CN1814772A - 一种动物甲壳物处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动物甲壳物处理方法及装置，属于资源与环境领域。它解决了现有技术所存在的资源利用简单、处理条件恶劣、劳动强度大、需消耗大量强酸、强碱和淡水资源等问题。本发明的处理方法包括以下步骤：1.将动物甲壳物置于发酵装置中；2.加入包括0.1％～0.4％具有降解蛋白功能的酶制剂和具有发酵功能的微生物制剂及微生物发酵底物，进行混合搅拌和密封发酵；3.将上述发酵液过滤、进行固液分离，干燥得到产品。本发明还提供了一种动物甲壳物处理装置，它包括一个壳体，壳体的顶部设有盖子，所述的壳体内设有一搅拌棒，搅拌棒上带有搅拌叶片，搅拌棒的一端穿过盖子向外伸出；所述的壳体的底部开有出口，出口处设有阀门。整个处理过程对环境友好，节水节能，无废液、少废水。

Description

一种动物甲壳物处理方法及装置

技术领域

本发明属于资源与环境领域，特别涉及一种动物甲壳物处理方法及装置。

背景技术

以虾、蟹和昆虫为代表的甲壳动物不仅种类多，而且生物量大，资源十分丰富，是人类赖以生存的主要动物蛋白来源之一。人们在开发利用甲壳动物蛋白过程中会产生大量动物甲壳物，目前对动物甲壳物的处理主要有当作垃圾填埋、制干作为饲料和经化学处理制备甲壳素三种处理方法。

新鲜的动物甲壳物富含蛋白质、脂肪、色素、甲壳素等生物活性物质，当作垃圾进行填埋处理，不仅浪费宝贵的资源，而且在收集、运输和填埋过程中会产生大量的腐败有害物质，污染环境；制干作为饲料是传统的处理方法，但营养价值和经济价值偏低。

将动物甲壳物通过酸碱化学处理从中制备生产甲壳素是目前大量采取的传统处理方法，但该处理方法在收集、运输过程中会产生大量的腐败气体，污染环境；由于涉及强酸强碱，不仅生产条件恶劣，劳动强度大，动物甲壳物中富含的蛋白质、脂肪、色素等资源没得到利用，而且在处理过程中消耗大量的强酸、强碱化工原料和众多的淡水资源，伴有大量的蛋白质、油脂、氯化物及相当数量的废物产生，这些废液和废水色度大，COD和BOD值很高，污染负荷大，治理效果不理想，二次污染严重。

所以传统的动物甲壳物处理方法已经不适应现代人对资源和环境的要求，人们更多的要求是一种资源化、无害化、清洁化的生产工艺。为此，有许多人在这方面作了不少的尝试，有的还申请了专利。如中国专利申请(03115713.0)涉及一种甲壳素清洁生产工艺，以虾蟹壳为原料，先采用较低浓度盐酸喷洒虾、蟹壳，使虾蟹壳软化，然后用A.S 1.398中性蛋白酶酶解，滤出酶解液后的固形物用(3～5)mol/L盐酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，彻底脱除钙等矿物质，经自来水清洗、晒干获得甲壳素产品，而滤出蛋白水解液经调pH值、沉淀、离心、干燥、粉碎等工艺过程，获得红色虾蟹蛋白水解精粉产品。该专利申请所涉及的工艺虽然减少了烧碱用量，但是由于使用了盐酸，与传统工艺比较，其盐酸用量并没有多大改变、综合废水中的COD含量依然很高且成本增加；而且，由于中性蛋白酶对pH值的环境要求非常高，要将酸浸后的壳洗至中性要用很多淡水冲洗，而将酸浸后的壳用碱来脱蛋白质，则对其洗涤后的pH值要求不是很高，故而该步要用比传统工艺多一倍以上的洗水。况且该专利申请使用了盐酸，pH值很难控制。由于pH值的改变，蛋白酶常常会变性，酶活性大大降低，直接降低了其使用效果。

发明内容

本发明针对现有动物甲壳物处理技术所存在的处理条件恶劣，劳动强度大，需消耗大量强酸、强碱和淡水资源，不能将资源最大限度地利用，反而伴生大量污染物，二次污染严重等缺点，提供一种新的动物甲壳物处理方法，使用该处理方法在处理过程中不仅能将动物甲壳物富含蛋白质、脂肪、色素、甲壳素等生物活性物质全部回收并综合利用，而且无污染产生，操作简单，管理方便。

本发明还针对现有技术不能利用酒店、宾馆等餐饮业消耗甲壳动物所形成的动物甲壳物(因点多量小，缺乏利用的经济性)，只能当作垃圾进行填埋处理的缺点，提供一种集动物甲壳物收集和处理方法为一体的装置，易于动物甲壳物的回收利用。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：一种动物甲壳物处理方法，包括以下步骤：

1.将动物甲壳物置于发酵装置中；

2.加入包括0.1％～0.4％具有降解蛋白功能的酶制剂和具有发酵功能的微生物制剂及微生物发酵底物，进行混合搅拌和密封发酵；

3.将上述发酵液过滤、进行固液分离，干燥得到产品。

在本发明中通过具有降解蛋白功能的酶制剂将蛋白质降解成多肽和氨基酸等小分子物质，通过具有发酵功能的微生物制剂及微生物发酵底物一方面与生物钙结合，完成脱钙处理过程，另一方面可以给酶带来缓冲环境，大大激活了酶的活性。同时，此类微生物制剂及微生物发酵底物很安全，对环境无害，通过上述的处理过程将上述的动物甲壳物转变为甲壳素的处理过程。

在上述动物甲壳物处理方法中，所述的步骤(1)中将动物甲壳物置于发酵装置中后，还进行加热煮熟后冷却；其中加热煮熟的温度为100～107℃，冷却后的温度为20～50℃。将动物甲壳物加热煮熟的目的是为了杀菌消毒；而20～50℃的温度条件是具有降解蛋白功能的酶制剂和具有发酵功能的微生物制剂最适合的活性温度。

在上述动物甲壳物处理方法中，所述的步骤(2)中还可以加入0.1～0.2％纤维素酶。

因为甲壳素是纤维素的一种，可以通过纤维素酶对糖苷键进行切割，使其变成单糖、多糖。通过上述的一系列处理可以将上述的动物甲壳物变为优质饲料型或优质肥料型产品。

在上述动物甲壳物处理方法中，所述的步骤(2)中还可以加入0.1％～0.2％甲壳素脱乙酰酶。

在本发明中通过加入甲壳素脱乙酰酶通过脱乙酰基的作用，将甲壳素变成壳聚糖，结合上述的处理方法可以将动物甲壳物变为壳聚糖型产品。

作为优选，所述的具有降解蛋白功能的酶制剂为蛋白酶，其中蛋白酶可以为中性蛋白酶或酸性蛋白酶中的一种。众所周知，大多蛋白质是由氨基酸通过肽键连接成一级结构，然后通过α螺旋和β折叠形成蛋白质的二级结构，然后通过氢键聚合形成三级结构，其中肽键与肽键之间通过很强的范德华力连接。如果将蛋白质分解，必需有蛋白酶进行特异性的切割，切割后形成多肽、氨基酸等小分子物质。

作为优选，所述的具有发酵功能的微生物制剂及微生物发酵底物为乳酸菌粉或乳酸菌培养液及葡萄糖；其中所述的乳酸菌粉或乳酸菌培养液∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10²～10¹²个活菌∶100～600Kg∶1000kg∶2000～5000Kg的比例进行混合，然后在20℃～50℃的条件下发酵3～10天。

动物甲壳物经本发明的方法处理后，因其成份及处理过程中所加入的酶不同，最后得到的产品可以是下列几种类型中的一种：主要有含蛋白质、多肽、氨基酸、乳酸钙的饲料型液体产品和含甲壳素的固体产品；含蛋白质、多肽、氨基酸、脂肪酸、甘油、乳酸钙、单糖、多糖的优质饲料型或优质肥料型液体产品；含蛋白质、多肽、氨基酸、乳酸钙的饲料型液体产品和含壳聚糖的固体产品。

此外，本发明还提供了一种应用上述动物甲壳物处理方法处理动物甲壳物的装置，它包括一个壳体，壳体的顶部设有盖子，其特征在于，所述的壳体内设有一搅拌棒，搅拌棒上带有搅拌叶片，搅拌棒的一端穿过盖子向外伸出；所述的壳体的底部开有出口，出口处设有阀门。

将动物甲壳物装入壳体内，加热煮熟后冷却；加入酶制剂和微生物制剂及发酵底物，转动搅拌棒通过搅拌叶片对物料进行搅拌，然后再用盖子将壳体密封住。物料经过一段时间的发酵后，打开阀门物料便经出口排出。经排出的物料经过固液分离及干燥处理后得到产品。

在上述的动物甲壳物处理装置中，所述的壳体具有外层和内层的双层结构，内层和外层均采用金属材料制成，在内层与外层之间具有空隙，且在壳体上开有与内、外层之间空隙相通的蒸汽进口和蒸汽出口。蒸汽可由此蒸汽进口引入壳体的内层与外层之间，从而对壳体内的物料加热。

由于盖子是将壳体密封住的，为了防止壳体内压力过大而影响处理装置的安全使用，在上述的动物甲壳物处理装置中，所述的盖子上设置有一个压力安全阀。

在上述的动物甲壳物处理装置中，所述的盖子的一侧与壳体相铰接，盖子的另一侧与壳体之间设有一个扣接机构。打开扣接机构盖子就可以绕其铰接处向上翻开，以方便盖子的开闭。

因此本发明具有以下优点：

1、本发明所涉及的动物甲壳物处理方法及装置是从生产方法的根本着手，不使用强酸强碱等化学试剂，而是在特定装置里通过多种酶和乳酸菌联合发酵的方法降解原料实现的。

2、本发明的处理方法及装置解决了传统动物甲壳物处理方法所存在的高消耗、高强度和高污染的一系列难题；整个处理过程中对环境友好，节水节能，无废液、少废水且污染负荷极低，不存在排放问题，符合循环经济要求，具有较大的经济效益、社会效益和环境效益。

3、本发明的处理方法操作简便省力，无废物产生，各种副产品均可得到回收与有效的综合利用，具有较高的实用价值。

附图说明

附图是本发明的动物甲壳物处理装置的结构示意图。

图中，1、壳体；11、出口；12、内层；13、外层；14、空隙；15、凸肩；2、盖子；3、搅拌棒；31、搅拌叶片；4、阀门；5、蒸汽进口；6、压力安全阀；7、销轴；8、搭扣；9、蒸汽出口。

具体实施方式

如图所示，本动物甲壳物处理装置包括一个壳体1，壳体1呈圆筒状。在壳体1的顶部设有盖子2，盖子2的一侧与壳体1通过销轴7铰接在一起；盖子2的另一侧与壳体1之间设有一个扣接机构。扣接机构为固连在盖子2上的搭扣8和位于壳体1上的凸肩15，搭扣8扣于凸肩15上盖子2便将壳体1密封住，从而使得物料与多种酶和乳酸菌在密封的壳体2内进行发酵。

壳体1内有一根搅拌棒3，搅拌棒3上带有若干个搅拌叶片31，搅拌棒3的一端穿过盖子2向外伸出。操作者转动伸出盖子2的搅拌棒3外端就可以带动搅拌叶片31在壳体2内转动，从而对装于壳体2内的物料进行搅拌。搅拌棒3的外端还可以通过传动机构与电机相连，通过电机带动搅拌棒3转动。

壳体2设计为具有内层12和外层13的双层结构，内层12及外层13均由不锈钢为材料制成。在内层12与外层13之间具有空隙14。在靠近壳体1的下部位置开有一个蒸汽进口5，蒸汽就可由此蒸汽进口5进入空隙14内，通过壳体2后，从蒸汽出口9处向外排放。在处理物料过程中，如需要对物料进行加热煮熟，只要从蒸汽进口5向壳体2内的空隙14中通入蒸汽即可。

物料经过发酵等处理后，打开阀门4，由出口11向外排放。排放出来的物料再经过固、液分离及干燥处理，最后得到产品

以下为本发明的综合处理方法的几个实施例，但本发明并不限于这些实施例：

实施例1：主要产品甲壳素的制备

在装置中，加入虾壳物500公斤，在温度为100℃的条件加热煮熟后，冷却至25℃；加入中性蛋白酶1000g和适量乳酸菌培养液和葡萄糖按一定比例混合于1.5吨清水中，其中乳酸菌粉∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10²个活菌∶100kg∶1000kg∶3000kg搅拌5分钟后密封，于20℃发酵，不时搅拌，10天后固液分离，发酵液含蛋白质、多肽、氨基酸、乳酸钙，经干燥处理，即得高钙、高质量蛋白质的饲料添加剂。固体壳质用清水洗净，制干即得甲壳素。洗水液用于下次发酵用水。整个生产过程中无废液和废水排放。

实施例2：主要产品壳聚糖的制备

在装置中，加入虾壳物500公斤，在温度为104℃的条件加热煮熟后，冷却至25℃；将中性蛋白酶500g、甲壳素脱乙酰酶500g、适量的乳酸菌培养液按一定比例混合于1吨清水中，其中乳酸菌培养液∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10⁶个活菌∶300Kg∶1000kg∶2000kg，搅拌10分钟后密封，于25℃发酵，不时搅拌，7天后固液分离。发酵液含蛋白质、多肽、氨基酸、乳酸钙，将发酵液与豆饼、棉籽饼等混合，经烘干、粉碎、混合配伍和造粒，即得高钙、高氮的饲料。固体壳质用清水洗净，制干即得壳聚糖。洗水液用于下次发酵用水。整个生产过程中无废液和废水排放。

实施例3：饲料型产品的制备

在装置中，加入虾壳物500公斤，在温度为105℃的条件加热煮熟后，冷却至45℃，将酸性蛋白酶1500g、纤维素酶1000g和适当的乳酸菌培养液和葡萄糖按一定比例混合于2吨清水中，加入虾壳物500公斤，其中乳酸菌培养液∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10⁹个活菌∶300Kg∶1000Kg∶4000Kg搅拌3分钟后密封，于45℃发酵，不时搅拌，5天后分离。发酵液含蛋白质、多肽、氨基酸、色素、脂肪酸、甘油、多糖、单糖和乳酸钙，将发酵液装入容器作为液体饲料添加剂。整个生产过程中无废液和废水排放。

实施例4：高效优质肥料的制备

在装置中，加入虾壳物500公斤，在温度为107℃的条件加热煮熟后，冷却至50℃，加入中性蛋白酶2000g、纤维素酶1000g、甲壳素脱乙酰酶1000g、壳聚糖酶1000g和适量乳酸菌粉和葡萄糖按一定比例混合于2.5吨清水中，其中乳酸菌培养液∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10¹²个活菌∶600kg∶1000kg∶5000kg；搅拌5分钟后密封，于50℃发酵，不时搅拌，3天后固液分离，固体已无壳质，发酵液含蛋白质、多肽、氨基酸、色素、油脂、氨基葡萄糖、甲壳低聚糖和乳酸钙，将发酵液离心，得乳酸钙沉淀，过滤，滤液经处理后作为高效优质液体肥料。整个生产过程中无废液和废水排放。

实施例5：将去掉搅拌器的装置放在大型餐饮场所，注入60公斤清水，将中性蛋白酶180g和乳酸菌培养液和葡萄糖按一定比例混合于60公斤清水中，加入餐饮场所分批收集的虾、蟹壳物30公斤，其中乳酸菌培养液∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10⁴个活菌∶200kg∶1000kg∶2000kg；搅拌密封，在常温下发酵数天(视季节不同而定)。然后集中进行固液分离处理，发酵液含蛋白质、多肽、氨基酸、色素、油脂和乳酸钙，经烘干，即得高钙、高质量蛋白质的饲料添加剂。固体壳质用清水洗净，制干即得甲壳素。洗水液用于下次发酵用水。整个生产过程中无废液和废水排放。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (12)

1、一种动物甲壳物处理方法，包括以下步骤：

(1)、将动物甲壳物置于发酵装置中；

(2)、加入包括0.1％～0.4％具有降解蛋白功能的酶制剂和具有发酵功能的微生物制剂及微生物发酵底物，进行混合搅拌和密封发酵；

(3)、将上述发酵液过滤、进行固液分离，干燥得到产品。

2、根据权利要求1所述的一种动物甲壳物处理方法，其特征在于，所述的步骤(1)中将动物甲壳物置于发酵装置中后，还进行加热煮熟后冷却；其中加热煮熟的温度为100～107℃，冷却后的温度为20～50℃。

3、根据权利要求1或2所述的一种动物甲壳物处理方法，其特征在于，所述的步骤(2)中加入0.1～0.2％纤维素酶。

4、根据权利要求1或2所述的一种动物甲壳物处理方法，其特征在于，所述的步骤(2)中加入0.1％～0.2％甲壳素脱乙酰酶。

5、根据权利要求1或2所述的一种动物甲壳物处理方法，其特征在于，所述的具有降解蛋白功能的酶制剂为蛋白酶。

6、根据权利要求5所述的一种动物甲壳物处理方法，其特征在于，所述的蛋白酶可以为中性蛋白酶或酸性蛋白酶中的一种。

7、根据权利要求1或2所述的一种动物甲壳物处理方法，其特征在于，所述的具有发酵功能的微生物制剂及微生物发酵底物为乳酸菌粉或乳酸菌培养液及葡萄糖；其中所述的乳酸菌粉或乳酸菌培养液∶葡萄糖∶动物甲壳物∶清水＝10²～10¹²个活菌∶100～600Kg∶1000kg∶2000～5000Kg的比例进行混合，然后在20℃～50℃的条件下发酵3～10天。

8、一种应用上述权利要求1至7任一项所述的动物甲壳物处理方法处理动物甲壳物的装置，它包括一个壳体(1)，壳体(1)的顶部设有盖子(2)，其特征在于，所述的壳体(1)内设有一搅拌棒(3)，搅拌棒(3)上带有搅拌叶片(31)，搅拌棒(3)的一端穿过盖子(2)向外伸出；所述的壳体(1)的底部开有出口(11)，出口(11)处设有阀门(4)。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的壳体(1)具有外层(13)和内层(12)的双层结构，内层(12)和外层(13)均采用金属材料制成，在内层(12)与外层(13)之间具有空隙(14)，且在壳体(1)上开有与内、外层(12、13)之间空隙(14)相通的蒸汽进口(5)和蒸汽出口(9)。

10、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的盖子(2)上设置有一个压力安全阀(6)。

11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的盖子(2)的一侧与壳体(1)相铰接，盖子(2)的另一侧与壳体(1)之间设有一个扣接机构。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的扣接机构为固连在盖子(2)上的搭扣(8)和位于壳体(1)上的凸肩(15)。