CN105385737A - 一种牦牛骨胶原寡肽的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，由以下步骤组成：将阴干的牦牛骨粉碎至50目，并用碱、酸处理牦牛骨，除去脂肪和其它杂质，提取获得高纯度的牦牛骨胶原蛋白提取液；然后用两步酶解法酶解胶原蛋白提取液，酶解结束后，采用离心机协同多级膜分离系统纯化酶解液，得到牦牛骨胶原寡肽溶液；然后喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，得到纯度大于90％，分子量小于1000Da的牦牛骨胶原寡肽。本发明充分利用牦牛类加工副产物牦牛骨制备胶原寡肽，成本低廉，胶原提取率大于85％；除杂和浓缩效果好，适合规模化工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体是一种牦牛骨胶原寡肽的制备工艺。
背景技术
牦牛骨是牦牛类加工的副产物，其蛋白质含量很高，特别是胶原蛋白的含量占其蛋白质总量的一半还要多。利用蛋白酶水解胶原蛋白得到的小分子胶原寡肽具有独特的生理活性，如：促进皮肤胶原代谢、预防骨质疏松和提高免疫性等，可以广泛应用于化妆品、医药和功能食品等多个领域。青藏高原地区牦牛骨资源丰富，价格低廉，考虑到原料的成本问题，采用牦牛骨制备胶原寡肽更具有应用前景和价值。
近年来，随着胶原寡肽的应用价值越来越受到人们的重视，其相关研究也多有报道。用动物皮制备胶原寡肽的报道，如CN1434124A的发明专利，公开了用猪皮胶原为原料，利用碱性蛋白酶与酸性蛋白酶或和中性蛋白酶的协同水解作用得到寡肽的方法。鱼皮胶原寡肽的制备如CN103060414A的发明专利申请，公开了一种生物酶法制备鱼皮胶原寡肽的方法，其步骤包括预处理、酶水解、脱异味、萃取剂再生、脱色浓缩、配物干燥等步骤，制得的胶原寡肽蛋白含量为50％～53％，水分5％～5.5％，平均分子量为250～750Da。上述两种制备胶原寡肽的方法安全简便，但制备的寡肽样品蛋白含量低，分子量分布较广，不易吸收利用。此外，针对牦牛骨胶原肽的研究也受到了研究人员的重视，牦牛骨复合骨胶原的提取方法如CN104413406A的发明专利申请，此发明的目的是获得牦牛骨复合胶原，采用原始而简单的“水提取-酸泡-烘干”的生产工艺，所生产的产品具有异味大、颜色深和难以干燥的缺点。又如CN103783254B的牦牛骨胶原肽的生产方法，此方法在CN104413406A的基础上有了一定的进步，采用碱性蛋白酶将大分子量胶原蛋白酶解成胶原短肽，采用蒸煮的方法为牦牛骨胶原脱脂。但是此方法采用的“一步酶解法”很难将水解肽的分子量集中在100～1000Da的范围，且在生产后期没有膜纯化的步骤，产品中胶原寡肽的分子量无法做到均一，产品质量的稳定性很难控制。为获得高胶原蛋白含量、分子量集中的胶原寡肽，本发明建立了一种新的针对牦牛骨胶原寡肽的生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单安全、易于操作、成本低、生产的产品纯度高的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，以充分利用牦牛类加工的副产物，变废为宝，开发具有广阔应用前景的牦牛骨胶原寡肽。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，由以下步骤组成：
(1)前处理：
将阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入牦牛骨质量5～8倍的碱溶液，碱溶液的浓度为0.001～0.01kg/L，搅拌1～3小时，水洗至中性；再加入牦牛骨质量5～8倍的酸溶液，酸溶液的体积浓度为0.1～1％，搅拌1～3小时，水洗至中性；再加入牦牛骨质量1～2倍的水，于60℃，加热2～4小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液；
(2)两步酶解：
向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入牦牛骨质量1～30％的蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为30～60℃，酶解反应pH值控制在6～8，酶解3～12小时；酶解结束后升温至80～85℃，恒温10～20min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入牦牛骨质量1～30％的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为40～60℃，酶解反应pH值控制在3～6，酶解3～12小时；酶解结束后升温至80～85℃，恒温10～20min灭酶，得到二次酶解液；
(3)纯化浓缩：
用离心机除去二次酶解液的固体残渣；所得清液用分子量为1000Da～8000Da的超滤膜去除大分子杂质，再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质并浓缩，得到牦牛骨胶原寡肽溶液；
(4)快速干燥：
喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，得到牦牛骨胶原寡肽。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(1)前处理中所使用的碱溶液采用碳酸氢钠或氢氧化钠，所用的酸溶液采用盐酸。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(2)中第一步酶解所用蛋白酶为胰蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶的一种或任意两种组合。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(2)中调节pH时所用碱为碳酸氢钠或氢氧化钠，所用酸为盐酸。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(3)中离心机为10000～15000rpm的离心机。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(3)中所使用的超滤膜，膜压力为0.5～1MPa，工作温度为25～40℃；所使用的纳滤膜，膜压力为1～2MPa，工作温度为25～40℃。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(3)中使用纳滤膜后，浓缩二次酶解液至原体积的5％～20％。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(4)中喷雾干燥的出风温度为70～90℃，进风温度为140～180℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明充分利用牦牛类加工副产物牦牛骨制备胶原寡肽，成本低廉，胶原提取率大于85％；采用离心协同多级膜分离系统纯化牦牛骨胶原寡肽，除杂和浓缩效果好，适合规模化工业生产；制备的牦牛骨胶原寡肽为白色或淡黄色粉末，纯度大于90％，分子量小于1000Da，无异味。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.本发明实施例中，前处理：以优质牦牛骨为原料，可以是海洋类牦牛骨，也可以是淡水牦牛类牦牛骨。将5kg阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入30L浓度为0.002kg/L的氢氧化钠水溶液，搅拌2小时后，水洗至中性；再加入30L体积浓度为0.6％的盐酸水溶液，搅拌1小时后，水洗至中性；最后加入5L的水，于60℃，加热4小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液。
2.酶解：向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入0.05kg的胰蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为40℃，用氢氧化钠溶液调节pH7.0，酶解6小时，酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入0.05kg的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为50℃，用盐酸溶液调节pH3.5，酶解6小时；酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到二次酶解液。
3.纯化浓缩：用10000rpm的离心机除去二次酶解液的固体残渣。所得清液用分子量为2000Da的超滤膜去除少量大分子杂质，膜压力为0.7MPa，工作温度为35℃；再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质，膜压力为1.5MPa，工作温度为35℃，浓缩二次酶解液至3L，得到纯度为95％，分子量小于1000Da，平均分子量为600Da的牦牛骨胶原寡肽溶液。
4.快速干燥：喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，出风温度为80℃，进风温度为160℃，得到牦牛骨胶原寡肽粉末。
实施例2
1.前处理：将5kg阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入30L浓度为0.01kg/L的碳酸氢钠水溶液，搅拌2小时后，水洗至中性；再加入30L体积浓度为0.8％的盐酸水溶液，搅拌1小时后，水洗至中性；最后加入5L的水，于60℃，加热4小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液。
2.酶解：向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入0.1kg的碱性蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为50℃，用氢氧化钠溶液调节pH6.5，酶解4小时，酶解结束后升温至85℃，恒温15min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入0.2kg的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为50℃，用盐酸溶液调节pH3.0，酶解4小时；酶解结束后升温至85℃，恒温15min灭酶，得到二次酶解液。
3.纯化浓缩：用13000rpm的离心机除去二次酶解液的固体残渣。所得清液用分子量为3500Da的超滤膜去除少量大分子杂质，膜压力为0.8MPa，工作温度为30℃；再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质，膜压力为1.5MPa，工作温度为30℃，浓缩二次酶解液至3L，得到纯度为90％，分子量小于1000Da，平均分子量为800Da的牦牛骨胶原寡肽溶液。
4.快速干燥：喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，出风温度为70℃，进风温度为160℃，得到牦牛骨胶原寡肽粉末。
实施例3
1.前处理：将5kg阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入40L浓度为0.004kg/L的氢氧化钠水溶液，搅拌2小时后，水洗至中性；再加入40L体积浓度为1％的盐酸水溶液，搅拌1小时后，水洗至中性；最后加入5L的水，于60℃，加热2小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液。
2.酶解：向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入0.5kg的胰蛋白酶和0.5kg的木瓜蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为50℃，用氢氧化钠溶液调节pH7.5，酶解10小时，酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入1kg的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为50℃，用盐酸溶液调节pH5.0，酶解10小时；酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到二次酶解液。
3.纯化浓缩：用15000rpm的离心机除去二次酶解液的固体残渣。所得清液用分子量为8000Da的超滤膜去除少量大分子杂质，膜压力为0.6MPa，工作温度为30℃；再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质，膜压力为1.5MPa，工作温度为30℃，浓缩二次酶解液至3L，得到纯度为92％，分子量小于1000Da，平均分子量为400Da的牦牛骨胶原寡肽溶液。
4.快速干燥：喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，出风温度为90℃，进风温度为180℃，得到牦牛骨胶原寡肽粉末。
实施例4
1.前处理：将5kg阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入50L浓度为0.008kg/L的碳酸氢钠水溶液，搅拌3小时后，水洗至中性；再加入50L体积浓度为1％的盐酸水溶液，搅拌3小时后，水洗至中性；最后加入10L的水，于60℃，加热2小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液。
2.酶解：向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入0.2kg的胰蛋白酶和0.2kg的菠萝蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为50℃，用氢氧化钠溶液调节pH7.0，酶解4小时，酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入0.5kg的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为50℃，用盐酸溶液调节pH3.0，酶解4小时；酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到二次酶解液。
3.纯化浓缩：用13000rpm的离心机除去二次酶解液的固体残渣。所得清液用分子量为5000Da的超滤膜去除少量大分子杂质，膜压力为0.9MPa，工作温度为35℃；再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质，膜压力为1.5MPa，工作温度为30℃，浓缩二次酶解液至5L，得到纯度为91％，分子量小于1000Da，平均分子量为500Da的牦牛骨胶原寡肽溶液。
4.快速干燥：喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，出风温度为80℃，进风温度为180℃，得到牦牛骨胶原寡肽粉末。
实施例5
1.前处理：将5kg阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入80L浓度为0.003kg/L的氢氧化钠水溶液，搅拌2小时后，水洗至中性；再加入80L体积浓度为1％的盐酸水溶液，搅拌1小时后，水洗至中性；最后加入10L的水，于60℃，加热2小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液。
2.酶解：向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入2kg的胰蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为50℃，用氢氧化钠溶液调节pH7.0，酶解8小时，酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入1kg的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为50℃，用盐酸溶液调节pH6.0，酶解8小时；酶解结束后升温至80℃，恒温20min灭酶，得到二次酶解液。
3.纯化浓缩：用10000rpm的离心机除去二次酶解液的固体残渣。所得清液用分子量为1000Da的超滤膜去除少量大分子杂质，膜压力为0.6MPa，工作温度为35℃；再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质，膜压力为1.5MPa，工作温度为35℃，浓缩二次酶解液至6L，得到纯度为92％，分子量小于1000Da，平均分子量为600Da的牦牛骨胶原寡肽溶液。
4.快速干燥：喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，出风温度为80℃，进风温度为160℃，得到牦牛骨胶原寡肽粉末。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)前处理：
将阴干的牦牛骨用清水洗净后，粉碎至50目，投入反应釜中，加入牦牛骨质量5～8倍的碱溶液，碱溶液的浓度为0.001～0.01kg/L，搅拌1～3小时，水洗至中性；再加入牦牛骨质量5～8倍的酸溶液，酸溶液的体积浓度为0.1～1％，搅拌1～3小时，水洗至中性；再加入牦牛骨质量1～2倍的水，于60℃，加热2～4小时，得到牦牛骨胶原蛋白提取液；
(2)两步酶解：
向上述牦牛骨胶原蛋白提取液中，加入牦牛骨质量1～30％的蛋白酶进行第一步酶解，酶解温度为30～60℃，酶解反应pH值控制在6～8，酶解3～12小时；酶解结束后升温至80～85℃，恒温10～20min灭酶，得到一次酶解液；再在一次酶解液中加入牦牛骨质量1～30％的酸性蛋白酶进行第二步酶解，酶解温度为40～60℃，酶解反应pH值控制在3～6，酶解3～12小时；酶解结束后升温至80～85℃，恒温10～20min灭酶，得到二次酶解液；
(3)纯化浓缩：
用离心机除去二次酶解液的固体残渣；所得清液用分子量为1000Da～8000Da的超滤膜去除大分子杂质，再用分子量为200Da的纳滤膜去除无机盐和小分子杂质并浓缩，得到牦牛骨胶原寡肽溶液；
(4)快速干燥：
喷雾干燥牦牛骨胶原寡肽溶液，得到牦牛骨胶原寡肽。
2.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)前处理中所使用的碱溶液采用碳酸氢钠或氢氧化钠，所用的酸溶液采用盐酸。
3.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中第一步酶解所用蛋白酶为胰蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶的一种或任意两种组合。
4.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中调节pH时所用碱为碳酸氢钠或氢氧化钠，所用酸为盐酸。
5.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中离心机为10000～15000rpm的离心机。
6.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中所使用的超滤膜，膜压力为0.5～1MPa，工作温度为25～40℃；所使用的纳滤膜，膜压力为1～2MPa，工作温度为25～40℃。
7.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中使用纳滤膜后，浓缩二次酶解液至原体积的5％～20％。
8.根据权利要求1所述的牦牛骨胶原寡肽的制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)中喷雾干燥的出风温度为70～90℃，进风温度为140～180℃。
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