CN104327747B - 一种酶法制备药用明胶的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于明胶制备领域，特别涉及一种酶法制备药用明胶的生产方法，该方法所制取的明胶可达到药用胶囊用明胶的指标要求。本发明的基本内容包括：皮料前处理、酶法提胶、过滤、离子交换、膜浓缩、直板干燥、灭菌、结胶、干燥、粉碎、检验、成品。本方法的优点在于，皮料处理时间相对于碱法显著缩短，并且酸、碱的用量也大大减少；另外，通过本发明方案所提取获得的优质明胶得率大幅提高。

Description

一种酶法制备药用明胶的生产方法

技术领域

本发明涉及明胶制备技术，具体涉及一种酶法制备药用明胶的生产方法。

背景技术

明胶成品为无色或淡黄色的透明薄片或微粒，其主要组成为18种组成相同而分子量分布很宽的氨基酸多肽分子混合物，分子量一般在几万至十几万。除15%以下的水分和矿物质外，明胶中蛋白质的含量达到85%以上，是一种理想的蛋白源。明胶是胶原蛋白部分水解而得到的一类蛋白质，因为与胶原蛋白具有同源性。胶原蛋白具有棒状三股螺旋结构，当其部分水解制备明胶的过程中，胶原的这种三螺旋结构发生部分分离和断裂。明胶的氨基酸组成与胶原相似，但因预处理的差异，组成成分也可能不同。

由于明胶既具有酸性，又具有碱性，是一种两性物质，所以明胶的胶团是带电的，在电场作用下，它将向两极中的某一极移动。明胶分子结构上有大量的羟基，另外还有许多羧基和氨基，这使得明胶具有极强的亲水性。虽然明胶不溶于有机溶剂，也不溶于冷水，但其可在冷水中吸水膨胀至自身的5-10倍，并且易溶于温水，冷却又可形成热可逆性凝胶，溶点在24-28°C之间，其溶解度与凝固温度相差很小，易受水份、温度、湿度的影响而变质。正是由于明胶在结构上所具有的这些特质，明胶还具有许多优良的物理性质，如胶冻力、亲和性、高度分散性、低粘度特性、分散稳定性、持水性、被覆性、韧性及可逆性等。

制作优质明胶和胶原蛋白的过程就是通过适当的处理方法来破坏稳定胶原纤维分子间和分子内的共价交联和非共价键，释放出原胶原分子，然后通过加热使稳定胶原螺旋的氢键断裂从而释放出明胶。所以，明胶制备过程中的两个关键步骤就是原料的前期处理和熬胶提取。目前，生产明胶的传统方法主要有酸法、碱法和酶法三种，大多都是以动物的皮、骨和筋腱为原料，通过分类、洗浸、脱脂、中和、水解、过滤、浓缩、凝胶、烘干、粉碎等十几道工序制成。目前在工厂中最常用的生产方法是碱法与酸法。用酸法生产的明胶为A型明胶，用碱法生产的明胶为B型明胶。酸法生产的明胶冻力高、黏度低；碱法生产的明胶冻力低、黏度高。两者都不能达到既高冻力又高黏度的高品质。而且这些酸法、碱法或酸碱法结相结合的传统方法普遍存在着水、电资源消耗大、环境污染严重等缺点。

自上世纪五十年代，人们就开始尝试将蛋白酶催化胶原蛋白的降解作用引入到明胶生产中。与传统的碱法制胶工艺相比，酶法生产周期将会大大缩短，因此，国内外明胶工作者一直都很重视对酶法制胶的研究。但是到目前为止，还尚没有将酶法制备明胶工艺应用于明胶的大生产中，这与酶降解胶原反应难以控制有关。

授权公告号CN 1196758C公开了一种酶降解骨胶原制备明胶的方法，具体包括以下步骤：采用脱脂不脱矿的骨粒为原料，磨碎成尺寸在4 ～ 8mm 的骨粒，加酸或偏碱性蛋白酶，调pH 为1.5～4或7～8，控制胶原降解，加酶量为骨泥重量的2～8‰；再热水抽提，分离过滤明胶抽提液，得到高纯度的硬胶囊明胶溶液。使用该方法，从骨粒磨碎到胶液产生仅为7～10小时，此外，工艺用水量非常少，从根本上扭转了传统工艺耗水量大、生产周期长、污染严重的问题；降低了生产成本，提高了经济、环境效益。但是，选用脱脂不脱矿的骨粒直接酶解提胶，导致明胶液中残留大量无机盐离子，给后续的分离工序造成困难。

授权公告号CN 102329843B公开了一种酶法制备明胶的方法，该方法包括以下步骤：将骨粒制成骨粉，用磷酸酸化，再加入酸性蛋白酶水解，然后用双氧水脱色，用氢氧化钙调pH值，然后加入絮凝剂。本方法反应条件较为温和，有利于酶解反应终点的控制，克服了精磨胶原酶解方法酶解终点难以控制的缺陷和不足。另外，由于其不需分道提胶，最终批道次胶混拼成成品的过程相对简单，成品质量较为稳定。但是，该专利所描述的酶法制胶技术，在进行酶法制取明胶前仍需进行骨料的浸酸处理以获得骨素，由于仍需浸酸，将有大量的废水排放，如应用于实际生产中仍需配套一定处理能力的环保设施，生产上很不经济。

专利CN 103555802A公开了一种通过酶法提胶制备明胶的方法，其中使用经过提胶三到四次后的剩余骨料作为原料，采用酶法制胶技术代替高温提胶技术进行提取。本发明的优点在于提高了优质明胶的得率20%~30%，所得明胶理化性质与质量均更为具有优异，生产条件温和，操作简单，更为节约能源、环保。但是采用升温的方式灭酶，不仅会使酶失活，而且无法避免地也会对骨明胶的品质造成不可逆的影响，如温度过高造成的加剧降解。

然而，上述几个现有技术均为酶法制备提取骨明胶的方法。而在实际生产中，骨明胶与皮明胶的制备，由于起始原料不同，制备方法与产品相应的质量标准显然是有着较大区别的。

专利CN 103374594公开了一种采用生物酶解工艺制取鱼皮明胶的方法，包括：鱼皮清洗、酶解、酶解脱脂、加碱除油、清洗、抽提、活性炭脱腥、过滤、干燥等流程，最终得到成品明胶。该方法的优点在于大大减少了酸、碱的用量，以及明胶生产中的污水排放量。但是该方法也存在着操作复杂，步骤重复却效率不高的问题。首先，分两次加入蛋白酶分别进行酶解和脱脂，不仅使得酶解终点难以控制，而且必然会造成一定量的原料损失；另外，提胶后仅仅通过单一的活性炭粉处理，并不能完全有效除去水不溶物、重金属和微生物等杂质。

发明内容

本发明的目的是提供一种酶法制备明胶的生产方法，以解决上述现有酶法制备明胶技术存在的各种问题，进一步整体提高明胶的生产效率和产品品质，使传统提取方法中获得的第四、五道次明胶的产品质量也能够达到较高的水平。

本发明提供了一种酶法制备明胶的生产方法，包括以下步骤：皮料前处理、酶法提胶、过滤、离子交换、膜浓缩、直板干燥、灭菌、结胶、干燥、粉碎、检验、成品。其特征在于所述的皮料前处理工艺中加入了蛋白酶进行酶解反应，所述的提胶工序中加入了转谷氨酰胺酶进行酶法提胶。

进一步，上述方法中，所述前处理工艺是采用的碱、过氧化氢与酶复合法，其工艺步骤为：

（1）切皮：使用切皮机将皮料切成条状，用输送泵传至洗涤罐；

（2）碱预处理：先加水到皮料中，再加液碱，控制溶液的浓度为0.6-1.0%，室温下浸泡2-5天；

（3）皮水分离，回收液碱；

（4）在洗涤罐内将皮料水洗至溶液pH值达到6.5-7.5之间；

（5）酶解：向调整好pH值的皮料水溶液中加入中性蛋白酶，在35~55^oC下酶解反应2-5小时；

（6）过氧化氢预处理：加柠檬酸调溶液的pH值为3.5-4.5后，再向其中添加过氧化氢对原料皮进行处理，室温下浸泡2-8h；

（7）中和：先用水洗退酸一次，再加入液碱搅拌1小时后再浸泡1-2小时；

（8）最后水洗到提胶时的pH值为4.5-6.0。

进一步，上述前处理工艺中加入的生物蛋白酶为木瓜蛋白酶、胰蛋白酶或中性蛋白酶的一种或两种的组合物，所述酶的加入量为皮料重量的0.5%-1.5%。

进一步，上述提胶工序中，在提胶6小时后，向胶液中添加用量为皮料重量1%-5%的转谷氨酰胺酶。

进一步，上述过滤工序中，过滤罐内所填装的是硅藻土和阳离子型絮凝剂，所述阳离子絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺或壳聚糖。

进一步，上述前处理工艺的步骤（6）中过氧化氢的用量为皮料重量的4.0%-8.0%，浓度为5%-20%，浸泡时间优选为6h。

进一步，上述过滤工序中的过滤罐是分为上中下三层的过滤装置，其中最上层为隔层挡板，并不填装任何吸附性物质，中间层为填充的硅藻土层，下层为填充的阳离子型絮凝剂。

所述的过滤罐是分为上中下三层的过滤装置，其中最上层为隔层挡板，并不填装任何吸附性物质，中间层为填充的硅藻土层，下层为填充的阳离子型絮凝剂。

最后，根据上述生产方法所制得的成品中，第五道次胶的冻力强度达到180g，勃氏黏度达到4.5mPa.s。

本发明与现有技术相比具有如下优点和显著的进步：

（1）先将皮料切成条状，再进行碱处理，可增大皮料比表面积及与液碱的接触面积，提高胶原纤维松散和膨胀的程度。另外，用过氧化氢代替硫化钠对原料皮进行脱毛与膨胀作用，不仅可以有效解决硫化钠存在的污染环境、引入新的杂质和影响明胶品质的问题，而且还能起到一定程度的改善明胶色泽、抑菌抗菌的作用。

（2）在前处理工艺中加入蛋白酶，不仅大幅缩短了前处理的时间，而且提高了皮料水解脱脂的效率，并且在与后续提胶工序中添加转谷氨酰胺酶相结合后，显著提高了优质明胶的得率。

（3）碱处理的温度控制在室温下即可进行，另外在前处理工序和提胶工序中所加入的生物酶，均无需在高温或其它极端条件下对酶进行灭活，因此不会对产品的品质造成任何影响，而且还节约了大量能源。

（4）切皮后的整个前处理工艺均可在同一个洗皮罐中完成，最大程度地减少了浪费和沾污，节约了生产成本和装置投资成本。

（5）本发明在现有技术的基础上，将过滤装置分为了上中下三层，大幅增加了过滤罐的除杂能力，并为离子交换工序奠定了良好的基础；另外，在膜浓缩步骤后加入了直板干燥这一工序，大幅提高了明胶的胶液浓度和优质明胶的得率，特别是对第五道次胶的影响最为显著，使传统工艺中第五道次胶的冻力强度从不足110g达到了180g，勃氏黏度从低于3.0mPa.s提升到了4.5mPa.s。

具体实施方式

本发明通过大量的探索性研究对现有酶法制备明胶的生产工艺中进行了富有创造性的改进，首先通过对前处理工艺进行改进，使前处理更加有效、操作更为简便、安全性更高。然后，通过在熬胶工序中加入生物酶进行提胶，和后续的提纯工序相结合，不仅使优质明胶的得率大幅提高，而且更重要的是将传统提胶工序中第五道胶的明胶品质也得到了大幅度的提升。

实施例1：

本实施例采用1kg猪皮（测得其中胶原蛋白含量256.4g），通过本发明的前处理工艺进

行处理，包括以下步骤：

（1）切皮：使用切皮机将皮料切成条状，用输送泵传至洗涤罐；

（2）碱预处理：先加水到皮料中，再加液碱，控制溶液的浓度为1.0%，室温下浸泡2天；

（3）皮水分离，回收液碱；

（4）在洗涤罐内将皮料水洗至溶液pH值达到7.5之间；

（5）酶解：向调整好pH值的皮料水溶液中加入中性蛋白酶，在35^oC下酶解反应5小时；

（6）过氧化氢预处理：加柠檬酸调溶液的pH值为4.5后，再向其中添加相当于皮料重量8.0%，浓度为5%的过氧化氢对原料皮进行处理，室温下浸泡6h；

（7）中和：先用水洗退酸一次，再加入液碱搅拌1小时后再浸泡1小时；

（8）最后水洗到提胶时的pH值为4.5；

（9）将皮料转移至熬胶罐，加提胶水，提取5道次胶液，经过滤、离子交换、膜浓缩、直板干燥、灭菌、结胶、烘干即可得到优质明胶。

凝胶强度测定：

取提取中得到的第五道次明胶6.67g，加入70mL水，在20^oC左右放置2h，使其吸水膨胀，然后置于60^oC水浴中15min使之溶成均匀的液体，加水制成质量百分浓度为6.67%的胶液；加盖，放置1~4小时后，在65^oC±2^oC的水浴中搅拌加热15分钟使样品溶散均匀，在室温下放置15分钟，将冻力瓶水平放置在10^oC±0.1^oC的恒温水浴中，用橡胶塞密塞保温17±1小时后，迅速移出冻力瓶，擦干外壁，置冻力仪测试台上测试。测得冻力强度为192g，达到了胶囊用明胶标准。

黏度测定：

将通过上述方法提取得到的第五道次猪皮明胶在三角烧瓶中配制质量浓度为6.67%的胶液100mL，将胶液冷却至61^oC左右，开启超级恒温水浴，使流过粘度计夹套的胶液温度为60±0.1^oC，堵住勃氏黏度计毛细管末端，避免空气或气泡进入，迅速将胶液倒入粘度管中，直到超过上刻度线2~3cm。将温度计插入粘度计里，当温度稳定在60±0.1^oC时，将胶液水平调节至上刻度线，放开毛细管末端时开始计时，胶液水平达到下刻度线时停止计时，记录到的时间为t秒。

通过粘度计算公式：n=1.005At-1.005B/t计算胶液黏度为5.2mPa·s，达到了药用明胶的标准。

式中:n-胶液黏度,mPa·s；

t-流动时间，s；

A，B-粘度计常数。

实施例2：

本实施例采用1kg牛皮（测得其中胶原蛋白含量278.2g），通过本发明的前处理工艺进

行处理，包括以下步骤：

（1）切皮：使用切皮机将皮料切成条状，用输送泵传至洗涤罐；

（2）碱预处理：先加水到皮料中，再加液碱，控制溶液的浓度为0.6%，室温下浸泡5天；

（3）皮水分离，回收液碱；

（4）在洗涤罐内将皮料水洗至溶液pH值达到6.5之间；

（5）酶解：向调整好pH值的皮料水溶液中加入中性蛋白酶，在55^oC下酶解反应2小时；

（6）过氧化氢预处理：加柠檬酸调溶液的pH值为3.5后，再向其中添加相当于皮料重量4.0%，浓度为20%的过氧化氢对原料皮进行处理，室温下浸泡2h；

（7）中和：先用水洗退酸一次，再加入液碱搅拌1小时后再浸泡1-2小时；

（8）最后水洗到提胶时的pH值为6.0；

（9）将皮料转移至熬胶罐，加提胶水，提取5道次胶液，经过滤、离子交换、膜浓缩、

直板干燥、灭菌、结胶、烘干即可得到优质明胶。

取提取中得到的第五道次明胶，加水制成质量百分浓度为6.67%的胶液；然后采用上述的冻力强度和勃氏黏度的测定方法进行测试。测得冻力强度为195g，勃氏黏度为4.8，均达到了药用明胶的相关标准。

实施例3：

本实施例采用1kg牛皮（测得其中胶原蛋白含量278.2g），通过本发明的前处理工艺进

行处理，包括以下步骤：

（1）切皮：使用切皮机将皮料切成条状，用输送泵传至洗涤罐；

（2）碱预处理：先加水到皮料中，再加液碱，控制溶液的浓度为0.6%，室温下浸泡3天；

（3）皮水分离，回收液碱；

（4）在洗涤罐内将皮料水洗至溶液pH值达到7.0之间；

（5）酶解：向调整好pH值的皮料水溶液中加入中性蛋白酶，在45^oC下酶解反应3小时；

（6）过氧化氢预处理：加柠檬酸调溶液的pH值为4.0后，再向其中添加相当于皮料重量6.0%，浓度为10%的过氧化氢对原料皮进行处理，室温下浸泡8h；

（7）中和：先用水洗退酸一次，再加入液碱搅拌1小时后再浸泡2小时；

（8）最后水洗到提胶时的pH值为5.0；

（9）将皮料转移至熬胶罐，加提胶水，提取5道次胶液，经过滤、离子交换、膜浓缩、

直板干燥、灭菌、结胶、烘干即可得到优质明胶。

取提取中得到的第三道次明胶，加水制成质量百分浓度为6.67%的胶液；然后采用上述的冻力强度和勃氏黏度的测定方法进行测试。测得冻力强度为202g，勃氏黏度为5.2，均达到了药用明胶的相关标准。

对比实施例：

本实施例采用1kg鱼皮（测得其中胶原蛋白含量278.2g），通过将对比文件的前处理工艺中切皮和碱处理的顺序进行简单调整后进行实际小试生产，包括以下前处理步骤：

（1）洗皮：将鱼皮破碎后所得的鱼皮碎片放入反应锅中，加鱼皮碎片重量3倍的水；

（2）碱预处理：向含有鱼皮碎片的水溶液中加入氢氧化钙溶液，调整溶液pH为8.5；

（3）酶解：向调整好pH值得含有鱼皮碎片的水溶液中加入重量为鱼皮碎片重量5‰的中性蛋白酶，45^oC下进行酶解，酶解完成后，过滤除去酶解液；

（4）酶解脱脂：向步骤（3）过滤除去酶解液后留下的鱼皮碎片中加水，并加碱调节溶液pH为9.5，再向调整好pH值的含有鱼皮碎片的水溶液中加入重量为鱼皮碎片重量2‰的脱脂酶，在38^oC下酶解反应3小时，然后过滤除去酶解液；

（5）浸酸：向步骤（4）的反应锅内加入质量浓度为3%的氢氧化钠水溶液，浸泡过滤

除去酶解液后留下的鱼皮碎片18小时，然后加入盐酸，调整溶液的pH值为5.5后浸泡鱼皮碎片24小时，过滤；

（6）水洗：将皮料转到后水洗池，水洗至一定pH值；

（7）提胶：向步骤（6）的反应锅内加入是水洗鱼皮碎片后所得鱼皮碎片重量的3倍的水，在50^oC下加热抽提3小时，得到胶液；

（8）后处理：向所得胶液中加入0.5%（W/V）的活性炭粉，在50^oC下搅拌1小时，然

后经棉饼过滤，得到鱼皮明胶。

取提取中得到的第五道次明胶，加水制成质量百分浓度为6.67%的胶液；然后采用上述的冻力强度和勃氏黏度的测定方法进行测试。测得第一道次明胶的冻力强度为125g，勃氏黏度为2.8。

实施例5：质量检验

称取一定量实施例1-3和对比实施例中制备得到的第五道次明胶成品，结合《中国药典》中胶囊用明胶和QB 2354-2005药用明胶的相应质量标准对样品进行了质量检验，所得结果如表1所示：

表1 检验报告

Claims (7)

1.一种酶法制备药用明胶的生产方法，包括皮料前处理、酶法提胶、过滤、离子交换、膜过滤、直板干燥、灭菌、结胶、干燥、粉碎、检验、成品，其特征在于：在所述的皮料前处理工艺中加入了生物蛋白酶进行酶解反应，在所述的提胶工序中加入了转谷氨酰胺酶进行酶法提胶，所述皮料前处理工艺是采用的碱、过氧化氢与酶复合法，其工艺步骤为：

(1)切皮：使用切皮机将皮料切成条状，用输送泵传至洗涤罐；

(2)碱预处理：先加水到皮料中，再加液碱，控制溶液的浓度为0.6-1.0％，室温下浸泡2-5天；

(3)皮水分离，回收液碱；

(4)在洗涤罐内将皮料水洗至溶液pH值达到6.5-7.5之间；

(5)酶解：向调整好pH值的皮料水溶液中加入生物蛋白酶，在35～55℃下酶解反应2-5小时；

(6)过氧化氢预处理：加柠檬酸调溶液的pH值为3.5-4.5后，再向其中添加过氧化氢对原料皮进行处理，室温下浸泡2-8h；

(7)中和：先用水洗退酸一次，再加入液碱搅拌1小时后再浸泡1-2小时；

(8)最后水洗到提胶时的pH值为4.5-6.0。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述前处理工艺中加入的生物蛋白酶为木瓜蛋白酶、胰蛋白酶或中性蛋白酶的一种或两种的组合物，所述酶的加入量为皮料重量的0.5％-1.5％。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述提胶工序中，在提胶6小时后，向胶液中添加用量为皮料重量1％-5％的转谷氨酰胺酶。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述过滤工序中，过滤罐内所填装的是硅藻土和阳离子型絮凝剂，所述阳离子絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺或壳聚糖。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：前处理工艺的步骤(6)中过氧化氢的用量为皮料重量的4.0％-8.0％，浓度为5％-20％。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(6)中的浸泡时间为6h。

7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的过滤罐是分为上中下三层的过滤装置，其中最上层为隔层挡板，并不填装任何吸附性物质，中间层为填充的硅藻土层，下层为填充的阳离子型絮凝剂。