CN110004197A - 一种高效微生物发酵制备壳聚糖的方法 - Google Patents

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邓春梅
康信煌
吴育廉
何兰珍
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    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/26—Preparation of nitrogen-containing carbohydrates

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Abstract

本发明涉及一种高效微生物发酵制备壳聚糖的方法，属于壳聚糖微生物发酵技术领域，该方法的具体步骤是：按土豆200g,葡萄糖20g,磷酸氢二钾3g，硫酸鎂1.5g，虾壳2~6g配置土豆培养基，高压灭菌；米曲霉用土豆培养基发酵，28~38℃发酵3~4天；分别获得米曲霉菌体和经历发酵后脱去部分蛋白和碳酸钙的虾壳；米曲霉用NaOH溶液处理获得壳聚糖；虾壳先用柠檬酸处理，再用NaOH溶液脱钙和脱乙酰基，得到壳聚糖。该方法条件温和，产率高，环境友好，能耗低、成本低。

Description

一种高效微生物发酵制备壳聚糖的方法
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖的制备方法，具体涉及一种高效微生物发酵制备壳聚糖的方法，属于壳聚糖生物发酵制备技术领域。
背景技术
壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的。自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。
目前壳聚糖的制备方法有微生物发酵法，酶解法和酸碱法。目前我国壳聚糖制备方法是化学法，传统的酸碱法提取甲壳素存在很多的缺陷：（1）使用了大量的酸碱，消耗能源的同时，环境污染严重；（2）造成甲壳素分子量及乙酰化程度的降低。
酸碱法具有工艺简单、处理周期短等优点。但是，酸碱法提取甲壳素由于需要耗用大量的酸和碱并且需要不同温度的处理，因此此方法耗能较多、对环境的污染严重，而且还有一定的危险性。值得注意的是，酸碱的使用会引起甲壳素发生部分脱乙酰作用以及聚合物的水解引起的分子链断裂，从而导致制备的甲壳素的生理特性不一致。
相比酸碱法而言，酶法结合化学法制备甲壳素的反应条件更加温和，对甲壳素的主链结构影响更小，但该法耗时较长，且不能彻底的去除虾蟹壳中的蛋白质，而蛋白质的残留对甲壳素的处理和应用都会造成不利的影响。
微生物发酵法主要是利用真菌或细菌发酵产生的有机酸和蛋白酶来去除虾蟹壳中的灰分以及蛋白质，从而制备出纯度较高的甲壳素，是目前制备甲壳素的研究热点。
微生物发酵法相比于传统方法，反应条件更加温和而且不会影响甲壳素的分子结构，对环境的污染小。除此之外，发酵法生产甲壳素还能产生诸如有机钙、多肽和氨基酸等副产品。由于蛋白质和甲壳素之间有化学键的连接，使得虾蟹壳中的蛋白质不易彻底除去，而一部分人群因对海产品中的蛋白质过敏，因此更为彻底的去除蛋白质对甲壳素在生物医药领域的应用显得尤为重要，这也是甲壳素研究需要面临的挑战。
发明内容
本发明的目的是针对目前技术不足，提供一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，此方法具有条件温和、能耗低、环境友好等优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，该方法包括如下步骤：
（1）土豆虾壳培养基配制：配方1L水，土豆 200g,葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾3g，硫酸鎂1.5g，虾壳2~6g，高压灭菌15~20分钟；
（2）发酵：米曲霉用土豆虾壳培养基发酵；
（3）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后的虾壳；
（4）虾壳除钙：将步骤（3）所述的虾壳粉碎后，置于柠檬酸溶液中浸煮，过滤，水洗干燥得脱钙虾壳；
（5）脱钙虾壳脱蛋白：将步骤（4）所述的脱钙虾壳置于NaOH溶液中，于60~80℃搅拌水解22~26小时后，过滤，水洗干燥得甲壳素；
（6）甲壳素脱乙酰：将步骤（5）所述的甲壳素加入NaOH水溶液中，于60~80℃干燥22~26小时后得壳聚糖；
（7）将步骤（3）所述的米曲霉菌体置于NaOH溶液中，于60~80℃搅拌水解22~26小时后，过滤，水洗干燥得壳聚糖。
步骤（2）所述的发酵的发酵温度为28~38℃。
步骤（2）所述的发酵的发酵时间为3~4天。
步骤（4）所述的柠檬酸的质量浓度为10~12%。
步骤（4）所述的浸煮的温度为40~60℃，时间为2~4小时。
步骤（5）所述的NaOH溶液的质量浓度为8~12%。
步骤（6）所述的NaOH溶液的质量浓度为30~50%。
步骤（7）所述的NaOH溶液的质量浓度为8~12%质量浓度为的柠檬酸溶液。
本发明微生物发酵法制备壳聚糖的方法克服了化学法制备壳聚糖的不足，该方法条件温和，产率高，环境友好，能耗低、成本低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，这些实施例仅用于说明本发明，并不限制本发明的保护范围。
实施例1
一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，包括如下步骤：
1.土豆培养基配制：
配方（1L水）：土豆 200g, 葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾 3g，硫酸鎂 1.5g，虾壳4g，高压灭菌15~20分钟；
2.制备步骤如下：
（1）3ml米曲霉菌悬液用土豆培养基发酵，28℃发酵4天；
（2）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后脱去部分蛋白和碳酸钙的虾壳；
（3）米曲霉菌体用质量浓度为8%的NaOH溶液处理获得壳聚糖，产率10%；
（4）虾壳先用质量浓度为8%的柠檬酸处理，再分别用质量浓度为8%和30%的NaOH溶液脱钙和脱乙酰基，得到壳聚糖，产率27%。
实施例2
一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，包括如下步骤：
1.土豆培养基配制：
配方（1L水）：土豆 200g, 葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾 3g，硫酸鎂 1.5g，虾壳2g，高压灭菌15~20分钟；
2.制备步骤如下：
（1）3ml米曲霉菌悬液用土豆培养基发酵，38℃发酵3天；
（2）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后脱去部分蛋白和碳酸钙的虾壳；
（3）米曲霉菌体用质量浓度为12%的NaOH溶液处理获得壳聚糖，产率7.5%；
（4）虾壳先用质量浓度为12%的柠檬酸处理，再分别用质量浓度为12%和50%的NaOH溶液脱钙和脱乙酰基，得到壳聚糖，产率12%。
实施例3
一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，包括如下步骤：
1.土豆培养基配制：
配方（1L水）：土豆 200g, 葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾 3g，硫酸鎂 1.5g，虾壳2g，高压灭菌15~20分钟；
2.制备步骤如下：
（1）5ml米曲霉菌悬液用土豆培养基发酵，33℃发酵4天；
（2）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后脱去部分蛋白和碳酸钙的虾壳；
（3）米曲霉菌体用质量浓度为10%的NaOH溶液处理获得壳聚糖，产率8.3%；
（4）虾壳先用质量浓度为10%的柠檬酸处理，再分别用质量浓度为10%和40%的NaOH溶液脱钙和脱乙酰基，得到壳聚糖，产率10.1%。
实施例4
一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，包括如下步骤：
1.土豆培养基配制：
配方（1L水）：
土豆 200g,葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾3g，硫酸鎂 1.5g，虾壳3g，高压灭菌15~20分钟。
2.制备步骤如下：
（1）米曲霉用土豆培养基发酵，30℃发酵4天；
（2）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后脱去部分蛋白和碳酸钙的虾壳；
（3）米曲霉菌体用质量浓度为9%的NaOH溶液处理获得壳聚糖；
（4）虾壳先用质量浓度为9%的柠檬酸处理，再分别用质量浓度为9%和35%的NaOH溶液脱钙和脱乙酰基，得到壳聚糖。
实施例5
一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，包括如下步骤：
1.土豆培养基配制：
配方（1L水）：
土豆 200g,葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾3g，硫酸鎂 1.5g，虾壳6g，高压灭菌15~20分钟。
2.制备步骤如下：
（1）米曲霉用土豆培养基发酵，35℃发酵3天；
（2）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后脱去部分蛋白和碳酸钙的虾壳；
（3）米曲霉菌体用质量浓度为11%的NaOH溶液处理获得壳聚糖；
（4）虾壳先用质量浓度为11%的柠檬酸处理，再分别用质量浓度为11%和45%的NaOH溶液脱钙和脱乙酰基，得到壳聚糖。

Claims (8)

1.一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）土豆虾壳培养基配制：配方1L水，土豆 200g,葡萄糖 20g, 磷酸氢二钾3g，硫酸鎂1.5g，虾壳2~6g，高压灭菌15~20分钟；
（2）发酵：米曲霉用土豆虾壳培养基发酵；
（3）分别获得米曲霉菌体和经历发酵后的虾壳；
（4）虾壳除钙：将步骤（3）所述的虾壳粉碎后，置于柠檬酸溶液中浸煮，过滤，水洗干燥得脱钙虾壳；
（5）脱钙虾壳脱蛋白：将步骤（4）所述的脱钙虾壳置于NaOH溶液中，于60~80℃搅拌水解22~26小时后，过滤，水洗干燥得甲壳素；
（6）甲壳素脱乙酰：将步骤（5）所述的甲壳素加入NaOH水溶液中，于60~80℃干燥22~26小时后得壳聚糖；
（7）将步骤（3）所述的米曲霉菌体置于NaOH溶液中，于60~80℃搅拌水解22~26小时后，过滤，水洗干燥得壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（2）所述的发酵的发酵温度为28~38℃。
3.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（2）所述的发酵的发酵时间为3~4天。
4.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（4）所述的柠檬酸的质量浓度为8~12%。
5.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（4）所述的浸煮的温度为40~60℃，时间为2~4小时。
6.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（5）所述的NaOH溶液的质量浓度为8~12%。
7.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（6）所述的NaOH溶液的质量浓度为30~50%。
8.根据权利要求1所述的一种微生物发酵法制备壳聚糖的方法，其特征在于：步骤（7）所述的NaOH溶液的质量浓度为8~12%质量浓度为的柠檬酸溶液。
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