CN104341535B

CN104341535B - 一种浒苔高值化提取方法

Info

Publication number: CN104341535B
Application number: CN201310341026.8A
Authority: CN
Inventors: 朱凤
Original assignee: QINGDAO BOYANDA INDUSTRIAL TECHNOLOGY INSTITUTE (GENERAL PARTNERSHIP)
Current assignee: Pizhou Dehao Technology Co., Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: CN104341535A

Abstract

本发明公开了一种浒苔高值化提取方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：（1）原料预处理（2）纤维酶解（3）蛋白酶解（4）盐水消化（5）稀释过滤（6）脱色（7）CaCl₂溶液处理（8）离子交换（9）制海藻酸钠（10）制乙醇（11）制浒苔有机肥。本发明以蛋白酶、果胶酶、纤维素酶按科学的配比制成复合酶，对原料进行预处理，有利于提高海藻酸钠的提取率；同时利用富含纤维素的浒苔加工废弃物制备燃料乙醇；通过浓缩、喷干、造粒制造浒苔有机肥，实现了浒苔的高值化综合利用，开发了海洋生物能源。

Description

一种浒苔高值化提取方法

技术领域

本发明涉及浒苔利用领域，具体涉及一种浒苔高值化提取方法。

背景技术

当前世界面临着能源短缺和环境污染的巨大压力，开发清洁的可再生能源已经成为解决石化资源和能源危机的重要手段。生物乙醇作为一种清洁燃料及汽油添加剂而受到广泛关注。目前，我国制备燃料乙醇主要侧重于秸秆、甘蔗渣、木屑和木薯等陆源原料，但对海洋生物资源制备生物乙醇的研究较少，在浒苔生物质能源开发方面的技术研究相对落后。

海洋面积巨大，蕴藏着丰富的浒苔资源，其种类繁多、光合作用效率高、生长周期短，每年可通过光合作用产生的生物质总量就达550x10⁸吨，是一种巨大的可再生资源，也是产生生物质能源的潜在资源。利用富含纤维素、浒苔多糖、甘露醇的浒苔加工废弃物制备燃料乙醇，不仅可使浒苔加工废弃物变废为宝，解决环境污染问题，还可为制备生物乙醇提供充足和廉价的原料供应，促进海洋生物质能源的技术开发。

浒苔是绿藻门石莼科的一属。藻体直立，管状中空或者至少在藻体浒苔的柄部和藻体边缘部分呈中空，管状部分由单层细胞组成。浒苔富含碳水化合物、蛋白质、粗纤维及矿物质，同时还含有脂肪和维生素。在浒苔蛋白质中，氨基酸种类齐全，必需氨基酸含量较高；条浒苔的限制氨基酸为蛋氨酸。浒苔的脂肪酸组成中，多不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的含量为分别为50.5%、12.7%和36.8%，其中包括近4%的奇数碳原子脂肪酸。因此浒苔是高蛋白、高膳食纤维、低脂肪、低能量，且富含矿物质和维生素的天然理想营养食品的原料。浒苔的纤维质有解毒烟碱的作用，对吸烟者有好处。条浒苔含碘较多。

海藻酸钠，一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。1881年，英国化学家E.C.Stanford首先对褐色浒苔中的浒苔酸盐提取物进行科学研究。他发现该褐藻酸的提取物具有几种很有趣的特性，它具有浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力。基于此，他提出了几项工业化生产的申请。但是，浒苔酸盐直到50年之后才进行大规模工业化生产。商业化生产始于1927年，现在全世界每年约生产30000吨，其中30%用于食品工业，剩下的用于其它工业，制药业和牙科。

目前酶解提取法提取海藻酸钠还不够成熟，往往都只是采用了单一的纤维素酶进行水解，但组成植物细胞壁的有纤维素酶、半纤维素酶、果胶、木质素等成分，他们之间的链接方式或者镶嵌，或者抱合，所以用单一的酶很难彻底破解植物的细胞壁，不能使内容物完全释放。

如何彻底破解植物的细胞壁，使内容物完全释放，又要避免受到其它人分子物质，如果胶、蛋白质等的干扰。本发明考虑以蛋白酶、果胶酶、纤维素酶按科学的配比制成复合酶，对原料进行预处理，然后再提取海藻酸钠的基础上，充分利用浒苔生产乙醇和含有氮、磷、钾无机养分的有机肥。

发明内容

为解决上述技术中存在的技术难题，本发明提供了一种浒苔高值化提取方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

（1）原料预处理：将浒苔烘干，粉碎，加入原料重量6-9倍的新鲜饮用水，50-60℃水浴中浸泡2-3h；

（2）纤维酶解：用HCl调液体pH值至4-7，加入由内切β- 葡聚糖酶45％、外切β- 葡聚糖酶30％、β- 葡萄糖苜酶25％组成的纤维素酶0.3-0.5%，酶解6-8h；

（3）蛋白酶解：加入由中性蛋白酶45％、木瓜蛋白酶55％组成的蛋白酶0.2-0.4%，由果胶裂解酶55％、果胶酯酶45％组成的果胶酶0.2-0.3%，继续酶解3-4h，搅拌，酶解后离心分离；

（4）盐水消化：向上述离心后的浒苔中加入8-10倍浒苔重量的2-3% NaHCO₃和1-1.5％氢氧化钠的混合液，在50-60℃水浴中消化2-2.5h；

（5）稀释过滤：然后加入体积5-6倍50-60℃的新鲜饮用水进行稀释1-2h，充分稀释均匀后，通过200-300目的绢网过滤；

（6）脱色：滤液加入0.3-0.4%的双氧水，在50-60℃脱色1-2h，然后升温到75-85℃保持10-20min，用200-300目的绢网过滤；

（7）CaCl₂溶液处理：滤液缓慢加入体积比2-3%浓度10%的CaCl₂溶液，静置1-2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗海藻酸钙纤维中残留的CaCl₂溶液及其它杂质；

（8）离子交换：海藻酸钙加入10-12倍的纯化水，然后用1-2倍10% NaCl溶液，在50-60℃水浴中进行离子交换，使海藻酸钙纤维完全转化为海藻酸钠溶液；

（9）制海藻酸钠：然后用95%的酒精沉淀，获得海藻酸钠，海藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品；

（10）制乙醇：步骤（3）中的离心滤液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为15-20%，27-35℃密封并继续培养4-8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇；

（11）制浒苔有机肥：向步骤（10）蒸馏乙醇后剩余的液体中加入丙三醇15-20%、麦芽低聚糖10-20%、尿素20-40%、磷酸二氢钾15-20%、硝酸钾10-15%和三十烷醇0.01%-0.05%，经浓缩到45-60%浓度后，喷干、造粒，制备浒苔有机肥。

上述的一种浒苔高值化提取方法，其特征在于：所述步骤（10）中发酵生产乙醇，酶解液灭菌后，接入已经活化的工业酵母菌种CICC31447，进行发酵培养。

上述的一种浒苔高值化提取方法，其特征在于：所述步骤（10）发酵生产乙醇，酶解液经过活化的酵母菌在30℃下，发酵培养7天，所获得的生物乙醇量最大。

本发明的有益效果：

本发明以蛋白酶、果胶酶、纤维素酶按科学的配比制成复合酶，避免受到其它人分子物质，如果胶、蛋白质等的干扰，对原料进行预处理，彻底破解植物的细胞壁，将浒苔中的纤维素、蛋白质等主要成分分离出来，并转化为微生物可利用的单糖、寡糖及游离蛋白质，有利于提高海藻酸钠的提取率；同时利用富含纤维素的浒苔加工废弃物制备燃料乙醇；向蒸馏乙醇后剩余的液体中加入丙三醇、麦芽低聚糖、尿素等营养元素，通过浓缩、喷干、造粒制造浒苔有机肥，一方面能够加快植物生长，增加植物产量和增强植物抗寒、抗病、抗倒伏能力；另一方面为菌液中益菌的生长繁殖提供氮、磷、钾等元素，增强菌体活动能力及作用。实现了浒苔的高值化综合利用，开发了海洋生物能源。

具体实施方式

实施例1：

称量烘干、粉碎的浒苔100kg，加入原料重量600kg的新鲜饮用水，50℃水浴中浸泡2h，用HCl调液体pH值至4，加入由内切β- 葡聚糖酶45％、外切β- 葡聚糖酶30％、β- 葡萄糖苜酶25％组成的纤维素酶0.3%，酶解6h；加入由中性蛋白酶45％、木瓜蛋白酶55％组成的蛋白酶0.2%，由果胶裂解酶55％、果胶酯酶45％组成的果胶酶0.2%，继续酶解3h，搅拌，酶解后离心分离；

向上述离心后的浒苔中加入800kg的2% NaHCO₃和1％氢氧化钠的混合液，在50℃水浴中消化2h；然后加入体积5倍50℃的新鲜饮用水进行稀释1h，充分稀释均匀后，通过200目的绢网过滤；滤液加入0.3%的双氧水，在50℃脱色1h，然后升温到75℃保持10min，用200目的绢网过滤；滤液缓慢加入体积比2%浓度10%的CaCl₂溶液，静置1h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗海藻酸钙纤维中残留的CaCl₂溶液及其它杂质；海藻酸钙加入1000kg的纯化水，然后用100kg 10% NaCl溶液，在50℃水浴中进行离子交换，使海藻酸钙纤维完全转化为海藻酸钠溶液；然后用95%的酒精沉淀，获得海藻酸钠，海藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品；

先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为3%酵母膏、3%蛋白胨、4%葡萄糖，以上原料加水溶解，于125℃灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，30℃培养1天，将浒苔预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为15%，28℃密封并继续培养4天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，培养结束后，测定其中的乙醇浓度约为3.9%。

生物乙醇发酵蒸馏出乙醇后，剩余的发酵残液浓缩到浓度为50%，然后喷干，向上述蒸馏乙醇后剩余的液体中加入丙三醇20%、麦芽低聚糖20%、尿素25%、磷酸二氢钾20%、硝酸钾15%和三十烷醇0.05%，经浓缩到45%浓度后，喷干、粉碎，制成浒苔有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为21%，总有机质的含量为43%。

实施例2：

称量烘干、粉碎的浒苔100kg，加入原料重量900kg的新鲜饮用水， 60℃水浴中浸泡3h，用HCl调液体pH值至7，加入由内切β- 葡聚糖酶45％、外切β- 葡聚糖酶30％、β- 葡萄糖苜酶25％组成的纤维素酶0.5%，酶解8h；加入由中性蛋白酶45％、木瓜蛋白酶55％组成的蛋白酶0.4%，由果胶裂解酶55％、果胶酯酶45％组成的果胶酶0.3%，继续酶解4h，搅拌，酶解后离心分离；

向上述离心后的浒苔中加入1000kg的3% NaHCO₃和1.5％氢氧化钠的混合液，在60℃水浴中消化2.5h；然后加入体积6000kg 60℃的新鲜饮用水进行稀释2h，充分稀释均匀后，通过300目的绢网过滤；滤液加入0.4%的双氧水，在60℃脱色2h，然后升温到85℃保持20min，用300目的绢网过滤；滤液缓慢加入体积比3%浓度10%的CaCl₂溶液，静置2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗海藻酸钙纤维中残留的CaCl₂溶液及其它杂质；海藻酸钙加入1200kg的纯化水，然后用1200kg 10% NaCl溶液，在60℃水浴中进行离子交换，使海藻酸钙纤维完全转化为海藻酸钠溶液；然后用95%的酒精沉淀，获得海藻酸钠，海藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品；

先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为3%酵母膏、3%蛋白胨、4%葡萄糖，以上原料加水溶解，于128℃灭菌20min，然后在洁净操作台中接种，30℃培养2天，将浒苔预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为20%，28℃密封并继续培养8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，培养结束后，测定其中的乙醇浓度约为4.3%。

生物乙醇发酵蒸馏出乙醇后，剩余的发酵残液浓缩到浓度为50%，然后喷干，

向上述蒸馏乙醇后剩余的液体中加入丙三醇20%、麦芽低聚糖20%、尿素25%、磷酸二氢钾20%、硝酸钾15%和三十烷醇0.05%，经浓缩到60%浓度后，喷干、粉碎，制成浒苔有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为23%，总有机质的含量为46%。

Claims

1.一种浒苔高值化提取方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

(1)原料预处理：将浒苔烘干，粉碎，加入原料重量6-9倍的新鲜饮用水，50-60℃水浴中浸泡2-3h；

(2)纤维酶解：用HCl调液体pH值至4-7，加入由内切β-葡聚糖酶45％、外切β-葡聚糖酶30％、β-葡萄糖苜酶25％组成的纤维素酶0.3-0.5％，酶解6-8h；

(3)蛋白酶解：加入由中性蛋白酶45％、木瓜蛋白酶55％组成的蛋白酶0.2-0.4％，由果胶裂解酶55％、果胶酯酶45％组成的果胶酶0.2-0.3％，继续酶解3-4h，搅拌，酶解后离心分离；

(4)盐水消化：向上述离心后的浒苔中加入8-10倍浒苔重量的2-3％NaHCO₃和1-1.5％氢氧化钠的混合液，在50-60℃水浴中消化2-2.5h；

(5)稀释过滤：然后加入体积5-6倍50-60℃的新鲜饮用水进行稀释1-2h，充分稀释均匀后，通过200-300目的绢网过滤；

(6)脱色：滤液加入0.3-0.4％的双氧水，在50-60℃脱色1-2h，然后升温到75-85℃保持10-20min，用200-300目的绢网过滤；

(7)CaCl₂溶液处理：滤液缓慢加入体积比2-3％浓度10％的CaCl₂溶液，静置1-2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗海藻酸钙纤维中残留的CaCl₂溶液及其它杂质；

(8)离子交换：海藻酸钙加入10-12倍的纯化水，然后用1-2倍10％NaCl溶液，在50-60℃水浴中进行离子交换，使海藻酸钙纤维完全转化为海藻酸钠溶液；

(9)制海藻酸钠：然后用95％的酒精沉淀，获得海藻酸钠，海藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品；

(10)制乙醇：步骤(3)中的离心滤液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为15-20％，27-35℃密封并继续培养4-8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇；

(11)制浒苔有机肥：向步骤(10)蒸馏乙醇后剩余的液体中加入丙三醇15-20％、麦芽低聚糖10-20％、尿素20-40％、磷酸二氢钾15-20％、硝酸钾10-15％和三十烷醇0.01％-0.05％，经浓缩到45-60％浓度后，喷干、造粒，制备浒苔有机肥；

所述步骤(10)中发酵生产乙醇，酶解液灭菌后，接入已经活化的工业酵母菌种CICC31447，进行发酵培养。

2.根据权利要求1所述的一种浒苔高值化提取方法，其特征在于：所述步骤(10)发酵生产乙醇，酶解液经过活化的酵母菌在30℃下，发酵培养7天，所获得的生物乙醇量最大。