CN102119759B - 一种利用嗜酸乳杆菌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
本发明公开了一种利用嗜酸乳杆菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法。本发明所述嗜酸乳杆菌LactobacillusacidophilusSW01由中国典型培养物保藏中心（CCTCC）保藏，保藏号为CCTCCNO:M2011035。通过本发明所述嗜酸乳杆菌LactobacillusacidophilusSW01可以同时从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素，得到的水解蛋白质富含乳酸钙及其它矿物质。本发明方法操作简单，降低了生产成本，减少环境污染，使虾头和虾壳得到充分利用。
Description
技术领域
本发明涉及从水产品中提取蛋白质和甲壳素技术领域，具体涉及一种利用嗜酸乳杆菌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，例如对虾的虾头、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~ 15%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。
目前国外已有少量类似的研究报道，主要是利用乳酸菌发酵能产生大量乳酸的性质，使虾头、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将虾头、虾壳中蛋白质水解液化分离出来，同时少量脂肪、虾青素等成分也游离出来，发酵产生的乳酸也将壳中的钙质溶出，由于虾头、虾壳已经脱钙，用过滤出来的发酵残渣生产甲壳素则更容易。
如D.J. Evers和D.J. Carroll（D.J. Evers, D.J. Carroll. Ensiling salt-preserved shrimp waste with grass straw and molasses Animal Feed Science Technology. 1998, 71: 241～249）研究了混合利用植物乳杆菌和粪肠球菌并添加糖蜜和稻草发酵虾头、虾壳用于制作动物饲料。Neith Pacheco等人（Neith Pacheco, Mónica Garnica-González, Jessica Y. Ramírez-Hernández, et al. Effect of temperature on chitin and astaxanthin recoveries from shrimp waste using lactic acid bacteria. Bioresource Technology, 2009, 100: 2849～2854）研究了利用植物乳杆菌发酵虾壳、虾头回收虾青素和甲壳素，并研究了温度对发酵效果的影响；N.M. Sachindra等人（N.M. Sachindra, N. Bhaskar, G.S. Siddegowda, et al. Recovery of carotenoids from ensilaged shrimp waste[J]. Bioresource Technology, 2007, 98: 1642～1646）研究了利用植物乳杆菌从虾壳、虾头的发酵液中回收类胡萝卜素的问题。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. Process Biochemistry, 2002, 37:1359～1366）研究了乳杆菌发酵虾壳、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。
国内今年也有利用嗜酸乳杆菌发酵虾头、虾壳的报道，但国内的报道是利用购买的嗜酸乳杆菌发酵虾头、虾壳，发酵后的残渣仍含有一些矿物质和蛋白质，还需要进一步经盐酸处理才能获得商品级甲壳素，发酵效果还有待提高。
发明内容
本发明的目的在于根据现有的从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法中存在的污染严重、营养成分流失、处理不完全、提取效率不高等问题，提供一种发酵效果更好的、无需盐酸处理即可得到商品级甲壳素的方法。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
嗜酸乳杆菌SW01是本专利申请发明人从虾头、虾壳中分离到的共附生乳酸菌，非常适合在虾头、虾壳中生长繁殖，发酵速度和产酸量明显提高。本专利采用嗜酸乳杆菌SW01发酵虾头、虾壳，除了可以回收大部分蛋白质外，发酵残渣中矿物质含量已低于1%，已不再需要经过稀盐酸浸泡，只需经过脱色即可达到食品级甲壳素要求。
一种利用嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus SW01由中国典型培养物保藏中心（CCTCC）保藏，保藏号为CCTCC NO: M 2011035，保藏日期为2011年1月24日）从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，该方法是采用嗜酸乳杆菌SW01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。
本发明采用嗜酸乳杆菌SW01发酵从虾头和虾壳中同时提取得到了蛋白质和甲壳素，利用嗜酸乳杆菌SW01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；同时嗜酸乳杆菌SW01发酵会产生少量蛋白酶，这些有利因素保证了蛋白质的充分水解，提高蛋白质提取率；利用发酵产生的乳酸可将虾壳、虾头中的不溶性钙盐等矿物质溶出，得到蛋白质、矿物质己基本被脱除的发酵残渣，该发酵残渣经脱色即可获得产甲壳素。
本发明所用的嗜酸乳杆菌SW01为本专利发明人从虾头、虾壳中分离得到，市面上没有销售。
本发明的一种利用嗜酸乳杆菌SW01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）选取新鲜或冻藏的虾头、虾壳，冻藏的虾头、虾壳解冻；
（2）向虾头、虾壳中加入碳源并混合均匀；
（3）接种嗜酸乳杆菌SW01；
（4）保温发酵；
（5）发酵结束后将发酵液与残渣分离，发酵液经干燥得到蛋白质粉；
（6）发酵残渣经脱色，得到甲壳素。
作为一种优选方案，上述步骤（l）中，虾头和虾壳采用新鲜的或冻藏的原料均可，但不能使用干燥的原料；冻藏虾头、虾壳的解冻可以采用各种解冻方法，如自然解冻、热空气解冻、流水解冻、微波解冻、电加热解冻等；为了减少虾头、虾壳的体积，将其粉碎至1cm以下较好；为提高发酵效果，还可以向虾头、虾壳中加入适量的水，一般加入虾头、虾壳质量20%~200%的水较好；为缩短发酵的诱导期，可以以食品或饲料中允许使用的酸调节虾头、虾壳的pH，达到6.0~6.8之间。
作为一种优选方案，上述步骤（2）中，碳源的加入量可选择为虾头和虾壳总质量的8%以上，优选12%~15%，这些碳源包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、淀粉糖浆、果葡糖浆、乳糖、乳清粉、糖蜜中的一种或多种的混合物。
作为一种优选方案，上述步骤（3）中，嗜酸乳杆菌SW01的接种采用本领域技术人员的常规操作进行，嗜酸乳杆菌SW01的接种量可选择虾头和虾壳总质量的0.1%以上，优选3％~8％。
作为一种优选方案，上述步骤（4）中，保温发酵的温度可选择20~50℃，优选30~40℃；发酵时间为24h以上，优选48h以上。
作为一种优选方案，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；为去除发酵液的酸味，可以采用本领域技术人员常用的碱，如可采用碳酸钠或碳酸氢钠中和发酵液；发酵液的干燥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，即为本发明所得的蛋白质。
作为一种优选方案，上述步骤（6）中，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，高锰酸钾脱色或日光暴晒等，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．本发明利用发酵产生的乳酸可以将虾头、虾壳中的钙盐等矿物质大部分脱除，矿物质残留量低于1%，不再需要用盐酸进一步处理，降低了成本和避免了环境污染；
2．本发明利用嗜酸乳杆菌SW01发酵虾头、虾壳产酸速度快，酸度高，可有效防止发生腐败；同时在发酵过程中利用原料本身的自溶作用及嗜酸乳杆菌SW01的发酵作用，可以确保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保藏也十分有利；
3．本发明采用嗜酸乳杆菌SW01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含的成分得到充分的利用。
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
本实施例利用嗜酸乳杆菌SW01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25mL水（虾头和虾壳总质量的50%），调节pH至6.8；
（2）再加入7.0g葡萄糖（虾头和虾壳总质量的14％)；
（3）接种嗜酸乳杆菌SW01，接种量为虾头和虾壳总质量的5%；
（4）于35℃保温发酵3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7.4g，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质；
（6）发酵残渣经用清水漂洗至中性后，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。
实施例2
本实施例利用嗜酸乳杆菌SW01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：
(l）取100g新鲜虾头和虾壳，将虾头和虾壳粉碎至0.5cm 左右，调节pH至6.5；
(2）再加入16g葡萄糖（虾头和虾壳总质量的16%) ；
(3）接种嗜酸乳杆菌SW01，接种量为虾头和虾壳总质量的3%；
(4) 于30℃保温发酵4天；
(5）发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质15.2g，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质；
(6）发酵残渣经用清水漂洗至中性后，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。
Claims (2)
1.一种利用嗜酸乳杆菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，所述嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus SW01由中国典型培养物保藏中心（CCTCC）保藏，保藏号为CCTCC NO: M 2011035；其特征在于包括如下步骤：
（1）选取虾头和虾壳；
（2）向虾头和虾壳中加入碳源；
（3）接种嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus SW01；
（4）保温发酵；
（5）发酵结束后，将发酵液与残渣分离；
（6）发酵液经干燥得到蛋白质粉，发酵残渣经脱色得到甲壳素；
所述步骤（2）中所述碳源为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、淀粉糖浆、果葡糖浆、乳糖、乳清粉、糖蜜中的一种或几种的混合物；碳源的加入质量是虾头和虾壳总质量的8%以上；
步骤（3）中所述接种嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus SW01的量是虾头和虾壳总质量的0.1%以上。
2.根据权利要求1所述利用嗜酸乳杆菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，其特征在于步骤（1）中所述虾头和虾壳为新鲜的或冻藏的，冻藏的虾头和虾壳需先解冻。
3. 根据权利要求1所述利用嗜酸乳杆菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，其特征在于步骤（4）中所述保温发酵的温度为20~50℃，发酵时间为24h以上。
4. 根据权利要求1所述利用嗜酸乳杆菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法，其特征在于步骤（6）所述发酵残渣的脱色方法为双氧水脱色、高锰酸钾脱色或日光暴晒脱色。
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