CN104126807B - 一种利用餐饮废弃虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法 - Google Patents
一种利用餐饮废弃虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用餐饮废弃虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法。包括：（1）对餐饮废弃虾壳进行预处理；（2）生物酶法获得虾壳中短肽和游离氨基酸；（3）2%～3%的盐酸水溶液处理虾壳，得到游离Ca2+；（4）用（2）、（3）步骤中得到的氨基酸短肽和游离氨基酸和Ca2+螯合制备氨基酸短肽螯合钙；（5）对处理后的虾壳的回收。该方法具有原料来源广、产物安全性高、过程环境友好生产工艺简单，相比其他生产方法，所用原料基本都来自虾壳中，避免了外投料的使用，成本低廉，使污染环境的废弃虾壳变成高价值的产品，充分实现了变废为宝、净化环境及减少生产成本的目的。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，涉及一种利用餐饮废弃虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法。
背景技术
钙是人体内含量最多的一种无机盐，正常人体内钙的含量为1200～1400克，约占人体重量的1.5%～2.0%，钙除了是骨骼发育的基本原料，直接影响身高外，还在体内具有其他重要的生理功能。钙能促进体内某些酶的活动，调节酶的活性作用；参与神经、肌肉的活动和神经递质的释放；调节激素的分泌。血液的凝固、细胞粘附、肌肉的收缩活动也都需要钙。钙还具调节心律、降低心血管的通透性、控制炎症和水肿、维持酸碱平衡等作用。目前市场上钙类添加剂主要分为3大类：（1）无机钙盐，如碳酸钙、磷酸钙、氯化钙等；(2)有机钙盐，如柠檬酸钙、葡萄酸钙、乳酸钙、醋酸钙等；（3）具有生物活性的氨基酸螯合钙，如天冬氨酸螯合钙、谷氨酸螯合钙等。无机钙盐与有机钙盐添加剂对人体具有一定的毒副作用，且比较难以吸收利用。而氨基酸螯合钙，则具有稳定的化学性能，生物活性好，安全性高，易吸收的优势，可起到同时补充氨基酸和钙的双重作用，是目前以及未来较为理想的钙类添加剂。
几丁质是广泛存在于自然界的一种含氮多糖类生物性高分子，主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软件动物的器官（例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁等，其蕴藏量在地球上的天然高分子中占第二位，仅次于纤维素，它具有很多功效:（1）免疫机能活性化作用（2）防止癌细胞转移的作用（3）抑制癌症的作用（4）改善酸性体质效果（5）除菌作用（6）改善糖尿病作用（7）增加肠内有益菌作用（8）镇痛止血效果（9）抑制高血压的效果（10）强化肝机能作用。
我国虾类资源极为丰富，而虾壳中含有大量具有高价值的物质如氨基酸、钙离子、几丁质、虾红色素等。资料显示虾头、虾壳中几丁质含量达10%～20%，蛋白质含量达到20%～40%，矿物质含量达到30%～40%，其中90%以上为钙。在组成虾壳中蛋白质的氨基酸中，必需氨基酸占有45%。
目前，随着人们生活质量的提高，水产品养殖业的日渐兴旺，餐饮行业产生了大量的废弃虾壳，一旦堆积过久会发生严重的腐烂对环境污染及其严重，因此对餐饮废弃的虾壳的利用开发变得很有意义，目前虾壳主要是用来生产几丁质，虾红素，有机酸钙等产品的加工。但很多发明都是用强酸强碱对虾壳进行处理，这样避免不了对环境产生很大的破坏，且产品质量无法进入保健食品市场。
在以往现在的所报道的氨基酸螯合钙的制备方法，主要是利用都是直接用氨基酸与钙盐螯合或者是用某种富含钙或蛋白质的材料（如动物骨骼下脚料）获得，但以废弃虾壳为原料直接合成复合氨基酸短肽螯合钙的方法还未见报道。在氨基酸短肽的生产过程和螯合的过程中都存在一定的不足，如申请号为CN201310657346.4复合氨基酸螯合钙的高效清洁生产工艺专利中，在氨基酸短肽生产过程中可能会发生腐坏，对产品的质量会产生很大的影响，且在螯合氨基酸螯合钙的时候是通过加入氧化钙或氢氧化钙，对产品的安全性也有很大的不足。如申请号CN201010210090.9的一种天然复合氨基酸螯合钙的制备方法专利中，其利用动物骨头下脚料为原料生产氨基酸短肽，会造成原料的浪费，且利用盐酸酸解生产氨基酸短肽会对氨基酸的品质造成一定的损失，使产品质量下降。申请号为CN201310128653.3一种蛋白质短肽螯合钙的制备方法专利中，其在螯合的过程中是通过外源加入钙剂，且没有具体的螯合体系，过量的外源钙剂的去除会造环境的污染及成本的提高。餐饮废弃虾壳目前的利用情况具有很大的局限性，生产复合氨基酸短肽螯合钙成本高昂。本发明提供了一种工艺过程简单，对环境有好的开发餐饮废弃虾壳生产高价值产品氨基酸短肽螯合钙及几丁质的有效方法。
发明内容
本发明的目的是提供了一种工艺过程简单，对环境友好的开发餐饮废弃虾壳生产高价值产品氨基酸短肽螯合钙及几丁质的有效方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
利用餐饮废弃虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法，包括以下步骤：（1）餐饮废弃虾壳预处理获得脱色素脱脂虾壳；（2）生物酶法制备游离氨基酸及短肽；（3）虾壳中获得游离Ca2+；（4）氨基酸短肽螯合钙的生产；（5）虾壳几丁质的回收。
优选的，所述步骤（1）的具体方法为：将餐饮废弃虾壳经过清洗、煮沸以及烘干后，进行粉碎，按质量体积比1：3～10与组合食品级有机溶剂混合，25～70℃超声辅助下15～25h，用旋转蒸发仪对回收所用食品级有机试剂，然后用回收的有机试剂对处理一次的虾壳再次处理，以确保处理彻底，最后把处理后的虾壳水洗2～3次，烘干得到脱色素脱脂虾壳。
优选的，所述步骤（1）所用食品级有机容剂是经过乙醇、乙酸乙酯及不同比例的两种有机试剂（1:1,2:1,3:1）的多种优化实验，筛出最优脱脂脱色条件为食品级乙醇、食品级乙酸乙酯，两者比例为1～3：1（V/V）。
优选的，所述步骤（2）的具体方法为：将脱脂脱色虾壳灭菌后加入过滤除菌的质量浓度5%的外源组合蛋白酶水溶液750mL，对虾壳进行酶解；抽滤酶解体系，保留滤液，用截留分子量3000~6000Da超滤膜对滤液进行超滤，收集能透过超滤膜的氨基酸短肽液，先保存起来，对不能透过的大分子蛋白和滤除的虾壳混合后，再一次灭菌，加入同样浓度的外源组合蛋白酶，采用相同的条件，进行第二次酶解，然后抽滤获得第二次的氨基酸短肽液，与第一次的氨基酸短肽液混合后用柠檬酸调pH至3-6，加入0.1g-0.3g/L的山梨酸钾以防止产生的氨基酸短肽发生腐坏并且增加风味。
优选的，所述外源蛋白酶包括木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶、风味蛋白酶的任意三种组合。经过了单一蛋白酶，两种蛋白酶组合以及三种蛋白酶组合，得出三种组合条件较好，对三种蛋白酶的比例和酶解条件进行了优化，得出了最适合的酶解的比例。
优选的，所述的酶解调解为：脱脂脱色虾壳与外源组合蛋白酶水溶液按(W/V)1：15~25酶解，pH7~8，酶解温度40~60℃，200转搅拌下酶解5~10h
优选的，所述步骤（3）的具体方法为：将所述步骤（2）中被过滤截下的虾壳与1%～3%的食品级盐酸水溶液混合酸解；无气泡产生时结束，抽滤，获得氯化钙溶液，对氯化钙溶液采用高温煮沸方法除多余盐酸。
优选的，所述的虾壳与食品级盐酸按(W/V)1：5～10的比例混合，酸解温度50～70℃，适当搅拌下反应1～2d。
优选的，所述步骤（4）的具体方法为：将所述步骤（2）、（3）将制备的氨基酸短肽溶液和氯化钙溶液以体积比1~3：1混合，室温下，200转搅拌下螯合10～24h，获得复合氨基酸螯合钙溶液，然后进行浓缩，真空冷冻干燥得到复合氨基酸短肽螯合钙成品。
优选的，所述步骤（5）的具体方法为：水洗步骤（3）中剩余的虾壳2～4次，烘干得到几丁质。
本发明的有益效果：
（1）本发明利用废弃虾壳作为原材料，连续生产氨基酸短肽螯合钙与几丁质，来源广泛，本发明的全部原料基本取自餐饮废弃虾壳本身，相对于其他发明中所用的动物骨骼下脚料，成本更加低廉，避免了外来投入原材料，且产品安全性很好，可作为食品级使用，充分利用了自然资源，实现了变废为宝的优势。
（2）本发明利用多次组合蛋白酶酶解，并且进行超滤，能获得较多、较小的短肽与游离氨基酸。本发明相比其他发明，利用的组合酶法水解蛋白，且筛选了最合适的三种酶比例、水解温度和pH,反应条件温和、反应更彻底、效率高、对环境友好等优点。
（3）本发明在外源组合酶法水解虾壳时，采取了严格的灭菌环节，而其他发明很少对酶解过程中的进行无菌操作，本发明通过严格的无菌操作，并对容易发生腐坏的氨基酸短肽采用了防腐措施，确保了产品的量和质量。
本发明采用此工艺后，产品复合氨基酸短肽螯合钙质量好，安全性高，包含的氨基酸种类多，营养价值好，风味好，生产的几丁质，质量好，本发明对虾壳的利用率极高，充分体现了对废弃虾壳的高效回收利用，对餐饮废弃虾壳采取了全面的废物再利用，且工艺流程比较简单，能耗低，成本低廉，环保，适合大规模的工业生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
具体实施方式
为加深对本发明的了解，下面将结合实例对本发明做出进一步详述，实例仅用来解释发明，不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1说明利用虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法。
（1）餐饮废弃虾壳预处理：
将50g虾壳经过超声清洗3次，每次次30min除掉大部分颗粒杂质，煮沸除去食用油脂等各种杂质，然后烘干后，进行粉碎（60目）放入反应容器中，加入食品级无水乙醇和乙酸乙酯v/v(1:1)400ml，6O℃超声辅助下24h，抽滤后，用旋转蒸发仪对滤液回收所用乙醇和乙酸乙酯，然后用回收的乙醇和乙酸乙酯对处理一次的虾壳再次处理，以确保处理彻底，最后把处理后的虾壳水洗2～3次，烘干得到脱色素脱脂虾壳。
（2）获得复合游离氨基酸及短肽：
将步骤（1）中所得到的虾壳经121℃灭菌20min后加入过滤除菌的复合蛋白酶水溶液，加入750mL5%的胃蛋白酶、风味蛋白酶和碱性蛋白酶溶液对虾壳进行酶解，在pH=7；60℃水浴条件下200转搅拌酶解10h，过滤酶解后的体系，滤掉虾壳粉粒，保留滤液部分，用截留分子量6000Da超滤膜对滤液进行超滤，收集能透过超滤膜的短肽液，先保存起来，对不能透过的大分子蛋白，再一次灭菌，加入同样浓度的外源组合蛋白酶，采用相同的条件，进行第二次酶解，然后抽滤获得第二次的氨基酸短肽液与第一次的氨基酸短肽液混合后，用柠檬酸调pH至3-6，加入0.1g-0.3g/L的山梨酸钾以防止产生的氨基酸短肽发生腐坏，最后获得较多的氨基酸短肽。
（3）获得CaCl2溶液：
将步骤（2）中被滤纸所截下的虾壳加入2%的盐酸水溶液300mL，50℃条件下搅拌反应2d。待反应结束后滤纸过滤，得到去除大部分杂质的虾壳粉和滤液，离心去除沉淀，保留上清液，用蒸发仪去除里面的多余盐酸，得到CaCl2溶液，
（4）复合氨基酸短肽螯合钙的制备：
将以上两步所获得CaCl2水溶液和短肽、游离氨基酸以体积比1：3混合在室温下，200转搅拌下进行螯合24h，获得复合氨基酸短肽螯合钙溶液，然后经过旋转蒸发仪进行浓缩、干燥去除体系中过量的盐酸，控制水分在5%左右，即得到复合氨基酸螯合钙产品，产量15.6g。
（5）虾壳几丁质的获得：
将步骤（3）中剩余的虾壳，超声水洗3次，经鼓风干燥箱60℃烘干得到几丁质，提取率16%。
实施例2说明利用虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法。
（1）餐饮废弃虾壳预处理：
将50g虾壳经过超声清洗3次，每次30min除掉大部分颗粒杂质，煮沸除去食用油脂等各种杂质，然后烘干后，进行粉碎（60目）放入反应容器中，加入食品级无水乙醇和乙酸乙酯v/v(3:1)500ml，70℃超声辅助下25h，抽滤后，用旋转蒸发仪对滤液回收所用乙醇和乙酸乙酯，然后用回收的乙醇和乙酸乙酯对处理一次的虾壳再次处理，以确保处理彻底，最后把处理后的虾壳水洗2～3次，烘干得到脱色素脱脂虾壳。
（2）获得复合游离氨基酸及短肽：
将步骤（1）中所得到的虾壳经121℃灭菌20min后加入过滤除菌的复合蛋白酶水溶液，加入1200mL5%的胃蛋白酶、风味蛋白酶和碱性蛋白酶溶液对虾壳进行酶解，在pH=7；60℃水浴条件下酶解10h，过滤酶解后的体系，滤掉虾壳粉粒，保留滤液部分，用截留分子量3000Da超滤膜对滤液进行超滤，收集能透过超滤膜的短肽液，先保存起来，对不能透过的大分子蛋白，再一次灭菌，加入同样浓度的外源组合蛋白酶，采用相同的条件，进行第二次酶解，然后抽滤获得第二次的氨基酸短肽液与第一次的氨基酸短肽液混合后，用柠檬酸调pH至3-6，加入0.1g-0.3g/L的山梨酸钾以防止产生的氨基酸短肽发生腐坏，最后获得较多的氨基酸短肽。
（3）获得CaCl2溶液：
将步骤（2）中被滤纸所截下的虾壳加入2%的盐酸水溶液400mL，50℃条件下搅拌反应2d。待反应结束后滤纸过滤，得到去除大部分杂质的虾壳粉和滤液，离心去除沉淀，保留上清液，用蒸发仪去除里面的多余盐酸，得到CaCl2溶液。
（4）复合氨基酸短肽螯合钙的制备：
将以上两步所获得CaCl2水溶液和短肽、游离氨基酸以体积比1：1混合在室温下，200转搅拌下进行螯合24h，获得复合氨基酸短肽螯合钙溶液，然后经过旋转蒸发仪进行浓缩、干燥去除体系中过量的盐酸，控制水分在5%左右，即得到复合氨基酸螯合钙产品，产量18.7g。
（5）虾壳几丁质的获得：将步骤（3）中剩余的虾壳，超声水洗3次，经鼓风干燥箱60℃烘干得到几丁质，提取率14.2%。
实施例3说明利用虾壳连续生产复合氨基酸短肽螯合钙及几丁质的方法。
（1）餐饮废弃虾壳预处理：
将50g虾壳经过超声清洗3次，每次30min除掉大部分颗粒杂质，煮沸除去食用油脂等各种杂质，然后烘干后，进行粉碎（60目）放入反应容器中，加入食品级无水乙醇和乙酸乙酯v/v(3:1)150ml，25℃超声辅助下25h，抽滤后，用旋转蒸发仪对滤液回收所用乙醇和乙酸乙酯，然后用回收的乙醇和乙酸乙酯对处理一次的虾壳再次处理，以确保处理彻底，最后把处理后的虾壳水洗2～3次，烘干得到脱色素脱脂虾壳。
（2）获得复合游离氨基酸及短肽：
将步骤（1）中所得到的虾壳经121℃灭菌20min后加入过滤除菌的复合蛋白酶水溶液，750mL5%的胃蛋白酶、风味蛋白酶和碱性蛋白酶溶液对虾壳进行酶解，在pH=8；40℃水浴条件下酶解5h，过滤酶解后的体系，滤掉虾壳粉粒，保留滤液部分，用截留分子量3000Da超滤膜对滤液进行超滤，收集能透过超滤膜的短肽液，先保存起来，对不能透过的大分子蛋白，再一次灭菌，加入同样浓度的外源组合蛋白酶，采用相同的条件，进行第二次酶解，然后抽滤获得第二次的氨基酸短肽液与第一次的氨基酸短肽液混合后，用柠檬酸调pH至3-6，加入0.1g-0.3g/L的山梨酸钾以防止产生的氨基酸短肽发生腐坏，最后获得较多的氨基酸短肽。
（3）获得CaCl2溶液：
将步骤（2）中被滤纸所截下的虾壳加入2%的盐酸水溶液250mL，70℃条件下搅拌反应2d。待反应结束后滤纸过滤，得到去除大部分杂质的虾壳粉和滤液，离心去除沉淀，保留上清液，用蒸发仪去除里面的多余盐酸，得到CaCl2溶液。
（4）复合氨基酸短肽螯合钙的制备：
将以上两步所获得CaCl2水溶液和短肽、游离氨基酸以体积比1：1混合在室温下，200转搅拌下进行螯合10h，获得复合氨基酸短肽螯合钙溶液，然后经过旋转蒸发仪进行浓缩、干燥去除体系中过量的盐酸，控制水分在5%左右，即得到复合氨基酸螯合钙产品，产量16.8g。
（5）虾壳几丁质的获得：将步骤（3）中剩余的虾壳，超声水洗3次，经鼓风干燥箱60℃烘干得到几丁质，提取率15.1%
本发明所用的原料都是来自于原材料虾壳本身，利用经过每一步从虾壳中提取的物质，最终生产出复合氨基酸短肽螯合钙和几丁质，该方法采用优化过的最适比例的组合蛋白酶对初处理过的虾壳进行多次水解，采用了优化的最合适的复合氨基酸短肽螯合钙的螯体系，采用了有效地方法对体系中过量的盐酸进行了去除和所用有机试剂的回收再利用，采用了方法处理确保了产生氨基酸短肽的过程中不染菌，对产生的氨基酸短肽进行了防腐处理。
Claims (9)
1.一种利用餐饮废弃虾壳连续生产复合氨基酸短肽K螯合钙及几丁质的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）餐饮废弃虾壳预处理获得脱色素脱脂虾壳；（2）制备游离氨基酸及短肽及其防腐处理；（3）获得虾壳中游离Ca2+；（4）虾壳中氨基酸短肽螯合钙的生产；（5）虾壳几丁质的回收；
所述步骤（2）的具体方法为：将脱脂脱色虾壳灭菌后加入过滤除菌的质量浓度5%的外源组合蛋白酶水溶液，对虾壳进行酶解；抽滤酶解体系，保留滤液，用截留分子量3000~6000Da超滤膜对滤液进行超滤，收集能透过超滤膜的氨基酸短肽液，先保存起来，对不能透过的大分子蛋白和滤除的虾壳混合后，再一次灭菌，加入同样浓度的外源组合蛋白酶，采用相同的条件，进行第二次酶解，然后抽滤获得第二次的氨基酸短肽液，与第一次的氨基酸短肽液混合后用柠檬酸调pH至3-6，加入（0.1-0.3）g/L的山梨酸钾以防止产生的氨基酸短肽发生腐坏且增加风味。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体方法为：将餐饮废弃虾壳经过清洗、煮沸以及烘干后，进行粉碎，按质量体积比(W/V)1：3～10与优化过的组合食品级有机溶剂混合，25～70℃超声辅助下15～25h，用旋转蒸发仪回收所用食品级有机试剂，然后用回收的有机试剂对处理一次的虾壳再次处理，以确保处理彻底，最后把处理后的虾壳水洗2～3次，烘干得到脱色素脱脂虾壳。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）所用食品级有机溶剂为食品级乙醇、食品级乙酸乙酯，两者比例为1～3：1（V/V）。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外源蛋白酶包括木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶、风味蛋白酶的任意三种组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酶解条件为：脱脂脱色虾壳与外源组合蛋白酶水溶液按质量体积比1：15~25进行酶解，pH7~8，酶解温度40~60℃，200转搅拌下酶解5~10h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体方法为：将所述步骤（2）中被过滤截下的虾壳与1%～3%的食品级盐酸水溶液混合酸解；无气泡产生时结束，抽滤，获得氯化钙溶液，对氯化钙溶液采用高温煮沸方法除多余盐酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的虾壳与食品级盐酸按(W/V)1：5～10的比例混合，酸解温度50～70℃，适当搅拌下反应1～2d。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）的具体方法为：将所述步骤（2）、（3）将制备的氨基酸短肽溶液和氯化钙溶液以体积比1~3：1混合，室温下，200转搅拌下螯合10～24h，获得复合氨基酸螯合钙溶液，然后进行浓缩，真空冷冻干燥得到复合氨基酸短肽螯合钙成品。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）的具体方法为：水洗步骤（3）中剩余的虾壳2～4次，烘干即得到几丁质。
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