最為豐富的生物質資源之一。甲殼素是一種重要的天然高分子多糖聚合物，經脫乙醯基後的產物被稱為殼聚糖。甲殼素和殼聚糖在食品、化工、醫藥、農業等領域中有著廣泛的應用。
[0003]目前用蝦蟹殼製備甲殼素已形成龐大的產業，但甲殼素的初加工階段汙染大，在很多地方對生態環境已產生嚴重的影響，為此，開展甲殼素的節能減排、綠色製造的技術升級是甲殼素、殼聚糖產業可持續發展的先決條件。
[0004]甲殼素的傳統工藝是酸鹼法，一般採用高濃度(10~12%)鹽酸溶液去除甲殼動物殼中的鈣、磷等礦物質，再用水衝洗至中性，然後用氫氧化鈉溶液水解殼內和殼上的蛋白質等成分，最後脫水乾燥而成甲殼素。這種酸鹼處理工藝，儘管方法簡單、應用性強，但是產生廢水量很大，特別是鹼水中的蛋白質無法有效回收，存在嚴重的環境汙染。通常生產一噸甲殼素要投入2.5-2.8噸氫氧化鈉,8-9噸鹽酸,約350噸水,排放含強酸、強鹼和有機質的工業汙水250噸左右。目前在甲殼素生產廢水的治理中，主要採用單純的末端治理方式，經濟投入大，而且難以達到排汙標準。
[0005]因而通過創新甲殼素的生產工藝，從原料預處理環節入手，才能真正實現甲殼素生產的清潔化。蝦蟹殼附著大量的蛋白質、脂肪，如能夠通過有效的回收使用，可以製備成為經濟價值較大的飼料添加劑，而且能夠大大減少後續酸鹼的投入，這是清潔生產的重要技術理念和必須堅持的原則。近`年來產生了較多的生物回收工藝，基本是採用酶法進行生物質的水解，但在實踐應用方面效果較差，主要原因在於:(I)蝦蟹副產物中的有機質有緊密結合型的和非緊密型的，生物酶法往往對其中的部分緊密結合的生物質水解效果不好，直接導致回收效率不高；(2)酶的使用成本高，而且單一的酶製劑水解效果不好，需要使用複合酶。如對蛋白酶而言，其加入量一般是原料中蛋白的1%左右，而普通蛋白酶製劑，市場價格在150-250元/kg，其投入的成本顯然較大，如果不能有效降低酶製劑的用量，就難以使生物法得到有效應用；(3)後續處理成本高，主要是水解液一般需要濃縮進行處理，投入的能耗較高，這也是生物法回收甲殼有機質難以突破的瓶頸之一。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對上述現有技術存在的問題，提出一種無汙染、低成本的從蝦蟹副產物製備活性肽粉和甲殼素的聯產方法。
[0007]本發明技術包括以下步驟:
I)採用輥式擠壓設備將去除砂石和雜物的新鮮的蝦蟹殼進行擠壓破碎，分別取得破碎的蝦蟹殼和被擠出的膏狀蛋白和脂肪組織；2)以水浸沒破碎的蝦蟹殼，先在超聲頻率高於20000Hz的超聲波中提取處理0.5~lh，然後再加入蛋白酶進行一次酶解處理2~4 h ;在酶解處理期間，間歇地開啟超聲頻率高於20000Hz的超聲波，每次5~10 min ;酶解結束後，浙出第一次酶解液；
3)在浙去第一次酶解液的破碎的蝦蟹殼中再加入水至浸沒破碎的蝦蟹殼，再次加入蛋白酶進行二次酶解0.5~lh，在酶解處理期間，間歇地開啟超聲頻率高於20000Hz的超聲波，每次5~10 min;酶解期間，控制反應體系溫度≤50°C ;酶解結束後，浙出第二次酶解液；
4)甲殼素製備:在浙出第二次酶解液的蝦蟹殼中加入濃度為5~8wt %的氫氧化鈉或碳酸氫鈉水溶液洗滌至中性後，再加入酸進行脫鈣處理，再經清洗、乾燥後取得甲殼素；
5)活性肽粉製備:將擠壓破碎時擠出的膏狀蛋白和脂肪組織與第一次酶解液混合，在混合體系溫度為40~55°C的條件下進行酶解處理3~5h，酶解結束後，取溶液真空濃縮，再經噴霧乾燥製得活性肽粉。 [0008]本發明優越性體現在:
1、通過高頻振蕩器產生的超聲波可以在溶液中傳播,並使液體流動而產生數以萬計的微小氣泡，其瞬間破裂產生的空化效應相對於上千個大氣壓力，能夠促進蝦蟹殼表面有機質的剝離和破碎，促進酶解進程；採用超聲波-酶法輔助提取，有利於加速蛋白質從甲殼素表面降解，提高生物脫蛋白的效果。
[0009]2、採用二次酶解，加強生物脫蛋白的效果，並將二次酶解液回用，再提高蛋白酶利用率的同時，也進一步增加了水解液中的多肽的濃度。
[0010]3、在甲殼素製備時，由於經過二次酶解液的蝦蟹殼中有機質已被大量去除，故加入的氫氧化鈉或碳酸氫鈉水溶液耗用量不大，而且鹼液可多次使用。
[0011]4、利用機械法先分離出部分蛋白有機質，這部分蛋白最後進行酶解，充分利用第一次酶解液中殘餘的蛋白酶活力，使蛋白酶集中到甲殼素的脫蛋白步驟，高效利用蛋白酶。
[0012]總之，本發明能夠最大限度提高蛋白酶的利用效率，提高酶解液中的蛋白肽的濃度。
[0013]另外，本發明在所述擠壓破碎時，加入佔蝦蟹殼總量8~10%的水。
[0014]所述蛋白酶為枯草芽孢桿菌或諾維信Alcalase 3.0T鹼性蛋白酶。
[0015]所述酸為濃度為3~5 Wt %的鹽酸。
【具體實施方式】
[0016]原料可以採用小龍蝦殼，或羅氏沼蝦殼，或其它新鮮蝦、蟹殼等水產加工的副產
品O
[0017]製成的蛋白活性肽可用於飼料添加劑，甲殼素是生物材料。
[0018]實施例1:
先將新鮮羅氏沼蝦加工後形成的蝦殼IOOkg加入機械擠壓裝置，擠壓過程中加入IOkg左右的水，分別取得膏狀的蛋白、脂肪組織25kg，以及破碎蝦殼。
[0019]將破碎蝦殼放入0.5m3的2.5 kw超聲波提取罐中，加入水使物料浸沒，先啟動超聲設備，在超聲頻率為20010Hz的超聲波中進行超聲提取1.0 h。然後再加入蛋白酶100g(枯草芽孢桿菌，最適PH 7.2，酶活5萬單位/g)，控制酶解溫度在45~50°C條件下進行第一次酶解2.0h,在第一次酶解的2.0h期間，超聲頻率為20010Hz的超聲波設備間歇開啟，每次10 min，間歇lOmin。酶解結束後，浙出第一次酶解液350L (S2)。
[0020]再向超聲波提取罐中中加入水350L，並加入蛋白酶100g (枯草芽孢桿菌，最適pH
7.2，酶活5萬單位/g)進行第二次酶解1.0 h，第二次酶解期間，超聲頻率為20010Hz的超聲波設備間歇開啟，每次10 min，間歇lOmin。第二次酶解期間，反應體系溫度控制在45°C。結束後，浙出第二次酶解液330L。
[0021]將第二次酶解液過濾後去除沉澱物用作下一步的配料用水。
[0022]取經過兩次酶解處理後脫除生物質後的蝦殼採用質量百分比為5%的氫氧化鈉水溶液處理，在混合體系的溫度為90°C的條件下保溫5.0h洗滌至PH呈中性。然後再加入質量百分比濃度為3.0%的鹽酸進行脫鈣，取固形物再經清水洗滌、乾燥後，取得甲殼素。
[0023]將擠出的25 kg膏狀的蛋白、脂肪組織與第一次酶解液混合，利用第一次酶解液中殘留的蛋白酶繼續酶解處理3.0 h，控制酶解體系的溫度為55°C，酶解結束後，離心去除不溶物，測得溶液固形物含量在3.2%，通過真空濃縮至80L，噴霧乾燥獲得粉狀蛋白活性肽12kg。 [0024]實施例2:
先將新鮮小龍蝦殼IOOkg加入機械擠壓裝置，擠出蝦殼中的蛋白、脂肪等生物質。擠壓過程加入IOkg左右的水，分別取得膏狀的蛋白、脂肪組織30kg，以及破碎蝦殼。
[0025]將擠壓處理後的破碎奸殼放入0.5M3的2.5 kw超聲波提取罐中，加入水或者上一批次的二次水解液，使破碎蝦殼完全浸沒，在超聲頻率為20100Hz的超聲波中進行超聲提取0.05h。再加入鹼性蛋白酶80g (諾維信Alcalase 3.0T)，控制酶解溫度在55°C，進行第一次酶解4.0h，第一次酶解期間，超聲波設備間歇開啟，每次5 min，間歇5min。酶解結束後，浙出第一次酶解液350L。
[0026]向超聲波提取罐中中再次加入水350L，二次加入鹼性蛋白酶(諾維信Alcalase
3.0T) 120g進第二次酶解2.0 h，第二次酶解期間，超聲頻率為20100Hz的超聲波設備間歇開啟，每次5 min，間歇5min。酶解期間，反應體系溫度45°C。結束後，浙出第二次酶解液330L。
[0027]將第二次酶解液過濾後去除沉澱物用作下一步的配料用水。
[0028]取經過兩次酶解處理後脫除生物質後的蝦殼採用質量百分比為5%的碳酸氫鈉水溶液處理，在混合體系的溫度為90°C的條件下保溫6.0h,經洗滌至PH呈中性。然後再加入質量百分比濃度為5.0的鹽酸進行脫鈣，取固形物再經清水洗滌、乾燥後，取得甲殼素。
[0029]將擠出的30kg膏狀的蛋白、脂肪組織與第一次酶解液混合，利用第一次酶解液中殘留的蛋白酶繼續酶解5.0 h，溫度55°C，酶解結束後，離心去除不溶物，測得溶液固形物含量在2.5%，通過真空濃縮至60L，噴霧乾燥獲得粉狀蛋白活性肽9.0kgo
【權利要求】
1.一種從蝦蟹副產物製備活性肽粉和甲殼素的方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)採用輥式擠壓設備將去除砂石和雜物的新鮮的蝦蟹殼進行擠壓破碎，分別取得破碎的蝦蟹殼和被擠出的膏狀蛋白和脂肪組織； 2)以水浸沒破碎的蝦蟹殼，先在超聲頻率高於20000Hz的超聲波中提取處理0.5~lh，然後再加入蛋白酶進行一次酶解處理2~4 h ;在酶解處理期間，間歇地開啟超聲頻率高於20000Hz的超聲波，每次5~10 min ;酶解結束後，浙出第一次酶解液； 3)在浙去第一次酶解液的破碎的蝦蟹殼中再加入水至浸沒破碎的蝦蟹殼，再次加入蛋白酶進行二次酶解0.5~lh，在酶解處理期間，間歇地開啟超聲頻率高於20000Hz的超聲波，每次5~10 min;酶解期間，控制反應體系溫度≤50°C ;酶解結束後，浙出第二次酶解液； 4)甲殼素製備:在浙出第二次酶解液的蝦蟹殼中加入濃度為5~8wt %的氫氧化鈉或碳酸氫鈉水溶液洗滌至中性後，再加入酸進行脫鈣處理，再經清洗、乾燥後取得甲殼素； 5)活性肽粉製備:將擠壓破碎時擠出的膏狀蛋白和脂肪組織與第一次酶解液混合，在混合體系溫度為40~55°C的條件下進行酶解處理3~5h，酶解結束後，取溶液真空濃縮，再經噴霧乾燥製得活性肽粉。
2.根據權利要求1所述製備方法，其特徵在於在所述擠壓破碎時，加入佔蝦蟹殼總量8~10%的水。
3.根據權利要求1所述製備方法，其特徵在於所述蛋白酶為枯草芽孢桿菌或諾維信Alcalase 3.0T喊性蛋白酶。
4.根據權利要求1所述製備方法，其特徵在於所述酸為濃度為3~5wt %的鹽酸。
【文檔編號】C12P21/06GK103755834SQ201410036020
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】史勁松, 許正宏, 孫達鋒, 柳志強, 叢威, 戚善龍, 張超, 丁振中 申請人:揚州日興生物科技股份有限公司, 江南大學