CN110128568A - 一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法 - Google Patents

一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，属于生物化工技术领域。利用乙酰微小杆菌对预处理后的废弃虾蟹壳进行发酵处理提取甲壳素控制发酵温度为30‑40℃，发酵液pH为5.5‑7.5，并通过振荡、搅拌或通气方式提供溶氧环境，发酵周期为10‑16d；发酵结束后虾蟹壳的蛋白脱除率达93％以上，矿物质脱除率达90％以上。

Description

一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法。
背景技术
甲壳素是地球上仅次于纤维素的第二丰富的天然聚合物。甲壳素在工业上有许多不同的用处。甲壳素被用于水和废水净化，作为食品添加剂应用到和药品中起到增稠作用稳定食品和药品状态。甲壳素还可以作为染料、织物、黏合剂。工业的分离薄膜和离子交换树脂可制成甲壳素。加工纸的大小和强度也使用甲壳素。目前，水产加工工业中产生的废弃虾蟹壳中是目前甲壳素的主要来源。据报道，虾蟹壳中甲壳素含量为20％-30％，碳酸钙含量为30％-50％，蛋白质含量为30％-40％，因此，要从虾蟹壳中提取壳聚糖需要除去其中大量的碳酸钙和蛋白质。
目前，国内大多数厂家从虾蟹壳中提取甲壳素都采用“稀酸脱钙”、“稀碱脱蛋白”的化学处理工艺，这种“双脱”工艺产生大量的含蛋白的碱性废水、含钙盐的酸性废水以及各工序的洗涤废水。按照当前的工艺，每生产1吨甲壳素能产生350-500吨废水。这些废水中大量的动物蛋白及其水解产物(多肽及氨基酸)、无机盐(CaCl2、NaCl等)，多数生产厂家通常只是简单的中和处理就排放，化学耗氧量(COD)及悬浮固体(SS)严重超标，既浪费了宝贵的天然资源，又严重污染了环境。因此，探索更为绿色的羧甲基壳聚糖制备工艺成为甲壳素生产行业亟待解决的重要课题。
近年来，随着生物工程技术的发展，越来越多的废弃资源能够通过微生物发酵技术进行处理或者资源再利用，这就为从虾蟹壳到甲壳素的工艺过程提供了取代传统酸碱提取法的思路，即利用生物法对虾蟹壳进行预处理，实现蛋白质和碳酸钙的脱除，这也成为科研人员开发甲壳素绿色制备工艺的新的聚焦点。但是，目前已报道的多数微生物对废弃虾蟹壳蛋白和脱矿物盐的脱除率都低于70％，因此筛选高效脱蛋白和脱矿物盐菌株，依然是突破生物转化法处理废弃虾蟹壳工艺瓶颈的关键难题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法。
发明内容：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
(1)将乙酰微小杆菌在种子培养基中培养，使种子液中的菌体浓度达到5×109CFU/mL以上；
(2)将种子液按照5％-20％的接种量接入含有原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中进行发酵，控制发酵温度为30-40℃，发酵液pH为5.5-7.5，并通过振荡、搅拌或通气方式提供溶氧环境，发酵周期为10-16天；
(3)发酵结束后，过滤发酵液，所得滤渣即为除蛋白和矿物质后的甲壳素。
所述利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，乙酰微小杆菌在种子培养基中培养24-48h。
所述利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，含有原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中含有原料废弃虾蟹壳粉3％-10％，其余成分为水。
所述利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，废弃虾蟹壳用清水泡洗多次至洗涤水不再变浑浊，然后沥干水分后用烘干机快速烘干，最后用粉碎机将烘干后的废弃虾蟹壳粉碎至粒度在100-200μm，得到原料废弃虾蟹壳粉。
所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，将种子液按照15％的接种量接种于含10％的原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中进行发酵。
所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，控制发酵温度为37℃，发酵液pH为7.0，发酵罐搅拌转速为200rpm，通气量为10L/min，发酵培养16d。
所述利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，种子培养基包括葡萄糖10-50g/L，酵母粉1-15g/L，KH2PO40.1-1g/L，MgSO40.1-1g/L，pH 5.0-7.5。
所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，种子培养基包括葡萄糖2％，酵母粉1％，硫酸镁0.1％，磷酸二氢钾0.05％，其余为水。
所述利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，发酵液通过孔隙大小为100μm的滤布进行过滤。
所述利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，包括以下步骤：
(1)废弃虾蟹壳用清水泡洗多次至洗涤水不在明显变脏，然后沥干水分后用烘干机快速烘干，最后用粉碎机将烘干后的废弃虾蟹壳粉碎至粒度在200μm，得到原料废弃虾蟹壳粉；
(2)将乙酰微小杆菌接种到种子培养基中，于恒温振荡摇床中200rpm，37℃振荡培养种子液48h；种子培养基包括葡萄糖2％，酵母粉1％，硫酸镁0.1％，磷酸二氢钾0.05％，其余为水；
(3)将种子液按照15％的接种量接种于含10％的原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中进行发酵，控制发酵温度为37℃，发酵液pH为7.0，发酵罐搅拌转速为200rpm，通气量为10L/min，发酵培养16天；
(4)在发酵结束后，发酵液通过孔隙大小为100μm的滤布进行过滤，将滤渣烘干后检测蛋白含量及灰分含量；虾蟹壳的蛋白脱除率达93％以上，矿物质脱除率达90％以上。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
本发明利用乙酰微小杆菌对预处理后的废弃虾蟹壳进行发酵提取甲壳素，发酵结束后，虾蟹壳的蛋白脱除率达到93％以上，矿物质脱除率达到90％以上。
附图说明
图1为发酵液中蛋白含量变化与发酵天数的关系图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
(1)废弃虾蟹壳用清水泡洗几次至洗涤水不在明显变脏，然后沥干水分后用烘干机快速烘干，最后用粉碎机将烘干后的废弃虾蟹壳粉碎至粒度在100μm，得到原料废弃虾蟹壳粉；
(2)将斜面保藏的乙酰微小杆菌，接种到种子培养基(葡萄糖2％，酵母粉1％，硫酸镁0.1％，磷酸二氢钾0.05％，其余为水)中，于恒温振荡摇床中200rpm，37℃振荡培养种子液48h；
(3)将种子液按照10％的接种量(10mL)，接种于100mL(装于1000mL的三角瓶中)含3％废弃虾蟹壳粉(其余成分为水)的发酵培养基中进行发酵，控制发酵温度为37℃，发酵液pH为7.0，恒温摇床200rpm振荡培养16d；
(4)分别在发酵后的第0、2、4、6、8、10、12、14、16天检测发酵液中蛋白含量，蛋白质含量采用Lowry法测定。
由图1可知，随着乙酰微小杆菌发酵时间延长，发酵液中蛋白含量逐渐降低，由最初的19.1％，在发酵第16天后降低到3.4％。说明乙酰微小杆菌能够高效降解废弃虾蟹壳中的蛋白。
实施例2
(1)废弃虾蟹壳用清水泡洗几次至洗涤水不再变浑浊，然后沥干水分后用烘干机快速烘干，最后用粉碎机将烘干后的废弃虾蟹壳粉碎至粒度在200μm，得到原料废弃虾蟹壳粉；
(2)将斜面保藏的乙酰微小杆菌，接种到种子培养基(葡萄糖2％，酵母粉1％，硫酸镁0.1％，磷酸二氢钾0.05％，其余为水)中，于恒温振荡摇床中200rpm，37℃振荡培养种子液48h；
(3)将种子液按照15％的接种量(1500mL)，接种于10L(装于15L的发酵罐中)含10％的原料废弃虾蟹壳粉(其余成分为水)的发酵培养基中进行发酵，控制发酵温度为37℃，发酵液pH为7.0，发酵罐搅拌转速为200rpm，通气量为10L/min，发酵培养16d；
(4)在发酵结束后，发酵液通过孔隙大小为100μm的滤布进行过滤，将滤渣烘干后检测蛋白含量及灰分含量，并计算蛋白质脱除率和灰分脱除率。其中，蛋白质含量采用Lowry法测定；灰分利用马弗炉测定，将样品置于600℃下处理4h，测定灰分含量。
按照本实施例，废弃虾蟹壳中蛋白质和矿物盐的脱除率如表1所示。由表1可知，原料废弃虾蟹壳粉中蛋白含量和灰分含量分别为19.1％和45.2％，经过利用乙酰微小杆菌采用微生物法处理废弃虾蟹壳，发酵液滤渣烘干粉中蛋白含量和灰分含量分别为3.5％和12.8％，从而得到蛋白脱除率和灰分脱除率分别为94.2％和90.3％。
表1 乙酰微小杆菌发酵法脱除蛋白和矿物盐效果
样品 蛋白含量 灰分含量 蛋白脱除率 灰分脱除率
原料废弃虾蟹壳粉 19.1％ 45.2％ - -
发酵液滤渣烘干粉 3.5％ 12.8％ 94.2％ 90.3％

Claims (10)

1.一种利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将乙酰微小杆菌在种子培养基中培养，使种子液中菌体浓度达到5×109CFU/mL以上：
(2)将种子液按照5％-20％的接种量接入含有原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中进行发酵，控制发酵温度为30-40℃，发酵液pH为5.5-7.5，并通过振荡、搅拌或通气方式提供溶氧环境，发酵周期为10-16d；
(3)发酵结束后，过滤发酵液，所得滤渣即为除蛋白和矿物质后的甲壳素。
2.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，乙酰微小杆菌在种子培养基中培养24-48h。
3.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，含有原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中含有原料废弃虾蟹壳粉3％-10％，其余成分为水。
4.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，废弃虾蟹壳用清水泡洗多次至洗涤水不再变浑浊，然后沥干水分后用烘干机快速烘干，最后用粉碎机将烘干后的废弃虾蟹壳粉碎至粒度在100-200μm，得到原料废弃虾蟹壳粉。
5.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，将种子液按照15％的接种量接种于含10％的原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中进行发酵。
6.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，控制发酵温度为37℃，发酵液pH为7.0，发酵罐搅拌转速为200rpm，通气量为10L/min，发酵培养16d。
7.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，种子培养基包括葡萄糖1％-5％，酵母粉0.1％-1.5％，KH2PO4 0.01％-0.1％，MgSO40.01％-0.1％，pH 5.0-7.5。
8.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，种子培养基包括葡萄糖2％，酵母粉1％，硫酸镁0.1％，磷酸二氢钾0.05％，其余为水。
9.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，发酵液通过孔隙大小为100μm的滤布进行过滤。
10.根据权利要求1所述的利用乙酰微小杆菌处理废弃虾蟹壳提取甲壳素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)废弃虾蟹壳用清水泡洗多次至洗涤水不再变浑浊，然后沥干水分后用烘干机快速烘干，最后用粉碎机将烘干后的废弃虾蟹壳粉碎至粒度在200μm，得到原料废弃虾蟹壳粉；
(2)将乙酰微小杆菌接种到种子培养基中，于恒温振荡摇床中200rpm，37℃振荡培养种子液48h；种子培养基包括葡萄糖2％，酵母粉1％，硫酸镁0.1％，磷酸二氢钾0.05％，其余为水；
(3)将种子液按照15％的接种量接种于含10％的原料废弃虾蟹壳粉的发酵培养基中进行发酵，控制发酵温度为37℃，发酵液pH为7.0，发酵罐搅拌转速为200rpm，通气量为10L/min，发酵培养16d；
(4)在发酵结束后，发酵液通过孔隙大小为100μm的滤布进行过滤，将滤渣烘干后检测蛋白含量及灰分含量；虾蟹壳的蛋白脱除率达93％以上，矿物质脱除率达90％以上。
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