CN110240665A

CN110240665A - 一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法

Info

Publication number: CN110240665A
Application number: CN201910621573.9A
Authority: CN
Inventors: 张大庆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2019-09-17

Abstract

本发明公开了一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，该方法包括将虾壳、蟹壳加水加热煮熟；将降温至常温后煮熟的虾壳、蟹壳转移至发酵容器内，并向所述发酵容器内加入碱性蛋白酶进行发酵12‑16天获得发酵混合物；所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.3‑0.4%；将所述发酵混合物进行固液分离，分别获得发酵液以及沉淀物。该方法在虾蟹溶化分解时采用复合酶法分解，避免了传统工艺的酸解分解法对蛋白质生物效价的破坏，一次发酵即可依次分离提取出甲壳素、蛋白粉、脂肪三种高纯度产品，解决了传统工艺只能提取单一产品的弊端，原料综合利用率大幅度提高，生产过程中不污染境。

Description

一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法

技术领域

本发明涉及甲壳素生产技术领域，特别是涉及一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法。

背景技术

甲壳质(C8H13O5N)n，又称甲壳素、几丁质，英文名Chitin。1811年法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(Odier)从甲壳动物外壳中提取。甲壳素应用范围很广泛，在工业上可做布料、衣物、染料、纸张和水处理等。在农业上可做杀虫剂、植物抗病毒剂。渔业上做养鱼饲料。化妆品美容剂、毛发保护、保湿剂等。医疗用品上可做隐形眼镜、人工皮肤、缝合线、人工透析膜和人工血管等。节肢动物主要是甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素高达58%-85%。

现有技术中，由虾、蟹提取甲壳素的方法多为酸解分解法，但是采用酸解分解法只能提取虾、蟹中甲壳素一种物质，原料综合利用率低，同时在甲壳素生产过程中还会产生较多废物。

发明内容

本发明提供了一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法。

本发明提供了如下方案：

一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，包括：

将虾壳、蟹壳加水加热煮熟；

将降温至常温后煮熟的虾壳、蟹壳转移至发酵容器内，并向所述发酵容器内加入碱性蛋白酶进行发酵12-16天获得发酵混合物；所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.3-0.4%；

将所述发酵混合物进行固液分离，分别获得发酵液以及沉淀物；

将所述沉淀物采用酸溶液进行浸泡，浸泡至无残留钙析出后加碱溶液进行中和；将中和后的沉淀物依次进行过滤、清洗、烘干处理后即得所述甲壳素；

将所述发酵液进行离心处理获得脂肪以及蛋白液。

优选地：所述酸溶液为6%-8%浓度的盐酸溶液，所述酸溶液的质量为所述沉淀物质量的16-17%。

优选地：所述酸溶液为7%浓度的盐酸溶液，所述酸溶液的质量为所述沉淀物质量的16.5%。

优选地：所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.35%。

优选地：所述碱性蛋白酶的酶活不低于20000单位/克。

优选地：将所述蛋白液进行浓缩、喷雾干燥获得蛋白粉。

优选地：将所述蛋白液进行透析后再浓缩、喷雾干燥获得蛋白粉。

优选地：所述透析采用截留分子量为1200的透析膜，透析时间为不少于24小时。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，在一种实现方式下，该方法可以包括将虾壳、蟹壳加水加热煮熟；将降温至常温后煮熟的虾壳、蟹壳转移至发酵容器内，并向所述发酵容器内加入碱性蛋白酶进行发酵12-16天获得发酵混合物；所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.3-0.4%；将所述发酵混合物进行固液分离，分别获得发酵液以及沉淀物；将所述沉淀物采用酸溶液进行浸泡，浸泡至无残留钙析出后加碱溶液进行中和；将中和后的沉淀物依次进行过滤、清洗、烘干处理后即得所述甲壳素；将所述发酵液进行离心处理获得脂肪以及蛋白液。该方法在虾蟹溶

化分解时采用复合酶法分解，避免了传统工艺的酸解分解法对蛋白质生物效价的破坏，一次发酵即可依次分离提取出甲壳素、蛋白粉、脂肪三种高纯度产品，解决了传统工艺只能提取单一产品的弊端，原料综合利用率大幅度提高，生产过程中不污染境。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，该方法可以包括将虾壳、蟹壳加水加热煮熟；

将降温至常温后煮熟的虾壳、蟹壳转移至发酵容器内，并向所述发酵容器内加入碱性蛋白酶进行发酵12-16天获得发酵混合物；所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.3-0.4%；所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.35%。所述碱性蛋白酶的酶活不低于20000单位/克。

将所述沉淀物采用酸溶液进行浸泡，浸泡至无残留钙析出后加碱溶液进行中和；将中和后的沉淀物依次进行过滤、清洗、烘干处理后即得所述甲壳素；具体的，所述酸溶液为6%-8%浓度的盐酸溶液，所述酸溶液的质量为所述沉淀物质量的16-17%。进一步的，所述酸溶液为7%浓度的盐酸溶液，所述酸溶液的质量为所述沉淀物质量的16.5%。

将所述发酵液进行离心处理获得脂肪以及蛋白液。在实际应用中，还可以将所述蛋白液进行浓缩、喷雾干燥获得蛋白粉。为了进一步提高获得的蛋白质粉的质量，将所述蛋白液进行透析后再浓缩、喷雾干燥获得蛋白粉。所述透析采用截留分子量为1200的透析膜，透析时间为不少于24小时。

碱性蛋白酶，又称丝氨酸蛋白酶。常见的有两种,一为Novo蛋白酶,另一为Carsberg蛋白酶,两者的性质和构造相近,分别含275和274个氨基酸残基,由一条多肽链构成。在pH6～10下稳定,低于6或大于11时很快失活。其活性中心含丝氨酸,故称丝氨酸蛋白酶。它不但能水解肽键, 还具有水解酰胺键、酯键以及转酯和转肽的功能。由于酶的专一性，它只能对蛋白质水解，不能作用于淀粉、脂肪等物质。正是由于碱性蛋白酶具有的上述特性，在本申请提供的方案中，采用碱性蛋白酶首先对虾壳、蟹壳进行水解，破除虾壳、蟹壳中蛋白质以及脂肪，经过滤获得的沉淀物进行清洗烘干既可以得到甲壳素产品。由于碱性蛋白酶不会对蛋白质以及脂肪造成损坏，因此，可以对获得的发酵液中的蛋白质以及脂肪进行分离回收利用。采用该方法制备甲壳素，原料利用率较高，废物产生量较少，可有效的解决废物污染问题。

本申请提供的方案利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备壳多糖,水解条件为:碱性蛋白酶添加量5000U/g,pH8.5,水解温度60℃,水解时间6h,水解pH为8.5,底物质量浓度2g/100mL,水解率达到78.3%。产品通过超滤后，经扫描电镜(SEM)观察，碱性蛋白酶法脱蛋白后甲壳素表面较光洁,证实本方法分离效果合理。酶法结合化学法制备甲壳素，反应条件温和，对甲壳素的主链结构影响比较小，且酶解液中钙和蛋白质等有效成分可回收利用。

该方法利用酸结合蛋白酶脱除虾、蟹壳中的矿物质和蛋白质制备甲壳素方法。首先将虾蟹加水，加热煮熟，降温后加入碱性蛋白酶发酵，发酵液经过滤得到的虾蟹壳加酸溶液浸泡后，加碱中和溶液，然后经过滤、清洗、烘干即得甲壳素产品；过滤出的液体经离心分离出脂肪；剩余液体为蛋白液，经浓缩、喷雾干燥后得蛋白粉。

该方法所需工时按一吨干料消耗，比传统方法用工时省90%。比传统工艺系统耗酸量节省75%。比传统节水93.4%。传统工艺耗电省60%。比传统工艺耗时缩短32小时。

现有技术中，利用酸、碱结合蛋白酶脱除虾、蟹壳中的矿物质和蛋白质制备甲壳素。该法以碱性蛋白酶水解虾、蟹壳中的蛋白质，同时用微波（400 W， 30 min）辅助1 mol/L乳酸脱除虾、蟹中的矿物质，并结10%的柠檬酸提取蟹壳中的甲壳素，得到的甲壳素中灰分含量 1.0%，蛋白质含量6.7%，且超滤处理后的酶解液可以制备海鲜风味的调味品；利用结合亚硫酸钠和Tritonx-10去除甲壳素中的蛋白质。结果表明，该法可以有效去除虾壳中的蛋白质，甲壳素中蛋白质的残余量仅为0.87%，且水解液经干燥后所得蛋白粉富含必需氨基酸，可作为良好的畜禽饲料添加剂。该方法能回收废液中的蛋白质，加工成富含蛋白质的产品，但是后者得到的甲壳素中蛋白质仅含0.87%，脱蛋白效果更好。先用1.25 mol/L HCl溶液脱出虾壳中的矿物质，然后用蛋白酶（由芽孢杆菌SV 1产生）和碱法脱蛋白质，酶法蛋白质脱除率 88.8%±0.4%，碱法蛋白质脱除率92.6%±0.9%，产品中钙的含量低于0.01%。虽然酶法脱除蛋白质的效率比碱法低，但进一步研究发现，将上述两种方法制备的甲壳素经同样的方法脱乙酰制备成壳聚糖后，2 种甲壳素的生物活性不同，其中酶法所得的壳聚糖溶液能够显著抑制大多数革兰氏阳性菌的生长，其效果明显优于碱法。从蟹壳中筛选出产蛋白酶菌株粘质沙雷氏菌-FS3，该菌株不仅具有很强的产酶能力，而且能产生少量的乙酸，接种10% 的FS3发酵7 d后，蟹壳中的矿物质含量低于10%，蛋白质脱除率84%，该研究发酵过程可以产生少量的乙酸，减少了盐酸的用量。

酶法结合化学法制备甲壳素，反应条件温和，对甲壳素的主链结构影响比较小，且酶解液中钙和蛋白质等有效成分可回收利用；但该法耗时长，脱蛋白质效果不及化学法，商业化酶比较贵，工业化生产的成本高于酸碱提取法。

总之，该方法在虾蟹溶化分解时采用复合酶法分解，避免了传统工艺的酸解分解法对蛋白质生物效价的破坏，一次发酵即可依次分离提取出甲壳素、蛋白粉、脂肪三种高纯度产品，解决了传统工艺只能提取单一产品的弊端，原料综合利用率大幅度提高，生产过程中不污染境。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，所述方法包括：

将虾壳、蟹壳加水加热煮熟；

将所述发酵液进行离心处理获得脂肪以及蛋白液。

2.根据权利要求1所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，所述酸溶液为6%-8%浓度的盐酸溶液，所述酸溶液的质量为所述沉淀物质量的16-17%。

3.根据权利要求2所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，所述酸溶液为7%浓度的盐酸溶液，所述酸溶液的质量为所述沉淀物质量的16.5%。

4.根据权利要求1所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，所述碱性蛋白酶的质量为所述煮熟的虾壳、蟹壳质量的0.35%。

5.根据权利要求1所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，所述碱性蛋白酶的酶活不低于20000单位/克。

6.根据权利要求1所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，将所述蛋白液进行浓缩、喷雾干燥获得蛋白粉。

7.根据权利要求6所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，将所述蛋白液进行透析后再浓缩、喷雾干燥获得蛋白粉。

8.根据权利要求7所述的利用碱性蛋白酶水解虾、蟹壳制备甲壳素方法，其特征在于，所述透析采用截留分子量为1200的透析膜，透析时间为不少于24小时。