CN104479995A - 羊皮胶原蛋白提取系统及提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种羊皮胶原蛋白提取系统及提取方法，其包括依次连接的反应装置、喷雾干燥装置；所述提取方法包括前处理、清洗、破碎、酶解、灭酶、过滤、超滤、离子交换、喷雾干燥等步骤。本发明所述的羊胶原蛋白提取系统是针对羊皮的特殊结构开发的胶原蛋白提取系统，能够将羊皮中的胶原蛋白提取出来，并能有效避免物料赌赛管道；本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统采用喷雾干燥装置，能有效对胶原蛋白产品进行干燥，避免产品变质，延长产品的保质期；本发明的提取方法实现了从羊皮中提取胶原蛋白的目的，获得的胶原蛋白粉末纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及胶原蛋白提取系统，具体涉及一种羊皮胶原蛋白提取系统及提取方法。
背景技术
胶原蛋白是一种生物高分子，是动物结缔组织中的主要成分，也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白，占蛋白质总量的25％～30％。胶原蛋白与组织的形成、成熟，细胞间信息的传递，以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用，血液凝固和衰老等有着密切的关系。胶原蛋白也是生物科技产业最具关键性的原材料之一，在医学材料、化妆品、食品工业等均有着广泛应用。
澳大利亚是世界上养羊业最发达的国家，国土面积769万平方公里，居世界第六。澳大利亚气候适宜，牧草丰美，畜牧业非常发达，适合绵羊生长，素有“骑在羊背上的国家”之美誉。澳大利亚羊毛生产的高度产业化、规模化、机械化，是其羊毛闻名于世的先决条件。其中澳洲美利奴羊是世界上最好的细毛羊品种之一，这也为羊胶原蛋白的提取提供了原料的保证，美利奴羊的皮中含水分、蛋白质、脂肪及无机物质，其中除了水，蛋白质的含量最为丰富。羊皮中构成表皮层的蛋白主要为角蛋白；构成真皮层的，主要是胶原及网硬蛋白，此外尚含弹性硬蛋白，白蛋白，球蛋白及粘蛋白等。目前，常用的胶原蛋白提取系统及提取方法主要是针对鱼皮进行开发的。由于羊皮与鱼皮在结构上存在很大差别，采用目前的蛋白提取系统从羊皮中提取胶原蛋白时候会存在物料堵塞、劳动强度大等问题；且在胶原蛋白的干燥过程中由于干燥不能完全脱除水分，造成了胶原蛋白易变质、保质期短等产品问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种羊皮胶原蛋白提取系统，避免在提取过程中出现物料堵塞，并实现充分干燥，延长胶原蛋白产品的保质期。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
羊皮胶原蛋白提取系统，其包括依次连接的反应装置、喷雾干燥装置；其中
所述反应装置包括反应罐、与反应罐底部连通的水罐、与水罐连接的螺旋泵以及与螺旋泵依次连接的超滤器和离子交换柱，所述反应罐中安装有刀片式搅拌器，反应罐内底部安装有过滤层；
所述喷雾干燥装置包括干燥组件和空气前处理组件，干燥组件包括干燥室和喷雾装置，喷雾装置安装于干燥室顶部并与干燥室连通；所述螺旋泵的出料口通过管道与喷雾装置的进料口连接；所述空气前处理组件包括沿着进气方向依次连接在进气管道上的颗粒过滤器、风机Ⅰ、空气过滤器Ⅰ、加热器Ⅰ和空气过滤器Ⅱ。
进一步的，所述羊皮胶原蛋白提取系统还包括分离装置、产品除湿装置以及排空净化装置；
所述分离装置包括至少一个旋风分离器，该旋风分离器的进料口与干燥室的出料口连接，旋风分离器的出料口连接产品除湿装置；
所述产品除湿装置包括通过出料管与旋风分离器出料口连接的冷冻除湿器，以及在出料管上沿着出料方向依次连接的加热器Ⅱ、空气过滤器Ⅲ、风机Ⅱ；
所述排空净化装置包括通过输气管与旋风分离器的排空口连接的湿式除尘器，以及在输气管上沿着气流方向依次连接的加热器Ⅲ和风机Ⅲ。
上述方案中，作为优选的方案，所述喷雾干燥装置还包括排气组件，所述排气组件包括一伸入到干燥室顶部的排气管，以及在排气管上沿着气流方向依次连接的空气过滤器Ⅳ、加热器Ⅳ和反向风机。
上述方案中，具体地，所述喷雾装置包括与干燥室顶部连通的雾化器，与依次雾化器连接的风机Ⅳ及加热器Ⅴ。
上述方案中，作为优选的方案，所述干燥室的出料口还设置有吹扫装置。
上述方案中，具体地，所述分离装置包括两个首尾相连的旋风分离器，两个旋风分离器形成闭合回路，在两个旋风分离器之间设置有风机Ⅴ。
上述方案中，具体地，所述过滤层中的滤材为硅藻土和活性碳的混合物。
本发明还提供了一种羊皮胶原蛋白提取方法，采用本发明所述的羊胶原蛋白提取系统，获得胶原蛋白粉末。
具体方案如下：
一种羊胶原蛋白的提取方法，其是本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统进行处理，具体步骤如下：
1)前处理：将新鲜的羊皮用热水烫，趁热拔掉羊毛，去除残留在羊皮上的羊肉；
2)清洗：经过前处理的羊皮用清水冲洗，然后加碱搓洗皮毛，直到全部洗干净为止，然后加盐、面粉和水浸泡羊皮；
3)破碎：将上述经过清洗后的羊皮投入到反应罐中搅拌破碎，然后在反应罐中加入酸溶液对破碎的羊皮进行浸泡；浸泡结束后，放出酸溶液，用水罐中的水进行冲洗；
4)酶解：经步骤3)处理后，调整溶液的pH在4.5-5之间，控制温度在45-55℃，添加胃蛋白酶，经过2-3小时的水解之后，再添加NaOH调整溶液pH在7.8-8.5之间，持续1-3小时；
5)灭酶：酶解结束后，加热反应罐至70-90℃，并在该温度下保持加热5-15分钟；
6)过滤：灭酶后的溶液经反应罐底部的过滤层过滤，除去非水溶性固体颗粒；
7)超滤：经过过滤后的溶液转入到超滤器中，除去溶液中的游离氨基酸以及多余的无机盐；
8)离子交换：经过超滤后的溶液转入到离子交换柱中，通过离子置换除去残留的金属和非金属离子；
9)浓缩蒸发：将溶液的浓度进一步提高，为后续的喷雾干燥做准备。
10)喷雾干燥：经浓缩蒸发后的溶液转入到喷雾干燥装置中，蒸发掉大部分的水分，得到干燥的胶原蛋白粉末。
进一步的上述提取方法还包括收集产物后对水分及气体的后处理过程具体为：喷雾干燥后的水分经产品除湿装置处理后排出；喷雾干燥装置中的气体经过分离器装置分离后经排空净化装置处理，排空。
具体地，在上述提取方法中，步骤2)中浸泡的时间为5-20天，在浸泡期间，每天翻动1-2次。
具体地，在上述提取方法中，步骤3)中酸溶液为10-15g/L的硫酸溶液或5-10g/L的盐酸溶液；酸溶液的温度为45-55℃。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统是针对羊皮的特殊结构开发的胶原蛋白提取系统，能够将羊皮中的胶原蛋白提取出来，并能有效避免物料赌赛管道；
2.本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统采用喷雾干燥装置，能有效对胶原蛋白产品进行干燥，避免产品变质，延长产品的保质期；
3.经过本发明的提取方法实现了从羊皮中提取胶原蛋白的目的，获得的胶原蛋白粉末纯度高；
4.本发明所述的提取方法对提取过程中的废水及废气进行了处理，避免对环境的影响，符合环保的要求。
附图说明
图1为本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统总图；
图2为本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统结构示意图；
其中，附图标记为：10、反应装置；11、反应罐；12、水罐；13、螺旋泵；14、超滤器；15、离子交换柱；20、喷雾干燥装置；21、干燥室；22、颗粒过滤器；23、风机Ⅰ；24、空气过滤器Ⅰ；25、加热器Ⅰ；26、空气过滤器Ⅱ；27、雾化器；28、风机Ⅳ；29、加热器Ⅴ；210、空气过滤器Ⅳ；211、反向风机；212、吹扫装置；30、分离装置；31、旋风分离器；32、风机Ⅴ；40、产品除湿装置；41、加热器Ⅱ；42、空气过滤器Ⅲ；43、风机Ⅱ；44、冷冻除湿器；50、排空净化装置；51、湿式除尘器；52、风机Ⅲ；53、加热器Ⅲ。
具体实施方式
本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其包括依次连接的反应装置和喷雾干燥装置。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1、图2所示，本发明所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其包括依次连接的反应装置10、喷雾干燥装置20；其中，
所述反应装置10包括反应罐11、与反应罐11出料口连接的水罐12，以及与水罐12连接的螺旋泵13，与水罐连接的螺旋泵以及与螺旋泵依次连接的超滤器14和离子交换柱15，所述反应罐11中安装有刀片式搅拌器；由于羊皮质地绵软，普通的搅拌器难以破碎，采用刀片式搅拌器可以将羊皮充分破碎，不仅有利于防止物料对管道的堵塞，还能充分提取羊皮中的胶原蛋白。所述喷雾干燥装置20包括干燥组件和空气前处理组件，干燥组件包括干燥室21和喷雾装置，喷雾装置安装于干燥室21顶部并与干燥室21连通；采用喷雾干燥能够直接将反应装置中出来的胶原蛋白液干燥成粉末，而干燥室有一定负压，保证了生产中的卫生条件，避免粉尘在车间内飞扬，提高产品纯度。所述螺旋泵13的出料口通过管道与喷雾装置的进料口连接；所述空气前处理组件包括沿着进气方向依次连接在进气管道上的颗粒过滤器22、风机Ⅰ23、空气过滤器Ⅰ24、加热器Ⅰ25和空气过滤器Ⅱ26。
实施例2
如图2所示，该实施例包括实施例1的所有特征，进一步的，所述的羊皮胶原蛋白提取系统，分离装置30、产品除湿装置40以及排空净化装置50；
所述分离装置30包括至少一个旋风分离器31，该旋风分离器31的进料口与干燥室21的出料口连接，旋风分离器31的出料口连接产品除湿装置40；
所述产品除湿装置40包括通过出料管与旋风分离器31出料口连接的冷冻除湿器44，以及在出料管上沿着出料方向依次连接的加热器Ⅱ41、空气过滤器Ⅲ42、风机Ⅱ43；
所述排空净化装置50包括通过输气管与旋风分离器31的排空口连接的湿式除尘器51，以及在输气管上沿着气流方向依次连接的加热器Ⅲ53和风机Ⅲ52。
实施例3
在实施例1或2的方案的基础上，进一步的所述喷雾干燥装置20还包括排气组件，所述排气组件包括一伸入到干燥室21顶部的排气管，以及在排气管上沿着气流方向依次连接的空气过滤器Ⅳ210、加热器Ⅳ和反向风机211。在该方案中，排气组件通过反向风机将干燥室中湿润的空气抽出，而空气前处理组件不断向干燥室中输送干燥的空气，两者之间形成单向循环，进一步提高了干燥效果，保证产品的品质。
喷雾装置通过不断将反应装置中出来的液体胶原蛋白雾化，并在干燥室中实现干燥。在上述实施例1或2的基础上，优选的，所述喷雾装置包括与干燥室21顶部连通的雾化器27，与依次雾化器27连接的风机Ⅳ28及加热器Ⅴ29。
在上述实施例1或2的基础上，优选的实施方式，所述干燥室21的出料口还设置有吹扫装置212。通过吹扫装置将干燥室中可能残留的胶原蛋白粉末吹出，大大提高了产率，并能进一步防止产品堵塞管道。
上述方案中，具体地，所述分离装置30包括两个首尾相连的旋风分离器31，两个旋风分离器31形成闭合回路，在两个旋风分离器31之间设置有风机Ⅴ32。
实施例4
一种羊皮胶原蛋白的提取方法，其是本发明实施例1所述的羊胶原蛋白提取系统进行处理，具体步骤如下：
1)前处理：将新鲜的羊皮用热水烫，趁热拔掉羊毛，去除残留在羊皮上的羊肉；
2)清洗：经过前处理的羊皮用清水冲洗，然后加碱搓洗皮毛，直到全部洗干净为止，然后加盐、面粉和水浸泡8天，在浸泡期间，每天翻动2次；
3)破碎：将上述经过清洗后的羊皮投入到反应罐中搅拌破碎，然后在反应罐中加入酸溶液对破碎的羊皮进行浸泡；浸泡结束后，放出酸溶液，用水罐中的水进行冲洗；
4)酶解：经步骤3)处理后，调整溶液的pH为4.5，控制温度在45℃，添加胃蛋白酶，经过3小时的水解之后，再添加NaOH调整溶液pH在7.8之间，持续3小时；
5)灭酶：酶解结束后，加热反应罐至70℃，并在该温度下保持加热5分钟；
6)过滤：灭酶后的溶液经反应罐底部的过滤层过滤，除去非水溶性固体颗粒；
7)超滤：经过滤后的溶液转入到超滤器中，超滤器中超滤膜的孔径为10微米以下，除去溶液中的游离氨基酸以及多余的无机盐，以提高产品的纯度以及控制的产品分子量分布；
8)离子交换：超滤后的溶液转入到离子交换柱中，通过离子置换除去残留的金属和非金属离子；
9)浓缩蒸发：将溶液的浓度进一步提高，为后续的喷雾干燥做准备。
10)喷雾干燥：浓缩蒸发器处理后的溶液转入到喷雾干燥装置中，蒸发掉大部分的水分，得到干燥的胶原蛋白粉末。
实施例5
一种羊皮胶原蛋白的提取方法，其是本发明实施例1所述的羊胶原蛋白提取系统进行处理，具体步骤如下：
1)前处理：将新鲜的羊皮用热水烫，趁热拔掉羊毛，去除残留在羊皮上的羊肉；
2)清洗：经过前处理的羊皮用清水冲洗，然后加碱搓洗皮毛，直到全部洗干净为止，然后加盐、面粉和水浸泡20天，在浸泡期间，每天翻动1次；
3)破碎：将上述经过清洗后的羊皮投入到反应罐中搅拌破碎，然后在反应罐中加入酸溶液对破碎的羊皮进行浸泡；浸泡结束后，放出酸溶液，用水罐中的水进行冲洗；
4)酶解：经步骤3)处理后，调整溶液的pH为5，控制温度在55℃，添加胃蛋白酶，经过2小时的水解之后，再添加NaOH调整溶液pH在8.5之间，持续1小时；
5)灭酶：酶解结束后，加热反应罐至80℃，并在该温度下保持加热10分钟；
6)过滤：灭酶后的溶液经反应罐底部的过滤层过滤，除去非水溶性固体颗粒；
7)超滤：经过滤后的溶液转入到超滤器中，超滤器中超滤膜的孔径为15微米以下，除去溶液中的游离氨基酸以及多余的无机盐，以提高产品的纯度以及控制的产品分子量分布；
8)离子交换：超滤后的溶液转入到离子交换柱中，通过离子置换除去残留的金属和非金属离子；
9)浓缩蒸发：将溶液的浓度进一步提高，为后续的喷雾干燥做准备。
10)喷雾干燥：经浓缩后的溶液转入到喷雾干燥装置中，蒸发掉大部分的水分，得到干燥的胶原蛋白粉末；
11)分离纯化：喷雾干燥后的水分经产品除湿装置处理后排出；喷雾干燥装置中的气体经过分离器装置分离后经排空净化装置处理，排空。
在上述实施例4和5中，步骤2)加盐的作用是保护羊毛，加面粉的作用是保护皮毛，并起吸附油污的作用。
指标检测
1.对实施例3和实施例4获得的胶原蛋白粉末的产品指标按照《QB2732-2005》标准进行检测，检测结果见表1。
表1：检测指标
2.对实施例3和实施例4获得的胶原蛋白粉末的生化指标按照《QB2732-2005》标准进行检测，检测结果见表2。
表2：生化指标
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种羊皮胶原蛋白提取系统，其特征在于：其包括依次连接的反应装置、喷雾干燥装置；其中
所述反应装置包括反应罐、与反应罐底部连通的水罐、与水罐连接的螺旋泵以及与螺旋泵依次连接的超滤器和离子交换柱，所述反应罐中安装有刀片式搅拌器，反应罐内底部安装有过滤层；
所述喷雾干燥装置包括干燥组件和空气前处理组件，干燥组件包括干燥室和喷雾装置，喷雾装置安装于干燥室顶部并与干燥室连通；所述离子交换柱的出料口通过管道与喷雾装置的进料口连接；所述空气前处理组件包括沿着进气方向依次连接在进气管道上的颗粒过滤器、风机Ⅰ、空气过滤器Ⅰ、加热器Ⅰ和空气过滤器Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其特征在于：其还包括分离装置、产品除湿装置以及排空净化装置；
所述分离装置包括至少一个旋风分离器，该旋风分离器的进料口与干燥室的出料口连接，旋风分离器的出料口连接产品除湿装置；
所述产品除湿装置包括通过出料管与旋风分离器出料口连接的冷冻除湿器，以及在出料管上沿着出料方向依次连接的加热器Ⅱ、空气过滤器Ⅲ、风机Ⅱ；
所述排空净化装置包括通过输气管与旋风分离器的排空口连接的湿式除尘器，以及在输气管上沿着气流方向依次连接的加热器Ⅲ和风机Ⅲ。
3.根据权利要求1所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其特征在于：所述喷雾干燥装置还包括排气组件，所述排气组件包括一伸入到干燥室顶部的排气管，以及在排气管上沿着气流方向依次连接的空气过滤器Ⅳ、加热器Ⅳ和反向风机。
4.根据权利要求1所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其特征在于：所述喷雾装置包括与干燥室顶部连通的雾化器，与依次雾化器连接的风机Ⅳ及加热器Ⅴ。
5.根据权利要求1所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其特征在于：所述干燥室的出料口还设置有吹扫装置。
6.根据权利要求1所述的羊皮胶原蛋白提取系统，其特征在于：所述分离装置包括两个首尾相连的旋风分离器，两个旋风分离器形成闭合回路，在两个旋风分离器之间设置有风机Ⅴ。
7.一种羊皮胶原蛋白的提取方法，其特征在于，其是采用如权利要求1-6任一项所述的羊皮胶原蛋白提取系统进行处理，具体步骤如下：
1)前处理：将新鲜的羊皮用热水烫，趁热拔掉羊毛，去除残留在羊皮上的羊肉；
2)清洗：经过前处理的羊皮用清水冲洗，然后加碱搓洗皮毛，直到全部洗干净为止，然后加盐、面粉和水浸泡羊皮；
3)破碎：将上述经过清洗后的羊皮投入到反应罐中搅拌破碎，然后在反应罐中加入酸溶液对破碎的羊皮进行浸泡；浸泡结束后，放出酸溶液，用水罐中的水进行冲洗；
4)酶解：经步骤3)处理后，调整溶液的pH在4.5-5之间，控制温度在45-55℃，添加胃蛋白酶，经过2-3小时的水解之后，再添加NaOH调整溶液pH在7.8-8.5之间，持续1-3小时；
5)灭酶：酶解结束后，加热反应罐至70-90℃，并在该温度下保持加热5-15分钟；
6)过滤：灭酶后的溶液经反应罐底部的过滤层过滤，除去非水溶性固体颗粒；
7)超滤：经过过滤后的溶液转入到超滤器中，除去溶液中的游离氨基酸以及多余的无机盐；
8)离子交换：经过超滤后的溶液转入到离子交换柱中，通过离子置换除去残留的金属和非金属离子；
9)浓缩蒸发：以提高溶液的浓度进一步，为后续的喷雾干燥做准备；
10)喷雾干燥：经浓缩后的溶液转入到喷雾干燥装置中，蒸发掉大部分的水分，得到干燥的胶原蛋白粉末。
8.根据权利要求7所述的提取方法，其特征在于，步骤2)中浸泡的时间为5-20天，在浸泡期间，每天翻到1-2次。
9.根据权利要求7所述的提取方法，其特征在于，步骤3)中酸溶液为10-15g/L的硫酸溶液或5-10g/L的盐酸溶液；酸溶液的温度为45-55℃。
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