CN104313101A

CN104313101A - 一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法

Info

Publication number: CN104313101A
Application number: CN201410613560.4A
Authority: CN
Inventors: 丁志文; 庞晓燕; 张慧洁; 刘娜; 程正平
Original assignee: HEBEI ZHONGPI DONGMING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd; China Leather and Footwear Research Institute Co Ltd
Current assignee: HEBEI ZHONGPI DONGMING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd; China Leather and Footwear Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: CN104313101B

Abstract

本发明提供了一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，包括以下步骤：(1)将含铬皮革废弃物浸泡；(2)加入酸剂使步骤(1)中所获的混合物呈酸性，并且对步骤(1)中所获的混合物脱铬；(3)加入碱剂调整pH值为酸性蛋白酶的最适pH值后，用酸性蛋白酶对步骤(2)所获得的混合物水解；(4)加入碱剂调整pH值使步骤(3)所获混合物呈碱性，对步骤(3)所获混合物脱铬；(5)在从步骤(4)获得的混合物中加入用于提取胶原蛋白的复合酶，所述复合酶为木瓜蛋白酶、枯草芽孢杆菌中性蛋白酶和地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶的复配混合物。解决了目前所提取的胶原蛋白的分子量分布不集中，铬含量高且纯度低的问题。

Description

一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法

技术领域

本申请涉及皮革生产中废弃物的综合利用领域，具体的说，涉及一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法。

背景技术

含铬皮革废弃物中虽然胶原蛋白含量高(以绝干含铬皮革废弃物计算，其中含胶原蛋白质90％左右)，却因含有重金属铬，长期以来只能作为垃圾废弃或被非法利用，最终危害人类身体健康或者导致严重的环境污染。近年来，国内外的学者对含铬皮革废弃物提取胶原蛋白有了一定的研究，并将提取出来的胶原蛋白用于轻工业、农业等各方面，这样既可以减轻含铬皮革废弃物的污染，也可以充分利用其价值。

对于含铬皮革废弃物的利用，现在技术中主要是采用酸、碱、酶以及两种或两种以上混合的方法来脱铬和提取胶原蛋白。酸法是在酸性条件下，铬配合物产生一定程度的解离，达到部分脱铬的目的；碱法是利用羟基与铬的配位能力远远大于胶原羧基与铬的配位能力这一性质来脱铬进而提取胶原蛋白的。碱液中的OH-进入铬络合物内界，将胶原羧基从铬络合物中取代进来，使胶原脱铬且同时发生一定程度的降解，铬则与OH-结合形成Cr(OH)₃沉淀，达到胶原溶液与Cr(OH)₃沉淀分离，提取胶原蛋白。酶法主要采用蛋白酶对含铬皮革废弃物中的胶原蛋白进行定点水解，可以分离出所水解的胶原蛋白和铬盐。

但是，在现有技术中，胶原蛋白的分子量根据提取方法不同从几百到十几万不等，使胶原蛋白分子量分布比较宽，铬含量也不能得到有效的控制，严重限制了胶原蛋白的进一步工业化利用。

因此，如何研发一种分子量分布集中，铬含量低且纯度高的胶原蛋白，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，以解决目前无法实现的从含铬皮革废弃物中提取的胶原蛋白的分子量分布集中，铬含量低且纯度高的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，包括以下步骤：

(1)将含铬皮革废弃物浸泡；

(2)加入酸剂使步骤(1)中所获的混合物呈酸性，并且对所述步骤(1)中所获的混合物脱铬；

(3)加入碱剂调整pH值为酸性蛋白酶的最适pH值后，用所述酸性蛋白酶对步骤(2)所获得的混合物水解；

(4)加入碱剂调整pH值使步骤(3)所获混合物呈碱性，对所述步骤(3)所获混合物脱铬；

(5)在从步骤(4)获得的混合物中加入用于提取胶原蛋白的复合酶，所述复合酶为木瓜蛋白酶、枯草芽孢杆菌中性蛋白酶和地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶的复配混合物；

(6)除去步骤(5)获得的混合物中的不溶物。

进一步地，其中，所述步骤(2)的反应条件为：所述酸剂用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的4％-6％，将所述步骤(1)获得的混合物在酸性条件下常温浸泡脱铬10-12h。

进一步地，其中，所述酸剂为硫酸、草酸和盐酸的一种或几种。

进一步地，其中，所述步骤(3)的水解条件为：所述碱剂用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的0.5-2.0％，调整pH值为4.5-5.5，加入所述酸性蛋白酶的用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的0.03～0.05％，温度为40-50℃，时间为0.5-1h。

进一步地，其中，所述酸性蛋白酶为纤维素酶或胃蛋白酶。

进一步地，其中，所述步骤(4)的脱铬条件为：所述碱剂用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的2.0％-4.5％，调节pH值为9.0-12.0，温度为75-85℃，作用时间为2-4h。

进一步地，其中，所述碱剂为氢氧化钠、氧化钙和氧化镁中的一种或几种。

进一步地，其中，所述步骤(5)的提取条件为：复合酶用量以重量计为含铬皮革废弃物的2.5％-5％，调节pH值为9-10，温度为40-65℃，作用时间为2-4h。

进一步地，其中，所述复合酶由以下配比进行复配，木瓜蛋白酶30％-50％，枯草芽孢杆菌中性蛋白酶25％-55％，地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶10％-40％。

进一步地，其中，采用毛细管电泳法测定所述胶原蛋白溶液的分子量。与现有技术相比，本申请所述的一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，达到了如下效果：

(1)本申请所述的一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，所提取的胶原蛋白的分子量可控制在2000-3000Da，且分子量为2000-3000Da的胶原蛋白含量达到了70％以上。

(2)本申请所述的一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，所提取的胶原蛋白的铬含量在10mg/L以下。

(3)本申请所述的一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，所提取的胶原蛋白的纯度高，有利于其在工业中得到高附加值再利用。

(4)本申请所述的一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，提取出胶原蛋白后得到的废渣，可以进一步回收铬，回用于皮革的鞣制中。

(5)另外，本申请所述的一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，本方法操作方法简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明超低分子量标准蛋白质的毛细管电泳图谱；

图2为本发明超低分子量标准蛋白质相对分子质量标准曲线；

图3为本发明实施例1所提取的胶原蛋白的毛细管电泳图谱；

图4为本发明实施例2所提取的胶原蛋白的毛细管电泳图谱；

图5为本发明实施例3所提取的胶原蛋白的毛细管电泳图谱；

图6为本发明对比实验1所提取的胶原蛋白的毛细管电泳图谱；

图7为本发明对比实验2所提取的胶原蛋白的毛细管电泳图谱；

图8为本发明对比实验3所提取的胶原蛋白的毛细管电泳图谱。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例1

一种可控制分子量的从含铬皮革废弃物中提取胶原蛋白的方法，具体为：

(1)将含铬皮革废弃物浸泡。

具体地，将10g含铬皮革废弃物浸泡于水中。

本实施例1将含铬皮革废弃物浸泡于水中，但实际生产中不限于只浸泡在水中，还可以为其他溶剂。

(2)加入酸剂使步骤(1)中所获的混合物呈酸性，并且对所述步骤(1)中所获的混合物脱铬。

具体地，在所述步骤(1)中获得的混合物中加入0.4g的硫酸，将所述步骤(1)中获得的混合物在酸性条件下常温浸泡脱铬10h。

本实施例1所采用的所述酸剂为硫酸，当然，所述酸剂还可以替换为草酸或盐酸，或者上述三种酸剂的混合物，还可以为其它酸剂，这里对所述酸剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的酸剂。

(3)加入碱剂调整pH值为酸性蛋白酶的最适pH值后，用所述酸性蛋白酶对步骤(2)所获得的混合物水解。

具体地，加入氢氧化钠调整溶液的pH值，所述氢氧化钠用量为所述含铬皮革废弃物的0.5％，调整溶液pH值为4.5，加入纤维素酶，纤维素酶用量为含铬皮革废弃物的0.03％，反应温度为40℃，反应时间为0.5h。

本实施例1所采用的所述碱剂为氢氧化钠，当然，所述碱剂还可以替换为氧化镁或氧化钙，或者上述三种碱剂的混合物，还可以为其他碱剂，这里对所述碱剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的碱剂。另外，本实施例中所述的酸性蛋白酶还可以为胃蛋白酶，这里对所述酸性蛋白酶不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的酸性蛋白酶。

(4)加入碱剂调整pH值使步骤(3)所获混合物呈碱性，对所述步骤 (3)所获混合物脱铬。

具体地，继续加入氢氧化钠调整pH值，所述氢氧化钠用量为所述含铬皮革废弃物的2.0％，调节pH值为9.0，温度为75℃，作用时间为2h。

本实施例1所采用的所述碱剂为氢氧化钠，当然，所述碱剂还可以替换为氧化镁或氧化钙，或者上述三种碱剂的混合物，还可以为其他碱剂，这里对所述碱剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的碱剂。

(5)在从步骤(4)获得的混合物中加入用于提取胶原蛋白的复合酶，所述复合酶为木瓜蛋白酶、枯草芽孢杆菌中性蛋白酶和地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶的复配混合物。

具体地，所述复合酶由以下配比进行复配，木瓜蛋白酶30％，枯草芽孢杆菌中性蛋白酶55％，地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶15％；所述复合酶的总量为含铬皮革废弃物的2.5％，调节pH值为9，温度为40℃，作用时间为2h。

本实施例1所采用的所述复合酶的配比不限于这一种配比方式，还可以为其它配比方式，这里对所述复合酶的配比不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的所述复合酶的配比。

(6)除去步骤(5)获得的混合物中的不溶物。

本实施例采用离心、过滤的方法提纯胶原蛋白溶液，但是实际生产中不限于这两种方式，还可以为其他方式。

另外，本实施例1采用毛细管电泳法测定所述胶原蛋白溶液的分子量，但实际生产中，不限于这一种检测方式，还可以有其他方式。

实施例2

一种可控制分子量的从含铬皮革废弃物中提取胶原蛋白的方法，具体步骤为：

(1)将含铬皮革废弃物浸泡。

具体地，将10g含铬皮革废弃物浸泡于水中。

本实施例2将含铬皮革废弃物浸泡于水中，但实际生产中不限于只浸泡在水中，还可以为其他溶剂。

具体地，在所述步骤(1)中获得的混合物中加入0.5g的盐酸，将所述步骤(1)中获得的混合物在酸性条件下常温浸泡脱铬11h。

本实施例2所采用的所述酸剂为盐酸，当然，所述酸剂还可以替换为草酸或硫酸，或者上述三种酸剂的混合物，还可以为其它酸剂，这里对所述酸剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的酸剂。

具体地，加入氧化钙，调整溶液的pH值，氧化钙用量为所述含铬皮革废弃物的1.2％，调整溶液pH值为5，加入纤维素酶，纤维素酶为所述含铬皮革废弃物的0.04％，反应温度为45℃，反应时间为0.8h。

本实施例2所采用的所述碱剂为氧化钙，当然，所述碱剂还可以替换为氧化镁或氢氧化钠，或者上述三种碱剂的混合物，还可以为其他碱剂，这里对所述碱剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的碱剂。另外，本实施例中所述的酸性蛋白酶还可以为胃蛋白酶，这里对所述酸性蛋白酶不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的酸性蛋白酶。

(4)加入碱剂调整pH值使步骤(3)所获混合物呈碱性，对所述步骤(3)所获混合物脱铬。

具体地，继续加入氧化钙调整pH值，氧化钙用量为所述含铬皮革废弃物的3.2％，调节pH值为10.5，温度为80℃，作用时间为3h。

本实施例2所采用的所述碱剂为氧化钙，当然，所述碱剂还可以替换为氧化镁或氢氧化钠，或者上述三种碱剂的混合物，还可以为其他碱剂，这里对所述碱剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的碱剂。

具体地，所述复合酶由以下配比进行复配，木瓜蛋白酶50％，枯草芽孢杆菌中性蛋白酶25％，地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶25％；所述复合酶的总量为含铬皮革废弃物的4％，调节pH值为9.5，温度为50℃，作用时间为3h。

本实施例2所采用的所述复合酶的配比不限于这一种配比方式，还可以为其它配比方式，这里对所述复合酶的配比不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的所述复合酶的配比。

(6)除去步骤(5)获得的混合物中的不溶物。

另外，本实施例2采用毛细管电泳法测定所述胶原蛋白溶液的分子量。

实施例3

一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，具体步骤为：

(1)将含铬皮革废弃物浸泡。

具体地，将10g含铬皮革废弃物浸泡于水中。

本实施例3将含铬皮革废弃物浸泡于水中，但实际生产中不限于只浸泡在水中，还可以为其他溶剂。

具体地，在所述步骤(1)中获得的混合物中加入0.6g的草酸，将所述步骤(1)中获得的混合物在酸性条件下常温浸泡脱铬12h。

本实施例3所采用的所述酸剂为草酸，当然，所述酸剂还可以替换为盐酸或硫酸，或者上述三种酸剂的混合物，还可以为其它酸剂，这里对所述酸剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的酸剂。

具体地，加入氧化镁调整溶液的pH值，氧化镁用量为所述含铬皮革废弃物的2.5％，调整溶液pH值为5.5，加入胃蛋白酶，胃蛋白酶为所述含铬皮革废弃物的0.05％，反应温度为50℃，反应时间为1h。

本实施例3所采用的所述碱剂为氧化镁，当然，所述碱剂还可以替换为氧化钙或氢氧化钠，或者上述三种碱剂的混合物，还可以为其他碱剂，这里对所述碱剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的碱剂。另外，本实施例中所述的酸性蛋白酶还可以为纤维素酶，这里对所述酸性蛋白酶不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的酸性蛋白酶。

具体地，加入氢氧化钠调整pH值，所述氢氧化钠用量为所述含铬皮革废弃物的4.5％，调节pH值为12，温度为85℃，作用时间为4h。

本实施例3所采用的所述碱剂为氧化镁，当然，所述碱剂还可以替换为氧化钙或氢氧化钠，或者上述三种碱剂的混合物，还可以为其他碱剂，这里对所述碱剂不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的碱剂。

具体地，所述复合酶由以下配比进行复配，木瓜蛋白酶30％，枯草芽孢杆菌中性蛋白酶30％，地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶40％；所述复合酶的以重量计为含铬皮革废弃物的5％，调节pH值为10，温度为65℃，作用时间为4h。

本实施例3所采用的所述复合酶的配比不限于这一种配比方式，还可以为其它配比方式，这里对所述复合酶的配比不做具体限定，根据具体情况采用最为优选的所述复合酶的配比。

(6)除去步骤(5)获得的混合物中的不溶物。

另外，本实施例3采用毛细管电泳法测定所述胶原蛋白溶液的分子量。

对比实验

对比实验1

向粉碎的10g含铬皮革废弃物中加入4％的氢氧化钠，80℃下在水浴恒温振荡器中水解3h。将温度降至碱性蛋白酶的最适温度，加入硫酸调节反应液的pH至碱性蛋白酶的最适pH值，加入0.05g的碱性蛋白酶反应1小时。将水解液冷却过滤，得到粘稠的胶原蛋白溶液。

对比实验2

向粉碎的10g含铬皮革废弃物中加入4％的氧化钙，80℃下在水浴恒温振荡器中水解3h。将温度降至木瓜蛋白酶的最适温度，加入硫酸调节反应液的pH至木瓜蛋白酶的最适pH值，加入0.05g木瓜蛋白酶反应1小时。将水解液冷却过滤，得到粘稠的胶原蛋白溶液。

对比实验3

向粉碎的10g含铬皮革废弃物中加入4％的氧化镁，80℃下在水浴恒温振荡器中水解3h。将温度降至木瓜蛋白酶的最适温度，加入硫酸调节反应液的pH至木瓜蛋白酶的最适pH值，加入0.05g木瓜蛋白酶反应1小时。将水解液冷却过滤，得到粘稠的胶原蛋白溶液。

实验结果

实验结果1

如图3-8所示，采用毛细管电泳法测定实施例1-3和对比实验1-3所得到的胶原蛋白溶液，根据如图1所示的本发明超低分子量标准蛋白质的毛细管电泳图谱和如图2所示的本发明超低分子量标准蛋白质相对分子质量标准曲线计算胶原蛋白溶液的分子量最大时的最大含量、最大含量分子量和平均分子量，结果如下表所示：

表1实施例中胶原蛋白的分子量

胶原蛋白溶液来源	实施例1	实施例2	实施例3
				最大含量/％	78.21	80.15	75.24
最大含量分子量/Da	2575	2295	2172

表2对比实验中胶原蛋白的分子量

胶原蛋白溶液来源	对比实验1	对比实验2	对比实验3
				最大含量/％	39.24	61.83	61.17
最大含量分子量/Da	2509	2082	2383

对比表1和表2的实验结果可知，实施例1-3中所提取的胶原蛋白的分子量可控制在2000-3000Da，且分子量为2000-3000Da的胶原蛋白含量可大符度提高，已达到了70％以上，可以更加利于工业利用。

实验结果2

采用二苯碳酰二肼分光光度法测定实施例1-3和对比实验1-3的铬含量，结果如下表所示：

表3实施例中铬含量的测定结果

胶原蛋白溶液来源	实施例1	实施例2	实施例3
				铬含量(mg/kg)	5.8	4.3	6.5

表4对比实验中铬含量的测定结果

胶原蛋白溶液来源	对比实验1	对比实验2	对比实验3
				铬含量(mg/kg)	19.8	17.1	12.2

由表3和表4的对比可知，本发明的实施例1、实施例2和实施例3均可大幅度的降低胶原蛋白溶液的铬含量，使胶原蛋白的铬含量在10mg/L以下。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将含铬皮革废弃物浸泡；

(3)加入碱剂调整pH值为酸性蛋白酶的最适pH值后，用所述酸性蛋白酶对所述步骤(2)所获得的混合物水解；

(5)在从所述步骤(4)获得的混合物中加入用于提取胶原蛋白的复合酶，所述复合酶为木瓜蛋白酶、枯草芽孢杆菌中性蛋白酶和地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶的复配混合物；

(6)除去所述步骤(5)获得的混合物中的不溶物。

2.根据权利要求1所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述步骤(2)的反应条件为：所述酸剂用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的4％-6％，将所述步骤(1)获得的混合物在酸性条件下常温浸泡脱铬10-12h。

3.根据权利要求2所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述酸剂为硫酸、草酸和盐酸的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述步骤(3)的水解条件为：所述碱剂用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的0.5-2.0％，调整pH值为4.5-5.5，加入所述酸性蛋白酶的用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的0.03～0.05％，温度为40-50℃，时间为0.5-1h。

5.根据权利要求4所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述酸性蛋白酶为纤维素酶或胃蛋白酶。

6.根据权利要求1所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述步骤(4)的脱铬条件为：所述碱剂用量以重量计为所述含铬皮革废弃物的2.0％-4.5％，调节pH值为9.0-12.0，温度为75-85℃，作用时间为2-4h。

7.根据权利要求6所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述碱剂为氢氧化钠、氧化钙和氧化镁中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述步骤(5)的提取条件为：复合酶用量以重量计为含铬皮革废弃物的2.5％-5％，调节pH值为9-10，温度为40-65℃，作用时间为2-4h。

9.根据权利要求8中所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述复合酶由以下配比进行复配，木瓜蛋白酶30％-50％，枯草芽孢杆菌中性蛋白酶25％-55％，地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶10％-40％。

10.根据权利要求1所述的可控制分子量的提取胶原蛋白的方法，其特征在于，采用毛细管电泳法测定所述胶原蛋白溶液的分子量。