CN113402571A - 一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于壳寡糖生产技术领域，具体公开了一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，具体包括如下步骤：S1、选取适量动物外壳原料，洗净，其中动物外壳包括虾壳、蟹壳，应选取甲壳素含量较高的动物外壳作为原料；S2、对动物外壳原料进行脱钙、脱蛋白、脱乙酰基处理；S3、对经步骤S2处理的原料进行酶解处理，得到原液；S4、将原液导入超滤膜系统，进行超滤膜过滤处理，得到处理液；S5、将处理液导入纳滤膜系统，进行纳滤膜过滤，得到浓缩液和清液，清液导入反渗透膜系统进一步过滤后，回收利用；S6、对步骤S5处理得到的浓缩液进行干燥处理；本发明整体流程简单，成本低，生产效率高，通过超滤膜和纳滤膜对原液进行过滤，系统稳定性好，产品纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及壳寡糖生产技术领域，具体为一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法。
背景技术
壳寡糖，又叫壳聚寡糖、低聚壳聚糖，是由来源于虾蟹壳的壳聚糖降解成的带有氨基的小分子寡糖，是聚合度2～20的糖链，分子量≤3200Da，是水溶性较好、功能作用大、生物活性高的低分子量产品。它具有壳聚糖所没有的较高溶解度，全溶于水，容易被生物体吸收利用等诸多独特的功能。壳寡糖是自然界中唯一带正电荷阳离子碱性氨基低聚糖，是动物性纤维素。壳寡糖的制备方法有物理降解法(超声波降解法、γ射线辐射降解)、糖基转移反应、化学法(酸法水解、氧化法)和酶法(专一性酶降解、非专一性酶降解)等。其中较为常用的是酶解法，但酶解后的溶液中除壳寡糖外还含有大量其他成分，影响产品纯度，仍需要进一步过滤纯化，但传统的过滤工艺或是流程复杂，或是处理效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，具体包括如下步骤：
S1、选取适量动物外壳原料，洗净，其中动物外壳包括虾壳、蟹壳；
S2、对动物外壳原料进行脱钙、脱蛋白、脱乙酰基处理；
S3、对经步骤S2处理的原料进行酶解处理，得到原液；
S4、将原液导入超滤膜系统，进行超滤膜过滤处理，得到处理液；
S5、将处理液导入纳滤膜系统，进行纳滤膜过滤，得到浓缩液和清液，清液导入反渗透膜系统进一步过滤后，回收利用；
S6、对步骤S5处理得到的浓缩液进行干燥处理。
优选的，所述步骤S2中的脱钙处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在1-5％的HCl溶液中5-15h，浸泡处理温度为10-40℃，浸泡至无气泡产生，取出原料洗净。
优选的，所述步骤S2中的脱蛋白处理具体包括如下步骤：将脱钙后的原料浸入2-5％的NaOH溶液中3-8h，浸泡处理温度为60-90℃，随后取出原料洗净。
优选的，所述步骤S2中的脱乙酰基处理具体包括如下步骤：将脱蛋白后的原料进入32-40％的NaOH溶液中10-15h，浸泡处理温度为70-90℃，随后取出原料洗净。
优选的，所述步骤S3中的酶解处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在醋酸溶液中，并向溶液中加入降解用酶，调节pH到3.0-7.0，在15-60℃条件下反应，直至原料完全溶解。
优选的，所述降解用酶包括几丁质酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、壳聚糖酶中的任一种或其复合物，所述降解用酶的重量为原料重量的0.5-3.0％。
优选的，所述步骤S4中的超滤膜过滤处理所采用的超滤膜为切割分子量1000-10000D的卷式有机膜或板式膜，处理温度为5-45℃，处理压力为3-10bar。
优选的，所述步骤S5中的纳滤膜过滤处理所采用的的纳滤膜的切割分子量150-500D，处理温度为5-45℃，处理压力为10-30bar，所述反渗透膜系统的切割分子量小于100D，反渗透膜过滤的处理温度为5-45℃，处理压力为10-30bar。
优选的，所述步骤S6中的干燥处理为喷雾干燥法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)高收率、高纯度：超滤膜清液澄清透亮，能够去除所有不溶性杂质和绝大部分大分子物质；通过纳滤膜进一步去除部分单糖、二糖、灰分，提高产品纯度；
2)产水回用：纳滤膜清液用反渗透膜回用至生产线上，大大降低用水量，同时也降低了环保压力；
3)产品质量高：膜浓缩工段无相变，无添加剂，无化学变化，产品纯度高；
4)整体流程简单：生产线占地小，易于操作，投资成本低，运行成本低；
5)清洁生产：全封闭管道式运行，外部环境清洁，完全满足FDA生产规范要求；
6)系统稳定性和恢复性良好：能够实现长期稳定的连续性工业化生产，且系统的可恢复性良好。
具体实施方式
下面将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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本发明提供一种技术方案：一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，具体包括如下步骤：
S1、选取适量动物外壳原料，洗净，其中动物外壳包括虾壳、蟹壳，应选取甲壳素含量较高的动物外壳作为原料；
S2、对动物外壳原料进行脱钙、脱蛋白、脱乙酰基处理；
S3、对经步骤S2处理的原料进行酶解处理，得到原液；
S4、将原液导入超滤膜系统，进行超滤膜过滤处理，得到处理液；
S5、将处理液导入纳滤膜系统，进行纳滤膜过滤，得到浓缩液和清液，清液导入反渗透膜系统进一步过滤后，回收利用；
S6、对步骤S5处理得到的浓缩液进行干燥处理。
所述步骤S2中的脱钙处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在1％的HCl溶液中5h，浸泡处理温度为10℃，浸泡至无气泡产生，取出原料洗净。
所述步骤S2中的脱蛋白处理具体包括如下步骤：将脱钙后的原料浸入2％的NaOH溶液中3h，浸泡处理温度为60℃，随后取出原料洗净，脱钙、脱蛋白后的原料中主要成分为甲壳素。
所述步骤S2中的脱乙酰基处理具体包括如下步骤：将脱蛋白后的原料进入32％的NaOH溶液中10h，浸泡处理温度为70℃，随后取出原料洗净，甲壳素在一定温度下在碱液中反应，脱乙酰基，形成壳聚糖。
所述步骤S3中的酶解处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在醋酸溶液中，并向溶液中加入降解用酶，调节pH到7.0，在15℃条件下反应，直至原料完全溶解，壳聚糖酶解后得到含有壳寡糖、固体杂质、大分子蛋白等的混合溶液。
所述降解用酶包括几丁质酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、壳聚糖酶中的任一种或其复合物，所述降解用酶的重量为原料重量的0.5％。
所述步骤S4中的超滤膜过滤处理所采用的超滤膜为切割分子量10000D的卷式有机膜或板式膜，处理温度为5℃，处理压力为3bar，混合溶液中的壳寡糖和其他小分子物质透过超滤膜，形成处理液，不溶性固形物质、大分子蛋白等被截留在超滤膜浓液中。
所述步骤S5中的纳滤膜过滤处理所采用的的纳滤膜的切割分子量500D，处理温度为5℃，处理压力为10bar，处理液中的部分单糖、二糖、灰分和大量水透过纳滤膜形成清液，壳寡糖被截留在纳滤膜浓缩液中；所述反渗透膜系统的切割分子量小于100D，反渗透膜过滤的处理温度为5℃，处理压力为10bar，纳滤膜清液进入反渗透膜系统，除水之外的杂质近乎全部被截留在反渗透膜浓液中，而反渗透膜清液中主要为水，能够回收到生产线中继续使用，降低生产成本。
所述步骤S6中的干燥处理为喷雾干燥法，得到壳寡糖成品粉末。
实施例二
相比实施例一的区别在于：所述步骤S2中的脱钙处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在3％的HCl溶液中10h，浸泡处理温度为20℃，浸泡至无气泡产生，取出原料洗净；
所述步骤S2中的脱蛋白处理具体包括如下步骤：将脱钙后的原料浸入3％的NaOH溶液中5h，浸泡处理温度为70℃，随后取出原料洗净；
所述步骤S2中的脱乙酰基处理具体包括如下步骤：将脱蛋白后的原料进入35％的NaOH溶液中13h，浸泡处理温度为80℃，随后取出原料洗净；
所述步骤S3中的酶解处理pH为5.0，在40℃条件下反应，直至原料完全溶解；
所述降解用酶的重量为原料重量的2.0％；
所述步骤S4中的超滤膜过滤处理所采用的超滤膜为切割分子量5000D的卷式有机膜或板式膜，处理温度为30℃，处理压力为5bar；
所述步骤S5中的纳滤膜过滤处理所采用的的纳滤膜的切割分子量300D，处理温度为30℃，处理压力为20bar，所述反渗透膜系统的切割分子量小于100D，反渗透膜过滤的处理温度为30℃，处理压力为20bar。
实施例三
相比实施例一的区别在于：所述步骤S2中的脱钙处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在5％的HCl溶液中15h，浸泡处理温度为40℃，浸泡至无气泡产生，取出原料洗净；
所述步骤S2中的脱蛋白处理具体包括如下步骤：将脱钙后的原料浸入5％的NaOH溶液中8h，浸泡处理温度为90℃，随后取出原料洗净；
所述步骤S2中的脱乙酰基处理具体包括如下步骤：将脱蛋白后的原料进入40％的NaOH溶液中15h，浸泡处理温度为90℃，随后取出原料洗净；
所述步骤S3中的酶解处理pH为3.0，在60℃条件下反应，直至原料完全溶解；
所述降解用酶的重量为原料重量的3.0％；
所述步骤S4中的超滤膜过滤处理所采用的超滤膜为切割分子量1000D的卷式有机膜或板式膜，处理温度为45℃，处理压力为10bar；
所述步骤S5中的纳滤膜过滤处理所采用的的纳滤膜的切割分子量150D，处理温度为45℃，处理压力为30bar，所述反渗透膜系统的切割分子量小于100D，反渗透膜过滤的处理温度为45℃，处理压力为30bar。
实验例
按照如下步骤测定成品粉末中的壳寡糖含量：
1)向比色管中分别加入0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0和6.0ml的浓度为4.00mg/ml的壳寡糖标准品储备液，后加入100μl苯酚水溶液，蒸馏水定容，摇匀，制备得到浓度梯度为0、0.40、0.80、1.20、1.60、2.00和2.40mg/ml的壳寡糖标准溶液，于荧光分光光度仪上测定荧光强度F值，并建立lnF与壳寡糖浓度X之间的线性关系曲线；
2)分别取等量的经实施例一-三所制备的壳寡糖粉末，每个实施例各取三份，加入等量蒸馏水，混合均匀，配置成为浓度为3-5mg/ml的壳寡糖溶液；
3)取步骤2)制取的样品溶液2-6ml，按步骤1)检测方法进行测定，记录荧光强度F值，计算lnF值，并带入线性回归方程中求得样品浓度，结果如下表所示：
由上表可以看出，经本发明各实施例制取的成品粉末中，壳寡糖含量稳定在90％以上，产品纯度很高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1、选取适量动物外壳原料，洗净，其中动物外壳包括虾壳、蟹壳；
S2、对动物外壳原料进行脱钙、脱蛋白、脱乙酰基处理；
S3、对经步骤S2处理的原料进行酶解处理，得到原液；
S4、将原液导入超滤膜系统，进行超滤膜过滤处理，得到处理液；
S5、将处理液导入纳滤膜系统，进行纳滤膜过滤，得到浓缩液和清液，清液导入反渗透膜系统进一步过滤后，回收利用；
S6、对步骤S5处理得到的浓缩液进行干燥处理。
2.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S2中的脱钙处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在1-5％的HCl溶液中5-15h，浸泡处理温度为10-40℃，浸泡至无气泡产生，取出原料洗净。
3.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S2中的脱蛋白处理具体包括如下步骤：将脱钙后的原料浸入2-5％的NaOH溶液中3-8h，浸泡处理温度为60-90℃，随后取出原料洗净。
4.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S2中的脱乙酰基处理具体包括如下步骤：将脱蛋白后的原料进入32-40％的NaOH溶液中10-15h，浸泡处理温度为70-90℃，随后取出原料洗净。
5.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S3中的酶解处理具体包括如下步骤：将原料浸泡在醋酸溶液中，并向溶液中加入降解用酶，调节pH到3.0-7.0，在15-60℃条件下反应，直至原料完全溶解。
6.根据权利要求5所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述降解用酶包括几丁质酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶、溶菌酶、脂肪酶、壳聚糖酶中的任一种或其复合物，所述降解用酶的重量为原料重量的0.5-3.0％。
7.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S4中的超滤膜过滤处理所采用的超滤膜为切割分子量1000-10000D的卷式有机膜或板式膜，处理温度为5-45℃，处理压力为3-10bar。
8.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S5中的纳滤膜过滤处理所采用的的纳滤膜的切割分子量150-500D，处理温度为5-45℃，处理压力为10-30bar，所述反渗透膜系统的切割分子量小于100D，反渗透膜过滤的处理温度为5-45℃，处理压力为10-30bar。
9.根据权利要求1所述的一种膜分离工艺制备壳寡糖的方法，其特征在于：所述步骤S6中的干燥处理为喷雾干燥法。
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