CN104829749B - 一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法及其应用。所述方法包括以虾蟹壳为原料，经粉碎机粉碎得到虾蟹壳粉；向虾蟹壳粉中加入稀盐酸进行脱钙，过滤留取固体粉末；向脱钙虾蟹壳粉中加入水，搅拌混合均匀得到反应物料；调节反应物料的pH为2.5‑7，加热至35‑60℃时加入酶制剂，保持该温度进行反应；随后升温蒸煮，进行固液分离，经脱色，得到壳寡糖溶液；干燥，即可得壳寡糖粉体。本发明方法优势在于精简了传统生产方式的两步法生产路线，避免了浓酸浓碱液的使用，在缩短生产周期、降低生产成本的同时，减少了污染物产生，利于实现本行业生产技术的跨越式发展。所制备的壳寡糖可作为添加剂用于保健品、化妆品、医药产品行业。

Description

一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法及 应用

技术领域

本发明涉及壳寡糖制备领域。更具体地，涉及一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法及应用。

背景技术

虾壳、蟹壳等海产品外壳往往作为海产品生产的下脚料填埋或丢弃，污染了环境也造成极大浪费。传统方法对虾壳蟹壳的利用时通过浓酸浓碱处理得到壳聚糖[陶玉贵，中国水产，2001；蔚鑫鑫，湖北农业科学，2013；CN103709269]，再从壳聚糖通过酸解法、酶解法、氧化法或物理法得到壳寡糖产品[郑瀚，科技视野，2012；CN200810006640；CN201310270184]。其生产过程中产生的大量高浓度废酸废碱给环境带来巨大压力，如何减少壳寡糖生产过程中的酸碱用量是科研人员近年来关注的焦点。

壳聚糖壳寡糖酶解生产工艺的研发为这一传统高污染行业的发展带来新的思路和契机。在壳聚糖生产过程中通过使用脱乙酰酶[何苑皞，食品科技，2009；朝丽，生物学杂志，2009]，可以减少浓碱的用量。壳寡糖生产中从壳聚糖出发利用酶解方法可以减少废酸和氧化化学试剂的使用[谭佩毅，中国调味品，2012；周孙英，海峡药学，2003；CN200710053139]。

这些酶解方法的使用虽然在一定程度上减轻了污染物的产生，但是，这些方法还都是沿用了传统的两步法制备壳寡糖的生产路线，即先以虾壳蟹壳为原料制备壳聚糖，然后再从壳聚糖进一步生产壳寡糖，没有根本性的突破传统生产思路。

现有技术中，从虾蟹壳生产壳聚糖步骤，一般采用虾蟹壳→浸酸脱钙→浸稀碱脱蛋白→脱色→浸浓碱脱乙酰→壳聚糖。制备过程繁琐，中间环节多，需要进行多次过滤清洗，用水用电量大，浪费人力物力；同时反应需要大量使用无机酸、碱，特别是脱乙酰步骤需使用浓碱，能耗高，废水处理困难，环境污染严重。

现有技术中，从壳聚糖生产壳寡糖步骤，一般采用酸降解法与氧化降解法。酸降解法，寡糖产物相对分子质量分布较宽，生产过程使用大量无机酸，后处理困难且腐蚀设备，污染环境，过氧化氢氧化法降解因成本低已实现工业化生产，但由于反应时间过长、温度控制严格、氨基的损失及反应后期的褐变，使获得高品质的壳寡糖产品难度增大而受到一定的应用限制。

因此，如何根本改变传统生产的高污染高能耗的弊端，直接从虾蟹壳一步法制备壳寡糖，需要探索全新的生产路线和工艺。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法。

本发明的第二个目的在于提供一种采用上述方法制备的壳寡糖粉体。

本发明的第三个目的在于提供一种采用上述方法制备的壳寡糖粉体在制备保健品、化妆品、医药产品中的应用。

本发明提出酶解法一步制备壳寡糖，生产工艺极简，具有反应条件温和，反应时间短，节能、高效、无污染等优点。摒弃传统工艺一步一步除去虾蟹壳中其他成分进而制备壳寡糖的方式，通过多种酶共同作用条件的选择优化，以及后期壳寡糖的分离纯化，采用一步法反应直接制备目标产物，是一种制备寡糖的新思路。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，包括如下步骤：

1)以虾蟹壳为原料，经粉碎机粉碎得到虾蟹壳粉；

2)向步骤1)制备的虾蟹壳粉中加入稀盐酸脱钙，过滤留取固体粉末，得到脱钙虾蟹壳粉；

3)向步骤2)制备的虾蟹壳粉中加入水，搅拌混合均匀得到反应物料；

4)调节反应物料的pH为2.5-7，加热反应物料至35-60℃时加入酶制剂，保持该温度进行反应；随后升温蒸煮，得到浑浊的混合溶液；

5)将浑浊的混合溶液进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液；

6)将壳寡糖溶液干燥，即可得到产物白色或浅黄色壳寡糖粉体。

优选地，步骤1)中，所述虾蟹壳粉的粒度为20-200目。

优选地，步骤2)中，所述稀盐酸溶质质量分数为1％-6％，加入量为虾蟹壳粉总重量3-10倍。

优选地，步骤3)中，水的加入量为虾蟹壳粉总重的2-7倍，搅拌的速度为100-400转/分钟。

优选地，步骤4)中，反应物料加入酶制剂后反应0.5-8小时；随后升温至90-110℃蒸煮5-60分钟，杀酶。

优选地，步骤4)中，所述酶制剂为脱乙酰酶与选自纤维素酶、半纤维素酶、溶菌酶、几丁质酶、蛋白酶、壳聚糖酶、脂肪酶和葡萄糖酶中的一种或多种酶所组成的混合物。

优选地，步骤4)中，所述脱乙酰酶的含量为酶制剂总重量的40％-60％。

优选地，步骤4)中，所述酶制剂的加入量为虾蟹壳粉总重的万分之一到百分之一。

优选地，步骤5)中，混合溶液采用离心机或过滤机进行固液分离。

为达到上述第二个目的，本发明提供一种采用上述方法制备的壳寡糖粉体。

优选地，所述壳寡糖粉体的分子量为200-30000，纯度大于95％，脱乙酰度为60-95％，灰份小于1％。

为达到上述第三个目的，本发明提供一种采用上述方法制备的壳寡糖粉体在制备保健品、化妆品、医药产品中的应用。

本发明所提出的生产方法的最大优势是精简了传统生产方式的两步法生产路线，避免了浓酸浓碱液的使用，在缩短生产周期、降低生产成本的同时，极大减少了污染物的产生。

本发明为了最大程度的减少浓酸浓碱的使用，同时保证壳寡糖的品质，通过优化酶解反应的条件，选择纤维素酶、半纤维素酶、溶菌酶、几丁质酶、蛋白酶、壳聚糖酶、脂肪酶和葡萄糖酶中的一种或多种与脱乙酰酶混合使用，利用其与脱乙酰酶的协同作用，并控制脱乙酰酶的含量为酶制剂总量的40％-60％，以及通过优化反应温度，实现了由虾蟹壳粉一步制备壳寡糖的目的。

本发明生产方法的实施将极大促进壳寡糖生产行业的升级换代改造，实现本行业生产技术的跨越式发展。所制备的壳寡糖可作为添加剂用于保健品、化妆品、医药产品行业。

本发明的有益效果如下：

(1)针对现有生产技术，改变生产思路，摒弃现有生产工艺一步一步除去虾蟹壳中其他成分进而制取壳寡糖的方式，采用酶解法一步反应直接制备目标产物的新方式，生产流程极简，规避了现有生产中大量中间环节衔接时的过滤清洗等操作，节水省电，减少设备场地和人力投入。

(2)采用生物酶法反应，反应条件温和，反应时间短，节能、高效、无污染，规避了化学法生产工艺的缺陷，大幅减少酸碱和其他有害化学品的使用以及废液废渣的排放。

(3)采用新的生产设计思路，通过多种酶共同作用条件的选择优化，一步反应制取壳寡糖，后期利用固液分离与膜分离相结合的方式分离纯化壳寡糖。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例1制备得到的壳寡糖的激光光散射分子量分布分析谱图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

选用清洗干净的虾壳、蟹壳，经破碎机制成虾壳、蟹壳粉，其粒度控制在150-200目；向虾蟹壳粉中加入溶质质量分数为1％的稀盐酸，加入量为虾蟹壳粉总重量10倍，搅拌反应2小时，过滤留取固体粉末得到脱钙虾蟹壳粉；向脱钙虾蟹壳粉中加入虾蟹壳粉总重量2倍的水后，以300转/分钟的速度搅拌成浆状反应物料，用酸调pH值为5.5；温度加热到60℃，加入虾蟹壳粉总重的百分之一的壳聚糖酶和脱乙酰酶作为酶制剂(脱乙酰酶占酶制剂总重量的40％)，反应4小时；而后升温至100℃，蒸煮5分钟，杀酶；将得到的浑浊混合溶液利用离心机进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液。干燥后的壳寡糖为白色或浅黄色粉体，经检测，分子量1500-3000，纯度>95％，脱乙酰度60％，灰份小于1％。

图1为本实施例制备得到的壳寡糖的动态激光光散射分子量分布分析谱图。图中显示，经酶解一步法制备得到的壳寡糖的平均分子量为1500-3000.D。

实施例2

选用清洗干净的虾壳、蟹壳，经破碎机制成虾壳、蟹壳粉，其粒度控制在20-50目左右；向虾蟹壳粉中加入溶质质量分数为6％的稀盐酸，加入量为虾蟹壳粉总重量3倍，搅拌反应2小时，过滤留取固体粉末得到脱钙虾蟹壳粉；向脱钙虾蟹壳粉中加入虾蟹壳粉总重量7倍的水后，以250转/分钟的速度搅拌成浆状，用酸调pH值为6.5；温度加热到35℃，加入虾蟹壳粉总重的万分之一的几丁质酶和脱乙酰酶作为酶制剂(脱乙酰酶占酶制剂总重量的50％)，反应8小时；而后升温至90℃，蒸煮60分钟，杀酶；将得到的浑浊混合溶液利用过滤机进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液。干燥后的壳寡糖为白色或浅黄色粉体，经检测，分子量200-20000，纯度>95％，脱乙酰度95％，灰份小于1％。

实施例3

选用清洗干净的虾壳、蟹壳，经破碎机制成虾壳、蟹壳粉，其粒度控制在100-150目；向虾蟹壳粉中加入溶质质量分数为3％的稀盐酸，加入量为虾蟹壳粉总重量6倍，搅拌反应2小时，过滤留取固体粉末得到脱钙虾蟹壳粉；向脱钙虾蟹壳粉中加入虾蟹壳粉总重量5倍的水后，以200转/分钟的速度搅拌成浆状，用酸调pH值为4.5；温度加热到45℃，加入虾蟹壳粉总重的千分之一的溶菌酶和脱乙酰酶作为酶制剂(脱乙酰酶占酶制剂总重量的60％)，反应0.5小时；而后升温至100℃，蒸煮30分钟，杀酶；将得到的浑浊混合溶液进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液。干燥后的壳寡糖白色或浅黄色粉体经检测，分子量10000-20000，纯度>95％，脱乙酰度75％，灰份小于1％。

实施例4

选用清洗干净的虾壳、蟹壳，经破碎机制成虾壳、蟹壳粉，其粒度控制在100-200目；向虾蟹壳粉中加入溶质质量分数为2％的稀盐酸，加入量为虾蟹壳粉总重量7倍，搅拌反应2小时，过滤留取固体粉末得到脱钙虾蟹壳粉；向脱钙虾蟹壳粉中加入虾蟹壳粉总重量5倍的水后，以150转/分钟的速度搅拌成浆状，用酸调pH值为2.5；温度加热到55℃，加入虾蟹壳粉总重的千分之一的溶菌酶、几丁质酶、半纤维素酶和脱乙酰酶作为酶制剂(脱乙酰酶占酶制剂总重量的60％)，反应3小时；而后升温至95℃，蒸煮45分钟，杀酶；将得到的浑浊混合溶液进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液。干燥后的壳寡糖为白色或浅黄色粉体，经检测，分子量15000-30000，纯度>95％，脱乙酰度75％，灰份小于1％。

实施例5

选用清洗干净的虾壳、蟹壳，经破碎机制成虾壳、蟹壳粉，其粒度控制在20-80目；向虾蟹壳粉中加入溶质质量分数为4％的稀盐酸，加入量为虾蟹壳粉总重量5倍，搅拌反应2小时，过滤留取固体粉末得到脱钙虾蟹壳粉；向脱钙虾蟹壳粉中加入虾蟹壳粉总重量6倍的水后，以100转/分钟的速度搅拌成浆状，用酸调pH值为7；温度加热到40℃，加入虾蟹壳粉总重的万分之一的溶菌酶、脂肪酶、蛋白酶和脱乙酰酶作为酶制剂(脱乙酰酶占酶制剂总重量的55％)，反应2.5小时；而后升温至110℃，蒸煮60分钟，杀酶；将得到的浑浊混合溶液进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液。干燥后的壳寡糖为白色或浅黄色粉体，经检测，分子量10000-15000，纯度>95％，脱乙酰度75％，灰份小于1％。

实施例6

选用不脱矿的虾壳、蟹壳，经破碎机制成虾壳、蟹壳粉，其粒度控制在100-150目；向虾蟹壳粉中加入溶质质量分数为5％的稀盐酸，加入量为虾蟹壳粉总重量4倍，搅拌反应2小时，过滤留取固体粉末得到脱钙虾蟹壳粉；向脱钙虾蟹壳粉中加入虾蟹壳粉总重量7倍的水后，以400转/分钟的速度搅拌成浆状，用酸调pH值为3.5；温度加热到60℃，加入虾蟹壳粉总重的百分之一的半纤维素酶、葡萄糖酶和脱乙酰酶作为酶制剂(脱乙酰酶占酶制剂总重量的60％)，反应4小时；而后升温至100℃，蒸煮30分钟，杀酶；将得到的浑浊混合溶液进行固液分离，经脱色，得到高纯度壳寡糖溶液。干燥后的壳寡糖为白色或浅黄色粉体，经检测，分子量500-2000，纯度>95％，脱乙酰度75％，灰份小于1％。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)以虾蟹壳为原料，经粉碎机粉碎得到虾蟹壳粉；

2)向步骤1)制备的虾蟹壳粉中加入稀盐酸脱钙，过滤留取固体粉末，得到脱钙虾蟹壳粉；

3)向步骤2)制备的脱钙虾蟹壳粉中加入水，搅拌混合均匀得到反应物料；

4)调节反应物料的pH为2.5-7，加热反应物料至35-60℃时加入酶制剂，保持该温度进行反应；随后升温蒸煮，得到混合溶液；

所述酶制剂为脱乙酰酶与选自纤维素酶、半纤维素酶、溶菌酶、几丁质酶、蛋白酶、壳聚糖酶、脂肪酶和葡萄糖酶中的一种或多种酶所组成的混合物；所述脱乙酰酶占酶制剂的40％～60％；所述酶制剂的加入量为虾蟹壳粉总重的万分之一到百分之一；

5)将混合溶液进行固液分离，经脱色，得到壳寡糖溶液；

6)将壳寡糖溶液干燥，即可得到产物壳寡糖粉体。

2.根据权利要求1所述的一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，其特征在于：步骤1)中，所述虾蟹壳粉的粒度为20-200目。

3.根据权利要求1所述的一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，其特征在于：步骤2)中，加入稀盐酸浓度为1％-6％，加入量为虾蟹壳粉总重量3-10倍。

4.根据权利要求1所述的一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，其特征在于：步骤3)中，水的加入量为虾蟹壳粉总重的2-7倍，搅拌的速度为100-400转/分钟。

5.根据权利要求1所述的一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，其特征在于：步骤4)中，反应物料加入酶制剂后反应0.5-8小时；随后升温至90-110℃蒸煮5-60分钟。

6.根据权利要求1所述的一种以虾蟹壳为原料采用酶解法一步制备壳寡糖的方法，其特征在于：步骤5)中，混合溶液采用离心机或过滤机进行固液分离。

7.一种如权利要求1-6任一所述的制备方法制备得到的壳寡糖粉体，其特征在于：所述壳寡糖粉体的分子量为200-30000，纯度大于95％，脱乙酰度为60-95％，灰份小于1％。

8.如权利要求7所述的壳寡糖粉体在制备保健品、化妆品、医药产品中的应用。