CN104140474A

CN104140474A - 一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法

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Publication number: CN104140474A
Application number: CN201410358121.3A
Authority: CN
Inventors: 陈可泉; 高聪; 何珣; 张阿磊; 欧阳平凯
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: CN104140474B

Abstract

本发明涉及一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法。主要特征步骤包括：（1）虾蟹皮中矿物质、蛋白质、色素、甲壳素的回收；（2）酶法降解甲壳素制备N-乙酰-D-氨基葡萄糖；（3）酶解废渣的应用。本发明实现了虾蟹皮中有用物质的分步提取和回收，原料利用完全，解决了虾蟹企业产品下脚料的污染问题，实现了最大程度的资源节约。

Description

一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别涉及到一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法。

背景技术

N-乙酰-D-氨基葡萄糖是生物细胞内许多重要多糖的基本组成单位，尤其在海洋甲壳类动物的外骨骼含量最高。N-乙酰-D-氨基葡萄糖及其衍生物的应用十分广泛，在临床医药上它是目前治疗风湿性及类风湿性关节炎的药物，此外，还具有增强人体免疫系统的功能，通过抑制癌细胞或纤维细胞的过度生长，可对癌症和恶性肿癌起到抑制和治疗作用。食品行业里它也可以作为食品抗氧化剂、婴幼儿食品添加剂及糖尿病患者甜味剂。

我国虾蟹资源丰富，主要分布于长江中下游地区。江苏是我国淡水虾蟹加工出口的重点省份，全省有加工企业60多家，每年出口的虾蟹占全国出口总量的90%。除了用于出口外，国内的虾蟹消费市场也逐年迅猛增长，大量的虾蟹皮被随意的遗弃，既污染了环境又造成资源的浪费。资料显示，虾头、虾蟹皮中甲壳素的含量约为10%～20%，色素的含量约为5%，蛋白质含量为20%～40%，氨基酸种类丰富，主要包括能提供鲜味的天门冬氨酸、谷氨酸、精氨酸及少量的亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸等。除此之外虾壳的剩余成分为矿物质元素，含量可达40%，其中含量最丰富的是钙，其次为磷。

目前国内有关虾蟹壳的处理工艺虽多，但是多数存在过程工艺不够完善，产品价值不高的缺陷。如申请号为CN02122565.6一种用鲜虾壳生产甲壳素、虾青素和蛋白质的方法专利中，使用氯仿萃取仅能获得混含虾青素和脂肪的混合物，产品安全性低，仅供工业使用。处理蛋白质时采用的稀碱溶液也会造成环境的污染。申请号为CN200910037545.9一种从虾壳中综合制备生物活性物质的环保方法专利中，虾蟹皮粗脂肪的提取采用环己烷试剂，同样存在安全性低，产品易混含色素的情况，且提取蛋白和甲壳素脱乙酰时高浓度氢氧化钠和盐酸的应用会对环境造成巨大影响。申请号为CN200510050390.4一种用虾壳生产甲壳素、虾青素、蛋白质、钙粉和生物肥料的方法专利中，生物肥料成分仅为生产废料外加植酸、活性低聚糖，不能充分提供植物生长所需营养。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，该方法生产工艺过程合理、全程无污染、原料利用率高，产品安全性好，附加值高。

为了上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，包括：（1）将清洁烘干的虾蟹壳粉碎后依次进行有用物质的回收提取，（2）酶法生产N-乙酰-D-氨基葡萄糖，（3）酶解废渣的应用。

进一步的，所述的步骤（1）中回收提取的顺序步骤为：a.虾蟹皮中矿物质的回收；b.虾蟹皮中蛋白质的回收；c.虾蟹皮中色素的回收；d.虾蟹皮中甲壳素的回收。

进一步的，所述步骤a的具体方法为：将虾蟹皮沸水浸煮、室温晾干，机械粉碎；浸提结束后分离浸提液并经真空干燥处理即得食品级风味补钙剂。

进一步的，将虾蟹皮机械粉碎至5～100目。

进一步的，所述的食品级有机酸为柠檬酸、乳酸、苹果酸、醋酸、酒石酸、磷酸中的一种或其复合酸。

进一步的，所述步骤b的具体方法为：利用蛋白酶处理浸提步骤a处理后的虾蟹皮，在适宜的酶解条件下处理4～8 h，加入蛋白酶占虾蟹皮总重量的0.4%～1%，处理温度30～60℃，酶解结束后分离酶解液并灭酶、浓缩酶解液、冷冻干燥获得饲料级蛋白粉。

进一步的，所述的蛋白酶包括碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、中性蛋白酶及其复合酶。

进一步的，所述步骤c的具体方法为：向步骤b处理后的虾蟹皮中加入食品级有机溶剂搅拌浸提，固液比为1：10～30，浸提温度：40～70℃，浸提时间为12～36 h，处理结束后分离上清液经真空浓缩和喷雾干燥获得虾红色素，反应器内所剩固体经10% 过氧化氢溶液氧化剂脱色2 h后，水洗烘干获得米白色甲壳素。

进一步的，所述食品级有机溶剂为乙醇、正丁醇、乙酸乙酯一种或其复合物。

进一步的，所述步骤（2）的具体方法为：向虾蟹皮甲壳素内加入甲壳素酶、磷酸缓冲液和金属离子激发剂进行酶解，酶解温度30～50℃，体系pH6～8，酶解时间为24-120 h，酶解结束后分离上清液后经离子交换树脂吸附、真空浓缩和冷冻干燥获得N-乙酰-D-氨基葡萄糖晶体。

进一步的，所述甲壳素酶包括甲壳素内切酶、甲壳素外切酶中的一种或两种和β-N-乙酰氨基己糖苷酶。

进一步的，所述步骤（3）的具体方法为：向酶解剩余的滤渣内加入质量比（g/g）的甲壳素1：尿素100～200：硫酸铵70～100：石膏粉30～55制成复合无机氮肥。

本发明有如下有益效果：

本发明采用多步法提取虾蟹皮中的有用产物，原料来源单一，全部处理过程采用环境友好型方法和食品级试剂，可有效地获得了食品级虾红素、饲料级粗蛋白、食品级风味补钙剂、抗真菌肥料等高附加值产物，同时利用酶法制备N-乙酰-D-氨基葡萄糖，可大幅提高生产收益，实现变废为宝的目的。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式进行进一步说明，但并不因此限制本发明的内容。

实施例1 说明本发明综合利用虾蟹皮中有用物质的方法

将虾蟹皮沸水浸煮、室温晾干，机械粉碎过5目的筛，取经预处理后的虾蟹皮1 kg加入50 L生物反应器内，再加入质量百分比25%的食品级柠檬酸20 L，进行超声波辅助处理，经10 min超声处理，超声功率为100 w，超声温度为20℃，超声结束后40℃恒温并以50 rpm转速搅拌，处理时间2 h后分离浸提液，经真空干燥处理可得柠檬酸-柠檬酸钙风味补钙剂，钙离子提取率为76.3%。水洗处理后的虾蟹皮至中性，加入ALCALASE 2.4 L 型碱性蛋白酶0.1 L（蛋白浓度为100 mg/mL），开启循环水保持酶解温度50℃，反应时间为4 h。酶解结束后过滤获得酶解液。将酶解液置于沸水浴中灭酶5 min，浓缩酶解液后冷冻干燥获得蛋白粉，蛋白的提取率为61.4%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入食品级乙酸乙酯15 L搅拌浸提虾蟹皮，调整循环水温度为40℃，浸提12 h后，分离出浸提液A。再向反应器内加入食品级乙醇15 L搅拌浸提虾蟹皮，提高循环水温至70℃，浸提12 h分离出浸提液B。将两次获得的浸提液混合经真空浓缩和喷雾干燥获得虾红色素产品，虾红素提取率约为78%。向浸提滤渣内加入浓度为10%过氧化氢溶液，处理2 h后即可获得米白色甲壳素，水洗甲壳素至中性。向反应器内加入几丁质混合酶16 kU，利用0.1 mmol/L的磷酸缓冲液调整体系pH至6.8后加入CaCl₂至终浓度为10 mmol/L，调整循环水温至40℃，转化24 h后停止反应。打开放料口，分离获得富含N-乙酰-D-氨基葡萄糖的转化液，将转化液经离子交换树脂吸附、真空浓缩和冷冻干燥可获得N-乙酰-D-氨基葡萄糖晶体98.1 g。取出反应器内剩余废渣，烘干称重，按质量比为残渣1：尿素200：硫酸铵100：石膏粉55，获得抗真菌肥料21.3 Kg。

实施例2说明本发明综合利用虾蟹皮中有用物质的方法

将虾蟹皮沸水浸煮、室温晾干，机械粉碎过100目的筛，称取经预处理后的虾蟹皮1 Kg加入50 L生物反应器内，再加入质量百分比25%的食品级柠檬酸30 L，开启搅拌。将反应器置于超声破碎机内超声处理30 min，超声功率：600 w，超声温度40℃，超声结束后40℃恒温以100rpm转速搅拌，处理时间6 h后分离浸提液。分离浸提液，经真空干燥处理可得柠檬酸-柠檬酸钙风味补钙剂，钙离子提取率可达86%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入木瓜蛋白酶（600 U/mg）4 g，开启循环水保持酶解温度40℃，反应时间为4 h。酶解结束后过滤获得酶解液。将酶解液置于沸水浴中灭酶5 min，浓缩酶解液后冷冻干燥获得蛋白粉，蛋白的提取率为55%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入食品级乙酸乙酯10 L搅拌浸提虾蟹皮，调整循环水温度为40℃，浸提12 h后，分离出浸提液A。再向反应器内加入食品级乙醇20 L搅拌浸提虾蟹皮，提高循环水温至70℃，浸提12 h分离出浸提液B。将两次获得的浸提液混合经真空浓缩和喷雾干燥获得虾红色素产品，虾红素提取率约为92%。向浸提滤渣内加入浓度为10%过氧化氢溶液，处理4 h后可获得米白色甲壳素，水洗至中性。向反应器内加入几丁质混合酶16 kU，利用0.1 mmol/L的磷酸缓冲液调整体系pH至6.8后加入CaCl₂至终浓度为15 mmol/L，调整循环水温至40℃，转化48 h后停止反应。打开放料口，分离获得富含N-乙酰-D-氨基葡萄糖的转化液，将转化液经离子交换树脂吸附、真空浓缩和冷冻干燥可获得N-乙酰-D-氨基葡萄糖晶体116 g。取出反应器内剩余废渣，烘干称重，按质量比为残渣1：尿素100：硫酸铵50：石膏粉55，获得抗真菌肥料8.24 Kg。

实施例3说明本发明综合利用虾蟹皮中有用物质的方法

将虾蟹皮沸水浸煮、室温晾干，机械粉碎过50目的筛，称取经预处理后的虾蟹皮1 Kg加入50 L生物反应器内，再加入质量百分比25%的食品级苹果酸和醋酸5 L，开启搅拌。将反应器置于超声破碎机内超声处理90min，超声功率：100 w，超声温度60℃，超声结束继续进行搅拌处理，反应时间24 h。分离浸提液，经真空干燥处理可得柠檬酸-柠檬酸钙风味补钙剂，钙离子提取率可达79%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入木瓜蛋白酶（600 U/mg）4 g，开启循环水保持酶解温度60℃，反应时间为8 h。酶解结束后过滤获得酶解液。将酶解液置于沸水浴中灭酶5 min，浓缩酶解液后冷冻干燥获得蛋白粉，蛋白的提取率为63%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入食品级30 L搅拌正丁醇浸提虾蟹皮，调整循环水温度为40℃，浸提36 h后，分离出浸提液A。再向反应器内加入食品级乙醇30 L搅拌浸提虾蟹皮，提高循环水温至70℃，浸提12 h分离出浸提液B。将两次获得的浸提液混合经真空浓缩和喷雾干燥获得虾红色素产品，虾红素提取率约为89%。向浸提滤渣内加入浓度为10%过氧化氢溶液，处理4 h后获得米白色甲壳素，水洗至中性。向反应器内加入几丁质混合酶16 kU，利用0.1 mmol/L的磷酸缓冲液调整体系pH至6.8后加入CaCl₂至终浓度为15 mmol/L，调整循环水温至50℃，转化120 h后停止反应。打开放料口，分离获得富含N-乙酰-D-氨基葡萄糖的转化液，将转化液经离子交换树脂吸附、真空浓缩和冷冻干燥可获得N-乙酰-D-氨基葡萄糖晶体140 g。取出反应器内剩余废渣，烘干称重，按质量比为残渣1：尿素100：硫酸铵70：石膏粉30，获得抗真菌肥料7.98 Kg。

实施例4说明本发明综合利用虾蟹皮中有用物质的方法

将虾蟹皮沸水浸煮、室温晾干，机械粉碎过50目的筛，称取经预处理后的虾蟹皮1 Kg加入50 L生物反应器内，再加入质量百分比25%的食品级酒石酸和磷酸20 L，开启搅拌。将反应器置于超声破碎机内超声处理50min，超声功率：300 w，超声温度60℃，超声结束继续进行搅拌处理，反应时间2 h。分离浸提液，经真空干燥处理可得柠檬酸-柠檬酸钙风味补钙剂，钙离子提取率可达71%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入中性蛋白（600 U/mg）100g，开启循环水保持酶解温度30℃，反应时间为8 h。酶解结束后过滤获得酶解液。将酶解液置于沸水浴中灭酶5 min，浓缩酶解液后冷冻干燥获得蛋白粉，蛋白的提取率为81%。将浸提滤渣用水洗至中性，加入食品级10 L搅拌正丁醇浸提虾蟹皮，调整循环水温度为40℃，浸提36 h后，分离出浸提液A。再向反应器内加入食品级乙醇30 L搅拌浸提虾蟹皮，提高循环水温至70℃浸提12 h分离出浸，提液B。将两次获得的浸提液混合经真空浓缩和喷雾干燥获得虾红色素产品，虾红素提取率约为94%。向浸提滤渣内加入浓度为10%过氧化氢溶液，处理6 h后即可获得米白色甲壳素，水洗甲壳素至中性。向反应器内加入几丁质混合酶16 kU，利用0.1 mmol/L的磷酸缓冲液调整体系pH至8后加入CaCl₂至终浓度为15 mmol/L，调整循环水温至50℃，转化90 h后停止反应。打开放料口，分离获得富含N-乙酰-D-氨基葡萄糖的转化液，将转化液经离子交换树脂吸附、真空浓缩和冷冻干燥可获得N-乙酰-D-氨基葡萄糖晶体122 g。取出反应器内剩余废渣，烘干称重，按质量比为残渣1：尿素100：硫酸铵50：石膏粉35，获得抗真菌肥料7.6 Kg。

虽然结合具体实施例对本发明的具体内容进行了详细的说明，但并非是对本专利保护范围的限定。在权利要求书所限定的范围内，本领域的技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和调整仍受本专利保护。

Claims

1.一种综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，包括：（1）将清洁烘干的虾蟹壳粉碎后依次进行有用物质的回收提取，（2）酶法生产N-乙酰-D-氨基葡萄糖，（3）酶解废渣的应用。

2.根据权利要求1所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，所述的步骤（1）中回收提取的顺序步骤为：a.虾蟹皮中矿物质的回收；b.虾蟹皮中蛋白质的回收；c.虾蟹皮中色素的回收；d.虾蟹皮中甲壳素的回收。

3.根据权利要求2所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于所述步骤a的具体方法为：将虾蟹皮沸水浸煮、室温晾干，机械粉碎；利用食品级有机酸对虾蟹皮进行超声波辅助处理，超声功率为100～600 w，超声温度为20～60℃，固液比为1：5～30，经10～90 min超声处理后，40-70℃恒温搅拌浸提，搅拌转速为50-200rpm，浸提时间为2～24 h，浸提结束后分离浸提液并经真空干燥处理即得食品级风味补钙剂。

4.根据权利要求3所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，所述的食品级有机酸为柠檬酸、乳酸、苹果酸、醋酸、酒石酸、磷酸中的一种或其复合酸。

5. 根据权利要求2所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于所述步骤b的具体方法为：利用蛋白酶处理浸提步骤a处理后的虾蟹皮，在适宜的酶解条件下处理4～8 h，加入蛋白酶占虾蟹皮总重量的0.4%～1%，处理温度30～60℃，酶解结束后分离酶解液并灭酶、浓缩酶解液、冷冻干燥获得饲料级蛋白粉。

6. 根据权利要求5所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，所述的蛋白酶包括碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、中性蛋白酶一种或其复合酶。

7. 根据权利要求2所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于所述步骤c的具体方法为：向步骤b处理后的虾蟹皮中加入食品级有机溶剂搅拌浸提，固液比为1：10～30，浸提温度：40～70℃，浸提时间为12～36 h，处理结束后分离上清液经真空浓缩和喷雾干燥获得虾红色素，反应器内所剩固体经浓度为10% 过氧化氢溶液氧化剂脱色2-6 h后，水洗烘干获得米白色甲壳素。

8.根据权利要求7所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于所述食品级有机溶剂为乙醇、正丁醇、乙酸乙酯的一种或其复合物。

9.根据权利要求1所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体方法为：向步骤（1）处理虾蟹皮获得的米白色甲壳素内加入甲壳素酶、磷酸缓冲液和金属离子激发剂进行酶解，酶解温度30～50℃，体系pH6～8，酶解时间为24-120 h，酶解结束后分离上清液后经离子交换树脂吸附、真空浓缩和冷冻干燥获得N-乙酰-D-氨基葡萄糖晶体。

10.根据权利要求1所述的综合利用虾蟹皮中有用物质的方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体方法为：向酶解剩余的滤渣内加入质量比（g/g）的甲壳素1：尿素100～200：硫酸铵50～100：石膏粉30～55制成复合无机氮肥。