CN113388050A - 一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其解决现有酸碱法提取壳聚糖存在环境污染严重、时间周期长的问题。其包括以下步骤：1）鱿鱼扇形骨原料处理；2）纯化；3）发酵处理；4）干燥。本发明以鱿鱼扇形骨为原料，通过冷冻干燥、控温碳化，在纯化剥离甲壳素同时将矿物质、蛋白质、脂肪等成分转化为微生物可利用的营养，实现第一次净化，添加复合微生物进行二次净化耦合生产壳聚糖，发酵产物经醇沉、干燥获得产品。本发明采用干热法联合生物法制备壳聚糖，提取率高、生物活性强，工艺操作简单高效，条件温和，易控制，环境污染少，不会对β‑甲壳素的结构造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及壳质多糖的制备，尤其是一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法。
背景技术
鱿鱼加工产生大量副产物，包括鱿鱼扇形骨、内壳等，这些下脚料利用很少，除部分作为鱼粉或饲料，大部分作垃圾处理，资源浪费严重。研究表明，鱿鱼扇形骨含有大量甲壳素。而甲壳素又名甲壳质，几丁质等，是一种由N-乙酰-D-氨基葡萄糖通过β-1 ,4糖苷键连接而成的天然高分子线性多糖，是自然界中第二丰富的生物聚合物。甲壳素能清除人体内的“垃圾”，达到预防疾病、延年益寿的目的，目前广泛应用于农业、医药、日用化工、食品加工等诸多领域。在自然界中甲壳素以三种晶型存在，分别为α，β 以及γ， 其中α-甲壳素存在最广泛,β-甲壳素较少见。从鱿鱼的扇形骨提取的甲壳素为β-甲壳素。β-甲壳素相比α-甲壳素，有更好的生物可降解性、聚集活性和易微纤化等特性。
目前，工业上壳聚糖的制取主要由虾蟹等动物的甲壳作原料，其制备工艺主要为酸碱法，用盐酸脱钙，用氢氧化钠脱蛋白质，用低浓度的碱液脱除乙酰基。这种酸碱法提取壳聚糖虽然成本较低，操作简单，但存在环境污染严重，时间周期长，且易使壳聚糖降解等问题。物理法可以得到较高分子量的甲壳素，但此法工艺复杂，耗时较长。
发明内容
为了克服现有酸碱法提取壳聚糖存在环境污染严重、时间周期长的不足，本发明的目的在于提供一种操作简单高效、工艺条件温和的利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法。该制备方法是以鱿鱼扇形骨为原料，通过冷冻干燥、控温碳化，在纯化剥离甲壳素同时将矿物质、蛋白质、脂肪等成分转化为微生物可利用的营养，实现第一次净化，添加复合微生物进行二次净化耦合生产壳聚糖，发酵产物经醇沉、干燥获得产品。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，其经过以下工艺步骤：
1）鱿鱼扇形骨原料处理
选取冷冻或新鲜的鱿鱼扇形骨，用纯净水清洗干净，冷冻干燥后备用；
2）纯化
取步骤1）中得到的冻干的鱿鱼扇形骨，放入氮气环境，加热至150-200℃，恒温60-90min，得碳化鱿鱼扇形骨；
3）发酵处理
取步骤2）中得到的碳化鱿鱼扇形骨，超微粉碎，加入混合微生物，加入纯净水并搅匀，在温度30-37℃震荡培养48-72h，发酵同时进行超声波处理，发酵结束升温至95-100℃，恒温20-30min，离心，取上清液；
4）干燥
取步骤3）中得到的上清液，加入95%乙醇，静置离心取沉淀，冷冻干燥，即得壳聚糖。
作为优选，在步骤2）中，所述的碳化鱿鱼扇形骨是除甲壳素（甲壳素碳化温度在260℃以上）以外的物质碳化，可作为步骤3）中微生物的营养。
作为优选，在步骤3）中，所述的混合微生物添加量为处理的鱿鱼扇形骨重量的3-5%。
作为优选，在步骤3）中，所述的混合微生物为乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉。
作为优选，所述的乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉质量比为1:2:3-5。
作为优选，在步骤3）中，所述的碳化鱿鱼扇形骨和混合微生物总重与纯净水质量比为1:15-25。
作为优选，在步骤3）中，所述的超声波处理条件为：超声频率8-12KHz，超声功率0.5-1.2W/cm2，超声波施加时长2-4min/h/次。
作为优选，在步骤4）中，所述的离心的速度为1000-1500rad/min。
本发明有益效果：
本发明采用干热法去除鱿鱼扇形骨中的蛋白质、脂肪和矿物质，净化了甲壳素，同时由于碳化温度不同，甲壳素的理化性状无变化，碳化物又可作为甲壳素生物分解时微生物营养。营养物的去除减少了环境污染，这种利用物质炭化温度不同进行杂质去除的工艺鲜见报道。本发明使用的甲壳素降解微生物组合，可对甲壳素进行讲解的同时将残留的蛋白质、矿物质进行二次分解利用，起到了二次净化作用。本发明采用干热法联合生物法制备壳聚糖，提取率高、生物活性强，工艺操作简单高效，条件温和，易控制，不会对β-甲壳素的结构造成影响。本发明综合利用水产品加工的副产物来制备壳聚糖，降低成本，污染环境少，利于大规模推广生产。
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。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
实施例1
一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其经过以下工艺步骤：
1）鱿鱼扇形骨原料处理
选取冷冻或新鲜的鱿鱼扇形骨，用纯净水清洗干净，冷冻干燥后备用；
2）纯化
取步骤1）中得到的冻干的鱿鱼扇形骨，放入氮气环境，加热至180℃，恒温80min，得碳化鱿鱼扇形骨；所述碳化鱿鱼扇形骨是除甲壳素（甲壳素碳化温度在260℃以上）以外的物质碳化，作为微生物的营养；
3）发酵处理
取步骤2）中是到的碳化鱿鱼扇形骨，超微粉碎，加入混合微生物，加入纯净水并搅匀，在温度36℃震荡培养60h，发酵同时进行超声波处理，发酵结束升温至95℃，恒温25min，离心，取上清液；其中，所述的混合微生物为乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉，质量比为1:2:4，添加量为碳化鱿鱼扇形骨重量的4%；所述的碳化鱿鱼扇形骨和混合微生物总重与纯净水质量比为1:22；所述的超声波处理条件为：超声频率10KHz，超声功率0.8W/cm2，超声波施加时长3min/h/次；
4）干燥
取步骤3）中的上清液，加入95%乙醇，静置离心取沉淀，冷冻干燥，即得壳聚糖；其中，所述的离心的速度为1200 rad/min。
实施例2
一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其经过以下工艺步骤：
1）鱿鱼扇形骨原料处理
选取新鲜的鱿鱼扇形骨，用纯净水清洗干净，冷冻干燥后备用；
2）纯化
取步骤1）中得到的冻干的鱿鱼扇形骨，放入氮气环境，加热至150℃，恒温60min，得碳化鱿鱼扇形骨；所述碳化鱿鱼扇形骨是除甲壳素（甲壳素碳化温度在260℃以上）以外的物质碳化，作为微生物的营养；
3）发酵处理
取步骤2）中得到的碳化鱿鱼扇形骨，超微粉碎，加入混合微生物，加入纯净水并搅匀，在温度30℃震荡培养48h，发酵同时进行超声波处理，发酵结束升温至95℃，恒温20min，离心，取上清液；其中，所述的混合微生物为乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉，质量比为1:2:3，添加量为碳化鱿鱼扇形骨重量的3%；所述的碳化鱿鱼扇形骨和混合微生物总重与纯净水质量比为1:15；所述的超声波处理条件为：超声频率8KHz，超声功率0.5W/cm2，超声波施加时长2min/h/次；
4）干燥
取步骤3）中得到的上清液，加入95%乙醇，静置离心取沉淀，冷冻干燥，即得壳聚糖；其中，所述的离心的速度为1000rad/min。
实施例3
一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其经过以下工艺步骤：
1）鱿鱼扇形骨原料处理
选取冷冻的鱿鱼扇形骨，用纯净水清洗干净，冷冻干燥后备用；
2）纯化
取步骤1）中得到的冻干的鱿鱼扇形骨，放入氮气环境，加热至200℃，恒温90min，得碳化鱿鱼扇形骨；所述碳化鱿鱼扇形骨是除甲壳素（甲壳素碳化温度在260℃以上）以外的物质碳化，作为微生物的营养；
3）发酵处理
取步骤2）中得到的碳化鱿鱼扇形骨，超微粉碎，加入混合微生物，加入纯净水并搅匀，在温度37℃震荡培养72h，发酵同时进行超声波处理，发酵结束升温至100℃，恒温30min，离心，取上清液；其中，所述的混合微生物为乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉，质量比为1:2: 5，添加量为碳化鱿鱼扇形骨重量的5%；所述的碳化鱿鱼扇形骨和混合微生物总重与纯净水质量比为1: 25；所述的超声波处理条件为：超声频率12KHz，超声功率1.2W/cm2，超声波施加时长4min/h/次；
4）干燥
取步骤3）中得到的的上清液，加入95%乙醇，静置离心取沉淀，冷冻干燥，即得壳聚糖；其中，所述的离心的速度为1500rad/min。
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：不进行步骤2）操作。
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：步骤3）中不添加混合微生物。
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3）中不进行超声辅助处理。
将上述实施例和对比例进行提取率和纯度比较，提取率为最终获得的产物与原料重量之比，结果见表1所示。
表1不同处理条件鱿鱼扇形骨壳聚糖提取率和纯度分析
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 提取率/% | 98.4 | 96.7 | 98.3 | 67.6 | 0 | 85.9 |
| 纯度/% | 99.9 | 99.2 | 99.1 | 74.3 | -- | 99.2 |
表1结果表明，本发明实施例1-3均取得理想提取率和纯度，提取与纯化耦合的壳聚糖制备方法，即干热法联合生物法构成壳聚糖制备的先进工艺。对比例1-3壳聚糖的提取受碳化处理、微生物发酵和超声处理的显著影响，其中碳化处理决定壳聚糖提取率，尤其对出度影响显著。微生物提取纯化是影响提取率的决定因素。鱿鱼扇形骨碳化处理有效启动后续甲壳素的分解，碳化技术的应用提高了壳聚糖制备，而微生物的利用保证了甲壳素制备壳聚糖工艺的有效性。
Claims (8)
1.一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，其经过以下工艺步骤：
1）鱿鱼扇形骨原料处理
选取冷冻或新鲜的鱿鱼扇形骨，用纯净水清洗干净，冷冻干燥后备用；
2）纯化
取步骤1）中得到的冻干的鱿鱼扇形骨，放入氮气环境，加热至150-200℃，恒温60-90min，得碳化鱿鱼扇形骨；
3）发酵处理
取步骤2）中得到的碳化鱿鱼扇形骨，超微粉碎，加入混合微生物，加入纯净水并搅匀，在温度30-37℃震荡培养48-72h，发酵同时进行超声波处理，发酵结束升温至95-100℃，恒温20-30min，离心，取上清液；
4）干燥
取步骤3）中得到的上清液，加入95%乙醇，静置离心取沉淀，冷冻干燥，即得壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，在步骤2）中，所述的碳化鱿鱼扇形骨是除甲壳素（甲壳素碳化温度在260℃以上）以外的物质碳化，可作为步骤3）中微生物的营养。
3.根据权利要求1所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，在步骤3）中，所述的混合微生物添加量为处理的鱿鱼扇形骨重量的3-5%。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，在步骤3）中，所述的混合微生物为乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉。
5.根据权利要求4所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，所述的乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和拟青霉质量比为1:2:3-5。
6.根据权利要求1所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，在步骤3）中，所述的碳化鱿鱼扇形骨和混合微生物总重与纯净水质量比为1:15-25。
7.根据权利要求1所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，在步骤3）中，所述的超声波处理条件为：超声频率8-12KHz，超声功率0.5-1.2W/cm2，超声波施加时长2-4min/h/次。
8.根据权利要求1所述的一种利用鱿鱼扇形骨制备壳聚糖的方法，其特征在于，在步骤4）中，所述的离心的速度为1000-1500rad/min。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114672528A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-28 | 集美大学 | 一种甲壳素的制备方法 |
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2021
- 2021-08-03 CN CN202110888254.1A patent/CN113388050A/zh active Pending
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