CN115382877A - 一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于酶制剂技术领域，具体提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：(1)将带膜蛋壳洗净，装入容器中，并向容器中加水；(2)向容器中加入非淀粉多糖酶进行一次酶解；(3)向一次酶解产物中加入蛋白酶进行二次酶解，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；(4)将酶解液灭酶后干燥，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。本发明提供的这种方法采用分步酶解降低蛋壳和蛋壳膜之间的作用力，达到蛋壳和蛋壳膜达到分离的目的，效果优于物理法和化学法，避免了蛋白质的变性，可控性好，条件温和，副产物少，降低环境污染。
Description
技术领域
本发明属于酶制剂技术领域，具体涉及一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法。
背景技术
废弃鸡蛋壳主要包括蛋壳、蛋壳膜和残留蛋清三个部分，鸡蛋壳钙元素含量丰富，主要是无机物碳酸钙，其含量高达93％，有机物成分只占3％～6％，主要为蛋白质。蛋壳膜为包裹在蛋白之间的纤维质膜，是由坚韧的角蛋白所构成的有机纤维网，其中含有大量的角蛋白、胶原蛋白、生物活性肽等，此外还含有N-乙酰氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖酸、透明质酸、硫酸软骨素、氨基酸等生物活性高分子物质。壳膜分为两层，外壳膜较厚，紧贴着蛋壳，是一层不透明、无结构的膜，作用是避免鸡蛋内容物水分蒸发；内壳膜约为前者厚度的1/3，附着在外壳膜的内层，空气能自由通过此膜。内壳膜与外壳膜大多紧密接合，仅在蛋的钝端二者分离构成气室。
目前报道的文献中壳膜分离主要方法有物理法、化学法、酶解法三种方法。物理法主要是采用人工剥离、水浸泡以及利用壳膜比重的不同或辅之超声波进行分离。机械法在一定程度上会造成鸡蛋壳和鸡蛋壳膜的破裂，对其要求非常高。化学法一般是利用强酸和强碱进行分离，由于鸡蛋壳和鸡蛋壳膜中含有丰富的蛋白质，在使用强酸或者强碱处理时，会使蛋白质失活，造成鸡蛋壳膜和鸡蛋壳的营养浪费。酶解法比较温和，但是目前报道的均是使用蛋白酶进行酶解，酶解效率低，且分离不彻底。我国每年约产生400万吨废弃鸡蛋壳，造成严重的环境污染和资源浪费，废弃鸡蛋壳的重新利用不仅环保、节约资源，还为科学研究和工业生产提供了磁疗，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中蛋壳和壳膜分离成本高、操作复杂、效率低的问题。
为此，本发明提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入容器中，并向容器中加水；
(2)向容器中加入非淀粉多糖酶进行一次酶解；
(3)向一次酶解产物中加入蛋白酶进行二次酶解，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；
(4)将酶解液灭酶后干燥，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。
具体的，上述步骤(2)中非淀粉多糖酶包括纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶或果胶酶中的至少两种。
具体的，上述步骤(2)中非淀粉多糖酶与带膜蛋壳的质量比为(0.55-2)：100。
具体的，上述非淀粉多糖酶包括纤维素酶和果胶酶；所述纤维素酶与所述果胶酶的质量比为(0.5-1)：(0.05-1)。
具体的，上述步骤(2)中酶解pH为4.5-5.5，酶解温度为40-55℃，酶解时间为4h以上。
具体的，上述步骤(3)中蛋白酶包括酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、木瓜蛋白酶和角蛋白酶中的至少两种。
具体的，上述步骤(3)中蛋白酶与带膜蛋壳质量比为(2-6)：100。
具体的，上述蛋白酶包括风味蛋白酶和角蛋白酶；所述风味蛋白酶与所述角蛋白酶的质量比为(1-3)：(1-3)。
具体的，上述步骤(3)中酶解pH为6-7，酶解温度为40-55℃，酶解时间为2h以上。
具体的，上述步骤(4)中干燥温度为45-55℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的这种分离蛋壳与蛋壳膜的方法利用非淀粉多糖酶有效水解蛋壳膜的纤维层，降低壳膜的粘度，改善壳膜的空间网络结构；利用蛋白酶通过作用于含疏水羧基的肽键，将蛋壳上的角蛋白酶解，同时也酶解蛋壳膜的角蛋白。分步酶解法降低蛋壳和蛋壳膜之间的作用力，达到蛋壳和蛋壳膜达到分离的目的。此外，先添加非淀粉多糖酶进行酶解，后添加蛋白酶进行酶解，避免了蛋白酶将非淀粉多糖酶分解。本发明提供的这种分离蛋壳与蛋壳膜的方法优于物理法和化学法，避免了蛋白质的变性，可控性好，条件温和，副产物少，降低环境污染。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1中干燥后蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图2是本发明实施例2中干燥后蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图3是本发明实施例3中干燥后蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图4是本发明比较例1中干燥后蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图5是本发明比较例2中干燥后蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图6是本发明比较例3中干燥后蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图7是本发明比较例3中干燥前蛋壳和蛋壳膜分离示意图。
图8是本发明实施例1和比较例1酶解过程对比图；A为比较例1，B为实施例1。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
本发明提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入容器中，并向容器中加水，水没过容器底部即可。
(2)向容器中加入非淀粉多糖酶进行一次酶解，酶解pH为4.5-5.5，酶解温度为40-55℃，酶解时间为4h以上。
非淀粉多糖酶能够水解鸡蛋壳膜表面的纤维层，降低鸡蛋壳膜的粘度，改善鸡蛋壳膜空间网络结构，有利于鸡蛋壳膜和鸡蛋壳进行分离。
非淀粉多糖酶包括纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶或果胶酶中的至少两种，可以增强非淀粉多糖酶的功能。
其中，纤维素酶是是一类能从蛋白质和多肽N端选择性切除氨基酸残基由多种水解酶组成的一个复杂酶系，它们协同作用分解纤维素，纤维素酶作用于鸡蛋中间那层薄膜纤维层，使纤维层出现网格化，有利于其他酶制剂对鸡蛋清进行酶解。
木聚糖酶是一类降解木聚糖的酶系，包括β-1,4-内切木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-葡糖苷酸酶、乙酰基木聚糖酶和酚酸酯酶，可降解自然界中大量存在的木聚糖类半纤维素，对于鸡蛋壳膜的表面的纤维层有分解作用。
葡聚糖酶是一种内切酶，专一作用于β-葡聚糖的1,3及1,4糖苷键，产生3-5个葡萄糖单位的低聚糖及葡萄糖，可以有效分解谷类植物胚乳细胞壁中的β-葡聚糖，降低非淀粉多糖及其抗营养因子的含量。
果胶酶是指分解植物主要成分-果胶质的酶类，实际应用中，单一的果胶酶或者单一的纤维素酶的作用远不如果胶酶和纤维素酶的复合酶系。
一次酶解中非淀粉多糖酶与带膜蛋壳的质量比为(0.55-2)：100。
优选的，非淀粉多糖酶包括纤维素酶和果胶酶，纤维素酶与果胶酶的质量比为(0.5-1)：(0.05-1)。
(3)向一次酶解产物中加入蛋白酶进行二次酶解，酶解pH为6-7，酶解温度为40-55℃，酶解时间为2h以上，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；
蛋白酶能够通过作用于含疏水羧基的肽键，将鸡蛋壳酶解成多肽和寡肽，达到分离鸡蛋壳和鸡蛋壳膜的目的。
蛋白酶包括酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、木瓜蛋白酶和角蛋白酶中的至少两种，两种蛋白酶配合使用，可以增强蛋白的水解作用。
其中，酸性蛋白酶是指蛋白酶具有较低的最适pH，而不是指酸性基团存在于酶的活性部位，酸性蛋白酶用以改良淀粉，提高食品风味、改良品质，能提高氨基酸含量。
中性蛋白酶是一种肽键内切酶，可以将大分子蛋白质剪切成小分子多肽，催化速率较高，可将鸡蛋清水解成多肽和寡肽，并且苦味肽产生较少，使其易为人体消化吸收。
碱性蛋白酶是丝氨酸酶，活性中心包含丝氨酸，通过羟基与底物多肽中的羧基结合而形成酶-底物络合物，从而进行酰化和去酰化反应使底物水解。
风味蛋白酶使风味前体物水解，从而释放出风味物质，增强和改善食品的风味。风味酶还可以控制肽的苦味，其原理为通过内切蛋白酶切断多肽内部的肽键，形成短链肽，其中一些含有疏水氨基酸，因而成为苦肽，使用外切酶每一次从多肽链的末端切断释放一个氨基酸，从而把苦肽彻底降解为氨基酸。
木瓜蛋白酶是番木瓜中含有的一种特异性蛋白酶，它是一种含巯基(-SH)肽链内切酶，具有蛋白酶和酯酶的活性，有较广泛的特异性，对动植物蛋白、多肽、酯和酰胺等有较强的水解能力，同时还具有合成功能，能把蛋白水解物合成为类蛋白质，提高产品的保水性。
角蛋白酶可以酶解鸡蛋壳膜中含有的大量角蛋白。
二次酶解中使用的蛋白酶与带膜蛋壳质量比为(2-6)：100。
优选的，蛋白酶包括风味蛋白酶和角蛋白酶；风味蛋白酶与角蛋白酶的质量比为(1-3)：(1-3)。
(4)将酶解液在80℃灭酶15min后在45-55℃干燥，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。
下面通过具体实施例对本发明的分离蛋壳与蛋壳膜的方法的效果进行研究。
实施例1：
本实施例提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入反应器中，并向反应器中加水，水没过反应器底部即可。
(2)向反应器中加入纤维素酶和果胶酶进行一次酶解，带膜蛋壳、纤维素酶、果胶酶的质量比为100：0.75：0.525；酶解pH为5，酶解温度为50℃，酶解时间为4h。
(3)向一次酶解产物中加入角蛋白酶和风味蛋白酶进行二次酶解，带膜蛋壳、角蛋白酶、风味蛋白酶的质量比为100：2：2；酶解pH为6.5，酶解温度为50℃，酶解时间为2h，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；酶解过程中壳、膜状况如图8B所示，壳、膜产生明显分离。
(4)将酶解液在80℃灭酶15min后在45-55℃干燥，如图1所示，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。
实施例2：
本实施例提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入反应器中，并向反应器中加水，水没过反应器底部即可。
(2)向反应器中加入木聚糖酶和葡聚糖酶进行一次酶解，带膜蛋壳、木聚糖酶、葡聚糖酶的质量比为100：0.75：0.525；酶解pH为5，酶解温度为50℃，酶解时间为4h。
(3)向一次酶解产物中加入角酸性蛋白酶和木瓜蛋白酶进行二次酶解，带膜蛋壳、酸性蛋白酶和木瓜蛋白酶的质量比为100：2：2；酶解pH为6.5，酶解温度为50℃，酶解时间为2h，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；
(4)将酶解液在80℃灭酶15min后在45-55℃干燥，如图2所示，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。
实施例3：
本实施例提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入反应器中，并向反应器中加水，水没过反应器底部即可。
(2)向反应器中加入纤维素酶和葡聚糖酶进行一次酶解，带膜蛋壳、木聚糖酶、葡聚糖酶的质量比为100：0.75：0.525；酶解pH为5，酶解温度为50℃，酶解时间为4h。
(3)向一次酶解产物中加入角碱性蛋白酶和中性蛋白酶进行二次酶解，带膜蛋壳、碱性蛋白酶和中性蛋白酶的质量比为100：2：2；酶解pH为7，酶解温度为50℃，酶解时间为2h，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；
(4)将酶解液在80℃灭酶15min后在45-55℃干燥，如图3所示，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。
比较例1：
本比较例提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入反应器中，并向反应器中加水，水没过反应器底部即可。
(2)向反应器中加入纤维素酶和果胶酶进行酶解，带膜蛋壳、纤维素酶、果胶酶的质量比为100：0.75：0.525；酶解pH为5，酶解温度为50℃，酶解时间为6h。酶解过程中壳、膜状况如图8A所示，仅少量壳、膜产生分离。
(3)将酶解液在80℃灭酶15min后在50℃干燥，如图4所示，产物中蛋壳和蛋壳膜未能彻底分离。
比较例2：
本比较例提供了一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入容器中，并向反应器中加水，水没过反应器底部即可。
(2)向反应器中加入角蛋白酶和风味蛋白酶进行酶解，带膜蛋壳、角蛋白酶、风味蛋白酶的质量比为100：2：2；酶解pH为5，酶解温度为50℃，酶解时间为6h。
(3)将酶解液在80℃灭酶15min后在50℃干燥，如图5所示，产物中蛋壳和蛋壳膜未能彻底分离。
比较例3：
本比较例将废弃带膜蛋壳洗净，装入反应器中，水没过反应器底部即可，在50℃反应6h后，80℃处理15min后如图7所示，带膜蛋壳几乎无变化，在50℃干燥后如图6所示，产物中蛋壳和蛋壳膜未分离。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
图1中左边为从酶解液中取出来的，蛋壳与蛋壳膜未分离，右边为壳膜分离。图2为破壳鸡蛋酶解过程中的情况，壳膜未分离。
Claims (10)
1.一种分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将带膜蛋壳洗净，装入容器中，并向容器中加水；
(2)向容器中加入非淀粉多糖酶进行一次酶解；
(3)向一次酶解产物中加入蛋白酶进行二次酶解，得到含有蛋壳和蛋壳膜的酶解液；
(4)将酶解液灭酶后干燥，得到分离的蛋壳和蛋壳膜。
2.如权利要求1所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(2)中非淀粉多糖酶包括纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶或果胶酶中的至少两种。
3.如权利要求2所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(2)中非淀粉多糖酶与带膜蛋壳的质量比为(0.55-2)：100。
4.如权利要求3所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述非淀粉多糖酶包括纤维素酶和果胶酶；所述纤维素酶与所述果胶酶的质量比为(0.5-1)：(0.05-1)。
5.如权利要求1所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(2)中酶解pH为4.5-5.5，酶解温度为40-55℃，酶解时间为4h以上。
6.如权利要求1所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(3)中蛋白酶包括酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、木瓜蛋白酶和角蛋白酶中的至少两种。
7.如权利要求6所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(3)中蛋白酶与带膜蛋壳质量比为(2-6)：100。
8.如权利要求7所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述蛋白酶包括风味蛋白酶和角蛋白酶；所述风味蛋白酶与所述角蛋白酶的质量比为(1-3)：(1-3)。
9.如权利要求1所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(3)中酶解pH为6-7，酶解温度为40-55℃，酶解时间为2h以上。
10.如权利要求1所述的分离蛋壳与蛋壳膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中干燥温度为45-55℃。
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