CN107557414A

CN107557414A - 一种贝壳活性物质的提取方法

Info

Publication number: CN107557414A
Application number: CN201710938522.XA
Authority: CN
Inventors: 覃央央
Original assignee: Guangxi Nanning Rong Weide Amperex Technology Ltd
Current assignee: Guangxi Nanning Rong Weide Amperex Technology Ltd
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明公开了一种贝壳活性物质的提取方法，生物活性物质提取技术领域。贝壳中含有丰富的海洋生物活性钙、角蛋白及其水解活性肽、牛磺酸，利用复合功能菌地衣芽孢杆菌和乳酸菌发酵技术，辅以SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶进行酶解，有效提取贝壳中的角蛋白、多肽以及活性钙等物质；利用这些活性物质，可制备土壤改良剂、饲料添加剂等产品。

Description

一种贝壳活性物质的提取方法

技术领域

本发明属于生物活性物质提取技术领域，特别涉及一种贝壳活性物质的提取方法。

背景技术

我国贝类养殖始于20世纪70年代初，据统计，80年代初，贝类养殖的年产量为30万吨左右，90年代初增为200万吨左右，而后迅猛发展。随着贝类养殖产量的增大，冻贝柱及干贝柱的加工量增加，由此产生的扇贝加工废弃物增多，贝类加工废弃物(包括内脏)约占整个贝类的30%，目前小部分贝类加工废弃物被作为虾饲料低价出售，大部分弃于海边任其腐烂，造成资源浪费和环境污染。据报道，贝类加工废弃物中不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、微量元素等营养成分，还含有活性多糖、牛磺酸、EPA、DHA等多种生物活性物质，营养价值高，且具抗肿瘤、抗病毒、抗衰老等多种生理功能。因此，对其加工利用，提高其附加值，已成为亟待解决的问题。

发明专利CN201511015429.9公开了一种从扇贝边中提取牛磺酸的方法，该方法通过采用扇贝边下脚料为原料，洗净匀浆，超声酶解，灭酶脱色，浓缩冷却结晶即可得到牛磺酸。本发明以超声波破碎结合分步酶解的方法，制备得到牛磺酸，超声波在提取溶剂中产生的空化效应和机械作用一方面可有效地破碎细胞，使有效成分呈游离状态并溶入提取溶剂中，另一方面可加速提取溶剂的分子运动，使得提取溶剂和牛磺酸分子快速接触，相互溶合、混合，利于牛磺酸溶出，提高提取率。本反应条件温和，原料来源广，成本低，操作简单，可应用于工业化生产，具有很高的经济价值。发明专利CN201510393158.4一种资源化利用扇贝壳制备高效复合食品保鲜剂的方法，该保鲜剂具有天然、高效、安全、无毒等优势；选用安全、无副作用的扇贝壳及黄连、黄芩、大青叶、连翘、菌陈、甘草等中草药，通过二次灼烧扇贝壳制备活性氧化钙，并对中草药进行超声波辅助二次浸提，然后集灼烧后的扇贝活性氧化钙和中草药乙醇提取物、甘露聚糖于一体制得；该产品中草药活性成份浸出率高，食品保鲜剂产品抑菌范围广、抑菌能力强，可有效延长食品保鲜时长，满足了人们对健康、安全、无副作用食品保鲜剂的需求，实现了扇贝壳的资源化利用。发明专利CN201010572989.5一种以贝壳为原料制备多肽的方法，它的步骤如下：1)将贝壳用清洗液清洗，常温下或40～200℃干燥、粉碎，得到贝壳粉体；2)将贝壳粉体用碱溶液浸泡10～120小时，并用超声波或微波处理5～300分钟，得到液固比为2～100ml/g的固液混合体；3)将固液混合体过滤得到过滤液；4)过滤液用有机溶剂提取、分离、纯化得到多肽。本发明的以贝壳为原料制备多肽的方法，工艺简单，操作条件温和，制备的产品在抗菌多肽药物和农用杀菌剂、农药、保鲜剂和表面上光剂等产品开发中具有潜在的应用。

现有技术中，对贝壳的利用多集中于煅烧后制备产品，该工艺会破坏贝壳中多数活性物质，不能完全资源利用，同时煅烧需要很大的能量，煅烧过程中还会产生烟雾，造成环境污染。

发明内容

针对现有技术中，利用煅烧贝壳的方法制备土壤改良剂不能充分利用贝壳中活性物质的缺陷，本发明提供一种高效提取贝壳活性钙、角蛋白、氨基酸等物质的方法。

一种贝壳活性物质的提取方法，包括以下步骤：

（1）选取优质无重大霉变的贝壳，清洗干净，烘干，将其粉碎至200~250目得到贝壳粉；

（2）取100份贝壳粉与水按照料液比1:(10~20)混合均匀，然后加入中性蛋白酶，同时通入高压脉冲电场，设置电场强度为30~35Kv/cm，脉冲数15~20，处理时间为5~10min/h，50~60℃水浴加热进行酶解12~24h，得到酶解液1；

（3）将酶解液1在10000rpm下离心分离10~15min，取上清液1备用，取沉淀，按质量比加入葡萄糖1.4~2.0%、玉米提取物1.6~2.0%、磷酸二氢钾0.2~0.5%、氯化钠0.5~1%，调节pH为7~8，放入发酵罐中，加水至发酵罐体积的60~70%，高压蒸汽灭菌后，接种复合菌，设置发酵参数为搅拌转数180~200r/min，无菌空气通气量1~1.5L/min，发酵温度37~40℃，发酵7~10天，得到发酵液；

所述复合菌为地衣芽孢杆菌和乳酸菌；

（4）取发酵液，用柠檬酸调节pH至6.5~7.5，在5000rpm下离心分离10~15min，取上清液2备用；取沉淀，按其质量8~10%加入SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶中一种或者一种以上组合，于50~60℃、130rpm水浴摇床中酶解5~6h，得到酶解液2；

SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶能有效分解角蛋白生成活性肽，蛋白酶SM98011的酶解产物中还含有丰富的风味氨基酸，进一步提高土壤改良剂中的活性成分，能为土壤有益菌提供更多的易吸收的营养物质。

（5）将上清液1、上清液2、酶解液1和酶解液2混合，按其重量分数比加入壳聚糖溶液40~50份、β-巯基乙醇10~12份，混合均匀，然后于50~60℃鼓风干燥机中干燥4~6h，即可得到含活性钙、多肽、角蛋白的活性物质粉末；

作为进一步改进，所述中性蛋白酶活力为20~30万u/g，酶用量为7~10%；

作为进一步改进，所述复合菌接种方法为：先接种地衣芽孢杆菌，发酵3~4天后，接种乳酸菌，添加蔗糖，继续发酵至7~10天，得到发酵液；所述地衣芽孢杆菌接种量为7~10%，乳酸菌接种量为5~8%，蔗糖添加量为5~10%；

地衣芽孢杆菌具有很好的角蛋白降解能力，在37~40℃、pH为7.0培养条件下发酵产角蛋白酶效果最好；乳酸菌具有很强的的抗酸能力，不具备分解蛋白质的酶系统，因此不会降低贝壳的营养价值，同时，乳酸菌能利用地衣芽孢杆菌分解贝壳后的可溶性物质产生多种氨基酸、维生素，提高发酵的活性物质含量；先利用地衣芽孢杆菌发酵产生可溶性物质，再利用乳酸菌发酵特点利用这些可溶性物质，解除高浓度营养物质的反馈抑制作用，也同时提高了发酵液中的活性物质含量。

作为进一步改进，所述SM98011蛋白酶、SM97010蛋白酶制备方法如下：

将SM98011菌种和SM97010菌种分别接种于500ml三角瓶的液体发酵培养基中，在28℃，200rpm培养30h后，将发酵液于4℃，10000g下离心15min，取上清液，即为粗酶液；

所述培养基含有以下重量分数比组分：玉米粉1~3份，麸皮0.5~2份，豆粕1~3份，贝壳粉1~3份，磷酸氢二钠0.4~0.6份，磷酸二氢钾0.03~0.05份，碳酸钠0.1~0.3份，调节pH为7.5。

作为进一步改进，所述SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶添加量比值为1:2:1。

作为进一步改进，所述改性壳聚糖制备方法如下：

（1）称取50份壳聚糖，加入到600ml 95%乙醇溶液中侵泡，恒温60℃溶胀2h得到壳聚糖侵泡液；

（2）将150份香草醛溶解于400ml 95%的乙醇中，倒入壳聚糖侵泡液，得到混合液；

（3）将混合液放置于微波快速反应装置中，设定加热温度70℃，反应10min，微波功率300w，搅拌；

（4）反应完成，冷却后过滤，乙醇洗，水洗，真空干燥至恒重，即可得改性壳聚糖；

所述壳聚糖分子量为5~6万。

香草醛接枝改性后的壳聚糖具有很好的包埋能力和药物释放能力，在本发明的土壤改良剂中，能包埋更多的多肽、活性钙和蛋白质等物质，并且控制物质的释放速度，保证土壤改良剂效持续作用。

作为进一步改进，所述高压脉冲电场为流动式加料，由高压脉冲电源、示波器和处理室组成；脉冲电源的波型为三角波，高压脉冲电源产生的脉冲作用于处理室的电极，从而对流经处理室的样品进行处理；处理液流速为0~20L/min。

高压脉冲电场能使贝壳角质层软化，有利于酶解作用更快的进行。

本发明的优点：

1、利用复合菌发酵和酶工程技术提取贝壳活性物质，提高提取效率，易于操作，能获得更多的活性物质含量；

2、利用发酵技术和酶工程技术提取贝壳活性物质，降低了副产物对环境的污染，制备得到的活性物质可利用率高，可用于多领域产品的研究和生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1

A.原料预处理

（1）选取优质无重大霉变的贝壳，清洗干净，烘干，将其粉碎至200目得到贝壳粉；

（2）取100份贝壳粉与水按照料液比1:10混合均匀，然后加入中性蛋白酶，同时通入高压脉冲电场，设置电场强度为30Kv/cm，脉冲数15，处理时间为5min/h，50℃水浴加热进行酶解12h，得到酶解液1；所述中性蛋白酶活力为20万u/g，酶用量为7%；

所述高压脉冲电场为流动式加料，由高压脉冲电源、示波器和处理室组成；脉冲电源的波型为三角波，高压脉冲电源产生的脉冲作用于处理室的电极，从而对流经处理室的样品进行处理；处理液流速为10L/min。

B.活性物质的提取

（1）将酶解液1在10000rpm下离心分离10min，取上清液1备用，取沉淀，按质量比加入葡萄糖1.4%、玉米提取物1.~2.0%、磷酸二氢钾0.2%、氯化钠0.5%，调节pH为7，放入发酵罐中，加水至发酵罐体积的60%，高压蒸汽灭菌后，接种复合菌，设置发酵参数为搅拌转数180r/min，无菌空气通气量1L/min，发酵温度37℃，发酵7天，得到发酵液；

所述复合菌为为地衣芽孢杆菌和乳酸菌，接种方法为：先接种地衣芽孢杆菌，发酵3天后，接种乳酸菌，添加蔗糖，继续发酵至7天，得到发酵液；所述地衣芽孢杆菌接种量为7%，乳酸菌接种量为5%，蔗糖添加量为5%；

（2）取发酵液，用柠檬酸调节pH至6.5，在5000rpm下离心分离10min，取上清液2备用；取沉淀，按其质量8%加入SM98011蛋白酶、SM97010蛋白酶1:1组合，于50℃、130rpm水浴摇床中酶解5h，得到酶解液2；

（3）将上清液1、上清液2、酶解液1和酶解液2混合，按其重量分数比加入壳聚糖溶液40~50份、β-巯基乙醇10~12份，混合均匀，然后于50~60℃鼓风干燥机中干燥4~6h，即可得到含活性钙、多肽、角蛋白的活性物质粉末；

所述巯基乙醇溶液浓度为10~15mmol/L。

本实施例中，活性钙提取率为97.24%；活性物质粉末中多肽含量为7.2g/100ml；总氨基酸含量为4.95g/100ml；风味氨基酸总含量为1.86g/100ml；牛磺酸总含量为0.4g/100ml。

实施例2

A.原料预处理

（1）选取优质无重大霉变的贝壳，清洗干净，烘干，将其粉碎至250目得到贝壳粉；

（2）取100份贝壳粉与水按照料液比1:20混合均匀，然后加入中性蛋白酶，同时通入高压脉冲电场，设置电场强度为35Kv/cm，脉冲数20，处理时间为10min/h，60℃水浴加热进行酶解24h，得到酶解液1；所述中性蛋白酶活力为30万u/g，酶用量为10%；

所述高压脉冲电场为流动式加料，由高压脉冲电源、示波器和处理室组成；脉冲电源的波型为三角波，高压脉冲电源产生的脉冲作用于处理室的电极，从而对流经处理室的样品进行处理；处理液流速为20L/min。

B.活性物质的提取

（1）将酶解液1在10000rpm下离心分离15min，取上清液1备用，取沉淀，按质量比加入葡萄糖2.0%、玉米提取物2.0%、磷酸二氢钾0.5%、氯化钠1%，调节pH为8，放入发酵罐中，加水至发酵罐体积的70%，高压蒸汽灭菌后，接种复合菌，设置发酵参数为搅拌转数200r/min，无菌空气通气量1.5L/min，发酵温度40℃，发酵10天，得到发酵液；

所述复合菌为为地衣芽孢杆菌和乳酸菌；所述复合菌接种方法为：先接种地衣芽孢杆菌，发酵4天后，接种乳酸菌，添加蔗糖，继续发酵至10天，得到发酵液；所述地衣芽孢杆菌接种量为10%，乳酸菌接种量为8%，蔗糖添加量为10%；

（2）取发酵液，用柠檬酸调节pH至7.5，在5000rpm下离心分离15min，取上清液2备用；取沉淀，按其质量10%加入SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶1:2:1组合量，于60℃、130rpm水浴摇床中酶解6h，得到酶解液2；

（3）将上清液1、上清液2、酶解液1和酶解液2混合，按其重量分数比加入壳聚糖溶液50份、β-巯基乙醇12份，混合均匀，然后于60℃鼓风干燥机中干燥6h，即可得到含活性钙、多肽、角蛋白的活性物质粉末；

所述巯基乙醇溶液浓度为15mmol/L。

本实施例中，活性钙提取率为98.36%；活性物质粉末中多肽含量为7.8g/100ml；总氨基酸含量为5.05g/100ml；风味氨基酸总含量为1.95g/100ml；牛磺酸总含量为0.5g/100ml。

应用实施例3

本实施例将贝壳活性物质用于土壤改良剂的制备。制备方法如下：

A.按照实施例1的方法制备上清液1、上清液2、酶解液1和酶解液2。

B.土壤改良剂的制备

（1）将上清液1、上清液2、酶解液1和酶解液2混合，按其重量份数比加入改性壳聚糖溶液40份、腐殖酸10份、聚丙烯酰胺10份、沥青乳10份，无水乙醇20份，氯化钙粉末1份，硫酸镁粉末1份，混合均匀，然后于50℃鼓风干燥机中干燥4h，过100目筛制得药粒；所述改性壳聚糖为将分子量为5万的壳聚糖进行香草醛接枝改性。

（2）在70℃下将聚乙二醇溶解，按聚乙二醇、无水柠檬酸粉末和巯基乙醇溶液质量比为2:1:1进行混合，冷却后将混合物粉碎，过80目筛得到酸源；所述巯基乙醇溶液浓度为10~15mmol/L；

（3）将药粒与酸源1:1混合均匀，按质量比加入5%的聚乙二醇6000溶液，混合均匀，烘干制粒，即可得到土壤改良剂。

聚丙烯酰胺在水的作用下能迅速与土壤发生聚合反应，使土壤很快疏松，不仅利于营养元素和有机物质的渗透扩散，还解决了微生物菌在板结土壤中因缺氧不能繁殖的难题；另一方面，聚丙烯酰胺能提高土壤的保水能力；在本发明中，聚丙烯酰胺还作为乳化剂，降低混合液中各物质间的摩擦力，提高制粒的稳定性。

沥青乳能抑制土壤水分蒸发，用量越大抑制效果越好，但是沥青乳的渗透覆盖速率低，不能很快地渗透到深层土壤发挥作用；而聚丙烯酰胺能有效促进沥青乳的渗透扩散，提高了沥青乳的效率。

将该土壤改良剂用于甘蔗地，土壤水蒸发量减少20%，有益菌数量为10⁵个/cm³，pH为6.3，全氮含量为1.2g/kg，速效磷含量为2.61mg/kg，速效钾含量为98.22mg/kg，甘蔗产量提高16.4%。

应用实施例4

本实施例将贝壳活性物质用于发明专利CN01127625.8食品保鲜剂的制备，替换该专利配方中的贝壳。制备方法如下：

A．按照实施例2的方法制备活性物质粉末；

B．食品保鲜剂的制备

根据发明专利CN01127625.8的配方进行改进，制备方法如下：

一种食品保鲜剂，其组成成分重量百分比为：

银杏叶5kg，活性物质粉末10kg，花生红衣40kg，肉桂10kg，茶叶30kg，月桂酸单甘油脂5kg；

其制作方法依次包括以下步骤：

（1）按比例称取银杏叶、花生红衣、肉桂、茶叶粉碎至80目得原料粉85kg备用；

（2）按比例称取10kg活性物质粉末，粉碎至80目备用；

（3）将原料粉用8倍量70％浓度乙醇提取两次，每次1小时，合并两次提取液，回收乙醇后浓缩至比重为1.1-1.3，得浓缩液备用；

（4）按比例将浓缩液、贝壳粉及月桂酸单甘油脂充分混合；

（5）将混合物干燥，使其水分降至5％以下并粉碎至80目；

（6）将粉碎至80目的半成品灭菌，包装即可。

与发明专利CN01127625.8效果相比较，由本发明活性物质添加制备成的食品保鲜剂保质天数提高了6~8天。

本发明上述实施例方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应当认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.原料预处理

B.活性物质的提取

（1）将酶解液1在10000rpm下离心分离10~15min，取上清液1备用，取沉淀，按质量比加入葡萄糖1.4~2.0%、玉米提取物1.6~2.0%、磷酸二氢钾0.2~0.5%、氯化钠0.5~1%，调节pH为7~8，放入发酵罐中，加水至发酵罐体积的60~70%，高压蒸汽灭菌后，接种复合菌，设置发酵参数为搅拌转数180~200r/min，无菌空气通气量1~1.5L/min，发酵温度37~40℃，发酵7~10天，得到发酵液；

所述复合菌为为地衣芽孢杆菌和乳酸菌；

（2）取发酵液，用柠檬酸调节pH至6.5~7.5，在5000rpm下离心分离10~15min，取上清液2备用；取沉淀，按其质量8~10%加入SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶中一种或者一种以上组合，于50~60℃、130rpm水浴摇床中酶解5~6h，得到酶解液2；

所述巯基乙醇溶液浓度为10~15mmol/L。

2.根据权利要求1所述的一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于，所述中性蛋白酶活力为20~30万u/g，酶用量为7~10%。

3.根据权利要求1所述的一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于，所述复合菌接种方法为：先接种地衣芽孢杆菌，发酵3~4天后，接种乳酸菌，添加蔗糖，继续发酵至7~10天，得到发酵液；所述地衣芽孢杆菌接种量为7~10%，乳酸菌接种量为5~8%，蔗糖添加量为5~10%。

4.根据权利要求1所述的一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于，所述SM98011蛋白酶、SM97010蛋白酶制备方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于，所述改性壳聚糖制备方法如下：

所述壳聚糖分子量为5~6万。

6.根据权利要求1所述的一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于：所述高压脉冲电场为流动式加料，由高压脉冲电源、示波器和处理室组成；脉冲电源的波型为三角波，高压脉冲电源产生的脉冲作用于处理室的电极，从而对流经处理室的样品进行处理；处理液流速为0~20L/min。

7.根据权利要求1所述的一种贝壳活性物质的提取方法，其特征在于，所述SM98011蛋白酶、碱性蛋白酶、SM97010蛋白酶添加量比值为1:2:1。