CN109232772A - 一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，通过包括硫酸软骨素提取步骤和胶原蛋白提取步骤；通过对软骨浸提液进行超滤过滤，获得浓缩液和透过液，所述浓缩液用于提取硫酸软骨素；所述透过液用于进行蛋白胨或蛋白粉的提取；实现了对动物软骨中硫酸软骨素和胶原蛋白进行同时提取的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法。
背景技术
硫酸软骨素（CS），是共价连接在蛋白质上形成蛋白聚糖的一类糖胺聚糖。硫酸软骨素广泛分布于动物组织的细胞外基质和细胞表面，糖链由交替的葡萄糖醛酸和N-乙酰半乳糖胺（又称N-乙酰氨基半乳糖）二糖单位组成，通过一个似糖链接区连接到核心蛋白的丝氨酸残基上。
硫酸软骨素存在于从线虫到人除植物外的所有生物中，发挥着许多重要的生理功能。虽然多糖的主链结构并不复杂，但就硫酸化程度、硫酸基和两种差异向异构糖醛酸再链内的分布来说，呈现高度的不均一性。硫酸软骨素的精细结构决定着功能的特异性和与多种蛋白质分子的相互作用。
胶原蛋白是生物高分子，动物结缔组织中的主要成分，也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白，占蛋白质总量的25%～30%，某些生物体甚至高达80%以上。
胶原蛋白因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性，因此在食品、医药、组织工程、化妆品等领域获得广泛的应用。比如中国传统的胶原保健品“阿胶”，主要是以驴皮为原料（其实就是驴皮中所含胶原蛋白），具有较高的滋补保健作用，有中药三宝之一的美誉。
传统的硫酸软骨素提取使用酶解的方式从软骨中提取硫酸软骨素，破坏了胶原蛋白的链结构，无法进行胶原蛋白的有效提取，因此需要提供一种能够同时对两种成分进行提取的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，能够简单高效的对动物软骨中的硫酸软骨素进行提取，同时生产胶原蛋白。
为了解决上述技术问题，本发明公开了 一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，包括硫酸软骨素提取步骤和胶原蛋白提取步骤；
通过对软骨浸提液进行超滤过滤，获得浓缩液和透过液，所述浓缩液用于提取硫酸软骨素；所述透过液用于进行蛋白胨或蛋白粉的提取；
所述软骨浸提液通过如下工艺流程获得：
A1：蒸煮提取，将湿软骨投入反应釜中，加入氢氧化钠溶液通过蒸汽加热蒸煮将软骨融化，加热4h后升温至100℃后继续蒸煮1h后，静止3h后降温撇油至温度40℃左右；
A2: 静置分层，加入硝酸溶液调节PH至6，蒸汽加热升温至80℃后，继续加入硝酸钠充分搅拌后静置4h进行分层；
A3：过滤；分层后放罐过滤，将骨渣分离，获得软骨浸提液；
所述硫酸软骨素提取包括如下步骤：
B1: 二次过滤,将浓缩液进行马槽过滤至澄清获得澄清料液；
B2:醇沉，向澄清料液中加入乙醇，进行醇沉，收集不溶物沉淀；
B3：离心脱水，向不溶物沉淀中继续加入96%乙醇调节混合物中乙醇质量分数不低于90%后进行离心脱水；
B4：真空烘干，将脱水后的固体料在90-95℃条件下进行真空干燥，直至含水量降至3%以下后停止干燥，获得硫酸软骨素粉料；
B5：粉碎，将真空烘干后的硫酸软骨素粉料利用自动吸料机进入粉碎机进行粉碎；
B6：筛分，通过振动筛分机进行过筛，获得最终硫酸软骨素成品；
所述胶原蛋白提取包括如下步骤：
C1：纳滤膜过滤，将所述透过液通过纳滤膜过滤进行浓缩提纯，将大部分的水分和小分子的无机盐类等物质与蛋白类物质分离，获得纳滤提纯浓缩液；
C2:三效蒸发器浓缩，将纳滤提纯浓缩液直接泵入三效蒸发器进行蒸发浓缩，在负压条件下，向蒸发器夹套内通入蒸汽使温度保持在80-85℃左右，三效蒸发浓缩后的浓缩液即为蛋白胨产品；
C3：喷雾干燥，将液体蛋白胨使用泵打入喷雾干燥器进行喷雾干燥，干燥温度约为 160℃左右，蛋白胨瞬间被加热至含水率 5%以下，产品即为胶原蛋白粉。
进一步的，其中所述A1蒸煮提取步骤中加入的氢氧化钠浓度为32%，加入量为蒸煮投料重量的0.5%。
进一步的，其中所述A2步骤中所述硝酸钠的加入量为湿软骨质量的0.3%。
进一步的，其中所述B2步骤中醇沉所用乙醇为质量分数96%的乙醇溶液或B4步骤离心脱水的离心液或B4步骤真空烘干的冷凝液。
进一步的，其中所述B3步骤离心脱水后的固体料含水量在15%一下。
发明具有以下有益技术效果：
取代了传统酶解法提取硫酸软骨素成本高的缺点，通过简单的方式，最大化的保存了硫酸软骨素和胶原蛋白的成分，保证了有效的提取，实现了动物软骨中的硫酸软骨素和胶原蛋白的提取效益最大化。
具体实施方式
下面结合具体实例进一步说明本发明。
实施例一：
一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，包括硫酸软骨素提取步骤和胶原蛋白提取步骤；
通过对软骨浸提液进行超滤过滤，获得浓缩液和透过液，所述浓缩液用于提取硫酸软骨素；所述透过液用于进行蛋白胨或蛋白粉的提取；
所述软骨浸提液通过如下工艺流程获得：
A1：蒸煮提取，将湿软骨投入反应釜中，加入氢氧化钠溶液通过蒸汽加热蒸煮将软骨融化，加热4h后升温至100℃后继续蒸煮1h后，静止3h后降温撇油至温度40℃左右；
A2: 静置分层，加入硝酸溶液调节PH至6，蒸汽加热升温至80℃后，继续加入硝酸钠充分搅拌后静置4h进行分层；
A3：过滤；分层后放罐过滤，将骨渣分离，获得软骨浸提液；
所述硫酸软骨素提取包括如下步骤：
B1: 二次过滤,将浓缩液进行马槽过滤至澄清获得澄清料液；
B2:醇沉，向澄清料液中加入乙醇，进行醇沉，收集不溶物沉淀；
B3：离心脱水，向不溶物沉淀中继续加入96%乙醇调节混合物中乙醇质量分数不低于90%后进行离心脱水；
B4：真空烘干，将脱水后的固体料在90℃条件下进行真空干燥，直至含水量降至3%以下后停止干燥，获得硫酸软骨素粉料；
B5：粉碎，将真空烘干后的硫酸软骨素粉料利用自动吸料机进入粉碎机进行粉碎；
B6：筛分，通过振动筛分机进行过筛，获得最终硫酸软骨素成品；
所述胶原蛋白提取包括如下步骤：
C1：纳滤膜过滤，将所述透过液通过纳滤膜过滤进行浓缩提纯，将大部分的水分和小分子的无机盐类等物质与蛋白类物质分离，获得纳滤提纯浓缩液；
C2:三效蒸发器浓缩，将纳滤提纯浓缩液直接泵入三效蒸发器进行蒸发浓缩，在负压条件下，向蒸发器夹套内通入蒸汽使温度保持在80℃左右，三效蒸发浓缩后的浓缩液即为蛋白胨产品；
C3：喷雾干燥，将液体蛋白胨使用泵打入喷雾干燥器进行喷雾干燥，干燥温度约为 160℃左右，蛋白胨瞬间被加热至含水率 5%以下，产品即为胶原蛋白粉。
实施例二：
一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，包括硫酸软骨素提取步骤和胶原蛋白提取步骤；其特征在于：
通过对软骨浸提液进行超滤过滤，获得浓缩液和透过液，所述浓缩液用于提取硫酸软骨素；所述透过液用于进行蛋白胨或蛋白粉的提取；
所述软骨浸提液通过如下工艺流程获得：
A1：蒸煮提取，将湿软骨投入反应釜中，加入氢氧化钠溶液通过蒸汽加热蒸煮将软骨融化，加热4h后升温至100℃后继续蒸煮1h后，静止3h后降温撇油至温度40℃左右；
A2: 静置分层，加入硝酸溶液调节PH至6，蒸汽加热升温至80℃后，继续加入硝酸钠充分搅拌后静置4h进行分层；
A3：过滤；分层后放罐过滤，将骨渣分离，获得软骨浸提液；
所述硫酸软骨素提取包括如下步骤：
B1: 二次过滤,将浓缩液进行马槽过滤至澄清获得澄清料液；
B2:醇沉，向澄清料液中加入乙醇，进行醇沉，收集不溶物沉淀；
B3：离心脱水，向不溶物沉淀中继续加入96%乙醇调节混合物中乙醇质量分数不低于90%后进行离心脱水；
B4：真空烘干，将脱水后的固体料在90-95℃条件下进行真空干燥，直至含水量降至3%以下后停止干燥，获得硫酸软骨素粉料；
B5：粉碎，将真空烘干后的硫酸软骨素粉料利用自动吸料机进入粉碎机进行粉碎；
B6：筛分，通过振动筛分机进行过筛，获得最终硫酸软骨素成品；
所述胶原蛋白提取包括如下步骤：
C1：纳滤膜过滤，将所述透过液通过纳滤膜过滤进行浓缩提纯，将大部分的水分和小分子的无机盐类等物质与蛋白类物质分离，获得纳滤提纯浓缩液；
C2:三效蒸发器浓缩，将纳滤提纯浓缩液直接泵入三效蒸发器进行蒸发浓缩，在负压条件下，向蒸发器夹套内通入蒸汽使温度保持在80-85℃左右，三效蒸发浓缩后的浓缩液即为蛋白胨产品；
C3：喷雾干燥，将液体蛋白胨使用泵打入喷雾干燥器进行喷雾干燥，干燥温度约为 160℃左右，蛋白胨瞬间被加热至含水率 5%以下，产品即为胶原蛋白粉。
其中，所述A1蒸煮提取步骤中加入的氢氧化钠浓度为32%，加入量为蒸煮投料重量的0.5%。所述A2步骤中所述硝酸钠的加入量为湿软骨质量的0.3%。所述B2步骤中醇沉所用乙醇为质量分数96%的乙醇溶液或B4步骤离心脱水的离心液或B4步骤真空烘干的冷凝液。所述B3步骤离心脱水后的固体料含水量在15%一下。
实施例三：
动物软骨为主要原料制备硫酸软骨素产品，再利用提取废水进一步生产胶原蛋白粉和蛋白胨不仅减少高浓度废水排放对环境造成的污染，也增加了企业的产值。具体工艺流程简述如下：1、硫酸软骨素工艺介绍
（1）蒸煮提取
将外购已处理的软骨（鲜软骨无需加水，干软骨需加50%的水浸泡 16 小时以上）投入反应釜中进行常压蒸汽加热蒸煮，按照蒸煮投料的5‰左右加入32%NaOH配制溶液，高温蒸煮可以使软骨充分融化，浮油上浮以从中分离，加热约4h后升温至100℃左右，充分搅拌后再继 续保温蒸煮1h（加热蒸煮过程水分损耗约5‰），然后进行静置3h，静置过程进行边降温边人工撇油，撇油量一般为 5%-10%，降温过程采用夹套循环冷却水降温，当温度降至 40℃左右即可。冷却水循环使用，定期作为清净下水外排。
（2）静置分层
蒸煮提取后的物料按照蒸煮投料的1‰-1.5‰加入50%的 HNO3溶液调节PH至6左右，蒸汽加热升温至80℃左右，按照蒸煮投料的3‰左右加入NaNO3，充分搅拌后静置4h进行分层，加入NaNO3。
（3）过滤
待静置4h分层后即可放罐进行过滤器过滤，主要使骨渣从物料中过滤分离出来，骨渣量约占30%-50%，骨渣含水率约为30%，分离的滤液进入后续提取硫酸软骨素。
（4）超滤膜过滤
过滤器过滤产生的滤液再进行超滤膜过滤，膜过滤共将滤液分成浓缩液和透过液（即含蛋白废水）两部分，浓缩液进一步提取硫酸软骨素，产生的蛋白超滤废水进入车间进行蛋白胨或蛋白粉的生产，超滤膜需要定期更换产生废超滤膜。
（5）二次过滤
将超滤产生的浓缩液再次进行马槽过滤至澄清，超滤纳滤杂质产出量约为 0.4%-0.8%，超滤纳滤杂质含水量约为50%。
（6）醇沉
将二次过滤后的澄清料液加入质量分数 96%的乙醇溶液或离心脱水离心液及真空烘干冷凝液（乙醇质量分数约 92%）工序调至 72%左右进行醇沉，醇沉在常温常压下进行，静置醇沉3h 左右，将硫酸软骨素从分离出来，分离后的溶液直接打入乙醇回收塔进行乙醇回收。
（7）离心脱水
将醇沉后的不凝物加入质量分数 96%的乙醇调至90%左右静置 2h 后进行离心脱水，离心脱水工序加入酒精静置后进行脱水可以使溶于酒精的杂质进一步去除，离心后不凝物的湿度约 15%，离心液酒精含量约 90%直接回用于醇沉工序。
（8）真空烘干
离心脱水后的料粉使用真空干燥机进行烘干，烘干温度控制在 90-95℃，保温烘干5h，硫酸软骨素的湿度可以达到3%左右。烘干废气经过冷凝器冷凝集中收集的乙醇溶液直接回用于醇沉工序。
（9）粉碎
将真空烘干后的硫酸软骨素粉料利用自动吸料机进入粉碎机进行粉碎，粉碎工序为密闭工序，粉碎后的粒径合格的粉料通过风力输送作用带起送入旋风收尘器收集（收尘效率96%），其余粉料（即粉碎粉尘，产生量约 3%）经布袋除尘器处理后（除尘效率 99.5%）达标排放，粉碎工序粒径较大无法经风力带起的粉料返回重新进行粉碎处理，布袋除尘器收集的粉尘直接作为产品，不产生固废。
（10）筛分
粉碎完成的粉料需要进行进一步筛分，筛分投料为人工投料，然后通过振动筛分机进行过筛，通常为一边筛分一边加料，投料筛分工序粉尘产生量约为 3‰，筛分过程符合产品目数要求的粉粒筛分下来成为产品从下端进入成品料斗，不合格（不合格率约为 1%）的粉粒人工收集下来再次送入粉碎机进行粉碎处理，布 袋除尘器收集的粉尘直接作为产品，不产生固废。
2、胶原蛋白（蛋白粉）、蛋白胨工艺介绍
（1）纳滤膜过滤
将硫酸软骨素生产工序超滤膜过滤产生的超滤废水通过纳滤膜过滤进行浓缩提纯，主要是将大部分的水分和小分子的无机盐类等物质与蛋白类物质分离，纳滤膜对废水进行提纯，可将多肽、氨基酸等蛋白类物质从废水中进一步提纯出来，当浓缩液达到一定浓度后提纯效率将大大降低，须将纳滤提纯产生的浓缩液 再进入三效蒸发器进行蒸发浓缩。
（2）三效蒸发浓缩
将纳滤提纯浓缩液直接泵入三效蒸发器进行蒸发浓缩，通过真空泵控制浓缩蒸发器内压力在真空条件下，向浓缩蒸发器夹套内通入蒸汽使温度保持在80-85℃左右，回收蛋白胨。三效蒸发浓缩后的浓缩液即为蛋白胨产品，部分蛋白胨再经喷雾干燥制取蛋白粉。
（3）喷雾干燥
液体蛋白胨使用泵打入喷雾干燥器进行喷雾干燥，干燥温度约为 160℃左右， 蛋白胨瞬间被加热至含水率 5%以下，产品即为蛋白粉（胶原蛋白），干燥后成品 粉料与水蒸气经旋风收尘器（收尘效率 95%）分离后，其余粉料（即粉尘，产生量约 5%）经布袋除尘器（除尘效率 99.5%）处理后达标排放，布袋除尘器收集的 粉尘直接作为产品，不产生固废。
（4）包装 将作为产品的蛋白胨进行人工桶装包装、蛋白粉由料斗进入自动定量包装机装袋、缝包，最后由叉车将堆码好的产品运至成品仓库贮存待售。产物环节：称量包装过程产生的少量无组织粉尘，产生量较小。
Claims (5)
1.一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，包括硫酸软骨素提取步骤和胶原蛋白提取步骤；其特征在于：
通过对软骨浸提液进行超滤过滤，获得浓缩液和透过液，所述浓缩液用于提取硫酸软骨素；所述透过液用于进行蛋白胨或蛋白粉的提取；
所述软骨浸提液通过如下工艺流程获得：
A1：蒸煮提取，将湿软骨投入反应釜中，加入氢氧化钠溶液通过蒸汽加热蒸煮将软骨融化，加热4h后升温至100℃后继续蒸煮1h后，静止3h后降温撇油至温度40℃左右；
A2: 静置分层，加入硝酸溶液调节PH至6，蒸汽加热升温至80℃后，继续加入硝酸钠充分搅拌后静置4h进行分层；
A3：过滤；分层后放罐过滤，将骨渣分离，获得软骨浸提液；
所述硫酸软骨素提取包括如下步骤：
B1: 二次过滤,将浓缩液进行马槽过滤至澄清获得澄清料液；
B2:醇沉，向澄清料液中加入乙醇，进行醇沉，收集不溶物沉淀；
B3：离心脱水，向不溶物沉淀中继续加入96%乙醇调节混合物中乙醇质量分数不低于90%后进行离心脱水；
B4：真空烘干，将脱水后的固体料在90-95℃条件下进行真空干燥，直至含水量降至3%以下后停止干燥，获得硫酸软骨素粉料；
B5：粉碎，将真空烘干后的硫酸软骨素粉料利用自动吸料机进入粉碎机进行粉碎；
B6：筛分，通过振动筛分机进行过筛，获得最终硫酸软骨素成品；
所述胶原蛋白提取包括如下步骤：
C1：纳滤膜过滤，将所述透过液通过纳滤膜过滤进行浓缩提纯，将大部分的水分和小分子的无机盐类等物质与蛋白类物质分离，获得纳滤提纯浓缩液；
C2:三效蒸发器浓缩，将纳滤提纯浓缩液直接泵入三效蒸发器进行蒸发浓缩，在负压条件下，向蒸发器夹套内通入蒸汽使温度保持在80-85℃左右，三效蒸发浓缩后的浓缩液即为蛋白胨产品；
C3：喷雾干燥，将液体蛋白胨使用泵打入喷雾干燥器进行喷雾干燥，干燥温度约为 160℃左右，蛋白胨瞬间被加热至含水率 5%以下，产品即为胶原蛋白粉。
2.根据权利要求1所述的一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，其特征在于：所述A1蒸煮提取步骤中加入的氢氧化钠浓度为32%，加入量为蒸煮投料重量的0.5%。
3.根据权利要求1所述的一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，其特征在于：所述A2步骤中所述硝酸钠的加入量为湿软骨质量的0.3%。
4.根据权利要求1所述的一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，其特征在于：所述B2步骤中醇沉所用乙醇为质量分数96%的乙醇溶液或B4步骤离心脱水的离心液或B4步骤真空烘干的冷凝液。
5.根据权利要求1所述的一种动物软骨提取硫酸软骨素和胶原蛋白的方法，其特征在于：所述B3步骤离心脱水后的固体料含水量在15%以下。
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