CN108203566A - 一种碱法制备药用明胶的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碱法制备药用明胶的工艺，本发明属于明胶制备领域，特别涉及一种以动物皮或者骨骼为原料，通过碱浸的方式制备高粘度、高冻力的明胶的方法。本发明将动物皮或者骨骼预处理包括破碎、清洗除杂，而后经碱浸、抽提得到含有明胶的混合浆料，再经过后处理包括分离纯化、浓缩、冷冻成形、干燥和灭菌，得到高粘度、高冻力的高质量明胶产品；本发明采用微滤、超滤以及反渗透联合分离方法分离纯化明胶，不仅生产得到高透明度的明胶，从根本上解决了明胶透明度的问题，而且在分离纯化工艺技术研究过程中获得最佳膜工艺参数，为工业化生产提供理论依据。本发明得到的明胶的性能指标可达到药用明胶标准，满足胶囊生产对明胶的质量要求；此外还可用于食品添加剂、医疗等领域。

Description

一种碱法制备药用明胶的工艺

技术领域

本发明涉及明胶的制备技术，更具体地说本发明涉及一种碱法制备药用明胶的工艺。

背景技术

明胶是一种从动物(牛、羊、马、猪)的结缔组织(皮和骨)中经过多步骤的降解而抽提出来的一种蛋白质。明胶产业有一百多年的历史，一直沿用传统碱法工艺从骨胶原中抽取制备骨明胶。传统碱法工艺制备明胶的最大优势是：操作简单，产品质量档次分开，能得到最优质的照相用胶，同时也产出有一定比例的工业用胶。但是，传统碱法工艺制备明胶存在着一大缺陷：其生产效率极低，特别是不能保证不同批次之间生产的明胶质量不变，由于原料质量及预处理各个工序中操作的技术条件的差异而最终会影响到明胶的质量，特别是明胶的透明度级别。如何进一步提高药用明胶的透明度，一直是本领域技术人员所关注的科研项目。然而，却一直没有突破性的进展。中国专利CN1021831C“明胶的纯化-去金属离子、脱色、提高透明度”介绍了利用复合离子交换树脂技术处理明胶溶液。使用的复合离子交换树脂是以苯乙烯、二乙烯苯为骨架带有R功能基的大孔型离子交换树脂。2000年6月“明胶科学与技术”第20卷第2期89-91页“离子交换树脂在明胶稀胶液纯化过程中的应用”介绍了通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂分别装柱后串联起来处理明胶溶液。阳离子交换树脂和阴离子交换树脂分别为苯乙烯强酸型阳离子交换树脂和苯乙烯强碱性阴离子交换树脂。但是这两种明胶的纯化方法都存在透过率不够高和金属离子含量不够低无法满足药用明胶的高要求。

本领域的研究人员知道用于制备医学生物材料的明胶，要求很高的透明度和纯度，可采用一些处理技术达到精致、纯化明胶的目的。胶原蛋白分离纯化方法研究较多的有凝胶色谱法、离子交换色谱以及高效液相层析法，工业生产中采用较多的有硅藻土，活性炭吸附法等传统研究方法。简单的膜分离方法在蛋白纯化工艺研究中也逐渐受到人们的重视。膜分离技术作为一种新型高效、精密的分离技术，因其高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点而得到越来越广泛的应用。

膜的分离原理是利用膜的选择性，以膜的两侧压力差为推动力，通过溶液中不同组分透过膜的速率不同而实现分离。工业化的膜过程主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透膜：渗析、电渗析气体分离和渗透汽化。膜分离过程有以下优点：（1）由于膜分离过程是以压力为推动力，因此膜分离装置简单、操作简便、易于控制；（2）在膜分离过程中大分子物质随溶液切向流经膜表面，而小分子物质则在压力驱动下穿过致密微孔进入膜的另一侧，因而保证了膜分离的连续性和分离效果，并且膜内部的微孔结构具有不对称性，独特的湍流促进和薄层流道结构，可减少膜的污染；（3）与传统工艺相比较，膜过滤是一种对原料性质影响比较小的物理分离法，可使目标产物的生物活性得以保持，并且一般不引入其它物质，若采用合理的膜组件设计，能够实现高效的连续化分离纯化。目前，在生物分离和食品、药品生产中已得到广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碱法制备药用明胶的新工艺。本发明通过分析明胶提取液的成分，性质结构和膜分离技术特点的基础上，采用微滤、超滤以及反渗透联合分离方法分离纯化猪皮明胶，其中微滤除去浸提液中的大颗粒悬浮物，二级超滤联合模式膜分离能很好的除去一些大分子和小分子物质，其中包括大部分非胶原态蛋白质，反渗透可以去除大部分盐类物质，以及浓缩浸提液的目的，联合膜分离工艺技术处理以达到分离纯化和浓缩明胶的目的，在分离纯化工艺技术研究过程中获得最佳膜工艺参数，为工业化生产提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种碱法制备药用明胶的新工艺，本发明将动物皮或者骨骼预处理包括破碎、清洗除杂，而后经碱浸、抽提得到含有明胶的混合浆料，再经过分离纯化、浓缩、干燥、冷冻成形和灭菌，得到高粘度、高冻力的高质量明胶产品，它包括以下步骤：

（1）破碎：将动物的皮破碎成小块，骨骼粉碎成粒径≤2 mm的骨粒；将破碎好的动物的皮或者骨骼浸入到饱和的NaCl溶液或者Tris缓冲液或者磷酸缓冲液中，料液比为1：5~10（w/v），室温浸泡并伴随机械搅拌30~60 min，然后过滤，沥干，将其浸入到正丁醇或者乙醚溶液中，料液比为1：3~5（w/v），室温浸泡并伴随机械搅拌30~60 min，过滤，用水清洗，沥干备用；

（2）碱浸处理：将碎皮或者骨粒用石灰浸泡24~30小时，换灰数次，取出清洗，再用pH为2.5~3.5的HCl溶液中和，得到胶原溶液；

（3）抽提：将碱浸得到的胶原溶液按料液比为1：5(w/v)加入碱溶液，适时监控提取液的碱溶液的质量分数为5%~10%，抽提温度为40 ℃，提胶时间7小时，倒出胶液（第一道胶液）并过滤，执行第二道（80 ℃）和第三道（90 ℃）煮胶；所述的碱溶液为氢氧化钠饱和溶液；

（4）分离纯化：选择“微滤+超滤+反渗透”联合膜分离法对提取液进行分离纯化，微滤操作压力为0.1~0.5 MPa，操作温度在50~70 ℃，微滤膜选择的是中空纤维聚偏四氟乙烯微滤膜或者是聚芳醚砜酮中空纤维微滤膜，优选中空纤维聚偏四氟乙烯微滤膜；一级超滤操作压力为0.4~0.7 MPa，操作温度为30~50 ℃，采用的是中空纤维超滤膜；反渗透操作过程中压力为1~5 MPa，操作温度为40~60 ℃；

（5）浓缩：纯化后得到的胶液在35 ℃浓缩至40%；

（6）冷冻成形：将浓缩的胶液送至挤胶机冷冻成形；

（7）干燥：将胶冻切成适当大小的薄片或者碎块，干燥至胶冻水分为10%~12%，再经粉碎即为成品。干燥过程可分为两阶段：第一阶段为等速干燥，风速为4米/秒左右，温度在20℃，以防变为液体；第二阶段减速干燥，胶冻表面已结膜，水分蒸发慢，风速为1米/秒左右，温度在25 ℃；

（8）灭菌：将干燥，粉碎后的成品铺在微波灭菌机中灭菌即得。

具体实施方式

为了更好地说明本方案的技术方案，本发明中典型但非限制性的实施例如下：

实施例1：

（1）向1 Kg干牛骨粒中加入是干牛骨粒重量5倍的饱和的NaCl溶液，室温浸泡60 min，然后过滤，沥干，将其浸入到牛骨粒重量3倍的正丁醇溶液中，室温浸泡60 min，过滤，用水清洗5次，沥干备用；

（2）向步骤（1）得到的细牛骨粒中加入是细牛骨粒重量2倍的石灰，伴随着机械搅拌浸泡30小时，换灰3次，取出清洗，再用pH为2.5~3.5的HCl溶液中和，得到胶原溶液；

（3）向上述得到的胶原溶液中加入其5倍量的纯化水，氢氧化钠饱和溶液，每个30 min监控提取液的碱溶液的质量分数，确保其为5%~10%，抽提温度为40 ℃，提胶时间7小时，倒出胶液（第一道胶液）并过滤，执行第二道（80 ℃）和第三道（90 ℃）煮胶，再次加氢氧化钠饱和溶液重复操作3次；

（4）将上述得到的提取液按“微滤+超滤+反渗透”联合膜分离法进行分离纯化，微滤操作压力为0.25 MPa，操作温度在55 ℃；一级超滤操作压力为0.5 MPa，操作温度为40 ℃：反渗透操作过程中压力为3 MPa，操作温度为50 ℃；微滤膜为中空纤维聚偏四氟乙烯微滤膜，超滤膜为中空纤维超滤膜。

（5）将浓缩的胶液送至挤胶机冷冻成形；将胶冻切成适当大小的薄片或者碎块，干燥至胶冻水分为10%~12%，再经粉碎即为成品。干燥过程可分为两阶段：第一阶段为等速干燥，风速为4米/秒左右，温度在20 ℃左右，以防变为液体；第二阶段减速干燥，胶冻表面已结膜，水分蒸发慢，风速为1米/秒左右，温度在25 ℃左右；所述的灭菌是指干燥，粉碎后的成品铺在微波灭菌机中，所述成品的铺放厚度为10 cm；灭菌时间20 min，灭菌功率为10KW，灭菌用微波频段为3000 MHz。

实施例2：

采用实施例1所述步骤，只改变原料牛骨粒为猪骨粒；

实施例3：

（1）向1 Kg干牛骨粒中加入是干牛骨粒重量5倍的饱和的NaCl溶液，室温浸泡30 min，然后过滤，沥干，将其浸入到牛骨粒重量3倍的正丁醇溶液中，室温浸泡30 min，过滤，用水清洗5次，沥干备用；

（2）向步骤（1）得到的细牛骨粒中加入是细牛骨粒重量2倍的石灰，伴随着机械搅拌浸泡24小时，换灰3次，取出清洗，再用pH为2.5~3.5的HCl溶液中和，得到胶原溶液；

（3）向上述得到的胶原溶液中加入其5倍量的纯化水，氢氧化钠饱和溶液，每个30 min监控提取液的碱溶液的质量分数，确保其为5%~10%，抽提温度为40 ℃，提胶时间5小时，倒出胶液（第一道胶液）并过滤，执行第二道（80 ℃）和第三道（90 ℃）煮胶，再次加氢氧化钠饱和溶液重复操作3次；

（4）将上述得到的提取液按“微滤+超滤+反渗透”联合膜分离法进行分离纯化，微滤操作压力为0.25 MPa，操作温度在55 ℃；一级超滤操作压力为0.5 MPa，操作温度为40 ℃：反渗透操作过程中压力为3 MPa，操作温度为50 ℃；微滤膜是聚芳醚砜酮中空纤维微滤膜，超滤膜为中空纤维超滤膜。

（5）将浓缩的胶液送至挤胶机冷冻成形；将胶冻切成适当大小的薄片或者碎块，干燥至胶冻水分为10%~12%，再经粉碎即为成品。干燥过程可分为两阶段：第一阶段为等速干燥，风速为4米/秒左右，温度在25 ℃左右，以防变为液体；第二阶段减速干燥，胶冻表面已结膜，水分蒸发慢，风速为1米/秒左右，温度在25 ℃左右；所述的灭菌是指干燥，粉碎后的成品铺在微波灭菌机中，所述成品的铺放厚度为10 cm；灭菌时间20 min，灭菌功率为10KW，灭菌用微波频段为3000 MHz.

实施例4：

采用实施例3所述步骤，只改变原料新鲜牛皮为新鲜猪皮。

对比例1：

参照专利公开号CN201610175421.7公开了“一种猪皮明胶的制备方法”的实施例3的方法步骤进行：

称取猪皮，去除猪皮表面残留的肉质及毛发，再将其切割成3 cm×3 cm的小块，将所得猪皮块放置于功率为245 W的红外干燥灯下，照射11 h，随后将猪皮放置于粉碎机中进行粉碎，过20目筛，将过筛后所得的颗粒放入蒸锅中，加入量为蒸锅容积的20％，按固液比1：2，向蒸锅中加入质量分数为5％的双氧水溶液；在上述添加结束后进行加热，设定温度为102℃，蒸煮脱脂7 h，每22 min使用搅拌棒将猪皮颗粒搅拌2 min，待蒸煮结束后，将蒸煮后的猪皮颗粒放置于压力机中，在140 MPa下挤压12 min；待上述挤压结束后，将挤压所得的猪皮片、200目生石灰及硫酸钠按质量比15：3：4进行混合均匀放入容器中，使用氧气将容器内的空气排出，对容器进行加热，设定温度102 ℃，以180 r/min进行搅拌1.5 h后停止加热，同时按固液比1：3，向容器中蒸馏水；蒸馏水加入后，搅拌冷却至室温，再将容器移至超声振荡器中，在24 KHz下振荡45 min后过滤，使用质量分数为30％的乙醇溶液冲洗过滤物5次，将过滤物进行自然风干，备用；将豆腐乳与质量分数为2％的氯化钠溶液按质量比1：3混合均匀放入搅拌机中，在6000 r/min下搅拌12 min，再将其放入离心机中以14000 r/min分离3 min，收集上清液，将所得的自然风干的过滤物与上述所收集的上清液按固液比1：3进行混合，以120 r/min搅拌2 h后进行加热，设定温度为105 ℃，保持温度搅拌6 h后，向其中加入自然风干的过滤物质量5％的活性炭搅拌均匀后过滤，收集过滤液，得猪皮明胶液；将上述所得的猪皮明胶液放入离心机中进行离心分离，收集上清液放入浓缩罐中浓缩至原体积的35％，将浓缩液放置于冷藏室，在12 ℃下冷冻5 h后过滤，收集过滤物，即可得到猪皮明胶。

对以上实施例与对比例提取的明胶收率和明胶成品进行检测，其中：

胶冻力（单冻力）测定条件：12%水分、明胶含量7.69%的情况下，在10 ℃环境下的凝冻强度；

胶粘度测定：以恩氏粘度计测定明胶的粘度，明胶用水制成浓度为10%（如10 g明胶溶于100 mL水中）。

结果见表一：

表一：实施例1~4与对比例1的产品检测数据

结果表明：本发明提供的碱法制备药用明胶的工艺，提取的明胶收率增加，提高了胶液的冻力和粘度以及透明度，优于传统的处理方法。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明的基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的，因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种碱法制备药用明胶的工艺，其特征在于，本发明将动物皮或者骨骼预处理包括破碎、清洗除杂，而后经碱浸、抽提得到含有明胶的混合浆料，再经过分离纯化、浓缩、干燥、冷冻成形和灭菌，得到高粘度、高冻力的高质量明胶产品。

2.根据权利要求1所述的一种碱法制备药用明胶的工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）破碎：将动物的皮破碎成小块，骨骼粉碎成粒径≤2 mm的骨粒；将破碎好的动物的皮或者骨骼浸入到饱和的NaCl溶液或者Tris缓冲液或者磷酸缓冲液中，料液比为1：5~10（w/v），室温浸泡并伴随机械搅拌30~60 min，然后过滤，沥干，将其浸入到正丁醇或者乙醚溶液中，料液比为1：3~5（w/v），室温浸泡并伴随机械搅拌30~60 min，过滤，用水清洗，沥干备用；

（2）碱浸处理：将碎皮或者骨粒用石灰浸泡24~30小时，换灰数次，取出清洗，再用pH为2.5~3.5的HCl溶液中和，得到胶原溶液；

（3）抽提：将碱浸得到的胶原溶液按料液比为1：5（w/v）加入碱溶液，适时监控提取液的碱溶液的质量分数为5%~10%，温度为40~100 ℃，机械搅拌提胶7~10小时；

（4）分离纯化：选择“微滤+超滤+反渗透”联合膜分离法对提取液进行分离纯化，微滤操作压力为0.1~0.5 MPa，操作温度在50~70 ℃，微滤膜选自中空纤维聚偏四氟乙烯微滤膜或者是聚芳醚砜酮中空纤维微滤膜；一级超滤操作压力为0.4~0.7 MPa，操作温度为30~50℃，采用的是中空纤维超滤膜；反渗透操作过程中压力为1~5 MPa，操作温度为40~60℃；

（5）浓缩：纯化后得到的胶液在35℃浓缩至40%；

（6）冷冻成形：将浓缩的胶液送至挤胶机冷冻成形；

（7）干燥：将胶冻切成适当大小的薄片或者碎块，干燥至胶冻水分为10%~12%，再经粉碎即为成品；

（8）灭菌：将干燥，粉碎后的成品铺在微波灭菌机中灭菌即得。

3.根据权利要求2所述的一种碱法制备药用明胶的工艺，其特征在于，步骤（7）的干燥过程可分为两阶段：第一阶段为等速干燥，风速为4米/秒左右，温度在20℃，以防变为液体；第二阶段减速干燥，胶冻表面已结膜，水分蒸发慢，风速为1米/秒左右，温度在25 ℃。

4.根据权利要求2所述的一种碱法制备药用明胶的工艺，其特征在于，步骤（3）所述的碱溶液为氢氧化钠饱和溶液。

5.根据权利要求4所述的一种碱法制备药用明胶的工艺，其特征在于，步骤（3）抽提工艺的步骤分别为：将碱浸得到的胶原溶液按料液比为1：5（w/v）加入碱溶液，适时监控提取液的碱溶液的质量分数为5%~10%，抽提温度为40 ℃，提胶时间7小时，倒出胶液（第一道胶液）并过滤，执行第二道（80 ℃）和第三道（90 ℃）煮胶。