CN102816231A - 一种胶原蛋白及其水解产物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种胶原蛋白及其水解产物的制备方法，其中，该方法包括将含有胶原蛋白及其水解产物的溶液在一定温度、一定流速下流过装有复合材料的混合床，所述复合材料由载铁活性炭与树脂以体积比为1∶10-1组成。采用本发明提供的制备方法制备的胶原蛋白及其水解产物在采用低限为0.0050mg/kg的检测方法中，没有检测出砷，因此，大大提高了胶原蛋白及其水解产物在食品、化妆品、保健品以及医药领域应用的安全性。此外，本发明提供的方法简便易行、可操作性强，对于胶原蛋白及其水解产物的精制产品或者粗产品，以及胶原原材料经过水解后仅仅通过简单的固液分离后产物均可使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶原蛋白及其水解产物的制备方法，尤其涉及一种不含重金属或者极低量重金属的胶原蛋白及其水解产物的制备方法。
背景技术
砷在自然界分布很广，动物肌体、植物中都可以含有微量的砷，海产品也含有微量的砷。由于含砷农药的广泛使用，砷对环境的污染问题愈发严重。
砷及其化合物进入人体，蓄积于肝、肾、肺、骨骼等部位，特别是毛发、指甲中贮存，砷在体内的毒性作用主要是与细胞中的酶系统结合，使许多酶的生物作用失掉活性而被抑制造成代谢障碍。长期摄入低剂量的砷经过十几年甚至几十年的体内蓄积才发病。砷慢性中毒主要表现末梢神经炎和神经衰弱症候群，表现出的症状为脱发、色素沉积。砷还可能致癌。
重金属砷残留也是食品、化妆品、保健品以及医药领域中严格控制的一项污染物指标。众所周知：胶原蛋白及其水解产物(例如，明胶，水解胶原蛋白)在普通食品、功能食品、保健品、生物材料、组织工程和生物医用材料等领域应用十分广泛，且用量非常之大。
目前，目前市面上销售的胶原蛋白以及其水解产物(例如，明胶，水解胶原蛋白)产品中总砷含量的国家标准指标为：食用明胶≤1mg/kg，工业药用明胶≤0.8mg/kg(参照GB6783-94和QB2354-98)，胶原蛋白≤0.5mg/kg(无标准，目前市面常见标准)，水解胶原蛋白≤2.0mg/kg(参照QB2732-2005)。
国家饮用水中的标准为0.01mg/l，比较而言，目前的明胶、胶原蛋白及水解胶原蛋白的总砷含量还是比较高的，在大量使用上述产品时，存在安全隐患，因此生产不含有砷的胶原蛋白及其水解产物是目前的一项重要任务。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种生产极低含量的或者不含有砷的胶原蛋白及其水解产物的方法。
因此，本发明提供了一种胶原蛋白及其水解产物的制备方法，其中，该方法包括将含有胶原蛋白及其水解产物的溶液在一定温度、一定流速下流过装有复合材料的混合床，所述复合材料由载铁活性炭与树脂以体积比为1∶10-1组成。
采用本发明提供的制备方法制备的胶原蛋白及其水解产物不含有砷，或者含有极低量的砷；在采用低限为0.0050mg/kg的检测方法中，没有检测出砷。因此，大大提高了胶原蛋白及其水解产物在食品、化妆品、保健品以及医药领域应用的安全性。此外，本发明提供的方法简便易行、可操作性强，对于胶原蛋白及其水解产物的精制产品或者粗产品，以及胶原原材料经过水解后仅仅通过简单的固液分离后产物均可使用。而且所提供的方法可重复利用用于除砷的材料、环保。
具体实施方式
本发明提供了一种胶原蛋白及其水解产物的制备方法，其中，该方法包括将含有胶原蛋白及其水解产物的溶液在一定温度、一定流速下流过装有复合材料的混合床，所述复合材料由载铁活性炭与树脂以体积比为1∶10-1组成，优选为1∶8-3组成。
所述树脂没有特别的限制，可以为本领域中所采用的任何树脂。在一种优选的实施方式中，所述树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物、丙烯酸甲酯聚合物或丙烯肼聚合物为基体，含有正离子的基团或季胺基或叔胺基为功能基团的树脂。在另一种优选的实施方式中，所述基体为苯乙烯和二乙烯苯的聚合物，更优选为二乙烯苯占所述以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物总重量的1-16％，最优选为6-12％，所述功能基团为正离子的基团，例如锌、铁、铝、镁等的正离子。这些树脂为可以再生和重复利用的节能材料，其理论寿命≥300次。
在一种优选的实施方式中，所述树脂在每次使用前用调节其pH值为中性范围，例如6.0≤pH≤9.0。
在一种优选的实施方式中，所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液为精制后的含有重金属的胶原蛋白及其水解产物的溶液，例如将现有技术制备的胶原蛋白及其水解产物制成溶液，以除去其含有的重金属；或者所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液为含有胶原蛋白的原材料通过分离除去非胶原蛋白后的溶液，或者为含有胶原蛋白的原材料在水解处理后的溶液。这样在制备胶原蛋白及其水解产物的过程中同时除去重金属。对含有胶原蛋白的原材料进行水解处理的方法可以是本领域所采用的任何方法，例如酸碱水解方法，酶解水解方法或者单纯的加热水解方法。所述水解处理后的溶液可以为在胶原蛋白水解后仅仅通过固液分离后的溶液，也可以为胶原蛋白在水解后通过一步或者多步现有技术提纯后的溶液。所述固液分离可以为现有技术中所采用的任何常规固液分离方法，例如通过硅藻土过滤机或板矿过滤机或叠片式离心机或真空抽滤机进行的固液分离。
所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液的浓度没有特别的限制，但为了提高除砷的效果，所述浓度可以为3-40重量％。为了进一步提高除砷的效果，在另一种优选的实施方式中，所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液中含有3-20重量％，更优选3-13重量％的胶原蛋白及其水解产物。这样获得的产物，重金属含量更低。
所述含有胶原蛋白的原材料可以来源于任何含有胶原蛋白的动物，优选为牛、猪、鱼和鸡。
在一种优选的实施方式中，所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液与所述复合材料的体积比可以为10-100∶1，优选为12-40∶1，所述流速可以为2-50倍床体积/小时，优选为5-15倍床体积/小时。
在一种优选的实施方式中，该方法还包括将通过混合床的溶液通过装有纳滤膜材料的设备，这样能够进一步除去胶原蛋白及其水解产物的溶液中残留的重金属以及阴阳离子。
在一种优选的实施方式中，所述纳滤膜为静电纺丝氯化聚氯乙烯膜、聚醚砜膜或聚四氟乙烯膜。这些膜均为可以再生和重复利用的节能材料，纳滤膜的寿命≥20次。
在一种优选的实施方式中，所述复合材料的粒度为20-60目，以便于复合材料的灌装。
在一种优选的实施方式中，所述温度低于或等于70℃，这样既不会对所述复合材料造成损失，又能够除去绝大多数的砷。在另一种优选的实施方式中，所述温度低于或等于50℃，这样制备的胶原蛋白及其水解产物在采用GB/T5009.11方法检测时，检测不到砷的存在。如果在制备胶原蛋白时，所述温度优选低于或等于45℃，这样能够获得高纯度的没有降解的胶原蛋。
当将本发明制备的产品用于食用时，在一种优选的实施方式中，本发明的制备方法还可包括调节所制备的产品的pH值，优选地，是产品pH大于或等于6并小于或等于9，以获得好的口感。
根据胶原蛋白及其水解产物最终的用途，本发明的制备方法还可包括其它纯化的步骤，例如脱色、脱味、脱盐和无菌过滤。也可以包括浓缩和/或干燥的步骤，以获得浓度大的产品或者固体物质。所述浓缩、干燥的方法可以为本领域常规的方法，例如真空浓缩和干燥、冷冻干燥等。
采用本发明提供的方法还可以除去其它重金属，例如铅、汞等。
实施例1
(1)将配制的浓度为3重量％的明胶(河北成大明胶有限公司，食品c级明胶砷含量为1.2mg/kg)水溶液在80℃下以流速为1倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(淮北市恒信环保材料有限责任公司)与1体积的树脂(树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物为基体，功能性基团为富含正离子基团，其中，二乙烯苯占所述聚合物总重量的10％，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述明胶水溶液与所述复合材料的体积比为5∶1。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0mg/kg。
实施例2
(1)将浓度为5重量％的水解胶原蛋白水溶液在70℃下以流速为2倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与10体积的树脂(树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物为基体，功能性基团为Fe3+，其中，二乙烯苯占所述聚合物总重量的1％，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述水解胶原蛋白水溶液与所述复合材料的体积比为10∶1，并且所述水解胶原蛋白溶液通过以下方法制得：称取已脱灰脱脂的鱼鳞560千克，投入到反应灌中，加入7倍的室温下去离子水清洗，搅拌20分钟将水和杂质排掉，清洗搅拌后的鱼鳞再加入4倍的室温下去离子水，搅拌20分钟后再将水和杂质排掉，按照原料干重的12％进行投料，加入pH＝7.0的去离子水，搅拌均匀，升温至90℃保温10分钟，降温到60℃，溶液的pH恰好等于6.5，加入2.0千克的碱性蛋白酶酶解3小时，然后升温到90℃，保温10分钟灭酶，接着利用硅藻土过滤机过滤，硅藻土为200目，过滤过程中压力为0.5MP，过滤完的清液即为水解胶原蛋白水溶液，该水解胶原蛋白的平均分子量约为2000道尔顿。通过加入水，将水解胶原蛋白的浓度调节到所需要的浓度。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测水解胶原蛋白中总砷的含量，其结果为：0mg/kg。
实施例3
(1)将配制的浓度为12重量％的明胶水溶液(与实施例1相同)在50℃下以流速为50倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与5体积的树脂(丙烯肼聚合物为基体，功能性基团为叔胺基基团，天津威德国际贸易有限公司)，混合均匀后组成。所述明胶水溶液与所述复合材料的体积比为100∶1。
(2)将步骤(1)获得的溶液装有纳滤膜材料的设备，收集滤液。所述纳滤膜为静电纺丝氯化聚氯乙烯膜(杭州科诺过滤器材有限公司，0.22微米的膜材料)。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0.096mg/kg。
实施例4
(1)将浓度为20重量％的水解胶原蛋白水溶液在50℃下以流速为25倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与3体积的树脂(树脂为以丙烯酸甲酯聚合物为基体，功能性基团为季胺基基团，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述水解胶原蛋白水溶液与所述复合材料的体积比为60∶1，并且所述水解胶原蛋白溶液通过以下方法制得：称取已脱灰脱脂的鱼鳞480千克，投入到反应灌中，加入8倍的室温下去离子水清洗，搅拌30分钟将水和杂质排掉，清洗搅拌后的鱼鳞再加入5倍的室温下去离子水，搅拌30分钟后再将水和杂质排掉，按照原料干重的25％进行投料，加入pH＝7.0的去离子水，搅拌均匀，升温至100℃，保温20分钟，降温到65℃，溶液的pH等于7.5，加入碱性蛋白酶和动物蛋白复合水解酶各1.2千克，酶解3小时，然后升温到90℃，保温10分钟灭酶，接着利用硅藻土过滤机过滤，硅藻土为250目，过滤过程中压力为0.6MP，过滤完的清液即为水解胶原蛋白水溶液，该水解胶原蛋白的平均分子量约为1000道尔顿。将水解胶原蛋白溶液浓缩，将水解胶原蛋白溶液的浓度调节到所需要的浓度。
(2)将步骤(1)获得的溶液装有纳滤膜材料的设备，收集滤液。所述纳滤膜为聚醚砜膜(上海格氏，0.45微米222接口滤芯)。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0.038mg/kg，
实施例5
(1)将浓度为13重量％的水解胶原蛋白在50℃下以流速为15倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与6体积的树脂(树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物为基体，功能性基团为Al3+，其中，二乙烯苯占所述聚合物总重量的16％，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述水解胶原蛋白与所述复合材料的体积比为40∶1，并且所述水解胶原蛋白溶液通过以下方法制得：称取已脱灰脱脂的鱼鳞560千克，投入到反应灌中，加入7倍的室温下去离子水清洗，搅拌20分钟将水和杂质排掉，清洗搅拌后的鱼鳞再加入4倍的室温下去离子水，搅拌20分钟后再将水和杂质排掉，按照原料干重的15％进行投料，加入pH＝7.0的去离子水，搅拌均匀，升温至90℃保温10分钟，降温到60℃，溶液的pH恰好等于6.5，加入2.0千克的碱性蛋白酶酶解3小时，然后升温到90℃，保温10分钟灭酶，接着利用硅藻土过滤机过滤，硅藻土为200目，过滤过程中压力为0.5MP，过滤完的清液即为水解胶原蛋白水溶液，该水解胶原蛋白的平均分子量约为2000道尔顿。通过加入水，将水解胶原蛋白的浓度调节到所需要的浓度。
(2)将步骤(1)获得的溶液装有纳滤膜材料的设备，收集滤液。所述纳滤膜为聚四氟乙烯膜(上海格氏，0.22微米222接口滤芯)。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0mg/kg。
实施例6
(1)将浓度为8重量％的水解胶原蛋白在50℃下以流速为8倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与8体积的树脂(树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物为基体，功能性基团为Zn2+，其中，二乙烯苯占所述聚合物总重量的6％，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述水解胶原蛋白与所述复合材料的体积比为12∶1，并且所述水解胶原蛋白溶液通过以下方法制得：称取已脱灰脱脂的鱼鳞480千克，投入到反应灌中，加入8倍的室温下去离子水清洗，搅拌30分钟将水和杂质排掉，清洗搅拌后的鱼鳞再加入5倍的室温下去离子水，搅拌30分钟后再将水和杂质排掉，按照原料干重的15％进行投料，加入pH＝7.0的去离子水，搅拌均匀，升温至100℃，保温20分钟，降温到65℃，溶液的pH等于7.5，加入碱性蛋白酶和动物蛋白复合水解酶各3千克，酶解3小时，然后升温到90℃，保温10分钟灭酶，接着利用硅藻土过滤机过滤，硅藻土为250目，过滤过程中压力为0.6MP，过滤完的清液即为水解胶原蛋白水溶液，该解胶原蛋白的平均分子量约为500道尔顿水。通过加入水，将水解胶原蛋白的浓度调节到所需要的浓度。
(2)将步骤(1)获得的溶液装有纳滤膜材料的设备，收集滤液。所述纳滤膜为聚四氟乙烯膜(上海格氏，0.22微米222接口滤芯)。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0mg/kg。
实施例7
(1)将浓度为16重量％的水解胶原蛋白在50℃下以流速为8倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与8体积的树脂(树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物为基体，功能性基团为Mg2+富含正离子的基团，其中，二乙烯苯占所述聚合物总重量的12％，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述水解胶原蛋白与所述复合材料的体积比为20∶1，并且所述水解胶原蛋白溶液通过以下方法制得：称取已脱灰脱脂的鱼鳞560千克，投入到反应灌中，加入7倍的室温下去离子水清洗，搅拌20分钟将水和杂质排掉，清洗搅拌后的鱼鳞再加入4倍的室温下去离子水，搅拌20分钟后再将水和杂质排掉，按照原料干重的18％进行投料，加入pH＝7.0的去离子水，搅拌均匀，升温至90℃保温10分钟，降温到60℃，溶液的pH恰好等于6.5，加入2.0千克的碱性蛋白酶酶解3小时，然后升温到90℃，保温10分钟灭酶，接着利用硅藻土过滤机过滤，硅藻土为200目，过滤过程中压力为0.5MP，过滤完的清液即为水解胶原蛋白水溶液，通过加入水，将水解胶原蛋白的浓度调节到所需要的浓度。
(2)将步骤(1)获得的溶液装有纳滤膜材料的设备，收集滤液。所述纳滤膜为聚四氟乙烯膜(上海格氏，0.22微米222接口滤芯)。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0mg/kg
实施例8
(1)将浓度为40重量％的水解胶原蛋白在50℃下以流速为8倍床体积/小时的速度通过装有复合材料的混合床，收集从混合床中流出的溶液。所述复合材料由1体积的载铁活性炭(与实施例1相同)与6体积的树脂(树脂为以苯乙烯和二乙烯苯的聚合物为基体，功能性基团为Fe3+，其中，二乙烯苯占所述聚合物总重量的10％，天津威德国际贸易有限公司)混合均匀后组成。所述水解胶原蛋白与所述复合材料的体积比为30∶1，并且所述水解胶原蛋白溶液通过以下方法制得：称取已脱灰脱脂的鱼鳞480千克，投入到反应灌中，加入8倍的室温下去离子水清洗，搅拌30分钟将水和杂质排掉，清洗搅拌后的鱼鳞再加入5倍的室温下去离子水，搅拌30分钟后再将水和杂质排掉，按照原料干重的15％进行投料，加入pH＝7.0的去离子水，搅拌均匀，升温至100℃，保温20分钟，降温到65℃，溶液的pH＝等于7.5，加入碱性蛋白酶和动物蛋白复合水解酶各1.2千克，酶解3小时，然后升温到90℃，保温10分钟灭酶，接着利用硅藻土过滤机过滤，硅藻土为250目，过滤过程中压力为0.6MP，，过滤完的清液即为水解胶原蛋白水溶液，通过浓缩，将水解胶原蛋白的浓度调节到所需要的浓度。
(2)将步骤(1)获得的溶液装有纳滤膜材料的设备，收集滤液。所述纳滤膜为聚四氟乙烯膜(上海格氏，0.22微米222接口滤芯)。)。
依据GB/T5009.11(检测低限0.0050mg/kg)检测胶原水解产物中总砷的含量，其结果为：0.068mg/kg。
Claims (10)
1.一种胶原蛋白及其水解产物的制备方法，其特征是，该方法包括将含有胶原蛋白及其水解产物的溶液在一定温度、一定流速下流过装有复合材料的混合床，所述复合材料由载铁活性炭与树脂以体积比为1∶10-1组成。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述树脂为以苯乙烯与二乙烯苯的聚合物、丙烯酸甲酯聚合物或丙烯肼聚合物为基体，含有正离子的基团或季胺基或叔胺基为功能基团的树脂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液为精制后的含有重金属的胶原蛋白及其水解产物的溶液，或者为含有胶原蛋白的原材料通过分离除去非胶原蛋白后的溶液，或者为含有胶原蛋白的原材料在水解处理后的溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液与所述复合材料的体积比为10-100∶1，所述流速为2-50倍床体积/小时。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，该方法还包括将通过混合床的溶液通过装有纳滤膜材料的设备。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述纳滤膜为静电纺丝氯化聚氯乙烯膜、聚醚砜膜或聚四氟乙烯膜。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述含有胶原蛋白及其水解产物的溶液中含有3-20重量％的胶原蛋白及其水解产物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述温度低于或等于70℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述温度低于或等于50℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述温度低于或等于45℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |