CN101579132A - 一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，该方法是利用乳酸菌发酵将虾头、虾壳中的蛋白质液化分离出来，经干燥得到蛋白质；发酵产生的乳酸还可将虾头、虾壳中的无机钙盐溶解，转移到发酵液中，剩余的残渣经脱色处理可得到甲壳素，该方法包括如下步骤：(1)将虾头和虾壳粉碎后，加水；(2)向上述粉碎的虾头和虾壳中加入葡萄糖或蔗糖；(3)接种乳酸菌；(4)保温发酵；(5)发酵结束后将发酵液与发酵残渣分离，发酵液经中和、干燥后得到蛋白质，发酵残渣经稀酸浸泡和脱色处理后得到甲壳素。本发明得到的蛋白质具有腥臭味低、苦涩味低，风味良好，且富含乳酸钙的特点，可用于食品中。
Description
技术领域
本发明涉及从水产品中提取蛋白质和甲壳素的技术领域，具体涉及一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法。
背景技术
对虾类来说，虾头和虾壳富含丰富的营养物质，比如对虾的虾头和虾壳约占虾体重量的30％左右，其中除了含有甲壳素、碳酸钙等矿物质外，还含有7～10％蛋白质、2～4％油脂、丰富的维生素E、虾青素、叶黄素、卵磷脂等成分，营养价值较高。
目前对虾头、虾壳的利用主要在两个方面：一是用于生产甲壳素，二是利用自身组织蛋白酶或者外源蛋白酶水解其中的蛋白质，将其液化分离出来。但是直接用虾头、虾壳生产甲壳素，需要用高浓度的酸、碱处理原料，不仅污染严重，而且其中的蛋白质、脂肪、钙质等均作为杂质被除去，无法利用。通过蛋白酶水解的方法获得的水解液也都存在明显的苦涩味和腥臭味，产品风味差，无法作为其他食品的基料，只能作饲料，另外，水解过程中很容易发生腐败，并且外加蛋白酶也提高了生产成本。
目前国内尚未有利用乳酸菌发酵虾头、虾壳的类似报道，国外虽然有少量这方面的研究报道，但主要是利用乳酸菌发酵能产生大量乳酸的性质，使虾壳的pH值大大降低，达到自然防腐的目的，使得原料可以在常温下长期储藏，便于作为动物的青贮饲料，另外就是利用乳酸菌发酵在发酵过程中蛋白质得以液化分离出来，乳酸将壳中的钙质溶出，由于壳已经脱钙，过滤出来的残渣用于生产甲壳素则更容易。如N.Bhaskar等人(N.Bhaskar，P.V.Suresh，P.Z.Sakhare，et al.Shrimp biowaste fermentation with Pediococcus acidolactici CFR2182：Optimization of fermentation conditions by response surface methodology and effect of optimized conditions on deproteination/demineralization andcarotenoid recovery[J].Enzyme and Microbial Technology，2007，40：1427～1434)比较了多种乳酸菌对虾头、虾壳的发酵作用，最后选用P.acidolactici.作为发酵菌种，在37℃发酵72小时后，体系pH降低到4.3，虾壳、虾头中蛋白质液化回收率高达97.9％，矿物质脱除率达到72.5％；Luis A.Cira等人(Luis A.Cira，Sergio Huerta，George M.Hall，et al.Pilot scale lactic acid fermentation of shrimp wastes for chitin recovery[J].Process Biochemistry，2002，37：1359～1366)研究了乳酸菌发酵虾壳、虾头的最佳发酵条件，包括接种量、加糖种类、加糖量、发酵时间等，他们采用蔗糖作碳源，接种量5％，发酵温度30℃，发酵96小时后体系pH可降低至4.2～4.3；另外J.L′opez-Cervantes等(J.L′opez-Cervantes，D.I.S′anchez-Machado，J.A.Rosas-Rodr′iguez Analysisof free amino acids in fermented shrimp waste by high-performance liquid chromatography[J].Joumal of Chromatography A，2006，1105：106～110)研究了虾壳、虾头乳酸菌发酵液中的氨基酸组成；N.M.Sachindra等人(N.M.Sachindra，N.Bhaskar，G.S.S iddegowda，et al.Recovery of carotenoids fromensilaged shrimp waste[J].Bioresource Technology，2007，98：1642～1646)研究了从虾壳、虾头的乳酸菌发酵液中回收类胡萝卜素的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，该方法可从虾头和虾壳中得到腥臭味低、苦涩味低、风味良好，且富含乳酸钙，能用于食品中的蛋白粉，同时还获得甲壳素，实现了虾头和虾壳资源的充分利用。
本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：
一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，该方法是采用乳酸菌发酵从虾头和虾壳中不但提取得到蛋白质，还提取得到甲壳素。
本发明采用乳酸菌发酵从虾头和虾壳中同时提取得到了蛋白质和甲壳素，利用乳酸菌发酵造成的高酸环境可防止虾头、虾壳在自溶过程中发生腐败，从而大大延长自溶时间，同时乳酸菌发酵会产生少量蛋白酶，这也保证了蛋白质的充分水解，提高蛋白质提取率；利用乳酸菌可消除发酵液的苦涩味和腥臭味，所得产品可用于食品中，提高产品的档次；利用发酵产生的乳酸可将虾壳、虾头中的不溶性钙盐溶出，得到蛋白质、钙质已基本被脱除的发酵残渣，该发酵残渣可用于进一步生产甲壳素。
本发明所用的乳酸菌可选择本领域技术人员常用的乳酸菌，如嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种等都是本领域技术人员进行发酵生产营养物质所常用的益生菌，市面上均有销售，在作为本发明的乳酸菌实现本发明时，可选择嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌或德氏乳杆菌保加利亚亚种中的任意一种，或者三者的混合菌，三个菌种混合时采用任意比例均可实现本发明，所以对菌种的混合比例不予以限定。
本发明的一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，具体包括如下步骤：
(1)将虾头和虾壳粉碎后加水；
(2)向上述粉碎的虾头和虾壳中加入葡萄糖或蔗糖；
(3)接种乳酸菌；
(4)保温发酵；
(5)发酵结束后将发酵液与发酵残渣分离，发酵液经中和、干燥后得到蛋白质，发酵残渣经稀酸浸泡和脱色处理后得到甲壳素。
上述步骤(1)中，虾头和虾壳采用新鲜的或冻藏的原料均可，但不能单独使用虾壳，必须是虾壳和虾头一起作为本发明乳酸菌发酵的原料。
上述步骤(1)中，加水量为虾头和虾壳总重量的1～3倍。
上述步骤(2)中，将虾头和虾壳粉碎后加水，然后再加入葡萄糖或蔗糖，葡萄糖或蔗糖的加入量可选择为虾头和虾壳总重量的10～20％。
上述步骤(3)中，乳酸菌的接种采用本领域技术人员的常规操作进行，乳酸菌可以为本领域技术人员所常用的，如嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌或德氏乳杆菌保加利亚亚种中的任意一种，或三者的混合菌；乳酸菌的接种量可选择虾头和虾壳总重量的5％～20％，优选5％～10％。
上述步骤(4)中，保温发酵的温度可选择30～50℃，发酵时间为48小时以上。
上述步骤(5)中，发酵结束后通过离心或过滤方法将发酵液与发酵残渣分离；发酵液的中和可采用本领域技术人员常用的弱碱，如可采用碳酸钠或碳酸氢钠中和发酵液；中和后的发酵液可采用任意一种本领域技术人员常用的干燥方法，如可采用喷雾干燥，干燥后得到粉末状物质，即为本发明所需的蛋白质。
上述步骤(5)中，采用稀酸脱矿和脱色处理提取甲壳素，是本领域技术人员获得甲壳素的常用做法，本发明从发酵残渣中提取获得甲壳素时，先选择稀酸浸泡发酵残渣，稀酸可选择稀盐酸，稀酸的浓度越高，浸泡时间越长，脱矿物质的效果就越好，因此稀盐酸的浓度可选择0.5mol/L以上，浸泡时间可选择2小时以上；稀酸浸泡后，采用脱色处理，采用现有技术中提取甲壳素所常用的脱色处理操作均可实现本发明，如可采用常规的双氧水脱色或日光暴晒等，最后则能从发酵残渣中获得所需甲壳素。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明利用乳酸菌发酵造成的高酸环境可以防止虾头、虾壳在自溶过程中发生腐败，从而可以大大延长自溶时间，自溶时间的延长以及乳酸菌发酵过程中产生的少量蛋白酶，可以保证蛋白质的充分水解和高利用率，无需再外加蛋白酶，此外高酸对于产品的后续处理和保藏也十分有利；
2.本发明利用乳酸菌发酵可以消除发酵液的苦涩味和腥臭味，并可产生新的风味成分，所得蛋白质可用于食品中；
3.本发明利用发酵产生的乳酸会将虾壳、虾头中的不溶性钙盐转化为可溶性乳酸钙，产品可以为人体补充钙质，而脱钙后的虾头、虾壳还可以用于生产甲壳素；
4.本发明方法中得到的发酵液，其中增殖的乳酸菌还可以调节肠道的微生态环境；
5.本发明采用乳酸菌发酵工艺，不但操作方法简单，所用原料成本低廉，而且能够同时从虾头和虾壳中获得蛋白质和甲壳素，使得虾头和虾壳中所富含的营养成分得到充分的利用；
6.本发明方法得到的蛋白质具有腥臭味低、苦涩味低、风味良好、且富含乳酸钙的特点，可用于食品中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地解释，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1
本实施例利用乳酸菌发酵从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素，其具体步骤如下：
(1)取50g新鲜虾头和虾壳，将虾头和虾壳粉碎至0.5cm左右，加入100g的水(虾头和虾壳总重量的2倍)；
(2)再加入7.5g葡萄糖(虾头和虾壳总重量的15％)；
(3)接种乳酸菌，所述乳酸菌为嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的混合菌，接种量为虾头和虾壳总重量的5％；
(4)39℃保温发酵5天；
(5)发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经碳酸钠中和，浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质4.9g，该粉末状物质即为本实施例所需蛋白质；发酵残渣经0.6mol/L稀盐酸浸泡5h后，用清水漂洗至中性，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。
实施例2
本实施例利用乳酸菌发酵从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素，其具体步骤如下：
(1)取100g新鲜虾头和虾壳，将虾头和虾壳粉碎至0.5cm左右，加入150g的水(虾头和虾壳总重量的1.5倍)；
(2)再加入16g葡萄糖(虾头和虾壳总重量的16％)；
(3)混合接种嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种，乳酸菌总的接种量为虾头和虾壳总重量的10％；
(4)37℃保温发酵7天；
(5)发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经碳酸钠中和，浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质10.1g，该粉末状物质即为本实施例所需蛋白质；发酵残渣经0.6mol/L稀盐酸浸泡5h后，用清水漂洗至中性，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。
Claims (10)
1、一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，其特征在于该方法是采用乳酸菌发酵从虾头和虾壳中同时提取得到蛋白质和甲壳素。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于所述乳酸菌为嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌或德氏乳杆菌保加利亚亚种中的任意一种，或者三者的混合菌。
3、根据权利要求1所述方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)将虾头和虾壳粉碎后加水；
(2)向上述粉碎的虾头和虾壳中加入葡萄糖或蔗糖；
(3)接种乳酸菌；
(4)保温发酵；
(5)发酵结束后将发酵液与发酵残渣分离，发酵液经中和、干燥后得到蛋白质，发酵残渣经稀酸浸泡和脱色处理后得到甲壳素。
4、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(1)中，所述加水量为虾头和虾壳总重量的1～3倍。
5、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(2)中，所述葡萄糖或蔗糖的加入量为虾头和虾壳总重量的10～20％。
6、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(3)中，所述乳酸菌的接种量为虾头和虾壳总重量的5％～20％。
7、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(4)中，所述保温发酵的温度为30～50℃，发酵时间为48小时以上。
8、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(5)中，所述发酵液的中和采用碳酸钠或碳酸氢钠。
9、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(5)中，所述发酵液的干燥采用喷雾干燥。
10、根据权利要求3所述方法，其特征在于步骤(5)中，所述发酵残渣的浸泡采用稀盐酸，稀盐酸的浓度为0.5mol/L以上，浸泡时间为2小时以上。
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