CN102321191A - 一种酶解—化学联合法生产褐藻酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海藻化工领域，具体地说一种酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法。将预处理后海藻与复合酶混合在45-60℃，pH 4.5-6.5，反应13-26h，酶解后过滤，滤液转化后即为褐藻酸钠；将上述酶解后沉淀中加入碱液在50～80℃温度下进行反应2-4小时，而后过滤滤液进行钙化，钙化沉淀中加入碳酸钠转化为褐藻酸钠。采用本发明社生产方法可从根本上改变了原传统生产工艺高耗能和高污染的弊端。采用本发明酶解-化学联合法每生产1吨褐藻酸钠及碘联产品，可减少生产用淡水38％，减少用煤23％，酸碱废水减少52％。比原化学法生产工艺可以提高产量9-11％。
Description
技术领域
本发明涉及海藻化工领域，具体地说一种酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法。
背景技术
我国海藻化工起步于上世纪60年代末，经过几十年的发展，目前我国褐藻酸钠年产量达3万多吨，成为世界最大的海藻化工产品生产国，其中80％以上的产量集中在山东省，海藻化工消化了山东省70％以上的海带养殖产量，它的发展关系到山东省整个海带产业的可持续发展。
海藻酸钠作为当前海藻化工行业的主导产品之一，具有广泛的应用领域。在医药工业方面，褐藻酸钠用于肠用软胶囊、钡餐造影剂、盖胃平、牙模及其它药用辅料。在印染工业方面，褐藻酸钠作为染浆料的增稠剂，使印花浆料容易附着在染布上，且通透性好，色浆干得快，易退浆，轮廓清晰，不断条。在纺织工业方面，褐藻酸钠可提高棉纱纱支的光泽度和强度，织布时不起毛，不掉粉，布面平整，易洗脱。在食品工业方面，褐藻酸钠作为冷食品的稳定剂，可改善产品的口感，提高产品的抗化性能。在其他工业方面，褐藻酸钠还应用于造纸、日用化工、铸造、电焊条外皮材料、鱼虾饵料、果树防虫剂、混凝土脱模剂等。
目前，国内外利用海带制备褐藻酸钠的主要方法还是利用传统的化学消化法，已有五、六十年的历史，迄今技术变化不大，工艺基本没有改进，其主要原理是：将海带中不溶性海藻酸钙转化为可溶性褐藻酸钠，再由液体褐藻酸钠转化为固体褐藻酸，最后转化为高纯度可溶固体褐藻酸钠。其主要弊端是：
产品收率低。仅能提取原料海带中褐藻酸钠含量的60％，其他有效成分都随废水流失，造成大量海带资源的浪费；产品粘度低。加热与碱的破坏使褐藻胶产品的粘度下降；高耗能。其体现在高耗水量、高耗电量和高耗煤量上。每生产1吨褐藻酸钠及碘等联用品，需耗用淡水1000多吨和煤50吨、电3000kwh；高污染。为去除产物中的海带皮质需使用大量淡水稀释从而产生了大量含有高COD的废水(每生产1吨褐藻酸钠及碘等联用品会产生800m3高污染废水)，反复的酸、碱反应又产生了大量酸、碱性废水，治理非常困难，成本高，直接排放又严重污染环境。
国外褐藻酸钠生产技术发展趋势：寻求新的工业化生产高质量的褐藻酸钠等海带提取物；向低成本、高效率、生产高附加值产品的方向发展。
发明内容
本发明目的在于一种酶解化学联合法生产褐藻酸钠的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法：将预处理后海藻与复合酶混合在45-60℃，pH 4.5-6.5，反应13-26h，酶解后过滤，滤液转化后即为褐藻酸钠；
将上述酶解后沉淀中加入碱液在50～80℃温度下进行反应2-4小时，而后过滤滤液进行钙化，钙化沉淀中加入碳酸钠转化为褐藻酸钠。
所述复合酶为液体纤维素酶、固体纤维素酶、液体果胶酶、粗制固体果胶酶、精制固体果胶酶和植物水解蛋白酶重的几种组合。
所述复合酶为液体纤维素酶、液体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合；
或固体纤维素酶、精制固体果胶酶和水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合；
或液体纤维素酶、精制固体果胶酶和水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合；
或固体纤维素酶、粗制固体果胶酶和水解植物蛋白酶组成，按重量体积比4∶3∶1混合。
所述复合酶为液体纤维素酶、液体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为148万u；
或中性固体纤维素酶、精制固体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为200万u-300万u；
或液体纤维素酶、精制固体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为270万u-402万u；
或中性固体纤维素酶、粗制固体果胶酶和中性水解植物蛋白酶组成，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为200-250万u。
生产褐藻酸钠的方法具体为：
1)海藻预处理：将清洗后海藻充分浸泡后切成10-20cm块，待用；
2)酶解处理制备褐藻酸钠：复合酶加入到上述将预处理后海藻中，加酶量为150u-400u/g，在45-60℃，pH 4.5-6.5，酶解反应13-26h，酶解后，进行酶灭活，对灭活后的酶解液进行过滤分离，滤液加入100目碳酸钠进行中和转化，干燥后得到褐藻酸钠；
3)化学处理制备褐藻酸钠：将上述过滤后滤渣用化学法进行提取，加碳酸钠在50～80℃温度下进行反应2-4小时，粗滤，滤液进行发泡后，精滤并漂白后进行钙化，对钙化后的沉淀液加入盐酸，然后进行压榨去除水分，再加入碳酸钠进行转化，转化后褐藻酸钠与上述酶解处理后褐藻酸，即得到酶解-化学联合法生产褐藻酸钠。
所述步骤2)中酶解液中加入0.8-1.2千克的化学纯无水碳酸钠。所述步骤2)中对酶解后的酶解液升温至85-95℃，而后灭活酶。所述步骤3)将步骤2)过滤后滤渣中加入1.2-1.5千克无水碳酸钠，在50-70℃温度下 保温搅拌2-3h进行转化，而后保温搅拌后加入其10倍体积的常温自来水进行过滤，用发泡机搅拌发泡35-45h，300目筛绢过滤，出去滤渣，向滤液中加入0.2-0.5千克次氯酸钙Ca(ClO)2搅拌0.5-1.0h后加入5-8千克无水CaCl2，钙化处理后加入36-38％的盐酸10-12千克，然后进行压榨去除水分，而后加入100目碳酸钠纯碱粉4千克进行混合均匀，干燥后获得褐藻酸钠。
本发明所具有的优点：
1.采用本发明酶解法并结合化学法，每吨原料生产褐藻酸钠的产量可以从202kg提高到221kg，每吨原料增加产量19.6kg；产品收率可以提高9％左右。
2.本发明生产方法采用酶解反应法在反应时不需要额外加入膨胀剂裂解褐藻细胞，使后续过滤操作变得简单易行，整体生产工艺易于控制，不会改变褐藻酸钠的结构，有利于高质量褐藻酸钠的规模化制备。
3.采用本发明社生产方法可从根本上改变了原传统生产工艺高耗能和高污染的弊端。采用本发明酶解-化学联合法每生产1吨褐藻酸钠及碘联产品，可减少生产用淡水38％，减少用煤23％，酸碱废水减少52％。
4.本发明酶解-化学联合法生产褐藻酸钠主要是依据褐藻细胞壁的结构特征选择不同的酶进行优化组合，建立褐藻的最佳酶解体系，确定最佳的酶解工艺条件，得到低消耗、高效率的褐藻酸钠制备新工艺。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制备所得褐藻酸钠的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
称取淡干海带、泡叶藻、变黑雷松藻或者树皮藻等褐藻10千克，加入50升自来水浸泡1h，去掉泥沙。再加入50升自来水浸泡3h，过滤。将褐藻用切碎机切成20cm长的小块，转移至50L打浆机中并加入20升自来水搅拌打浆0.5h。将浆液转移至50L具有保温及加温功能的酶解罐中，将已经按照配比比例配置好的复合酶，转移至酶解罐中，酶加量为148u/g，在温度45℃，pH4.5，作用时间为13h的条件下进行保温酶解。酶解后，将温度升高到90℃，保持0.5h进行酶灭活。酶解液过滤分离，保留滤渣待用。酶解过滤液中加入100目1.0千克的化学纯无水碳酸钠混合干燥获褐藻酸钠产品约1.15kg。其中复合酶为27万u/ml的液体纤维素酶(美国进口C11840型)4ml，10万u/ml的液体果胶酶(美国Sigma公司)3ml以及约10万u/g的水解植物蛋白酶(美国Sigma公司)1g。
滤渣中加入5L自来水和碳酸钠1.2千克在50℃温度下搅拌2h，然后将消化液100目筛绢进行粗滤，滤液加水50L，用发泡机搅拌发泡35h，300目筛绢过滤，除去滤渣。滤液转移至钙化池中，加入加入活性氯为35％的次氯酸钙Ca(ClO)20.2千克，搅拌0.5后加入5千克无水CaCl2，继续搅拌 0.5h后加入36-38％的盐酸10千克，用660型螺旋压缩机脱除水分，加入100目碳酸钠4千克进行混合均匀，干燥后获得褐藻酸钠约1.06Kg。合计提取生产总量为2.21Kg，比化学法提取生产2.021克提高产率0.19克约9.5％。
实施例2
称取干燥的泡叶藻、变黑雷松藻、树皮藻或者淡干海带等褐藻10千克，加入50升自来水浸泡1.5h，去掉泥沙。再加入50升自来水浸泡3.5h，过滤。将褐藻用切碎机切成15cm长的小块，转移至50L打浆机中并加入20升自来水搅拌打浆1.5h。将浆液转移至50L具有保温及加温功能的酶解罐中，将已经按照配比比例配置好的复合酶加入至酶解罐中，酶加量约为300u/g，在温度55℃，pH5.0，作用时间为25h的条件下进行保温酶解。酶解后，将温度升高到85℃，保持45min进行酶灭活。酶解液过滤分离，保留滤渣。酶解过滤液中加入100目0.8千克的化学纯无水碳酸钠混合干燥获褐藻酸钠产品1.18g。
其中，复合酶由中性固体纤维素酶(美国Sigma公司，约10万u/g)6g，50万u/ml的精制固体果胶酶4.5g(美国Sigma公司)和1.5g水解植物蛋白酶(美国Sigma公司约10万u/g)组成。
滤渣中加入5L自来水和碳酸钠纯碱1.5千克在70℃温度下搅拌3h，然后将消化液100目筛绢进行粗滤，滤液加水50L，用发泡机搅拌发泡45h，300目筛绢过滤，除去滤渣。滤液转移至钙化池中，加入加入活性氯为35％的次氯酸钙Ca(ClO)20.5千克，搅拌1.0h后加入7千克无水CaCl2，继续搅拌0.5h后加入36-38％的盐酸12千克，用660型螺旋压缩机脱除水分，加入100目碳酸钠纯碱粉5千克进行混合均匀，干燥后获得褐藻酸钠1.05g。合计获得产量2.23克，比化学法提取生产2.021克提高产率0.21克约10.3％。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
复合酶由液体纤维素酶(C11840型美国进口27万u/ml)6ml，精制固体果胶酶(P-3028，美国Sigma公司50万u/ml)4.5g和水解植物蛋白酶(F-3925，美国Sigma公司，10万u/g)1.5g组成。402万u
称取干燥的泡叶藻、变黑雷松藻、树皮藻或者淡干海带等褐藻10千克，加入50升自来水浸泡2.0h，去掉泥沙。再加入50升自来水浸泡4.0h，过滤。将褐藻用切碎机切成15cm长的小块，转移至50L打浆机中并加入20升自来水搅拌打浆1.8h。将浆液转移至50L具有保温及加温功能的酶解罐中，将已经按照配比比例配置好的复合酶加入至酶解罐中，酶加量约为402u/g，在温度60℃，pH6.0，作用时间为20h的条件下进行保温酶解。酶解后，将温度升高到90℃，保持25min进行酶灭活。酶解液过滤分离，保留 滤渣。酶解过滤液中加入100目0.9千克的化学纯无水碳酸钠混合干燥获褐藻酸钠产品1.195克。
滤渣中加入5L自来水和碳酸钠纯碱1.5千克在80℃温度下搅拌4h，然后将消化液100目筛绢进行粗滤，滤液加水50L，用发泡机搅拌发泡40h，300目筛绢过滤，除去滤渣。滤液转移至钙化池中，加入加入活性氯为35％的次氯酸钙Ca(ClO)20.4千克，搅拌1.0h后加入7千克无水CaCl2，继续搅拌0.5h后加入36-38％的盐酸11千克，用660型螺旋压缩机脱除水分，加入100目碳酸钠纯碱粉5千克进行混合均匀，干燥后获得褐藻酸钠1.06g。合计获得产量2.255g，比化学法提取生产2.021克提高产率0.234g克约11.6％。
实施例4
与实施例1不同之处在于：
复合酶由固体纤维素酶(美国Sigma公司，约10万u/g)4g，50万u/ml的粗制固体果胶酶(美国Sigma公司)3.8g和1.25g水解植物蛋白酶(美国Sigma公司F-3925，10万u/g)组成。243万u
称取淡干海带或泡叶藻、变黑雷松藻或者树皮藻等褐藻10千克，加入50升自来水浸泡1h，去掉泥沙。再加入50升自来水浸泡3h，过滤。将褐藻用切碎机切成20cm长的小块，转移至50L打浆机中并加入20升自来水搅拌打浆0.5h。将浆液转移至50L具有保温及加温功能的酶解罐中，将已经按照配比比例配置好的复合酶，转移至酶解罐中，酶加量为243u/g，在温度55℃，pH5.5，作用时间为12h的条件下进行保温酶解。酶解后，将温度升高到80℃，保持0.6h进行酶灭活。酶解液过滤分离，保留滤渣待用。酶解过滤液中加入100目1.1千克的化学纯无水碳酸钠混合干燥获褐藻酸钠产品约1.16kg。
滤渣中加入5L自来水和碳酸钠纯碱1.2千克在50℃温度下搅拌2h，然后将消化液100目筛绢进行粗滤，滤液加水50L，用发泡机搅拌发泡35h，300目筛绢过滤，除去滤渣。滤液转移至钙化池中，加入加入活性氯为35％的次氯酸钙Ca(ClO)20.2千克，搅拌0.5后加入5千克无水CaCl2，继续搅拌0.5h后加入36-38％的盐酸10千克，用660型螺旋压缩机脱除水分，加入100目碳酸钠4千克进行混合均匀，干燥后获得褐藻酸钠约1.06Kg。合计提取生产总量为2.22Kg。比化学法提取生产2.021克提高产率0.199g克约9.8％。
Claims (8)
1.一种酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：将预处理后海藻与复合酶混合在45-60℃，pH 4.5-6.5，反应13-26h，酶解后过滤，滤液转化后即为褐藻酸钠；
将上述酶解后沉淀中加入碱液在50～80℃温度下进行反应2-4小时，而后过滤滤液进行钙化，钙化沉淀中加入碳酸钠转化为褐藻酸钠。
2.按权利要求1所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：所述复合酶为液体纤维素酶、固体纤维素酶、液体果胶酶、粗制固体果胶酶、精制固体果胶酶和植物水解蛋白酶重的几种组合。
3.按权利要求1或2所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：所述复合酶为液体纤维素酶、液体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合；
或固体纤维素酶、精制固体果胶酶和水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合；
或液体纤维素酶、精制固体果胶酶和水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合；
或固体纤维素酶、粗制固体果胶酶和水解植物蛋白酶组成，按重量体积比4∶3∶1混合。
4.按权利要求3所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：所述复合酶为液体纤维素酶、液体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为148万u；
或中性固体纤维素酶、精制固体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为200万u-300万u；
或液体纤维素酶、精制固体果胶酶和中性水解植物蛋白酶，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为270万u-402万u；
或中性固体纤维素酶、粗制固体果胶酶和中性水解植物蛋白酶组成，按重量体积比4∶3∶1混合，混合复合酶酶效为200-250万u。
5.按权利要求3所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：生产褐藻酸钠的方法具体为：
1)海藻预处理：将清洗后海藻充分浸泡后切成10-20cm块，待用；
2)酶解处理制备褐藻酸钠：复合酶加入到上述将预处理后海藻中，加酶量为150u-400u/g，在45-60℃，pH 4.5-6.5，酶解反应13-26h，酶解后，进行酶灭活，对灭活后的酶解液进行过滤分离，滤液加入100目碳酸钠进行中和转化，干燥后得到褐藻酸钠；
3)化学处理制备褐藻酸钠：将上述过滤后滤渣用化学法进行提取，加碳酸钠在50～80℃温度下进行反应2-4小时，粗滤，滤液进行发泡后，精滤并漂白后进行钙化，对钙化后的沉淀液加入盐酸，然后进行压榨去除水分，再加入碳酸钠进行转化，转化后褐藻酸钠与上述酶解处理后褐藻酸，即得到酶解-化学联合法生产褐藻酸钠。
6.按权利要求5所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：所述步骤2)中酶解液中加入0.8-1.2千克的化学纯无水碳酸钠。
7.按权利要求5所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：所述步骤2)中对酶解后的酶解液升温至85-95℃，而后灭活酶。
8.按权利要求5所述的酶解-化学联合法生产褐藻酸钠的方法，其特征在于：所述步骤3)将步骤2)过滤后滤渣中加入1.2-1.5千克无水碳酸钠，在50-70℃温度下保温搅拌2-3h进行转化，而后保温搅拌后加入其10倍体积的常温自来水进行过滤，用发泡机搅拌发泡35-45h，300目筛绢过滤，出去滤渣，向滤液中加入0.2-0.5千克次氯酸钙Ca(ClO)2搅拌0.5-1.0h后加入5-8千克无水CaCl2，钙化处理后加入36-38％的盐酸10-12千克，然后进行压榨去除水分，而后加入100目碳酸钠纯碱粉4千克进行混合均匀，干燥后获得褐藻酸钠。
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Denomination of invention: A Method for Producing Sodium Alginate by Enzymatic Hydrolysis Chemical Combination Method Effective date of registration: 20230428 Granted publication date: 20130918 Pledgee: Rizhao Bank Co.,Ltd. Donggang sub branch Pledgor: SHANDONG JIEJING Group Corp. Registration number: Y2023980039602 |
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