CN1844083A - (超)近临界水解生物质制备氨基酸的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种(超)近临界水解生物质制备氨基酸的工艺方法，属有机生物加工处理工艺技术领域。本发明以动物生物质为原料，经粉碎，与一定比例的去离子水混合，然后经打浆机打浆，胶体磨加工乳化后，送入(超)近临界水反应釜中水解。水解工艺条件为：反应温度控制在220～300℃范围内，反应压力为5～25MPa，反应时间为10～40分钟。根据不同原料，为避免氨基酸氧化，分别采用空气、氮气、二氧化碳作为反应气氛，并通过控制反应条件进行(超)近临界水解。本发明方法工艺简单，反应转化率高，并且无环境污染，是一种环境友好的绿色工艺。

Description

(超)近临界水解生物质制备氨基酸的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种(超)近临界水解生物质制备氨基酸的工艺方法，属有机生物加工处理工艺技术领域。
背景技术
生物质的主要有机成分是蛋白质和脂肪，其中蛋白质是生命的物质基础。蛋白质的基本单位是氨基酸。不同蛋白质中所含氨基酸的种类和数量不同，有些氨基酸在人体内不能合成或合成数量不足，必需由食物蛋白质补充才能维持机体正常生长发育。人体自身不能合成的氨基酸称为营养必需氨基酸，它们必需由体外提供，若缺乏营养必需氨基酸则将导致体中蛋白质合成障碍。
营养必需氨基酸主要有8种，它们为：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫(蛋)氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。
生物质的水解主要是蛋白质的水解，蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。酸水解的缺点是色氨酸会全部被酸破坏，丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等也有一小部分被分解。碱水解的缺点是，水解过程中有多种氨基酸会遭到不同程度的破坏，并且易产生消旋现象，所得产物是D-氨基酸和L-氨基酸的混合物。无论是酸水解还是碱水解，都对环境产生较大污染，而且在酸碱中和过程中水资源消耗量较大。酶催化水解的缺点是，使用一种酶往往水解不彻底，需要几种酶协同作用才能使蛋白质完全水解，其工艺也较复杂；此外，酶水解所需时间也较长，酶对环境条件敏感。
发明内容
为了克服上述水解法存在的一些缺陷，本发明创建了一种(超)近临界水解生物质的方法。(超)近临界水解不需要酸、碱催化剂，可以通过控制反应的温度、压力和水解时间，来达到完全水解或部分水解的效果。
(超)近临界水对大多数有机化合物具有较大溶解度，其性能相当于丙酮，能替代常用的有机溶剂。(超)近临界水的离子积比常态水的离子积大几千倍，具有酸性或碱性催化作用。(超)近临界水具有极高能量，能提高反应转化率，加快反应速率，而且水对环境没有污染，是一种对环境友好的绿色工艺。
本发明的目的是提供一种工艺简单，对环境友好的(超)近临界水解生物质制备氨基酸的工艺方法。
一种(超)近临界水解生物质制备基酸的工艺方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.以动物生物质为原料，原料包括有水产类、禽类、畜牧类及其加工过程产生的副产物、丢弃物和边角料，如鱼肉、猪肉、鸡肉等，及加工过程产生副产物、丢弃物和边角料，如小杂鱼、头尾、内脏、下水、鳞皮毛等；在上述原料中选定任一种，将它放在粉碎机中粉碎，随后加入一定量的去离子水，并搅拌混合，然后送入打浆机进行打浆，最后再放入胶体磨中加工乳化，生成乳浆液；
b.将上述乳浆液送至(超)近临界水反应釜中进行水解；事先需用气体对釜体及管线进行扫线、清空和检漏；所用之气体根据不同原料选用空气、氮气或二氧化碳，以形成所需的反应气氛，避免某些氨基酸的氧化；
c.通电加热，使(超)近临界水反应釜中的生物质原料进行水解反应；水解反应的工艺条件控制调节为：反应温度220～300℃，反应压力5～25MPa，反应时间10～40分钟。
附图说明
图1为氨基酸标准样品与鱼肉水解样品图谱对比图。
图中：a精氨酸、b赖氨酸、c丙氨酸、e苏氨酸、d甘氨酸、f缬氨酸、h丝氨酸、g脯氨酸、i异亮氨酸、j亮氨酸、k甲硫氨酸、l组氨酸、m苯丙氨酸、n谷氨酸、o天门冬氨酸、p胱氨酸、q酪氨酸
图2为氨基酸标准样品与猪肉水解样品图谱对比图。
图中：a精氨酸、b赖氨酸、c苏氨酸、d甘氨酸、e缬氨酸、f丝氨酸、g异亮氨酸、h亮氨酸、i甲硫氨酸、j组氨酸、k苯丙氨酸、l谷氨酸、m天门冬氨酸、n胱氨酸、o酪氨酸
图3为氨基酸标准样品与鸡肉水解样品图谱对比图。
图中：a精氨酸、b赖氨酸、c苏氨酸、d甘氨酸、e缬氨酸、f丝氨酸、g异亮氨酸、h亮氨酸、i甲硫氨酸、j组氨酸、k苯丙氨酸、l谷氨酸、m天门冬氨酸、n胱氨酸、o酪氨酸
图4为氨基酸标准样品与鱼类加工废弃物水解样品图谱对比图。
图中：a精氨酸、b赖氨酸、c丙氨酸、d苏氨酸、e甘氨酸、f缬氨酸、g丝氨酸、h脯氨酸、i异亮氨酸、j亮氨酸、k甲硫氨酸、l组氨酸、m苯丙氨酸、n谷氨酸、o天门冬氨酸、p胱氨酸、q酪氨酸
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例的水解工艺过程和步骤如下所述：
(1)选取100g鱼肉为原料，首先将它粉碎，随后加入去离子水，使其容积达到2升，搅拌混合，然后送入打浆机进行打浆，再放入胶体磨中加工乳化，生成乳浆液；
(2)将上述乳浆液送至(超)近临界水反应釜中进行水解；事先用空气对釜体及管线进行扫线、清空和检漏；以空气作为反应气氛；
(3)取180毫升鱼浆液送入容积为200毫升的反应釜中；通电加热，使(超)近临界水反应釜中的鱼浆发生水解反应；反应温度控制为220℃，反应压力为18MPa，反应时间为40分钟。
最终获得的水解液用氨基酸分析仪分析其中的氨基酸种类及其产率。
实验中配制了含17种氨基酸标准样品的溶液，同样用氨基酸分析仪进行了分析，以作对比之用。
鱼肉水解样品与氨基酸标准样品图谱对比图参见附图中的图1。
本实施例中的各种氨基酸的产率如下表1所示：
                                                  表1本实施例氨基酸的产率
氨基酸   组氨酸   异亮氨酸*   丙氨酸   苯丙氨酸*   亮氨酸*   丝和脯氨酸 精氨酸   蛋氨酸*   赖氨酸*   缬氨酸*   苏氨酸*   甘氨酸   酪氨酸
  产率(吨/百吨)   0.38   0.20   0.40   0.52   1.30   0.50   0.39   0.42   0.20   0.30   0.28   0.34   0.70
注：带*号的是人体必须的氨基酸，另有胱氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等末做定量分析。
实施例2
本实施例的水解工艺过程和步骤如下所述：
(1)选取100g猪肉为原料，首先将它粉碎，随后加入去离子水，使其容积达到2升，搅拌混合，然后送入打浆机进行打浆，再放入胶体磨中加工乳化，生成乳浆液；
(2)将上述乳浆液送至(超)近临界水反应釜中进行水解；事先用氮气对釜体及管线进行扫线、清空和检漏；以氮气作为反应气氛；
(3)取180毫升猪肉浆液送入容积为200毫升的反应釜中；通电加热，使(超)近临界水反应釜中的猪肉浆发生水解反应；反应温度控制为280℃，反应压力为25MPa，反应时间为10分钟。
最终获得的水解液用氨基酸分析仪分析其中的氨基酸种类及其产率。
实验中配制了含15种氨基酸标准样品的溶液，同样用氨基酸分析仪进行了分析，以作对比之用。
猪肉水解样品与氨基酸标准样品图谱对比图参见附图中的图2。
本实施例中的各种氨基酸的产率如下表2所示：
                                                表2本实施例氨基酸的产率
氨基酸   组氨酸   异亮氨酸*   甘氨酸   苯丙氨酸*   亮氨酸*   丝和脯氨酸   精氨酸   蛋氨酸*   赖氨酸*   缬氨酸*   苏氨酸*   胱氨酸   酪氨酸
  产率(吨/百吨)   0.20   0.16   0.30   0.25   0.80   0.60   0.70   0.10   0.32   0.60   0.11   0.10   0.32
注：带*号的是人体必须的氨基酸，另有丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸末定量分析。
实施例3
本实施例的水解工艺过程和步骤如下所述：
(1)选取100g鸡肉为原料，首先将它粉碎，随后加入去离子水，使其容积达到2升，搅拌混合，然后送入打浆机进行打浆，再放入胶体磨中加工乳化，生成乳浆液；
(2)将上述乳浆液送至(超)近临界水反应釜中进行水解；事先用二氧化碳气体对釜体及管线进行扫线、清空和检漏；以二氧化碳气体作为反应气氛；
(3)取180毫升鸡肉乳浆液送入容积为200毫升的反应釜中；通电加热，使(超)近临界水反应釜中的鸡肉乳浆液发生水解反应；反应温度控制为240℃，反应压力为15MPa，反应时间为20分钟。
最终获得的水解液用氨基酸分析仪分析其中的氨基酸种类及其产率。
实验中配制了含15种氨基酸标准样品的溶液，同样用氨基酸分析仪进行了分析，以作对比之用。
鸡肉水解样品与氨基酸标准样品图谱对比图参见附图中的图3。
本实施例中的各种氨基酸的产率如下表3所示：
                                      表3本实施例氨基酸的产率
氨基酸   组氨酸   异亮氨酸*   甘氨酸   苯丙氨酸*   亮氨酸*   丝和脯氨酸   精氨酸   蛋氨酸*   赖氨酸*   缬氨酸*   苏氨酸*   胱氨酸   酪氨酸
  产率(吨/百吨)   0.18   0.20   0.15   0.22   1.00   0.73   0.55   0.50   0.43   0.89   0.10   0.10   0.72
注：带*号的是人体必须的氨基酸，另有丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸末定量分析。
实施例4
本实施例的水解工艺过程和步骤如下所述：
(1)选取100g鱼类加工过程中产生的副产品和边角料废弃物为原料，首先将它粉碎，随后加入去离子水，使其容积达到2升，搅拌混合，然后送入打浆机进行打浆，再放入胶体磨中加工乳化，生成乳浆液；
(2)将上述乳浆液送至(超)近临界水反应釜中进行水解；事先用空气对釜体及管线进行扫线、清空和检漏；以空气作为反应气氛；
(3)取180毫升乳浆液送入容积为200毫升的反应釜中；通电加热，使(超)近临界水反应釜中的乳浆液发生水解反应；反应温度控制为260℃，反应压力为5MPa，反应时间为20分钟。
最终获得的水解液用氨基酸分析仪分析其中的氨基酸种类及其产率。
实验中配制了含17种氨基酸标准样品的溶液，同样用氨基酸分析仪进行了分析，以作对比之用。
鱼类加工废弃物水解样品与氨基酸标准样品图谱对比图参见附图中的图4。
本实施例中的各种氨基酸的产率如下表4所示：
                                        表4本实施例氨基酸的产率
氨基酸   组氨酸   异亮氨酸*   丙氨酸   苯丙氨酸*   亮氨酸*   丝和脯氨酸   精氨酸   蛋氨酸*   赖氨酸*   缬氨酸*   苏氨酸*   甘氨酸   酪氨酸
  产率(吨/百吨)   0.28   0.20   0.21   0.21   0.36   0.50   1.00   0.15   0.10   0.38   0.23   0.35   0.32
注：带*号的是人体必须的氨基酸，另有胱氨酸、谷氨酸和天冬氨酸末定量分析。

Claims (1)

1.一种(超)近临界水解生物质制备氨基酸的工艺方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.以动物生物质为原料，原料包括有水产类、禽类、畜牧类及其加工过程产生的副产物、丢弃物和边角料，如鱼肉、猪肉、鸡肉等，及加工过程产生副产物、丢弃物和边角料，如小杂鱼、头尾、内脏、下水、鳞皮毛等；在上述原料中选定任一种，将它放在粉碎机中粉碎，随后加入一定量的去离子水，并搅拌混合，然后送入打浆机进行打浆，最后再放入胶体磨中加工乳化，生成乳浆液；
b.将上述乳浆液送至(超)临界水反应釜中进行水解；事先需用气体对釜体及管线进行扫线、清空和检漏；所用之气体根据不同原料选用空气、氮气或二氧化碳，以形成所需的反应气氛，避免某些氨基酸的氧化；
c.通电加热，使(超)近临界水反应釜中的生物质原料进行水解反应；水解反应的工艺条件控制调节为：反应温度220～300℃，反应压力5～25MPa，反应时间10～40分钟。
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