CN110903412A - 一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其解决现有甲壳素提取存在易产生富营养化废水而污染环境、提取纯度低的问题。其经过以下步骤：（1）原料预处理；（2）自体脂肪酸脱钙；（3）发酵脱蛋白质；（4）甲壳素净化。本发明选用酶解法降解脂肪，通过产生的羧酸除去钙等矿物质，再以微生物发酵去除蛋白质，经醇洗，超声风干，从而获得高品质甲壳素。本发明方法工艺简单、提取彻底，避免了传统工艺的酸碱分解法对矿物质、蛋白质生物效价的破坏，过程副产物可利用，得到的甲壳素灰分、脂肪和蛋白脱除彻底（脱除率均大于99%），分子质量大，具有工业化应用价值。

Description

一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法
技术领域
本发明涉及甲壳素的制备，尤其是一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法。
背景技术
甲壳素又叫几丁质，在自然界中甲壳素以α-，β-，γ-三种类型存在，其中α-甲壳素存在最广泛，β-甲壳素较少见。鱿鱼喙中含有β-甲壳素，约占鱿鱼喙重量的20-30%，因β-甲壳素更好的生物可降解性、聚集活性和易微纤化等特性备受关注。目前，未见利用鱿鱼喙制备β-甲壳素的报道。
天然甲壳素与大量的蛋白质和少量的矿物质共存，甲壳素传统生产工艺使用强酸和强碱分别去除矿物质和脱蛋白质的处理，但这种方法产生大量酸碱废水，其排放造成严重的环境问题。近年来，为了克服这个缺陷，本领域技术人员利用包括酶促反应和微生物发酵在内的生物方法的研究，虽然能避免酸碱的应用，但产生大量富营养化废水，未能彻底改变环境污染问题，再就是脱灰分和脱蛋白不彻底，也无法应用于工业化生产。
发明内容
为了克服现有甲壳素提取存在易产生富营养化废水而污染环境、提取纯度低的不足，本发明的目的在于提供一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，该制备方法是针对鱿鱼喙的结构特点，利用酶解、发酵和超声技术去除蛋白质、脂肪和矿物质，避免传统工艺过程富营养副产物的污染、甲壳素纯度不高等缺陷，从而获得适于工业化生产的鱿鱼喙提取甲壳素的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于：其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：将新鲜的或解冻的鱿鱼喙洗净，沥干，称取鱿鱼喙加入蒸馏水混合后用胶体磨粉碎，得鱿鱼喙原料，备用；
（2）自体脂肪酸脱钙：称取步骤（1）中得到的鱿鱼喙原料，加入脂肪分解酶，在30-50℃条件下酶解12-48h，虹吸去除表面漂浮的甘油，真空浓缩，静置脱钙，离心，得鱿鱼喙沉淀，备用；
（3）发酵脱蛋白质：将步骤（2）中得到的鱿鱼喙沉淀加入微生物，在35-60℃条件下发酵24-36h，过滤，得滤渣；
（4）甲壳素净化：将步骤（3）得到的滤渣水洗至洗液电导率≤1000μs/cm，然后利用乙醇脱色，超声风干，得甲壳素。
本发明的优选方面，在步骤（1）中，所述的鱿鱼喙与蒸馏水的质量比为1:1-5，所述的粉碎的粒度为80目。
本发明的优选方面，在步骤（2）中，所述的脂肪分解酶为木瓜蛋白酶、磷酸酯酶、固醇酶和羧酸酯酶中的一种或两种以上；所述的脂肪分解酶的酶活力为40000-50000U/g。
本发明的优选方面，所述的脂肪分解酶为木瓜蛋白酶和羧酸酯酶组成的混合酶，酶用量为鱿鱼喙原料重量的0.5-5.0％，木瓜蛋白酶与羧酸脂肪酶的重量比为1-3:5-6。
本发明的优选方面，在步骤（2）中，所述的静置脱钙是用脂肪分解酶水解酯类物质产生的酸，除去鱿鱼缘中包含钙在内的矿物质，作用时间为0.5-3h。
本发明的优选方面，在步骤（3）中，所述的微生物为枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、嗜热链球菌、氧化亚铁硫杆菌、微小杆菌中的一种或两种以上。
本发明的优选方面，所述的微生物是由双歧杆菌和微小杆菌组成的混合菌，接种量为鱿鱼喙沉淀重量的1-3.0％，双歧杆菌与微小杆菌的重量比为1:1-5。
本发明的优选方面，在步骤（4）中，所述的乙醇的浓度为60-95%。
本发明的优选方面，在步骤（4）中，所述的超声风干是借助超声波脱水风吹干燥。
本发明的优选方面，在步骤（2）和步骤（3）中，所述的酶解和发酵均同时进行超声波辅助处理，其中，超声处理条件为：超声频率20-40KHz，超声功率0.5-2W/cm2，超声波施加周期1-5min/h。
本发明是通过对鱿鱼喙原料加入脂肪分解酶，而使鱿鱼喙原料通过自体脂肪分解产生的脂肪酸作用，可以在不添加酸的条件下实现包含钙在内矿物质的高效脱除，整个生产过程中不使用酸等化学试剂，即环保又保障了产品的质量安全；再利用微生物对鱿鱼喙沉淀进行发酵，通过微生物培养消耗蛋白质并持续产酸作用于蛋白质和残留的钙，进一步提高蛋白质分解效果，得到脱钙率达99％、蛋白脱除率达99%、脂肪完全去除的甲壳素。与现有技术相比，本发明采用酶法联合发酵法，去除蛋白质和脂肪，同时利用自体脂肪酸去除钙质。本发明方法工艺简单、提取彻底，避免了传统工艺的酸解分解法对蛋白质和钙生物效价的破坏，过程副产物可再利用，解决了传统生物法工艺二次污染难题，环保和经济意义重大，具有工业化应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述，所述的实施案例有助于对本发明的理解和实施，并非构成对本发明的限制。
实施例1
一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：将新鲜的鱿鱼喙洗净，沥干，称取鱿鱼喙与蒸馏水按质量比为1:4混合，再采用胶体磨粉碎为80目粒度，得鱿鱼喙原料，备用；
（2）自体脂肪酸脱钙：称取步骤（1）中得到的鱿鱼喙原料，加入酶活力为40000U/g的木瓜蛋白酶和羧酸酯酶组成的混合酶，混合酶用量为鱿鱼喙原料重量的3.0％，木瓜蛋白酶与羧酸脂肪酶重量比为1:6；在45℃条件下，经36h酶解脂肪，同时进行超声波辅助处理，超声处理条件为：超声频率25KHz，超声功率1W/cm2，超声波施加周期2min/h；酶解结束后虹吸去除表面漂浮的甘油，真空浓缩，静置2.5h，用脂肪分解酶水解酯类物质产生的酸，除去鱿鱼缘中包含钙在内的矿物质，离心，得鱿鱼喙沉淀，备用；
（3）发酵脱蛋白质：将步骤（2）中得到的鱿鱼喙沉淀加入双歧杆菌和微小杆菌组成的混合菌，接种量为鱿鱼喙沉淀重量的3.0％，双歧杆菌与微小杆菌的重量比为1:2，在45℃条件下发酵30h，同时进行超声波辅助处理，超声处理条件为：超声频率25KHz，超声功率1W/cm2，超声波施加周期3min/h，发酵结束后过滤，得滤渣；
（4）甲壳素净化：将步骤（3）得到的滤渣水洗至洗液电导率≤1000μs/cm，然后利用浓度为80%的乙醇脱色，借助超声波脱水风吹干燥，得甲壳素。
本实施例采用酶法联合发酵处理，所得甲壳素蛋白质脱除率为99.97%，脂肪完全去除，利用自体脂肪酸除钙率为99.93％，甲壳素质量高，过程副产物可再利用，其具有工业化推广价值。
实施例2
一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：将解冻的鱿鱼喙洗净，沥干，称取鱿鱼喙与蒸馏水按质量比为1:1混合，再采用胶体磨粉碎为80目粒度，得鱿鱼喙原料，备用；
（2）自体脂肪酸脱钙：称取步骤（1）中得到的鱿鱼喙原料，加入酶活力为50000U/g的磷酸酯酶和固醇酶组成的混合酶，混合酶用量为鱿鱼喙原料重量的1.0％，磷酸酯酶和固醇酶重量比为1:5；在30℃条件下，经48h酶解脂肪，同时进行超声波辅助处理，超声处理条件为：超声频率20KHz，超声功率0.5W/cm2，超声波施加周期1min/h。酶解结束后虹吸去除表面漂浮的甘油，真空浓缩，静置1.5h脱钙，离心，得鱿鱼喙沉淀，备用；
（3）发酵脱蛋白质：将步骤（2）中得到的鱿鱼喙沉淀加入枯草芽孢杆菌、嗜热链球菌和氧化亚铁硫杆菌组成的混合菌，接种量为鱿鱼喙沉淀重量的2.0％，枯草芽孢杆菌、嗜热链球菌和氧化亚铁硫杆菌的重量比为1: 1:2，在35℃条件下发酵36h，同时进行超声波辅助处理，超声处理条件为：超声频率20KHz，超声功率1W/cm2，超声波施加周期1min/h，得滤渣；
（4）甲壳素净化：将步骤（3）得到的滤渣水洗至洗液电导率≤1000μs/cm，然后利用浓度为65%的乙醇脱色，超声风干，得甲壳素。
本实施例采用酶法联合发酵处理，所得甲壳素蛋白质脱除率为99.01%，脂肪去除率为99.35%，利用自体脂肪酸除钙率为99.15％，甲壳素质量高，过程副产物可再利用。
实施例3
一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：将新鲜的鱿鱼喙洗净，沥干，称取鱿鱼喙与蒸馏水按质量比为1: 5混合，再采用胶体磨粉碎为80目粒度，得鱿鱼喙原料，备用；
（2）自体脂肪酸脱钙：称取步骤（1）中得到的鱿鱼喙原料，加入酶活力为50000U/g的木瓜蛋白酶和羧酸酯酶组成的混合酶，混合酶用量为甲壳素原料重量的5.0％，木瓜蛋白酶与羧酸脂肪酶重量比为2: 6；在50℃条件下，经12h酶解脂肪，同时进行超声波辅助处理，超声处理条件为：超声频率30KHz，超声功率1W/cm2，超声波施加周期5min/h。酶解结束后虹吸去除表面漂浮的甘油，真空浓缩，静置3h脱钙，离心，得鱿鱼喙沉淀，备用；
（3）发酵脱蛋白质：将步骤（2）中得到的鱿鱼喙沉淀加入双歧杆菌和微小杆菌组成的混合菌，接种量为甲壳素原料重量的1.0％，双歧杆菌与微小杆菌的重量比为1:5，在50℃条件下，发酵24h，同时进行超声波辅助处理，超声处理条件为：超声频率40KHz，超声功率2W/cm2，超声波施加周期5min/h，发酵结束后过滤，得滤渣；
（4）甲壳素净化：将步骤（3）得到的滤渣水洗至洗液电导率≤1000μs/cm，然后利用浓度为95%的乙醇脱色，超声风干，得甲壳素。
本实施例采用酶法联合发酵处理，所得甲壳素蛋白质脱除率为99.69%，脂肪完全去除，利用自体脂肪酸除钙率为99.13％，甲壳素质量高，过程副产物可再利用，本发明具有工业化推广价值。
对比例1
在本对比例中，其制备方法和实施例1基本相同，其区别在于：不使用步骤（2）中的酶解处理。
对比例2
在本对比例中，其制备方法和实施例1基本相同，其区别在于：不使用步骤（3）中的发酵处理。
对比例3
在本对比例中，其制备方法和实施例1基本相同，其区别在于：步骤（2）中的酶解处理和步骤（3）中的发酵处理均不使用。
将上述实施例和对比例中从鱿鱼喙提取的甲壳素进行蛋白质、脂肪和钙脱除率比较，见表1所示。
表1不同实施例及对比例获得的甲壳素中蛋白质、脂肪和钙脱除率
组别 蛋白质脱除率/% 脂肪脱除率/% 钙脱除率/%
实施例1 99.97 100 99.93
实施例2 99.01 99.35 99.15
实施例3 99.69 100 99.13
对比例1 79.23 8.47 63.45
对比例2 76.45 50.22 81.76
对比例3 1.08 12.16 0.09
由表1中可知，酶解法联合发酵法自体脂肪酸脱钙效果显著，制备的甲壳素质量最理想。这可能由于酶解消耗了脂肪，产生脂肪酸，除脱钙，还引起蛋白质变性，为蛋白质高效发酵创造了条件，二者协同作用致使结合于甲壳素的蛋白质和钙盐被剥离、消耗，蛋白质、脂肪和钙的脱除率均在99%以上，提取的甲壳素效果好。

Claims (10)

1.一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于：其经过以下工艺步骤：
（1）原料预处理：将新鲜的或解冻的鱿鱼喙洗净，沥干，称取鱿鱼喙加入蒸馏水混合后用胶体磨粉碎，得鱿鱼喙原料，备用；
（2）自体脂肪酸脱钙：称取步骤（1）中得到的鱿鱼喙原料，加入脂肪分解酶，在30-50℃条件下酶解12-48h，虹吸去除表面漂浮的甘油，真空浓缩，静置脱钙，离心，得鱿鱼喙沉淀，备用；
（3）发酵脱蛋白质：将步骤（2）中得到的鱿鱼喙沉淀加入微生物，在35-60℃条件下发酵24-36h，过滤，得滤渣；
（4）甲壳素净化：将步骤（3）得到的滤渣水洗至洗液电导率≤1000μs/cm，然后利用乙醇脱色，超声风干，得甲壳素。
2.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述的鱿鱼喙与蒸馏水的质量比为1:1-5，所述的粉碎的粒度为80目。
3.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述的脂肪分解酶为木瓜蛋白酶、磷酸酯酶、固醇酶和羧酸酯酶中的一种或两种以上；所述的脂肪分解酶的酶活力为40000-50000U/g。
4.根据权利要求1或3所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于：所述的脂肪分解酶为木瓜蛋白酶和羧酸酯酶组成的混合酶，酶用量为鱿鱼喙原料重量的0.5-5.0％，木瓜蛋白酶与羧酸脂肪酶的重量比为1-3:5-6。
5.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述的静置脱钙是用脂肪分解酶水解酯类物质产生的酸，除去鱿鱼缘中包含钙在内的矿物质，作用时间为0.5-3h。
6.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述的微生物为枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、嗜热链球菌、氧化亚铁硫杆菌、微小杆菌中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1或6所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，所述的微生物是由双歧杆菌和微小杆菌组成的混合菌，接种量为鱿鱼喙沉淀重量的1-3.0％，双歧杆菌与微小杆菌的重量比为1:1-5。
8.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述的乙醇的浓度为60-95%。
9.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于：所述的超声风干是借助超声波脱水风吹干燥。
10.根据权利要求1所述的一种自体脂肪酸脱钙的甲壳素制备方法，其特征在于，在步骤（2）和步骤（3）中，所述的酶解和发酵均同时进行超声波辅助处理，其中，超声处理条件为：超声频率20-40KHz，超声功率0.5-2W/cm2，超声波施加周期1-5min/h。
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