CN102154424A - 小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，属于生物提取技术领域，包括如下步骤：（1）预处理鱼鳞，除掉鱼鳞的表面杂质和脂肪；（2）高温硫酸提取法提取鱼鳞胶原蛋白肽，提取产率超过95%；（3）离心机分离协同膜分离的工艺技术纯化提取液，得到纯度大于90%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽；（4）蛋白酶酶解大分子鱼鳞胶原蛋白肽，酶解结束后灭酶，得到纯度大于90%、相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液；（5）喷雾干燥快速干燥蛋白肽溶液，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。采用上述工艺后，所制得小分子鱼鳞胶原蛋白肽成本低、产率高、纯度高且分子量低，并充分利用了鱼类加工废弃物鱼鳞，变废为宝。

Description

小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，属于生物提取技术领域。
背景技术
胶原蛋白肽广泛用于食品、化妆品、保健品行业，以往胶原蛋白肽的制备原料主要来源于陆生动物的骨骼和皮。近年来由于疯牛病、口蹄疫、禽流感等流行病的发生，致使胶原蛋白肽产品的来源受限。同时，考虑到原料的安全性和成本问题，鱼类加工废弃物鱼鳞成为制备胶原蛋白肽的重要原料。
鱼鳞胶原蛋白肽上世纪90年代在日本、美国、挪威等国家就得到广泛的研究，进入21世纪以后，国内关于鱼鳞中提取胶原蛋白肽的研究也多了起来。目前鱼鳞胶原蛋白肽的制备主要方法有：高温高压蒸煮法、酸法、酶法、酸法和酶法相结合。高压蒸煮法能够快速提取胶原蛋白肽，如中国专利公告号CN100358432C所示，该案发明人利用高压锅高温高压蒸煮制备鱼鳞胶原蛋白肽样品。然而该工艺的高压在生产中易引发安全问题，制备的样品分子量分布广，均匀度较差。酶法提取是目前用得较多的方法，根据胶原蛋白的结构特点选择合适当的酶提取。如日本专利JP2003-327599A所示，预处理过的鱼鳞利用三阶段的酶催化工艺提取鱼鳞胶原蛋白肽。该工艺制备的产品分子量较集中，产品附加值较高，但由于鱼鳞除了胶原蛋白外还含有大量的无机盐、脂肪等杂质，这些杂质影响酶的酶活，使得酶提取胶原蛋白肽的产率太低，难以满足产业化大规模生产。与酶法提取相比酸法提取会相对降低成本，但单一的酸法提取得到的产品分子量分布广，均匀度差。酸法与酶法结合提取可以提高产率，制备产品的分子量较集中，但产率仍然很低，大部分鱼鳞的胶原蛋白肽没法提取出来，造成浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单安全、易于操作、低成本、高产率、生产的产品纯度高、分子量低的小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，以充分利用鱼类加工废弃物鱼鳞，变废为宝。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，包括如下步骤：
（1）预处理
将鱼鳞投入反应釜中，加入鱼鳞重量2-10倍的碱溶液，搅拌10-12小时，除掉鱼鳞表面的粘性物质、鱼鳞的脂肪和其它杂质，用水洗净，其中碱溶液的质量体积浓度为1-4%；
（2）提取
利用高温硫酸提取法提取胶原蛋白肽，将经过预处理并洗净的鱼鳞置于反应釜中，加水，加入硫酸调节pH值，并控制反应的pH为2-3，反应温度为70-100℃，反应5-8小时，结束反应，得到大分子鱼鳞胶原蛋白肽提取液，提取产率可超过95%；
（3）纯化
利用离心机分离协同膜分离工艺技术纯化大分子鱼鳞胶原蛋白肽提取液，用离心机分离大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，除掉颗粒状杂质；所得清液用相对分子质量为30kD－150kD的超滤膜去除大分子杂质，再用相对分子质量为5kD－8kD的纳滤膜去除掉小分子杂质和无机盐，得到纯度大于90%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液；
（4）酶解
向上述大分子鱼鳞胶原蛋白肽中添加相对于鱼鳞投料重量0.3－0.9%的蛋白酶进行酶解，酶解温度为40-60℃，酶解反应pH值控制在2-8，酶解2-5小时；酶解结束后升温到70-80℃，保温20-30分钟灭酶，得到纯度大于90%、相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液；
（5）快速干燥
利用喷雾干燥快速干燥蛋白肽溶液，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。
所述步骤（1）预处理所使用的碱为碳酸氢钠或氢氧化钠。
所述步骤（2）中加水最为鱼鳞重量的10倍。
所述步骤（3）中所使用的超滤膜流速为540-864立方米/小时，膜压力为0.3MPa，温度为25-35℃；所使用的纳滤膜流速为324-432立方米/小时，膜压力为0.9MPa，温度为25-35℃。
所述步骤（4）中所用的蛋白酶为木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、酸性蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶中的一种或者两种组合。
所述步骤（4）中调节pH用碱为碳酸氢钠或者为氢氧化钠；调节pH用酸为硫酸。
所述步骤（5）中喷雾干燥的出风温度为70-90℃、进风温度为120-180℃。
所述预处理步骤前，先对鱼鳞进行清洗以除掉颗粒杂质。
采用上述方案后，本发明与已有技术相比具有以下优点：
1.本发明建立高温硫酸提取法的工艺技术，鱼鳞胶原蛋白肽的提取产率超过95%，解决了鱼鳞胶原蛋白肽产率低的问题。
2.本发明在酶解前建立了离心机分离协同膜分离工艺技术，得到纯度超过90%的鱼鳞胶原蛋白肽，减少杂质对酶活性的影响，降低酶解反应的用酶量，节约成本，利于规模化放大。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
本发明所揭示的是一种小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，如图1所示，本发明包括如下步骤：鱼鳞原料——水洗——碱溶液除掉鱼鳞中的脂肪和其它杂质——高温硫酸提取法提取大分子鱼鳞胶原蛋白肽——离心机分离协同膜分离技术纯化大分子鱼鳞胶原蛋白肽——蛋白酶酶解大分子鱼鳞胶原蛋白肽——快速干燥小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液。
以下通过具体实施例说明。
实例一：
1、以优质鱼鳞作为原料，所选用的鱼鳞可以是海洋鱼类鱼鳞也可以是淡水鱼类鱼鳞。取鱼鳞500kg投入搅拌清洗机中，加入5000kg的水，清洗3次，除掉颗粒杂质。将水洗后的鱼鳞投入反应釜中，加入5000kg质量体积浓度为4%的碳酸氢钠溶液，搅拌12小时，除掉鱼鳞表面的粘性物质、鱼鳞的脂肪和其它杂质，用水洗净。
2、将洗净的鱼鳞置于反应釜中，加入5000kg的水，加入硫酸调节pH值并控制反应pH为2，反应温度为90℃，反应6小时，结束反应，得到大分子鱼鳞胶原蛋白肽，提取产率为97%。
3、用13000rpm的连续流离心机分离上述的大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，除掉颗粒状杂质。所得清液利用相对分子质量为50kD的超滤膜去除大分子杂质，流速为648立方米/小时，膜压力为0.3MPa，温度为33℃；再利用相对分子质量为6kD的纳滤膜去除小分子杂质，流速为378立方米/小时，膜压力为0.9MPa，温度为33℃，得到纯度为94%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽。
4、将纯化后的大分子鱼鳞胶原蛋白肽装入反应釜中，加入1.5kg的木瓜蛋白酶，利用氢氧化钠和硫酸调节pH值，并控制反应体系pH在5.5，反应温度为60℃，酶解5小时，酶解反应结束后升温到70℃，保温30分钟灭酶，得到纯度为94%，相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液。
5、利用喷雾干燥机快速干燥小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，出风温度为90℃、进风温度为180℃，喷雾干燥结束，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。
实例二：
1、以优质鱼鳞作为原料，所选用的鱼鳞可以是海洋鱼类鱼鳞也可以是淡水鱼类鱼鳞。取鱼鳞100kg投入搅拌清洗机中，加入1000kg的水，清洗3次，除掉颗粒杂质。将水洗后的鱼鳞投入反应釜中，加入500kg质量体积浓度为1%的氢氧化钠溶液，搅拌11小时，除掉鱼鳞表面的粘性物质、鱼鳞的脂肪和其它杂质，用水洗净。
2、洗净的鱼鳞置于反应釜中，加入1000kg的水，加入硫酸调节pH值并控制反应pH为2，反应温度为100℃，反应5小时，结束反应，得到大分子鱼鳞胶原蛋白肽，提取产率为98%。
3、用15000rpm的连续流离心机分离上述的大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，除掉颗粒状杂质。所得清液用相对分子质量为30kD的超滤膜去除大分子杂质，流速为540立方米/小时，膜压力为0.3MPa，温度为25℃；利用相对分子质量为5kD的纳滤膜去除小分子杂质，流速为324立方米/小时，膜压力为0.9MPa，温度为25℃，得到纯度为92%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽。
4、将纯化后的大分子鱼鳞胶原蛋白肽装入反应釜中，加入0.3kg的胃蛋白酶、或加入0.3kg的酸性蛋白酶、或加入0.15kg的胃蛋白酶和0.15kg的酸性蛋白酶。利用硫酸调节pH值，并控制反应体系pH在1.5，反应温度为40℃，酶解4小时，酶解反应结束后升温到75℃，保温20分钟灭酶，得到纯度为92%，相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液。
5、利用喷雾干燥机快速干燥小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，出风温度为80℃、进风温度为160℃。喷雾干燥结束，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。
实例三：
1、以优质鱼鳞作为原料，所选用的鱼鳞可以是海洋鱼类鱼鳞也可以是淡水鱼类鱼鳞。取鱼鳞50kg投入搅拌清洗机中，加入500kg的水，清洗3次，除掉颗粒杂质。将水洗后的鱼鳞投入反应釜中，加入100kg质量体积浓度为3%的碳酸氢钠溶液，搅拌10小时，除掉鱼鳞表面的粘性物质、鱼鳞的脂肪和其它杂质，用水洗净。
2、洗净的鱼鳞置于反应釜中，加入500kg的水，加入硫酸调节pH值并控制反应pH为3，反应温度为70℃，反应8小时，结束反应，得到大分子鱼鳞胶原蛋白肽，提取产率为96%。
3、用10000rpm的连续流离心机分离上述的大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，除掉颗粒状杂质。所得清液用相对分子质量为150kD的超滤膜去除大分子杂质，流速为864立方米/小时，膜压力为0.3MPa，温度为35℃；再利用相对分子质量为8kD的纳滤膜去除小分子杂质，流速为432立方米/小时，膜压力为0.8MPa，温度为35℃，得到纯度为97%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽。
4、将纯化后的大分子鱼鳞胶原蛋白肽装入反应釜中，加入0.45kg的中性蛋白酶、或加入0.45kg的菠萝蛋白酶、或0.225kg的中性蛋白酶和0.225kg的菠萝蛋白酶。利用氢氧化钠和硫酸调节pH值，并控制反应体系pH在7，反应温度为55℃，酶解3小时，酶解反应结束后升温到80℃，保温30分钟灭酶，得到纯度为97%，相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液。
5、利用喷雾干燥机快速干燥小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，出风温度为90℃、进风温度为180℃，喷雾干燥结束，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。
实例四：
1、以优质鱼鳞作为原料，所选用的鱼鳞可以是海洋鱼类鱼鳞也可以是淡水鱼类鱼鳞。取鱼鳞500kg投入搅拌清洗机中，加入5000kg的水，清洗3次，除掉颗粒杂质。将水洗后的鱼鳞投入反应釜中，加入4000kg的质量体积浓度为2%的氢氧化钠溶液，搅拌12小时，除掉鱼鳞表面的粘性物质、鱼鳞的脂肪和其它杂质，用水洗净。
2、洗净的鱼鳞置于反应釜中，加入5000kg的水，加入硫酸调节pH值并控制反应pH为3，反应温度为100℃，反应7小时，结束反应，得到大分子鱼鳞胶原蛋白肽，提取产率为97%。
3、用13000rpm的连续流离心机分离上述的大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，除掉颗粒状杂质。所得清液用相对分子质量为50kD的超滤膜去除大分子杂质，流速为756立方米/小时，膜压力为0.3MPa，温度为33℃；利用相对分子质量为8kD的纳滤膜去除小分子杂质，流速为486立方米/小时，膜压力为0.9MPa，温度为35℃，得到纯度为96%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽。
4、将纯化后的大分子鱼鳞胶原蛋白肽装入反应釜中，加入3kg的糜蛋白酶、或加入3kg的胰蛋白酶、或加入1.5kg的糜蛋白酶和1.5kg的胰蛋白酶，利用氢氧化钠和硫酸调节pH值，并控制反应体系pH在8，反应温度为50℃，酶解2小时，酶解反应结束后升温到80℃，保温30分钟灭酶，得到纯度为96%，相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液。
5、利用喷雾干燥机快速干燥小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，出风温度为70℃、进风温度为120℃。喷雾干燥结束，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。

Claims (9)

1.小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）预处理
将鱼鳞投入反应釜中，加入鱼鳞重量2-10倍的碱溶液，搅拌10-12小时，除掉鱼鳞表面的粘性物质、鱼鳞的脂肪和其它杂质，用水洗净，其中碱溶液的质量体积浓度为1-4%；
（2）提取
将经过预处理并洗净的鱼鳞置于反应釜中，加水，加入硫酸调节pH值，并控制反应的pH为2-3，反应温度为70-100℃，反应5-8小时，结束反应，得到大分子鱼鳞胶原蛋白肽提取液；
（3）纯化
用离心机分离大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液，除掉颗粒状杂质；所得清液用相对分子质量为30kD－150kD的超滤膜去除大分子杂质，再用相对分子质量为5kD－8kD的纳滤膜去除掉小分子杂质和无机盐，得到纯度大于90%的大分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液；
（4）酶解
向上述大分子鱼鳞胶原蛋白肽中添加相对于鱼鳞投料重量0.3－0.9%的蛋白酶进行酶解，酶解温度为40-60℃，酶解反应pH值控制在2-8，酶解2-5小时；酶解结束后升温到70-80℃，保温20-30分钟灭酶，得到纯度大于90%、相对分子质量小于1.5kD的小分子鱼鳞胶原蛋白肽溶液；
（5）快速干燥
利用喷雾干燥快速干燥蛋白肽溶液，得到小分子鱼鳞胶原蛋白肽粉成品。
2.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（1）预处理所使用的碱为碳酸氢钠或氢氧化钠。
3.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（2）中加水最为鱼鳞重量的10倍。
4.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（3）中所使用的超滤膜流速为540-864立方米/小时，膜压力为0.3MPa，温度为25-35℃；所使用的纳滤膜流速为324-432立方米/小时，膜压力为0.9MPa，温度为25-35℃。
5.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（3）中离心机为10000-15000rpm的连续流离心机。
6.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（4）中所用的蛋白酶为木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、酸性蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶中的一种或者两种组合。
7.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（4）中调节pH用碱为碳酸氢钠或者为氢氧化钠；调节pH用酸为硫酸。
8.根据权利要求1所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述步骤（5）中喷雾干燥的出风温度为70-90℃、进风温度为120-180℃。
9.根据权利要求1-8之一所述小分子鱼鳞胶原蛋白肽的制备工艺，其特征在于：所述预处理步骤前，先对鱼鳞进行清洗以除掉颗粒杂质。
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