CN104558238B

CN104558238B - 一种提取海藻酸钠的工艺

Info

Publication number: CN104558238B
Application number: CN201510041745.7A
Authority: CN
Inventors: 孔庆显; 周林
Original assignee: Hainan O'sea Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Hainan O'sea Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: CN104558238A

Abstract

一种海藻酸钠的提取工艺，首先通过复合酶对海带或者褐藻进行酶处理，然后通过经典的化学方法提取海藻酸钠，包括预处理工序；酶解工序；消化工序；分离工序；酸析工序；碱溶酸析工序。本发明提取工艺提取率高，并且提取出海藻酸钠粘度高，具有工业应用前景。

Description

一种提取海藻酸钠的工艺

技术领域

本发明涉及海藻酸钠的提取工艺，具体地说涉及一种利用复合酶从褐藻或者海带中提取海藻酸钠的工艺。

背景技术

海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物，是由1，4-聚-β-D-甘露糖醛酸和α-L-占洛糖醛酸组成的一种线型聚合物，是海藻酸衍生物中的一种。其分子式为(C6H7O6Na)n，相对分子量在32000～200000左右。

海藻酸钠以其良好的生物降解性和生物相容性，而被广泛应用于化学、生物、医药、食品等领域。目前，世界范围内提取海藻酸钠方法可分为四种工艺，分别为：酸凝酸化法、钙凝酸化法、钙凝离子交换法、酶解提取法，目前国内绝大部分厂家采用钙凝酸化法。其中前二种方法为纯化学方法，在提取过程中由于较高浓度的碳酸钠消化，致使生产出的海藻酸钠粘度由于降解普遍较低，产率一般在20％左右，并且大量的酸碱化学药品对环境的污染较大。而酶作为一种特殊的以蛋白质形式存在的生物催化剂，在啤酒、果汁果酒、纺织、饲料、皮革、酒精生产等行业得到了广泛的应用，并以其特异、高效、绿色环保等特点而备受青眯。目前酶解提取法提取海藻酸钠还不够成熟，仅有少量的文献报道，如马成浩等的“纤维素酶提取海藻酸钠的研究”(广州食品工业科技，2004，20(4)：12)一文介绍单用纤维素酶预处理，然后用传统方法提取海藻酸钠，较单用传统工艺提取率提高了21.13％；杨红霞等的“酶解法提取海藻酸钠研究”(安徽农业科学，2007，35(12)：3661)一文建立了以纤维素酶作用，然后碱消化等传统工艺步骤，生产海藻酸钠，其产率在一定水平上有所提高。

上述方法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。CN101979522B报道了一种提高海藻酸钠提取率的复合酶配方及应用，但是该配方中仅含蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶，这些酶仅对海藻的的细胞壁具有溶解作用，而细胞间质主要由琼胶和卡拉胶组成，所以CN101979522B中方法对细胞基质的溶解性较差，影响海藻酸钠的提取效果。目前已有文献报道β-琼胶酶的提取方法，如CN 103540579 B、CN 103194435 B等。

本发明正是考虑到海藻酸主要存在于海带及马尾藻的细胞壁中，而细胞壁的主要成分为纤维素及半纤维素；同时在提取过程中，还要受到细胞间质的影响；开发一种利用复合酶对海带或者褐藻进行预处理，然后改进传统化学方法处理制取海藻酸钠。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用复合酶从海藻中提取海藻酸钠的方法，本发明克服了现有生产工艺提取率低、产品的粘度较低、大量化学药品对环境的污染的问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种从褐藻颗粒中提取海藻酸钠的工艺，包括以下步骤：

1.预处理工序：将海带或者褐藻在0.5%V的甲醛水溶液中于25～35℃下浸泡1～2小时，然后过滤后用纯化水淋洗海带或者褐藻至滤液为无色，监测滤液电导率为20～30us/cm时停止洗涤，后经粉碎成面积1cm²～2 cm²的碎片，然后向碎片中加入海带或者褐藻4～5倍重量的纯化水，用高速剪切机于800～1000rpm下剪切使得碎片成浆状；

2.酶解工序：向步骤1中所得浆状溶液中加入中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶，然后加入磷酸盐缓冲溶液控制体系pH在6～7之间，在18～35℃下酶解2～3小时，然后控温至28～32℃，用0.2Mol/L的磷酸二氢钠调节pH值至5.8～6.2后加入β-琼胶酶保持温度在28～32℃之间酶解3～4小时后得最终酶解液；

3.消化工序：向步骤2中得到的最终酶解液中加入1倍重量的6.0%wt的Na₂CO₃水溶液在38～47℃消化1.5～2小时后得糊状粘稠体系，然后向粘稠体系中加入1/5体积的乙醇的水溶液得待过滤体系；

4.分离工序：将步骤3中所得待过滤体系转入板框式压滤机中压滤，滤液再次经离心机离心后得离心滤液，所得离心滤液再经0.5μm的微孔滤膜过滤得待酸析滤液；

5.酸析工序：将步骤4中所得待酸析滤液加热至35～45℃中在搅拌下缓慢滴加4mol/L的盐酸水溶液直至溶液pH=2～3，然后停止滴加盐酸，控温至40～45℃保温搅拌2小时，然后以10℃/小时的降温速度降温至18～25℃之间有大量海藻酸固体颗粒析出，然后过滤、纯化水洗涤得海藻酸；

6.碱溶析晶工序：用海藻酸1.3倍重量的10%wt的Na₂CO₃水溶液加热至38～43℃溶解海藻酸，溶解后保温滴加乙醇，当体系变浑浊时停止滴加，升温至45～50℃使体系澄清，然后保持温度在45～50℃之间搅拌2小时后以10℃/小时的降温速度降温至18～25℃有大量固体析出，然后经过滤、乙醇洗涤烘干后得海藻酸钠。

步骤1中用0.5%V甲醛水溶液洗涤除去水溶性杂质的同时可使色素固定在表皮细胞中利于后期海藻酸盐的置换与溶出。用纯化水洗涤至滤液电导率为20～30us/cm可保证海藻或者褐藻表面的盐分已基本洗净，避免过高的盐浓度影响酶的活性。

根据本发明的另一个方面，酶解工序中中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶、β-琼胶酶四种酶总重量为海带或者褐藻重量的百万分之十～百万分之一百，其中各酶占总酶用量的重量百分比为：

中性纤维素酶 20%wt

中性蛋白酶 30%wt

碱性果胶酶 35%wt

β-琼胶酶 15%wt

根据本发明的另一个方面，步骤1中的磷酸盐缓冲溶液为体积比为1:1的0.2Mol/L的磷酸二氢钠与0.2Mol/L的磷酸氢二钠混合溶液，由于该磷酸盐的缓冲溶液可使体系的pH保持在6.2～8.2之间，从而使中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶，不会因为体系pH过高或者过低导致酶失去活性，使其保持在较高活性水平；在加入β-琼胶酶之前用0.2Mol/L的磷酸二氢钠调节pH值至5.8～6.2使β-琼胶酶的活性更高，这种根据酶的活性分步酶解的方法不仅有助于提高酶的活性，而且可以提高提取率。

根据本发明的又一个方面，本发明中在酶解工序中不仅加入了利用细胞壁溶解的酶，而且加入了利于细胞间质溶解的酶β- 琼胶酶，从而提高了海藻酸的提取率。其中β-琼胶酶可以参考CN 103540579 B中的教导来提取。而且采用本发明用量的β-琼胶酶在一定程度使酶之间起到了协同增效作用，比使用其它混合酶效果要好。

根据本发明的另一个方面，本发明中在消化工序中乙醇的水溶液中乙醇含量优选为1%wt～3%wt。

根据本发明的另一个方面，本发明在酸析工序中采用冷却析晶方式，在40～45℃保温搅拌2小时进行养晶，控制析晶速率使制备出的海藻酸颗粒度均匀，纯度高；在碱溶析晶工序中采用滴加反溶剂与冷却析晶结合的方式使制备出的海藻酸钠具有更高的纯度。从而使提取出的海藻酸钠粘度高，性能好。

本发明通过复合酶对海带或者褐藻进行酶处理，然后通过经典的化学方法提取海藻酸钠的方法，提取出海藻酸钠粘度高。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.提取出海藻酸钠粘度高，性能好；

2.添加细胞间质溶解酶β-琼胶酶，利于提高海藻酸的提取率；

3.本发明酸析工序和碱溶析晶工序中所用析晶工艺利于晶体粒径分布，并且可制备出纯度高的海藻酸和海藻酸钠。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

实施例1

1)预处理工序：将海带在适量的0.5%V的甲醛水溶液中于25℃下浸泡1小时，然后过滤后用纯化水淋洗海带至滤液为无色，监测滤液电导率为20～30us/cm时停止洗涤，后经粉碎成面积1cm²～2 cm²的碎片，然后向碎片中加入海带4倍重量的纯化水，用高速剪切机于800～1000rpm下剪切使得碎片成浆状；

2)酶解工序：向步骤1中所得浆状溶液中加入中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶，然后加入体积比为1:1的0.2Mol/L的磷酸二氢钠与0.2Mol/L的磷酸氢二钠混合溶液控制体系pH在6～7之间，在18℃下酶解2小时，然后控温至28℃，用0.2Mol/L的磷酸二氢钠调节pH值至5.8后加入β-琼胶酶保持温度在28℃之间酶解3小时后得最终酶解液；

其中中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶、β-琼胶酶四种酶总重量为海带重量的百万分之十；

其中各酶占总酶用量的重量百分比为：中性纤维素酶 20%；中性蛋白酶 30%；碱性果胶酶 35%；β-琼胶酶 15%；

3)消化工序：向步骤2中得到的最终酶解液中加入1倍重量的6.0%wt的Na₂CO₃水溶液在38℃消化1.5～2小时后得糊状粘稠体系，然后向粘稠体系中加入1/5体积的1%wt的乙醇水溶液得待过滤体系；

4)分离工序：将步骤3中所得待过滤体系转入板框式压滤机中压滤，滤液再次经离心机离心后得离心滤液，所得离心滤液再经0.5μm的微孔滤膜过滤得待酸析滤液；

5)酸析工序：将步骤4中所得待酸析滤液加热至35℃中在搅拌下缓慢滴加4mol/L的盐酸水溶液直至溶液pH=2～3，然后停止滴加盐酸，控温至40～45℃保温搅拌2小时，然后以10℃/小时的降温速度降温至18℃之间有大量海藻酸固体颗粒析出，然后过滤、纯化水洗涤得海藻酸；

6)碱溶析晶工序：用海藻酸1.3倍重量的10%wt的Na₂CO₃水溶液加热至38℃溶解海藻酸，溶解后保温滴加乙醇，当体系变浑浊时停止滴加，升温至45～50℃使体系澄清，然后保持温度在45～50℃之间搅拌2小时后以10℃/小时的降温速度降温至18～25℃有大量固体析出，然后经过滤、乙醇洗涤烘干后得海藻酸钠。

实施例2

1)预处理工序：将褐藻在适量的0.5%V的甲醛水溶液中于35℃下浸泡2小时，然后过滤后用纯化水淋洗褐藻至滤液为无色，监测滤液电导率为20～30us/cm时停止洗涤，后经粉碎成面积1cm²～2 cm²的碎片，然后向碎片中加入海带5倍重量的纯化水，用高速剪切机于800～1000rpm下剪切使得碎片成浆状；

2)酶解工序：向步骤1中所得浆状溶液中加入中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶，然后加入体积比为1:1的0.2Mol/L的磷酸二氢钠与0.2Mol/L的磷酸氢二钠混合溶液控制体系pH在6～7之间，在35℃下酶解3小时，然后控温至32℃，用0.2Mol/L的磷酸二氢钠调节pH值至6.2后加入β-琼胶酶保持温度在32℃之间酶解4小时后得最终酶解液；

其中中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶、β-琼胶酶四种酶总重量为褐藻重量的百万分之一百；

3)消化工序：向步骤2中得到的最终酶解液中加入1倍重量的6.0%wt的Na₂CO₃水溶液在47℃消化2小时后得糊状粘稠体系，然后向粘稠体系中加入1/5体积的3%wt的乙醇水溶液得待过滤体系；

5)酸析工序：将步骤4中所得待酸析滤液加热至45℃中在搅拌下缓慢滴加4mol/L的盐酸水溶液直至溶液pH=2～3，然后停止滴加盐酸，控温至45℃保温搅拌2小时，然后以10℃/小时的降温速度降温至25℃之间有大量海藻酸固体颗粒析出，然后过滤、纯化水洗涤得海藻酸；

6)碱溶析晶工序：用海藻酸1.3倍重量的10%wt的Na₂CO₃水溶液加热至43℃溶解海藻酸，溶解后保温滴加乙醇，当体系变浑浊时停止滴加，升温至50℃使体系澄清，然后保持温度在50℃搅拌2小时后以10℃/小时的降温速度降温至25℃有大量固体析出，然后经过滤、乙醇洗涤烘干后得海藻酸钠。

对比实施例1

参考实施例1中的制备步骤，区别在于酶解过程中不加入β-琼胶酶，仅使用中性纤维素酶；中性蛋白酶；碱性果胶酶，三者的重量比和实施例1中相同，且三者重量重量与实施例1中的四种酶总量相同，其余操作步骤和处理步骤相同。

实施例3

参考GB1976-80对实施例1和实施例2中的海藻酸钠进行检测，其中每个实施例各取三个样本，取其平均值。检测结果如下表：

备注：CN 101979522 B代表按照CN 101979522 B中教导提取的海藻酸钠。

GB1976-80中规定海藻酸钠粘度/ Pa.s大于0.15，本发明制备出样品及其CN101979522 B均符合要求，但本发明制备出粘度较高，而且提取率高。且对比实施例表明β-琼胶酶的加入可以促进海藻酸钠的提取率和粘度。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims

1.一种海藻酸钠的提取工艺，包括以下步骤：

1)预处理工序：将海带在0.5％V的甲醛水溶液中于25～35℃下浸泡1～2小时，然后过滤后用纯化水淋洗海带至滤液为无色，监测滤液电导率为20～30μs/cm时停止洗涤，后经粉碎成面积1cm²～2cm²的碎片，然后向碎片中加入海带4～5倍重量的纯化水，用高速剪切机于800～1000rpm下剪切使得碎片成浆状；

2)酶解工序：向步骤1)中所得浆状溶液中加入中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶，然后加入磷酸盐缓冲溶液控制体系pH在6～7之间，在18～35℃下酶解2～3小时，然后控温至28～32℃，用0.2Mol/L的磷酸二氢钠调节pH值至5.8～6.2后加入β-琼胶酶保持温度在28～32℃之间酶解3～4小时后得最终酶解液；

3)消化工序：向步骤2)中得到的最终酶解液中加入1倍重量的6.0％wt的Na₂CO₃水溶液在38～47℃消化1.5～2小时后得糊状粘稠体系，然后向粘稠体系中加入1/5体积的乙醇的水溶液得待过滤体系；

4)分离工序：将步骤3)中所得待过滤体系转入板框式压滤机中压滤，滤液再次经离心机离心后得离心滤液，所得离心滤液再经0.5μm的微孔滤膜过滤得待酸析滤液；

5)酸析工序：将步骤4)中所得待酸析滤液加热至35～45℃在搅拌下缓慢滴加4mol/L的盐酸水溶液直至溶液pH＝2～3，然后停止滴加盐酸，控温至40～45℃保温搅拌2小时，然后以10℃/小时的降温速度降温至18～25℃之间有大量海藻酸固体颗粒析出，然后过滤、纯化水洗涤得海藻酸；

6)碱溶析晶工序：用海藻酸1.3倍重量的10％wt的Na₂CO₃水溶液加热至38～43℃溶解海藻酸，溶解后保温滴加乙醇，当体系变浑浊时停止滴加，升温至45～50℃使体系澄清，然后保持温度在45～50℃之间搅拌2小时后以10℃/小时的降温速度降温至18～25℃有大量固体析出，然后经过滤、乙醇洗涤烘干后得海藻酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种提取海藻酸钠的工艺，其特征在于：步骤2)酶解工序中中性纤维素酶、中性蛋白酶、碱性果胶酶、β-琼胶酶四种酶总重量为海带重量的百万分之十～百万分之一百，其中各酶占总酶用量的重量百分比为：中性纤维素酶20％wt；中性蛋白酶30％wt；碱性果胶酶35％wt；β-琼胶酶15％wt。

3.根据权利要求1所述的一种提取海藻酸钠的工艺，其特征在于：步骤2)中的磷酸盐缓冲溶液为体积比为1:1的0.2Mol/L的磷酸二氢钠与0.2Mol/L的磷酸氢二钠混合溶液。

4.根据权利要求1所述的一种提取海藻酸钠的工艺，其特征在于：步骤3)消化工序中乙醇的水溶液中乙醇含量为1％wt～3％wt。