TW201508007A - 水解胺基酸製法 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種水解胺基酸製法，其製法步驟包括：集中：將皮毛廢棄物集中至一容器；混合：將鹼性反應液與皮毛廢棄物混合得到一預混合物；電解：電解該預混合物產生離子反應得到一第一次反應物；中和：於該第一次反應物內加入酸性反應液，使酸性反應液與該第一次反應物產生酸鹼中和而得到第二次反應物，其即為水解胺基酸成品。
Description
本發明主要揭示一種水解胺基酸製法。
各種家禽屠宰後的羽毛以及不適於作羽絨製品的皮毛廢棄物必須妥善處理，以免發生惡臭造成環境污染。處理方式主要以焚化或掩埋為主，但皮毛不易焚燒，且焚燒時會造成空氣污染。另外，掩埋地同樣耗費土地利用空間。焚化及掩埋處理均無法達到廢棄物回收再利用的目的。
羽毛中的蛋白質含量一般佔羽毛總成份的80％～90％之間，主要成分為二硫鍵（-S-S-）之角蛋白（α-keratin），羽毛角蛋白由胺基酸組成，含硫胺基酸（Cys、Met等）占11％～12％，其中的硫原子是構成二硫鍵的基礎。大部分為疏水性胺基酸，疏水性胺基酸分佈在角蛋白的外周，少量親水性胺基酸及基團包容於肽鍵及蛋白質骨架的內部。肽鍵為右手α-螺旋（alpha-helices），3條右手α-螺旋結合成繩狀的左手螺旋而構成原纖維（Protofibril），原纖維內3條肽鍵之間由二硫鍵互接，原纖維之間的9個集合組成巨纖維（Macrofibril），眾多平行狀的巨纖維通過二硫鍵相互結合，構成了羽毛的基本單元。
角蛋白肽鏈間有豐富的二硫鍵（-S-S-）連接，形成結實緊密的網狀結構，所以天然羽毛角蛋白是不溶於水的，傳統的角蛋白水解方法大致上有物理法、化學法與生物處理法。
物理法為直接將羽毛磨成粉末狀並運用於農作物肥料，但羽毛粉末顆粒粗導致不易被農作物吸收，且羽毛所含胺基酸尚未轉化可供植物直接吸收。
化學法為一定濃度的酸加熱水解蛋白質可破壞色氨酸(tryptophan)，絲氨酸及酪氨酸則部份被破壞，傳統酸解方法溫度約在110～120℃。然而由於傳統酸解方法溫度過高，導致蛋白質於80℃時產生質變使得分子結構遭到破壞，因此傳統酸解方法得到之水解胺基酸用於植物施肥將導致植物難以吸收。
生物處理法為以微生物或酵素水解，其能夠裂解二硫鍵而暴露出蛋白質而完全溶解，即為羽毛角蛋白。但以微生物分解而得的胺基酸僅能單獨使用而無法添加其他成份，避免其他成份遭到微生物分解，大大侷限了水解胺基酸的運用範圍。
有鑑於上述先前技術的問題無法有效的解決與克服，因此本申請人提出本專利申請，以解決前述問題點。
本發明所欲解決之技術問題係在於：傳統水解胺基酸製法所得到的水解胺基酸無法直接作為肥料使用且製造過程中的溫度過高導致胺基酸質變。
為此，本發明所提供的一種水解胺基酸製法，其製法步驟包括：集中：將皮毛廢棄物集中至一容器，皮毛廢棄物的PH值為8～9.5；混合：在室溫下，將PH值為10～12的鹼性反應液、皮毛廢棄物以及水混合12～48小時而得到預混合物，鹼性反應液、皮毛廢棄物以及水的重量百分比依序為：5～8％、30～40％以及52～65％；電解：電解預混合物得到第一次反應物；以及中和：於第一次反應物內加入PH值為3～6的酸性反應液，酸性反應液與第一次反應物B的重量百分比依序為：3～5％與95～97％，使得酸性反應液與第一次反應物產生酸鹼中和反應而得到第二次反應物，其即為水解胺基酸成品。
其中於集中步驟中，皮毛廢棄物的PH值介於9～9.5。
其中於混合步驟中，更佳的方案為室溫為20～30℃。
其中於混合步驟中，水的重量百分比為65％。
其中於混合步驟中，更佳的方案為鹼性反應液的PH值為10.5～11。
其中於混合步驟中，更佳的方案為混合時間為24～48小時。
其中於中和步驟中，更佳的方案為酸性反應液的PH值為4.5～5。
本發明的主要技術特徵在於：藉由電解反應，使皮毛廢棄物在室溫下即可生成大量的第二次反應物，其具有細小分子並能夠單獨作為肥料使用或是能夠另行添加其他添加物使用，並且大幅減少皮毛廢棄物的體積或重量，將皮毛廢棄物資源化再利用。
本發明的次要技術特徵在於：電解步驟中溫度保持在不超過50℃，電解時間為24小時，將預混合物的分子裂化至奈米尺度而得到液態的第一次反應物。由於電解步驟中溫度不超過50℃，因此第一次反應物的分子結構不會完全遭到破壞而避免產生質變。
其他目的、優點和本發明的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。
有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳述如後，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。
請參照圖1，為本發明水解胺基酸製法的流程示意圖。本發明水解胺基酸製法包括有以下步驟：集中、混合、電解以及中和。各步驟詳細敘述於後。
集中：請參照圖2，首先將皮毛廢棄物A（如羽毛）集中至一容器B，皮毛廢棄物A的PH值為8～9.5，一般常見皮毛廢棄物A的PH值多介於9～9.5。
混合：請參照圖3及圖4，在室溫下，將PH值為10～12的鹼性反應液C、皮毛廢棄物A以及水D混合12～48小時而得到預混合物E，鹼性反應液C、皮毛廢棄物A以及水D的重量百分比依序為：5～8％、30～40％以及52～65％。於此混合步驟中，更佳的方案為鹼性反應液C的PH值為10.5～11，室溫為20～30℃，混合時間為24～48小時。鹼性反應液C的PH值控制於10.5～11之間使得皮毛廢棄物A內的羽毛角蛋白中的二硫鍵有效地被破壞，是提高羽毛中小分子量蛋白含量的有效方法之一。但由於鹼性反應液C會破壞胺基酸的旋光性，產生大量的D型胺基酸，無法被植物吸收利用，所以應避免使用過高鹼濃度，鹼性反應液C的PH值控制於10.5～11之間是較佳的控制範圍。再者，混合時間過長會導致所有胺基酸殘基間的肽鍵斷裂，生成大量消旋胺基酸，因此將混合時間控制在24～48小時之間，既達到破壞羽毛蛋白結構中二硫鍵目的，又不至於生成大量的游離胺基酸。
電解：請參照圖5及圖6，使用一電解機F電解預混合物E產生離子反應，且電解步驟中溫度保持在不超過50℃，電解時間為24小時，將預混合物E的分子裂化至奈米尺度而得到液態的第一次反應物G。由於電解步驟中溫度不超過50℃，因此第一次反應物G的分子結構不會完全遭到破壞而避免產生質變。
中和：請參照圖7及圖8，於第一次反應物G內加入PH值為3～6的酸性反應液H，酸性反應液H與第一次反應物G的重量百分比依序為：3～5％與95～97％，使得酸性反應液H與第一次反應物G產生酸鹼中和反應而得到第二次反應物I，其即為水解胺基酸成品。於此中和步驟中，更佳的方案為酸性反應液H的PH值為4.5～5。藉由酸性反應液H的PH值為4.5～5與呈鹼性的第一次反應物G酸鹼中和而調整第二次反應物I的PH值，使其呈中性。再者，請參照圖9，第二次反應物I能夠再使用電解機F再進行電解，電解時間為24小時，使第二次反應物I的分子更加細小，使得第二次反應物I作為肥料時能夠讓植物更快速吸收。
第二次反應物I以皮毛廢棄物A為胺基酸載體，胺基酸（Aminoacid）是構成蛋白質的基本單位，賦予蛋白質特定的分子結構形態，蛋白質經水解後，即生成20多種α-胺基酸，如甘氨酸、丙胺酸、天冬胺酸、穀胺酸等。而胺基酸的化學結構中有氨基（－NH2 group），其為有機的微細分子(organic molecules)並可以被識別為：鹼性基團（NH2）和酸性基團-羧酸基（－COOHgroup）。
第二次反應物I具有2.6％的全氮（N）、3.55％的全磷酐（P2O5）與3.6％的全氧化鉀（K2O），因此第二次反應物I具有大量作為肥料相當重要的氮(N)、磷(P)、鉀(K)等三大重要元素，氮可以促進植物的莖和葉子的生長，磷具有增進莊稼早熟及顆粒飽滿作用，鉀可以促進植物的生長和發育。
第二次反應物I，即水解胺基酸成品，由於胺基酸本身的特性，對植物生長特別是光合作用具有促進作用，尤其是甘氨酸，其可增加植物葉綠素含量，提高酶的活性，促進二氧化碳的滲透，使光合作用更加旺盛，對提高作物品質，增加維生素和糖的含量都有著重要作用。
作物生長發育過程需要各種營養元素與物質，這些營養元素與物質的吸收數量比例以及在作物內的平衡狀況，對作物的營養生理影響很大，可直接關係到作物果實的品質，而胺基酸正是解決這一問題的關鍵成份，植物噴施或灌施胺基酸營養液肥可增加植物體內所需的各種營養元素，加劇幹物質的積累和從植物根部或葉部向其他部位的運轉速度和數量，調節大量元素、微量元素以及各種營養成份的比例和平衡狀態，從而起到調節植物正常生長的作用。
氮(N)、磷(P)、鉀(K)等三大重要元素是作物體內所必需的物質。作物會經常出現缺乏某些元素的症狀，其原因是可被作物吸收的有效部分含量太少，而胺基酸可與難溶性元素發生螯合反應，對作物所需元素產生保護作用，並生成溶解度好、易被作物吸收的螯合物，從而有利於植物吸收。在此胺基酸正是起到絡合劑的作用。
根據以上所述可以歸納出本發明之水解胺基酸製法具有以下優點：
1.本發明水解胺基酸製法藉由電解反應，使皮毛廢棄物A在室溫下即可高選擇性生成大量的第二次反應物I，其具有細小分子並能夠單獨作為肥料使用或是能夠另行添加其他添加物使用，並且大幅減少皮毛廢棄物的體積或重量，將皮毛廢棄物A資源化再利用。
2.本發明水解胺基酸製法於電解步驟中溫度保持在不超過50℃，電解時間為24小時，將預混合物E的分子裂化至奈米尺度而得到液態的第一次反應物G。由於電解步驟中溫度不超過50℃，因此第一次反應物G的分子結構不會完全遭到破壞而避免產生質變。
綜上所述，本發明水解胺基酸製法，並未見於先前被公開技術，故具有專利之新穎性與進步性，及對產業的利用價值；申請人爰依專利法之規定，向 鈞局提起發明專利之申請。
A‧‧‧皮毛廢棄物
B‧‧‧容器
C‧‧‧鹼性反應液
D‧‧‧水
E‧‧‧預混合物
F‧‧‧電解機
G‧‧‧第一次反應物
H‧‧‧酸性反應液
I‧‧‧第二次反應物
B‧‧‧容器
C‧‧‧鹼性反應液
D‧‧‧水
E‧‧‧預混合物
F‧‧‧電解機
G‧‧‧第一次反應物
H‧‧‧酸性反應液
I‧‧‧第二次反應物
圖1：為本發明水解胺基酸製法的流程圖。圖2：為本發明水解胺基酸製法的集中步驟示意圖，表示皮毛廢棄物集中至一容器。圖3：為本發明水解胺基酸製法的混合步驟示意圖，表示鹼性反應液、皮毛廢棄物以及水混合。圖4：為圖3的延續，表示鹼性反應液、皮毛廢棄物以及水混合而得到預混合物。圖5：為本發明水解胺基酸製法的電解步驟示意圖，表示使用一電解機電解預混合物。圖6：為圖5的延續，表示預混合物電解後得到液態的第一次反應物。圖7：為本發明水解胺基酸製法的中和步驟示意圖，表示於第一次反應物內加入酸性反應液。圖8：為圖7的延續，表示酸性反應液與第一次反應物產生酸鹼中和反應而得到第二次反應物。圖9：為本發明水解胺基酸製法的第二次反應物電解示意圖。
Claims (7)
- 一種水解胺基酸製法，其製法步驟包括：集中：將皮毛廢棄物集中至一容器，皮毛廢棄物的PH值為8～9.5；混合：在室溫下，將PH值為10～12的鹼性反應液、皮毛廢棄物以及水混合12～48小時而得到預混合物，鹼性反應液、皮毛廢棄物以及水的重量百分比依序為：5～8％、30～40％以及52～65％；電解：電解預混合物得到第一次反應物；以及中和：於第一次反應物內加入PH值為3～6的酸性反應液，酸性反應液與第一次反應物B的重量百分比依序為：3～5％與95～97％，使得酸性反應液與第一次反應物產生酸鹼中和反應而得到第二次反應物，其即為水解胺基酸成品。
- 如請求項1所述的製法，其中於集中步驟中，皮毛廢棄物的PH值介於9～9.5。
- 如請求項1所述的製法，其中於混合步驟中，室溫為20～30℃。
- 如請求項1所述的製法，其中於混合步驟中，水的重量百分比為65％。
- 如請求項1所述的製法，其中於混合步驟中，鹼性反應液的PH值為10.5～11。
- 如請求項1所述的製法，其中於混合步驟中，混合時間為24～48小時。
- 如請求項1所述的製法，其中於中和步驟中，酸性反應液的PH值為4.5～5。
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