CN109970883A - 一种由蛋壳中回收透明质酸钠及其分离与纯化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种由蛋壳中回收透明质酸钠及其分离与纯化的方法，本发明属于废料回收领域，本发明的目的在于提供一种无需将蛋壳与蛋壳膜预先分离而直接回收其中透明质酸钠的方法，同时提供一种分离纯化方法，将回收所得透明质酸钠由提取液中分离出来，进一步纯化，从而得到具有更高价值的高纯度透明质酸钠。本发明的有益效果在于：1、由废弃物中提取价值较高的透明质酸钠，既可减少废物堆填，又能提高经济收益；2、无需将蛋壳与蛋壳膜预先分离，通过碱性水解方法直接提取透明质酸钠，程序简化；3、分离与纯化方法安全环保，过程中不产生有害污染物，得到高纯度透明质酸钠，增加经济价值；4、所得透明质酸钠经消毒处理后，具有较高安全性。

Description

一种由蛋壳中回收透明质酸钠及其分离与纯化的方法
技术领域
本发明属于废料回收领域，具体来讲，是一种由蛋壳中回收透明质酸钠及透明质酸钠的分离与纯化的方法。
背景技术
蛋是由蛋黄、蛋清、两层蛋壳膜和蛋壳组成，禽蛋作为每家餐桌上的常客，消耗量非常庞大，在烹饪完蛋黄和蛋清后，其余的一般作为废物处理，不会回收，但是实际上，蛋壳的价值被低估为废弃材料。Osuoji等报道蛋壳膜中存在酸性糖胺聚糖(即，透明质酸)，并且透明质酸可用于水份保持及抵抗细菌侵袭。此后，更多的研究报道称，蛋壳膜含有许多有价值的化合物，如交联胶原蛋白(I、V和X)、糖胺聚糖(即透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素和硫酸角质素)、蛋清蛋白质(例如卵转铁蛋白、溶菌酶)和蛋壳基质蛋白(例如卵钙蛋白-36(ovocalyxin-36)等。
为了更好的利用废弃的蛋壳，许多研究人员和多家公司开发出不同的蛋壳和蛋壳膜分离方法，旨在通过分离获得更好的回收产品。如MacNil开发了一种用于清除蛋壳颗粒的膜部分的方法和装置，基于优先浮选可以将膜与蛋壳分离。DeJong和Vlad为在装有流体的分离罐中加工未分离的蛋壳并向流体中的蛋壳施加气蚀作用而将蛋壳膜与蛋壳分离申请专利。Snyder为通过调节蛋壳的含水量，接着施加气流而将蛋壳膜与蛋壳分离，但是，分离后再回收，即使干燥、压碎、研磨和翻倒(带膜的)蛋壳，蛋壳膜上具有有价值的有机物，如蛋白质、胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸的蛋壳膜也可能仍旧牢固地附着于蛋壳上，并不能完全的回收，而且，蛋壳仍旧是作为废料丢弃，而且得到的透明质酸也无法实现更进一步的纯化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能同时完全回收蛋壳和蛋壳膜的方法，可体现本方法将蛋壳、蛋膜100%回收，无浪费，无剩余废料，无需将蛋壳和蛋壳膜预先分离，直接从未经剥离的蛋壳废料中（蛋壳连蛋壳膜）回收有价值的透明质酸钠，同时，提供一种分离纯化透明质酸钠的方法，将回收所得透明质酸钠进一步分离纯化，从而得到高纯度透明质酸钠，此外，一并回收蛋壳粉中含量丰富的无机物碳酸钙，做到物尽其用。
本发明提供的方法如下：
一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，所述的回收方法包括如下步骤：
（1）选取回收的带膜蛋壳，以流动超纯水冲洗蛋壳表面30秒，除去附着的污垢和微生物；
（2）粉碎带膜蛋壳以增加比表面积，得到带膜蛋壳粉，粉碎后的蛋壳接触面积增大，从而加快后续步骤中的水解过程，缩短碱性水解的时间；
步骤（2）中蛋壳粉碎后粒径小于或等于2000微米，优选0.1至99微米，蛋壳粉碎后的颗粒越小，后续水解过程中的水解接触面积越大，水解过程缩短，提取效率提高；
（3）碱性水解，选重量比为1:1.5至1:2.8的带膜蛋壳粉和碱性溶液进行水解反应，碱性溶液为氢氧化钠溶液，优选的pH值是11-14，优选的水解温度约为25-50℃，优选的水解时间为24-48小时，优选的搅拌速度是200-500转每分钟，水解后得到液相部分（有机物提取液，如透明质酸钠）和固相部分（没有被水解的无机物）；
进一步的，更优选的水解温度为30-45℃；
为了进一步加快水解过程，通过提高水解反应混合物的搅拌速度，增加带膜蛋壳粉与碱性溶液之间的接触从而缩短水解时间，可以在水解反应的同时通过连续粉碎搅拌系统来实现增大带膜蛋壳粉的水解接触面积，方法包括但不限于均质器、连续的超声波反应器或者其他包含搅拌和均质或切碎、磨碎、研磨功能的反应器，以实现持续降低颗粒尺寸，以此来缩短整个水解过程的总时长。
（4）将水解后的物质进行固液相分离；
进一步的，步骤（4）中采用的分离方法有抽滤分离和压滤分离，可以在室温下使用过滤膜进行，优选0.22微米孔径大小的过滤膜。
进一步的，步骤（4）中采用的分离方法有离心分离，离心分离优选在室温下以转速不低于5000转每分钟进行离心。
（5）取固相，干燥后得蛋壳粉；
（6）取液相水解提取液，进行进一步的透明质酸钠的分离与纯化。
本发明的另一个目的是提供一种将蛋壳中回收所得透明质酸钠分离与纯化的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）通过加入无水乙醇来降低透明质酸钠在水溶液中的溶解度，同时降低温度，从而使透明质酸钠沉淀，从溶液中分离出来；
进一步的，步骤（1）中向水解提取液中加入2-4倍体积的无水乙醇；
进一步的，步骤（1）中快速搅拌使得无水乙醇与提取液充分混合，恒温2-6℃，优选4℃保持，0.5-4 小时，静置沉淀。
（2）采用离心进行固液相分离将沉淀与溶液彻底分离，移除上清液，从而除去部分有机物杂质，绝大多数透明质酸钠以及部分蛋白质保留在沉淀中；
进一步的，步骤（2）中离心转速为9000-12000转每分钟，温度维持2-6℃，优选4℃。
（3）为了进一步纯化透明质酸钠，将混合在沉淀中的蛋白质去除，采用部分溶解法，将蛋白质逐步溶解在适当的溶剂中，同时使透明质酸钠继续保持不溶的沉淀状态，进而与蛋白质分离，从而提高透明质酸钠的纯化效果，将步骤（2）中的固相溶解在溶剂中;
进一步的，步骤（3）中溶解蛋白质的溶剂由超纯水与无水乙醇按重量比1:0.5-1:3]配置而成,优选比例为1:1；
进一步的，步骤（3）中加入溶剂的重量为沉淀的30-80倍，更优选的比例为40-60倍；
进一步的，溶解时间为4-8小时；
采用部分溶解法除去蛋白质时，溶解时间不足会导致蛋白质溶解不充分，从而影响透明质酸钠的纯化效率，而溶解时间过长又会使得大量透明质酸钠溶解，进而导致回收率降低。
（4）溶解结束后，室温下采用离心将未溶物与溶液分离，保留未溶沉淀；
进一步的，离心分离转速为9000-10000转每分钟，温度维持25℃。
（5）重复上述步骤（3）与步骤（4），进一步纯化；
（6）所得沉淀置于碱性溶液中，持续搅拌；
进一步的，采用的碱性溶液为氢氧化钠溶液，pH值为11-14;
进一步的，添加碱性溶液的重量为待溶沉淀的1500-2000倍，更优选的得比例为1600-1700倍；
进一步的，步骤（6）中溶解温度为30-45℃，溶解时间为2-4小时。
对透明质酸钠进行溶解，透明质酸钠的溶解条件对纯化结果也有着重要影响，溶解强度不足，例如pH值、时间、温度等条件不充分，会导致透明质酸钠溶解过少，从而导致其回收率降低，而溶解强度过高，又会令蛋白质逐渐溶解，无法与透明质酸钠分离，因此导致纯化效率降低。
（7）通过离心将未溶的蛋白质（沉淀）分离，保留含有溶解的透明质酸钠的溶液，用以后续纯化。
进一步的，步骤（7）中离心分离转速为9000-10000转每分钟，温度维持室温，或者25℃。
（8）调节含有透明质酸钠的溶液pH值至中性，避免透明质酸钠在碱性溶液中逐渐降解。
进一步的， 调节溶液pH值使用的酸性溶液为盐酸溶液;
进一步的，将溶液pH值调至6.5-7。
（9）由于提取与纯化过程中存在大量无机盐及其他小分子杂质，因此采用透析法，将小分子杂质逐渐渗透滤除，而将分子量较大的透明质酸钠保留在透析袋内，进而得到纯化后的透明质酸钠溶液。
进一步的， 步骤（9）中所使用透析袋的截留分子量为0.5-1.0千道尔顿；
进一步的，步骤（9）中透析时间为24-48小时，更优选的时间为 24-30小时。
（10）纯化后的透明质酸钠溶液进行干燥，除去水分得到的产物为透明质酸钠粉末
进一步的，步骤（10）采用的干燥方法为喷雾干燥或冷冻干燥；
（11）透明质酸钠粉末经紫外线消毒后，得到最终透明质酸钠产品；
进一步的，步骤（11）用于消毒的紫外线波长为254纳米，辐照度为0.76瓦每平米，照射时间为1-3小时。
透明质酸钠为具有较高临床价值的生化药物，广泛应用于各类眼科手术，如晶体植入、角膜移植和抗青光眼手术等，还可以用于治疗关节炎和加速伤口愈合，将其用于化妆品中，能起到独特的保护皮肤作用，可保持皮肤滋润光滑，细腻柔嫩富有弹性，具有防皱、抗皱、美容保健和恢复皮肤生理功能的作用。
采用上述方法制备所得蛋壳粉，可用于代替现有的碳酸钙填料来制备热塑性塑料。本方法制备所得蛋壳粉，粒径为小于或等于800微米，甚至低至0.1-45微米，且其中碳酸钙含量为90-93%，而有机物含量极少（甚至低于0.4%）。因此可用于代替现有的碳酸钙聚合物填料，结合使用单螺杆或双螺杆挤出机混入热塑性产品中。
本发明的有益效果在于：1、由废弃物中提取价值较高的透明质酸钠，既可减少废物堆填，又能提高经济收益；2、无需将蛋壳与蛋壳膜预先分离，通过碱性水解方法直接提取透明质酸钠，程序简化；3、分离与纯化方法安全环保，过程中不产生有害污染物，得到高纯度透明质酸钠，增加经济价值；4、所得透明质酸钠经消毒处理后，具有较高安全性。
附图说明
图1为碱性水解时，提取所得透明质酸钠的质量随时间的变化曲线；
图2为本申请的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本案做进一步的解释和说明。
实施例1
一种由回收蛋壳废料中提取透明质酸钠的方法，所述回收方法包括如下步骤：
（1）选取回收的带膜蛋壳，以无菌水冲洗蛋壳3分钟，除去附着微生物与污垢；
（2）用研磨子粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径等于或小于2000微米，得到带膜蛋壳粉；
（3）将粉碎后的带膜蛋壳粉浸于重量比为1:2的氢氧化钠溶液中，溶液pH值为14，保持水解温度为40℃，搅拌速度为230转每分钟，持续水解48小时；
（4）将水解后的物质在室温下进行离心固液分离，离心转速为9000转每分钟，离心6分钟，完成后，取固相干燥后得到蛋壳粉，取液相得到含有透明质酸钠的提取液。
(5）过程中，48小时内提取所得透明质酸钠的质量随时间变化曲线如图1所示。由此可知，通过控制水解时间，在透明质酸钠提取量达到最大值时停止碱性水解反应，可获得最大回收率。
实施例2
（1）选取回收的带膜鸡蛋壳，以无菌水冲洗蛋壳，除去附着微生物与污垢；
（2）用研磨子粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径等于或小于2000微米，得到带膜蛋壳粉；
（3）将粉碎后的带膜蛋壳粉浸于重量比为1:2.5的氢氧化钠溶液中，溶液pH值为14，保持水解温度为38℃，搅拌速度为200转每分钟，持续水解32小时；
（4）将水解后的物质在室温下进行离心固液分离，离心转速为9000转每分钟，离心6分钟，完成后，取固相干燥后得到蛋壳粉，取液相得到含有透明质酸钠的提取液。
（5）将含有透明质酸钠的提取液，进行分离与纯化，进而得到高纯度透明质酸钠粉末。
实施例3
如图2流程图所示，由回收蛋壳废料中提取透明质酸钠，进一步对所得透明质酸钠进行分离纯化的方法包括如下步骤：
（1）向水解提取液中加入3倍于自身体积的无水乙醇，快速强力搅拌混合3分钟后，于4℃下静置2小时；
（2）离心进行固液分离，离心转速为10000转每分钟，保持4℃离心6分钟，移除上清液保留沉淀；
（3）将沉淀置于自身重量50倍的由超纯水与无水乙醇按重量比1:1配制而成的溶剂中，室温下持续搅拌6小时，搅拌速度为230转每分钟；
（4）离心进行固液分离，离心转速为9000转每分钟，室温下离心6分钟，移除上清液保留沉淀；
（5）重复上述步骤（3）与步骤（4），将所得沉淀再次置于自身重量50倍的由超纯水与无水乙醇按重量比1:1配制而成的溶剂中，室温下持续搅拌6小时，搅拌速度为230转每分钟；离心进行固液分离，离心转速为9000转每分钟，室温下离心6分钟，移除上清液保留沉淀；
（6）将所得沉淀置于自身重量1600倍的氢氧化钠溶液中，溶液pH值为14，保持38℃，持续搅拌2小时，搅拌转速为230转每分钟；
（7）离心进行固液分离，离心转速为9000转每分钟，室温下离心6分钟，移除沉淀，保留溶液；
（8）使用盐酸调节溶液pH值至7；
（9）使用截留分子量为0.5-1.0千道尔顿的透析袋，对溶液进行透析，透析时间为30小时；
（10）将透析后的溶液经过冷冻干燥得到透明质酸钠粉末，得到了含透明质酸钠为95.8%的粉末；
（11）对所得透明质酸钠粉末进行紫外照射消毒，使用波长为254纳米，辐照度为0.76瓦每平米，照射时间为1小时。

Claims (28)

1.一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，所述方法包括如下步骤：
取带膜蛋壳的水解提取液，向水解提取液中加入2-4倍体积的无水乙醇，同时降低温度，静置沉淀；
采用离心进行固液相分离，移除上清液；
将固相溶于溶剂中，所述的溶剂由超纯水与无水乙醇按重量比1:0.5～1:3配置而成，加入溶剂的重量为沉淀的30-80倍，溶解时间为4-8小时；
溶解结束后，采用离心将沉淀与溶液分离，保留沉淀；
所得沉淀置于pH值为11-14的碱性溶液中，持续搅拌，添加碱性溶液的重量为待溶沉淀的1500-2000倍更优，溶解温度为30-45℃，溶解时间为2-4小时；
通过离心分离移除沉淀，保留含有透明质酸钠的溶液；
调节含有透明质酸钠的溶液的pH值以避免透明质酸钠在碱性溶液中逐渐降解；
采用透析法滤除小分子杂质，得到纯化后的透明质酸钠溶液；
对纯化后的透明质酸钠溶液进行干燥，得到透明质酸钠粉末。
2.如权利要求1所述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（1）中加入无水乙醇时快速搅拌使得充分混合后，恒温2-6℃,静置0.5-4 小时。
3.如权利要求2所述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，恒温4℃。
4.如权利要求1所述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（2）中离心转速为9000-12000转每分钟，温度维持2-6℃。
5.如权利要求4所述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，温度维持4℃。
6.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（3）加入溶剂的重量为沉淀的40-60倍。
7.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（4）中离心分离转速为9000-10000转每分钟。
8.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，在步骤（5）之前重复一次或一次以上的步骤（3）与步骤（4）以进一步纯化。
9.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（5）中采用的碱性溶液为氢氧化钠溶液。
10.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（5）中添加碱性溶液的重量为待溶沉淀的1600-1700倍。
11.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（6）中离心分离转速为9000-10000转每分钟，温度为室温。
12.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（7）中调节溶液pH值使用的酸性溶液为盐酸溶液。
13.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（7）中溶液pH值调为6.5-7。
14.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（8）中所使用透析袋的截留分子量为0.5-1.0千道尔顿。
15.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（8）中透析时间为24-48小时。
16.如权利要求15述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（8）中透析时间为24-30小时。
17.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（9）采用的干燥方法为喷雾干燥或冷冻干燥。
18.如权利要求1述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，对步骤（9）得到的透明质酸钠粉末进行紫外线消毒。
19.如权利要求18述的一种分离与纯化蛋壳中回收的透明质酸钠的方法，其特征在于，用于消毒的紫外线波长为254纳米，辐照度为0.76瓦每平米，照射时间为1-3小时。
20.一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，所述的回收方法包括如下步骤：
（1）选取回收的带膜蛋壳，除去附着的污垢和微生物；
（2）粉碎带膜蛋壳得到粒径小于或等于2000微米的蛋壳粉；
（3）选重量比为1:（1.5-2.8）的蛋壳粉和碱性溶液进行水解反应，维持pH值11-14，水解温度约为25-50℃，水解时间为24-48小时，搅拌；
（4）将水解后的物质进行固液相分离；
（5）取固相，干燥后得蛋壳粉；
（6）取液相的水解提取液，进一步的透明质酸钠的分离与纯化。
21.权利要求20所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（2）中蛋壳粉的粒径为0.1至99微米。
22.权利要求20所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（3）中碱性溶液为氢氧化钠溶液。
23.权利要求20所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（3）搅拌速度是200-500转每分钟。
24.权利要求20所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（3）的水解温度为30-45℃。
25.权利要求20所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（4）中采用的分离方法有抽滤分离或压滤分离。
26.权利要求26所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，分离采用0.22微米孔径的过滤膜。
27.权利要求20所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，步骤（4）中采用的分离方法有离心分离。
28.权利要求27所述的一种由蛋壳中回收透明质酸钠的方法，其特征在于，离心分离在室温下以转速不低于5000转每分钟进行离心。
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