CN110655568A - 一种酸性酶解法提取胶原蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,主要包括以下步骤:准备哺乳动物的皮;然后用第一酸溶液浸泡得到透明或半透明状物料;然后充分研磨,进一步用脱脂剂脱脂,清洗后,酸性条件下酶解,然后再经过纯化工艺得到胶原蛋白。此方法不仅具有较高的胶原蛋白提取率,而且先将皮用酸溶胀成透明或半透明状态,使得胶原微纤维膨胀松散,然后研磨,再将研磨后的动物组织分散在脱脂剂溶液中,对胶原纤维进行脱脂,与传统的脱脂工艺直接将皮进行脱脂,不仅提高了脱脂的效率和力度,无需添加有机溶剂脱脂剂,同时也会增加后面酶解的效率,使得酸性酶解的时间变短,有效减少了提取周期,制备方法简单,成本低,便于实现工业化。
Description
技术领域
本发明涉及胶原蛋白提取技术领域,特别涉及一种酸性酶解法提取胶原蛋白的方法。
背景技术
胶原蛋白是人体内含量最多、分布最广的蛋白质,是人体组织的基本成分之一,约占人体蛋白质总量的1/3。胶原蛋白主要分布于皮肤、韧带、肌腱、软骨等部位,起到维持皮肤和各组织器官的形态结构的作用,同时也是修复各损伤组织的重要原料物质。因胶原蛋白具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性,其可以在细胞表面黏附、趋化、生长、分化及发生介导免疫反应,被广泛应用于医学生物材料和医学临床治疗,同时,胶原蛋白可以补充皮肤各层所需的营养,使皮肤中胶原活性增强,有滋润皮肤,延缓衰老、美容等功效。
在已知的19种胶原类型中,I型胶原含量最为丰富,分布最为广泛,I型胶原蛋白分子由3条a链多肽组成,每一条胶原链都是左手螺旋构型。3条左手螺旋链叉相互缠绕成右手螺旋结构,即超螺旋结构闭胶原蛋白独特的三重螺旋结构,使其分子结构非常稳定,并且具有低免疫原性和良好的生物相容性等。
对于I型胶原蛋白提取的方法主要有酸溶萃取法和酸溶酶解法两种。酸溶萃取法是用酸将动物组织中的未交联胶原蛋白分子分离出来,然后再通过盐析、透析等分离出胶原蛋白,这种方法提取的胶原蛋白未去除端肽的胶原蛋白,存在较大的免疫毒性风险,目前在医疗行业应用受到较大的局限。酸溶酶解法提取胶原一般是先经过前处理除去非胶原蛋白成分,然后在酸性条件下酶解,得到去端肽的胶原蛋白溶液,再进过离心分离,盐析、透析等步骤得到纯化的胶原蛋白溶液。用酶处理,可以水解掉胶原纤维蛋白的末端肽,提高胶原蛋白的产率;而且还不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构,保持其特性。
目前动物组织提取胶原蛋白都要经过严格的脱脂处理,特别是有的动物的皮脂肪含量高,为除去脂肪甚至会使用有机溶剂处理,这极大的提高了对生产条件要求,还会导致有机溶剂环境污染。而且目前的提取方法在酶解后胶状残余物较多,只能通过离心的方式分离酶解上清液,这种提取方法不仅会导致原料利用不充分,胶原蛋白提取率低,而离心工艺规模性生产难度大,投资高效率低。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术存在提取动物组织胶原蛋白提取率低,脱脂效果差并且一般用有机溶剂作为脱脂剂造成成本高,环境污染,提取周期长,离心工艺规模性生产难度大的问题。
本发明提供了一种酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,此方法不仅具有较高的胶原蛋白提取率,避免了有机溶剂脱脂相的使用,而且提高了脱脂的效率和力度,减少了提取周期,工艺简单,便于实现工业化。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
本发明提供了一种酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,主要包括以下步骤:
步骤1、将动物皮用酸溶液浸泡,使其溶胀,得到透明或半透明状的溶胀后的皮。
步骤2、将步骤1得到的溶胀后的皮进行充分研磨粉碎,研磨粉碎过程中控制温度低于35℃,得到粉碎的皮。
步骤3、向步骤2得到的粉碎的皮中加入脱脂剂,搅拌0.5-2小时,再加入中性盐溶液,搅拌均匀,析出胶原纤维,过滤;然后再用第二中性盐溶液对胶原纤维进行浸泡清洗,再次过滤,得到脱脂后的胶原纤维。
步骤4、向步骤3得到的所述脱脂后的胶原纤维中加入酸溶液,搅拌溶解胶原纤维,过滤,取滤液,调节pH至2.0-2.5,然后加入胃蛋白酶,控制温度低于25℃,发生酸性酶解反应,得到胶原原液。
步骤5、将步骤4得到的胶原原液进行纯化工艺处理,得到胶原蛋白。
本发明提供的提取胶原蛋白的方法,采用在酸性条件下酶解的方法,可以水解掉胶原纤维蛋白的末端肽,提高胶原蛋白的产率;而且还不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构,保持其特性。主要包括以下步骤,准备哺乳动物的皮→酸溶胀→研磨→脱脂→酸性酶解→纯化,与现有技术中直接将哺乳动物的皮进行脱脂、酸性酶解相比,先将皮用酸溶胀成透明或半透明状态,使得胶原微纤维膨胀、松散,然后研磨,将研磨后的皮分散在水中,呈现为悬浮在水中的胶原纤维,对胶原纤维进行脱脂,与传统的脱脂工艺直接将动物组织进行脱脂,避免了有机溶剂脱脂相的使用,而且提高了脱脂的效率和力度,同时也会增加后面酶解的效率,使得酸性酶解的时间变短。
进一步的,步骤1中所述哺乳动物的皮是经过预处理和/或清洗的哺乳动物的皮。
进一步的,步骤1中所述哺乳动物是是猪、牛、鹿、兔中的一种或多种。
进一步的,步骤1中准备哺乳动物的皮包括预处理步骤:将哺乳动物的皮去除毛、多余的肉和皮下脂肪块。进一步的,去除多余毛、多余的肉和皮下脂肪块的方式包括剪刀剪、刀片割、刮刀刮中的一种或几种。
进一步的,步骤1中准备哺乳动物的皮包括清洗步骤:将哺乳动物的皮用清洗剂清洗至少一次。这样可以对哺乳动物的皮进行初步清除表面杂质或初步脱脂。
进一步的,所述清洗剂是含有碱性物质的水溶液、含有表面活性剂的水溶液中的一种或两种混合物、纯水。优选地,将哺乳动物的皮去除多余脂肪及杂蛋白,先用含有碱性物质的水溶液或含有表面活性剂的水溶液浸泡清洗皮,然后再用纯水冲洗,采用这种方式可以先将皮表面的脂肪除去,然后再用纯水将清洗剂冲掉。其中含碱性物质的水溶液、含表面活性剂的水溶液可以清洗掉将哺乳动物的皮表面存在的脂肪和杂蛋白,纯水可以冲掉部分哺乳动物的皮表面存在的脂肪和杂蛋白及碱性物质和表面活性剂的残留物。
进一步的,所述纯水是蒸馏水、去离子水或超纯水。所述碱性溶液是碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液等。所述含有表面活性剂的是阴离子表面活性剂,如十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甲酯磺酸钠、十二烷基苏氨酸钠等。
进一步的,步骤1中准备含胶原蛋白的动物组织包括分切处理步骤:将所述哺乳动物的皮根据需要进行分切来调整大小,如切成直径为2-5mm的块状或厚度为2-5mm的条状。将皮分成小块可以增加后续溶胀和研磨粉碎步骤的效率和质量。
进一步的,分切处理前先对哺乳动物的皮进行冷冻,这样在分切处理时候更简便,快速,而且组织变化不大,保持胶原蛋白的原特性。
进一步的,步骤1中所述的酸溶液是醋酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种,优选地,步骤1中所述的酸溶液是醋酸溶液。
进一步的,步骤1中所述酸溶液的用量是步骤1所准备的哺乳动物的皮重量的2-50倍,例如2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、12倍、14倍、16倍、18倍、20倍、24倍、28倍、32倍、36倍、40倍、45倍、50倍。
进一步的,所述步骤1所述酸溶液的浓度是0.05-2M。如0.05M、0.1M、0.2M,0.4M,0.6M,0.8M,1.0M,1.2M,1.4M,1.6M,1.8M,2.0M。
进一步的,步骤2中所述研磨粉碎的设备是胶体磨、匀浆机或粉碎机,优选地,步骤2中所述研磨粉碎的设备是胶体磨,胶体磨最容易工业化,成本低。
进一步的,将步骤2所得的胶原纤维过一次50-150目的滤网,为了除去较大的杂质或者没有粉碎的动物组织。
进一步的,所述脱脂剂是阴离子表面活性剂,如十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甲酯磺酸钠、十二烷基苏氨酸钠等。阴离子表面活性剂具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。加入阴离子表面活性剂可以使脂肪在胶原纤维上的表面张力下降,从而轻易脱掉脂肪。
进一步的,步骤3中所述脱脂剂的用量是步骤1准备哺乳动物皮重量的0.2-6%。如0.2%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%,3.5%,4.0%,4.5%,5.5%,6.0%。
进一步的,步骤3中所述中性盐溶液和所述第二中性盐溶液均是氯化钠溶液、硫酸钠溶液、硫酸镁溶液、硫化铵溶液、硝酸铵溶液、氯化镁溶液、硫酸铝溶液中的一种或多种,所述中性盐溶液和第二中性盐溶液是相同的或者不同的。
进一步的,所述中性盐溶液和第二中性盐溶液的浓度为0.5M-2M,如0.5M、1M、1.5M、2M,所述中性盐溶液浓度和所述第二中性盐溶液的浓度是相同的或者不同的
进一步的,所述中性盐溶液和第二中性盐溶液的用量是步骤1所准备的含胶原蛋白的动物组织质量的2-60倍,如2倍、5倍、10倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍,所述中性盐溶液的用量和所述第二中性盐溶液的用量是相同的或者不同的。
所述中性盐溶液用于将从研磨粉碎后的皮中析出胶原纤维。
所述第二中性盐溶液用于清洗胶原纤维上的脱脂剂残留物。
进一步的,步骤4中所用的酸溶液是醋酸、盐酸、硫酸中的一种或多种。
进一步的,所述步骤4中所述酸溶液的浓度是0.2-2M,如0.2M,0.4M,0.6M,0.8M,1.0M,1.2M,1.4M,1.6M,1.8M,2.0M。
进一步的,步骤4中所述酸溶液的用量是步骤1所准备的含胶原蛋白的动物组织质量的20-60倍,如20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍。
进一步的,所述步骤1中和步骤5中所用的酸溶液,可以相同也可以不同。
进一步的,步骤4中加入所述胃蛋白酶的质量是步骤1所准备的含胶原蛋白的动物组织质量的0.1%-5%,如0.1%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%,3.5%,4.0%,4.5%,5.0%。
进一步的,步骤4中控制温度0-25℃,如0℃,1℃,2℃,3℃,4℃,5℃,6℃,7℃,8℃,9℃,10℃,11℃,12℃,13℃,14℃,15℃,20℃,25℃。当介质pH为酸性时,胶原蛋白的变性温度为38~39℃,而且鱼皮胶原蛋白的变性温度要比哺乳动物皮胶原蛋白的变性温度低7~12℃。所以,如果要使提取的胶原蛋白具有良好的生物活性,在提取过程中应使提取温度低于变性温度。
进一步的,步骤5中所述纯化工艺包括以下步骤:
步骤5a:过滤:将步骤4得到的胶原原液过250-500目滤网,收集滤液。
步骤5b:盐析:向步骤5a所得的滤液中加入第三中性盐溶液,搅拌均匀,进行盐析,过滤,收集沉淀。盐析用于将胶原蛋白与其他蛋白、糖类进一步分离。
步骤5c:透析:将步骤5b所得的沉淀中加入纯水,装入透析袋进行透析,干燥。透析用于除去盐析后样品中的盐、酸等小分子物质。
进一步的,步骤5a的过滤采用抽滤、压滤或切向流过滤的方式。为了分离酶解后的去端肽胶原蛋白溶液和其他细小的杂质。
进一步的,步骤5b中所用的第三中性盐是硫酸铵、氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、硫化铵、硝酸铵、氯化镁、硫酸铝中的一种或多种。
进一步的,步骤5b中所用的第三中性盐溶液浓度为0.2-2M,如0.2M、0.5M、1M、1.5M、2M。
进一步的,步骤5b中所用的第三中性盐溶液用量相对于步骤1所准备的含胶原蛋白的动物组织质量的2-60倍,如2倍、5倍、10倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍、55倍、60倍。
进一步的,步骤5b中的盐析,可以先用碱性溶液将步骤5a所得的滤液pH调节至7-8,然后再加入第三中性盐溶液。
进一步的,步骤5b如有需要可进行二次盐析,以提高产品纯度。
进一步的,步骤5c:透析可替换成步骤5c:超滤:将步骤5b所得的沉淀进行超滤,干燥。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明提供的提取胶原蛋白的方法,采用在酸性条件下酶解的方法,可以水解掉胶原纤维蛋白的末端肽,提高胶原蛋白的产率;而且还不会破坏胶原蛋白的三股螺旋结构,保持其特性。
2、本发明提供的提取胶原蛋白的方法,先将动物组织用酸溶胀成透明或半透明状态,使得胶原微纤维膨胀松散,然后研磨,再将研磨后的动物组织分散在脱脂剂溶液中,呈现为悬浮在脱脂剂溶液中的胶原纤维,对胶原纤维进行脱脂,与传统的脱脂工艺直接将动物组织进行脱脂,避免了有机溶剂脱脂相的使用,提高了脱脂的效率和力度,提取的胶原蛋白脂肪含量可以达到0.27%以下,同时也会增加后面酶解的效率,使得酸性酶解的时间变短,提取胶原蛋白酶解时间在1-2天之内,与现有技术5-7天相比,大大减少了提取周期。
3、本发明提供的提取胶原蛋白的方法,得到的胶原蛋白粗溶液杂质少,可以直接过滤、盐析、透析进行纯化,操作方便,胶原蛋白提取率可达到17.8%。而且现有技术在酶解后胶状残余物较多,只能通过离心的方式分离酶解上清液,这种提取方法不仅会导致原料利用不充分,而且离心工艺规模性生产难度大,投资高效率低。
4、本发明提供的提取胶原蛋白的方法,胶原蛋白的纯度高,无需添加有机溶剂进行脱脂,绿色环保。
5、本发明提供的提取胶原蛋白的方法,采用胶体磨研磨,生产设备简单,成本低,容易实现工业化生产。
附图说明
图1本发明酸性酶解法提取胶原蛋白的方法流程图。
图2本发明实施例1提取的胶原蛋白的分子量分布图。
具体实施方式
下面结合附图1-2,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
酸性酶解法提取牛皮胶原蛋白
如图1提取胶原蛋白的流程图所示
1、冷鲜保存的牛皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去牛皮表面的毛,用质量分数为2%的碳酸钠溶液浸泡清洗牛皮,清洗完成后用去离子水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的牛皮切成厚度2mm左右皮条,分切后的牛皮条作为提取胶原蛋白的原材料,称重为1kg。
3、用50kg的0.5M醋酸溶液浸泡所述牛皮条,使其完全溶胀呈透明状。
4、将溶胀后变透明的牛皮条过胶体磨,充分粉碎,并控制温度低于35℃。然后加入2g的十二烷基苯磺酸钠,搅拌2h,洗脱脂肪。再加入1.16kg氯化钠进行盐析,充分搅拌溶解,析出胶原纤维。过150目滤网,收集沉淀。再用10L的0.5M的氯化钠溶液冲洗收集的胶原纤维沉淀,得到脱脂后的胶原纤维。
5、向脱脂后的胶原纤维中加入60kg的0.2M醋酸溶液,搅拌彻底溶解胶原纤维沉淀,然后压滤过70目的滤网。过滤后的溶液加入30g的胃蛋白酶,在4℃的条件下酶解两天,得到胶原原液。
6、将上述胶原原液过250目滤网,收集滤液,在滤液中加入2.32kg氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后再次过滤收集沉淀。
7、将上一步骤所得沉淀加入8倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析。
实施例2
酸性酶解法提取牛皮胶原蛋白
如图1提取胶原蛋白的流程图所示
1、冷鲜保存的牛皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去牛皮表面的毛,用质量分数为2.2%的碳酸钠溶液浸泡清洗牛皮,清洗完成后用去离子水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的牛皮切成厚度2mm左右皮条,分切后的牛皮条作为提取胶原蛋白的原材料,称重为1kg。
3、用30kg的0.5M醋酸溶液浸泡所述牛皮条,使其完全溶胀呈透明状。
4、将溶胀后变透明的牛皮条过胶体磨,充分粉碎,并控制温度低于35℃。然后加入2g的十二烷基苯磺酸钠,搅拌3h,洗脱脂肪。再加入1.16kg氯化钠进行盐析,充分搅拌溶解,析出胶原纤维。过150目滤网,收集沉淀。再用10L的0.5M的氯化钠溶液冲洗收集的胶原纤维沉淀,得到脱脂后的胶原纤维。
5、向脱脂后的胶原纤维中加入40kg的0.2M醋酸溶液,搅拌彻底溶解胶原纤维沉淀,然后压滤过70目的滤网。过滤后的溶液加入30g的胃蛋白酶,在4℃的条件下酶解46小时,得到胶原原液。
6、将上述胶原原液过250目滤网,收集滤液,在滤液中加入2.32kg氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后再次过滤收集沉淀。
7、将上一步骤所得沉淀加入8倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析。
实施例3
酸性酶解法提取牛皮胶原蛋白
如图1提取胶原蛋白的流程图所示
1、冷鲜保存的牛皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去牛皮表面的毛,用质量分数为2.1%的碳酸钠溶液浸泡清洗牛皮,清洗完成后用去离子水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的牛皮切成厚度2mm左右皮条,分切后的牛皮条作为提取胶原蛋白的原材料,称重为1kg。
3、用40kg的0.5M醋酸溶液浸泡所述牛皮条,使其完全溶胀呈透明状。
4、将溶胀后变透明的牛皮条过胶体磨,充分粉碎,并控制温度低于35℃。然后加入2g的十二烷基苯磺酸钠,搅拌2.5h,洗脱脂肪。再加入1.16kg氯化钠进行盐析,充分搅拌溶解,析出胶原纤维。过200目滤网,收集沉淀。再用10L的0.6M的氯化钠溶液冲洗收集的胶原纤维沉淀,得到脱脂后的胶原纤维。
5、向脱脂后的胶原纤维中加入55kg的0.2M醋酸溶液,搅拌彻底溶解胶原纤维沉淀,然后压滤过70目的滤网。过滤后的溶液加入30g的胃蛋白酶,在4℃的条件下酶解约两天,得到胶原原液。
6、将上述胶原原液过250目滤网,收集滤液,在滤液中加入2.22kg氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后再次过滤收集沉淀。
7、将上一步骤所得沉淀加入6倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析。
实施例4
酸性酶解法提取牛皮和猪皮的混合皮的胶原蛋白
如图1提取胶原蛋白的流程图所示
1、准备处理干净的2kg的牛皮和猪皮的混合皮作为提取胶原蛋白的原材料。
2、用40kg的1.0M盐酸溶液浸泡所述混合皮,使其完全溶胀呈透明状。
3、将溶胀后变透明的混合皮经过粉碎机,充分粉碎,并控制温度低于35℃。然后加入40g的十二烷基苯磺酸钠,搅拌1.5h,洗脱脂肪。再加入5L的2M硫酸钠溶液进行盐析,充分搅拌溶解,析出胶原纤维。过120目滤网,收集沉淀。再用6L的1.0M的氯化镁溶液冲洗收集的胶原纤维沉淀,得到脱脂后的胶原纤维。
4、向脱脂后的胶原纤维中加入80kg的0.5M盐酸溶液,搅拌彻底溶解胶原纤维沉淀,然后压滤过50目的滤网。过滤后的溶液加入2g的胃蛋白酶,在10℃的条件下酶解35小时后,得到胶原原液。
5、将上述胶原原液过300目滤网,收集滤液,在滤液中加入4.64kg氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后再次过滤收集沉淀。
6、将上一步骤所得沉淀加入6倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析,干燥,得到胶原蛋白。
实施例5
酸性酶解法提取猪皮胶原蛋白
如图1提取胶原蛋白的流程图所示
1、冷鲜保存的猪皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去猪皮表面的毛,用质量分数为1.5%的碳酸氢钠溶液浸泡清洗猪皮,清洗完成后用蒸馏水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的猪皮切成直径为5mm的猪皮块,分切后的猪皮块作为提取胶原蛋白的原材料,称重为5kg。
3、用50kg的1.5M醋酸溶液浸泡所述猪皮块,使其完全溶胀呈透明状。
4、将溶胀后变透明的猪皮块经过匀浆机,充分粉碎,并控制温度低于35℃。然后加入200g的十二烷基苏氨酸钠,搅拌1.0h,洗脱脂肪。再加入5.8kg氯化钠进行盐析,充分搅拌溶解,析出胶原纤维。过80目滤网,收集沉淀。再用10L的1.5M的硫酸钠溶液冲洗收集的胶原纤维沉淀,得到脱脂后的胶原纤维。
5、向脱脂后的胶原纤维中加入100kg的1.5M盐酸溶液,搅拌彻底溶解胶原纤维沉淀,然后压滤过120目的滤网。过滤后的溶液加入250g的胃蛋白酶,在17℃的条件下酶解24小时,得到胶原原液。
6、将上述胶原原液过400目滤网,收集滤液,在滤液中加入11.6kg的氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后再次过滤收集沉淀。
7、将上一步骤所得沉淀加入4倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析,干燥,得到胶原蛋白。
实施例6
酸性酶解法提取兔皮胶原蛋白
如图1提取胶原蛋白的流程图所示
1、冷鲜保存的兔皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去兔皮表面的毛,用质量分数为2.5%的碳酸钠溶液浸泡清洗兔皮,清洗完成后用去离子水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的兔皮切成直径为3mm兔皮块,分切后的兔皮块作为提取胶原蛋白的原材料,称重为6kg。
3、用12kg的2.0M硫酸溶液浸泡所述兔皮块,使其完全溶胀呈透明状。
4、将溶胀后变透明的兔皮块过胶体磨,充分粉碎,并控制温度低于35℃。然后加入360g的脂肪酸甲酯磺酸钠,搅拌0.5h,洗脱脂肪。再加入10L的1M氯化镁溶液进行盐析,充分搅拌溶解,析出胶原纤维。过50目滤网,收集沉淀。再用5L的2.0M的硫酸钠溶液冲洗收集的胶原纤维沉淀,得到脱脂后的胶原纤维。
5、向脱脂后的胶原纤维中加入360kg的2.0M醋酸溶液,搅拌彻底溶解胶原纤维沉淀,然后压滤过150目的滤网。过滤后的溶液加入240g的胃蛋白酶,在15℃的条件下酶解30小时,得到胶原原液。
6、将上述胶原原液过500目滤网,收集滤液,在滤液中加入13.92kg氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后再次过滤收集沉淀。
7、将上一步骤所得沉淀进行超滤,干燥,得到胶原蛋白。
对比实施例1
现有技术常规的酸性酶解法提取牛皮胶原蛋白
1、冷鲜保存的牛皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去牛皮表面的毛,用质量分数为2%的碳酸钠溶液浸泡清洗牛皮,清洗完成后用去离子水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的牛皮切成厚度2mm左右皮条,分切后的牛皮条作为提取胶原蛋白的原材料,称重为1kg。
3、为了脱脂干净,在上述原材料中加入脱脂液(体积比1:1的乙醇:三氯甲烷)5L,震荡浸泡处理,每隔2小时换液一次,清洗3次。然后在用5倍体积的无水乙醇清洗皮条,换液3~5次,彻底洗除三氯甲烷,最后在用纯化水冲洗掉乙醇。
4、向脱脂后的皮条中加入60kg的0.5M醋酸溶液,搅拌彻底溶胀皮条,过滤后的溶液加入30g的胃蛋白酶,在4℃的条件下酶解5-7天,得到胶原原液。
5、将上述步骤得到的胶原原液进行离心工艺,取上清液,在上清液中加入氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后过滤收集沉淀。
6、将上一步骤所得沉淀加入8倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析,干燥,得到胶原蛋白。
对比实施例2
1、冷鲜保存的牛皮,用刀片割去肉眼可见的肉、脂肪、其他软组织,刮刀刮去牛皮表面的毛,用质量分数为2%的碳酸钠溶液浸泡清洗牛皮,清洗完成后用去离子水冲洗,然后冷冻起来。
2、用切片机将冷冻后的牛皮切成厚度2mm左右皮条,分切后的牛皮条作为提取胶原蛋白的原材料,称重为1kg。
3、在上述原材料中皮条放入10倍体积的2wt%脱脂液中,在37℃下震荡,每隔12小时换脱脂液一次,经过三次处理后再用10L的0.5M的氯化钠溶液冲洗,得到脱脂后的皮条。
4、向脱脂后的皮条中加入60kg的0.5M醋酸溶液,搅拌彻底溶胀皮条溶解,过滤后的溶液加入30g的胃蛋白酶,在4℃的条件下酶解5-7天,得到胶原原液。
5、将上述步骤得到的胶原原液进行离心工艺,取上清液,在上清液中加入氯化钠,搅拌均匀,放置盐析,然后过滤收集沉淀。
6、将上一步骤所得沉淀加入8倍体积的纯化水,装入透析袋进行透析,干燥,得到胶原蛋白。
对实施例1和对比实施例2,对比实施例3制得的胶原蛋白,进行提取胶原蛋白的提取率计算、胶原蛋白脂肪含量测试。
提取的胶原蛋白原液采用冷冻干燥的方式,将样品冻干剪碎后装入索氏抽提器中,用沸程30~60℃的石油醚进行抽提6小时,最终抽提出脂质。计算的样品中脂肪含量。
表1现有技术及本发明方法提取胶原蛋白测试结果对比
对比实施例是采用现有技术的酸性酶解的常规工艺,与本发明实施例1的工艺来说,不同之处在于对比实施例1是将牛皮原材料使用有机溶剂直接进行脱脂,再进行酸性酶解,离心取上清液进行纯化。本发明实施例1的工艺是将牛皮先用酸溶液进行溶胀,胶原微纤维膨胀,分散,牛皮中含有大量水分,研磨后胶原纤维分散在水中,再去脱脂,使得脱脂力度和效率都增强而且还避免了有机溶剂的使用,分散的胶原纤维也提高了酶解速率。
如表1所示,现有技术酶反应时间在5-7天左右才能完成,而本发明的酶反应1-2天既可完成,明显加快了提取效率,缩短了提取周期。
现有技术工艺用离心方法取上清液,在一定程度上会造成原材料利用不充分,对比实施例1提取胶原蛋白的提取率为12.6%,采用实施例1的方法提取率可达到17.8%,接近于20%,提取率有明显的提高。
对实施例1所获得的胶原蛋白冻干处理,然后采用四氯化碳索氏抽提的方式测得脂肪含量为0.26%,低于医用胶原蛋白含量1%的标准(ASTMF2212-112011),采用本发明提取胶原蛋白的方法,大大增强了脱脂力度。
对实施例1提取的胶原蛋白进行电泳实验,如图2分子量分布图所示,表明样品的纯度较高,完全符合胶原蛋白电泳特点。完全符合胶原蛋白电泳特点,与sigma购买的胶原蛋白标准品相比分子量略低。主要是应为sigma胶原是采用酸从胎牛皮中溶解提取的,为没有切除端肽的胶原。(图2中第一泳道marker,第二泳道为sigma样品,第三泳道为本次提取的胶原蛋白)。
现有技术离心机成本高,且难以实现大规模的工业化生产。
本发明的实施例1的方法使用胶体磨,设备简单小型化,成本低,工业化应用更强。
与现有技术工业化应用中,有机溶剂脱脂相比,本发明无需建造甲类防爆厂房、无需购买有机溶剂、无需考虑有机溶剂。与现有技术普通的表面活性剂脱脂相比,节省的很多的时间成本,提升提取率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于主要包括以下步骤:
步骤1、将哺乳动物的皮用酸溶液浸泡,使其溶胀,得到透明或半透明状的溶胀后的皮;
步骤2、将步骤1得到的溶胀后的皮在温度低于35℃下进行研磨粉碎,得到粉碎的皮;
步骤3、向步骤2得到的粉碎的皮中加入脱脂剂,搅拌0.5-2小时,再加入中性盐溶液,搅拌均匀,析出胶原纤维,过滤得胶原纤维;然后再用第二中性盐溶液对胶原纤维进行浸泡清洗,再次过滤,得到脱脂后的胶原纤维;
步骤4、向步骤3得到的所述脱脂后的胶原纤维中加入酸溶液,调节pH至2.0-2.5,然后加入胃蛋白酶,控制温度为0-25℃,发生酸性酶解反应,得到胶原原液;
步骤5、将步骤4得到的胶原原液进行纯化工艺处理,得到胶原蛋白。
2.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤1中所述哺乳动物的皮是经过预处理和/或清洗的哺乳动物的皮。
3.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤1中所述哺乳动物是猪、牛、鹿、兔中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤1中准备哺乳动物的皮包括预处理步骤:将哺乳动物的皮去除毛、多余的肉和皮下脂肪块。
5.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤1中准备哺乳动物的皮包括清洗步骤:将哺乳动物的皮用清洗剂清洗至少一次。
6.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤1中所述的酸溶液是醋酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤1中所述酸溶液的用量是步骤1所准备的哺乳动物的皮的重量的2-50倍。
8.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,所述步骤1所述酸溶液的浓度是0.05M-2M。
9.根据权利要求1所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤3中所述脱脂剂是阴离子表面活性剂。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的酸性酶解法提取胶原蛋白的方法,其特征在于,步骤5中所述纯化工艺包括以下步骤:
步骤5a:过滤:将步骤4得到的胶原原液过250-500目滤网,收集滤液;
步骤5b:盐析:向步骤5a所得的滤液中加入第三中性盐溶液,搅拌均匀,进行盐析,过滤,收集沉淀;
步骤5c:透析:将步骤5b所得的沉淀中加入纯水,装入透析袋进行透析,干燥。
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