專利名稱：一種甲殼素、殼聚糖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水產(chǎn)生物技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種甲殼素、殼聚糖的制備方法。
背景技術(shù)：
世界海洋甲殼動物資源非常豐富。據(jù)世界糧農(nóng)組織FAO漁業(yè)部統(tǒng)計，1996年世界海洋甲殼動物總產(chǎn)量達到510.7萬噸，其中蟹類占23.88％。蟹經(jīng)加工后也會產(chǎn)生許多下腳料，如蟹腳、蟹背殼等。蟹加工下腳料中含蟹肉12.97％，蟹殼87.03％。蟹加工生產(chǎn)廠家一般將上述下腳料自然風(fēng)干后作飼料或肥料，一部分運往甲殼素生產(chǎn)廠生產(chǎn)甲殼素。蟹殼經(jīng)脫鈣后為蛋白質(zhì)與甲殼素的結(jié)合物，若要制備甲殼素需要去除這部分蛋白質(zhì)。目前對蟹殼中的蛋白質(zhì)去除主要有兩種方法一種是利用濃度為5～10％的NaOH溶液于90～95℃的條件下將脫鈣后的蝦、蟹殼熬煮1～2小時，熬煮液經(jīng)鹽酸中和后回收其中的蛋白質(zhì)，固體物質(zhì)經(jīng)水洗至中性，再用1％的KMnO4溶液氧化，水洗后用1～1.5％的NaHSO3溶液還原，水洗干燥得到甲殼素；另一種方法是利用蛋白酶水解去除，如對于蝦殼中的蛋白質(zhì)，可采用木瓜蛋白酶或中性蛋白酶水解蛋白質(zhì)，并回收水解液制備調(diào)味料，經(jīng)水解后的蝦殼可制備甲殼素。
目前國內(nèi)外大多數(shù)研究及生產(chǎn)單位制備殼聚糖的方法主要有以下幾種①堿熔法(Winterstein和Hoppe-Seyler發(fā)明)，主要操作是按1∶5(甲殼素(g)∶片狀固體KOH(g))的比例在鎳坩鍋中共熔，用氮氣保護，在180℃下加熱攪拌30分鐘，得到粗殼聚糖，經(jīng)反復(fù)提純和沖洗得到較純的產(chǎn)品，但這種殼聚糖分子量較低。②堿量法，這種方法所得殼聚糖產(chǎn)品分子量較高，主要有兩種生產(chǎn)工藝一是用較低的溫度，在較長的時間，如室溫下浸泡在40～41％的NaOH溶液中7天，或在60～70％的NaOH溶液中處理20小時，所得產(chǎn)品粘度較高，生產(chǎn)過程易掌握，節(jié)省蒸氣用量，生產(chǎn)成本低，但生產(chǎn)周期長；二是高溫短時操作，一般用質(zhì)量百分比濃度為40～60％濃堿液，在100～180℃條件下進行脫乙酰處理幾小時，得到脫乙酰度在80％左右的殼聚糖。這一工藝也可同時采用氮氣保護與間歇法，有利于提高產(chǎn)物殼聚糖的脫乙酰度，抑制分子鏈的降解，得到脫乙酰度和特性粘度都比較高的殼聚糖產(chǎn)品。這種工藝時間短，產(chǎn)量高，但生產(chǎn)過程掌握不好易出廢品。此外還有Broussignac法、Fujita法、Peniston和Johnson法等。以上生產(chǎn)工藝為傳統(tǒng)處理工藝，研究已有一定時間，很多已投入實際生產(chǎn)中，工藝比較成熟。不足之處就在于持續(xù)的堿處理不能有效的脫乙酰，而僅僅是引起殼聚糖分子鏈的降解，產(chǎn)品色澤變深；同時由于是非均相處理，產(chǎn)品殼聚糖分子中有未脫乙酰的大分子片斷存在，產(chǎn)品只能溶于酸，不能溶于水。另外，這些方法制備效率低、反應(yīng)周期長、耗用堿量及水量大，生產(chǎn)成本高，對環(huán)境的污染也很大。③酶解法。甲殼素脫乙酰酶與甲殼素在30℃下、TES-NaOH緩沖液(pH5.5)中反應(yīng)48小時獲得殼聚糖產(chǎn)品。這種方法節(jié)約能源，避免昂貴的化工原料，設(shè)備簡單，但酶的提取和提純過程比較復(fù)雜。
我國由蝦、蟹殼制備甲殼素和殼聚糖的工廠很多，但多數(shù)工廠生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)水平低、對環(huán)境的污染嚴重，許多廠家僅能生產(chǎn)甲殼素或低脫乙酰度殼聚糖，作為原料供出口或提供給保健品、醫(yī)藥等企業(yè)進行深加工。由于生產(chǎn)過程中對殼聚糖的物化性質(zhì)(以脫乙酰度和分子量為表征)無法有效控制，色澤偏黃，致使殼聚糖的性能和應(yīng)用價值較低。這已成為殼聚糖及其衍生物開發(fā)生產(chǎn)保健品、食品添加劑、醫(yī)藥用品及其它工業(yè)用品的瓶頸。此外，因為由甲殼素生產(chǎn)殼聚糖的過程對環(huán)境污染嚴重，為了降低對本國環(huán)境的污染，日本等國外企業(yè)通常以較低的價格購買我國殼聚糖粗產(chǎn)品，精加工后再銷售或應(yīng)用到工業(yè)中。這樣從環(huán)境保護和經(jīng)濟利益的角度，都對我國不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種甲殼素、殼聚糖的制備方法。該方法采用節(jié)能、高效、對環(huán)境友好的微波輻射-蛋白酶酶法耦合技術(shù)及微波輻射促進化學(xué)反應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)蟹加工廢棄資源的綜合利用，提高其應(yīng)用價值，節(jié)約能源，提高殼聚糖生產(chǎn)效率，避免環(huán)境污染，實現(xiàn)自然資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種甲殼素的制備方法，包括如下步驟和工藝條件將蟹殼經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，以重量份數(shù)計，在100份干燥物中添加200～400份水，調(diào)pH值為4.0～5.5，按酶的活力單位加入蛋白酶40000U～60000U，微波輻射處理30～50分鐘，處理結(jié)束后加熱滅酶，過濾分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素。
為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述蟹殼采用脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼；所述蛋白酶包括枯草桿菌蛋白酶、木瓜蛋白酶或胰蛋白酶；所述微波輻射處理的溫度控制在35～45℃。
采用所述一種甲殼素制備殼聚糖的方法，包括如下步驟和工藝條件以重量份數(shù)計，取100份甲殼素粉碎，經(jīng)800～1500份乙醇浸泡3～5小時后，加入1200～1500ml的NaOH溶液，經(jīng)微波輻射20～25分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗至中性后，再用800～1500份乙醇浸泡2～4小時，微波輻射10～15分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后干燥，得到殼聚糖。
為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述甲殼素粉碎后的粒度為40～80目；所述NaOH溶液的濃度為40～50％w/v；所述兩次微波輻射功率均為300～400W。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1、本發(fā)明將微波化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于蟹加工下腳料的高值化綜合利用，開發(fā)應(yīng)用價值較高的系列產(chǎn)品。微波輻射-酶法耦合技術(shù)是近年來提出來的一種將微波輻射和酶催化結(jié)合起來的一種催化手段，主要用于催化有機合成反應(yīng)。據(jù)研究，微波輻射-酶法耦合技術(shù)具有增大反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率、提高催化的專一性、催化新反應(yīng)的特點?；谖⒉ㄝ椛?酶法耦合技術(shù)的催化機理及特點，本發(fā)明將該法引入到甲殼蛋白酶解過程中，獲得較理想的結(jié)果，酶解速率大大提高，時間也縮短2～4倍，所得酶解液濃縮、調(diào)配后可作為蟹香調(diào)味料，資源利用率大大提高。
2、本發(fā)明主要是采用脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼，經(jīng)脫鈣后采用微波-蛋白酶耦合技術(shù)脫除與甲殼素結(jié)合的蛋白質(zhì)，所得水解液可作為鮮味調(diào)味料的配料添加。本發(fā)明條件溫和、快速，可回收蛋白質(zhì)，避免堿液作用，高效、無污染。本發(fā)明將大大促進蟹加工下腳料的有效利用，提高資源利用率和價值。
3、本發(fā)明采用乙醇滲透及微波輻射處理技術(shù)，可以使反應(yīng)速率加快近36倍，堿液用量減少52％。經(jīng)本發(fā)明處理后得到的甲殼素色澤潔白，經(jīng)乙醇預(yù)滲透后，采用間歇水洗-二次微波處理，可得到高粘度殼聚糖，脫乙酰度達98.84％，特性粘度為330.76ml/g，粘度大于1000mPa.s，灰分為0.05％，色澤純白，1％醋酸中的溶解性良好。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明做進一步地詳細說明。但本發(fā)明的實施并不限于此。
實施例一第一步將脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼殘渣經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，以重量份數(shù)計，在100份干燥物中添加250份水，調(diào)pH值為4.5，按酶的活力單位加入A.S.1.398中性蛋白酶(枯草桿菌蛋白酶)50000U，控溫40℃，微波輻射處理30分鐘，處理結(jié)束后微波加熱煮沸滅酶，經(jīng)板框過濾分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素，濾液可作為調(diào)味料的配料添加；這一制備過程條件溫和、快速，可回收蛋白質(zhì)，避免堿液作用，高效、無污染，制備的甲殼素色澤純白。
第二步以重量份數(shù)計，取100份甲殼素粉碎為60～80目，經(jīng)800份乙醇浸泡5小時后，加入1200ml的NaOH溶液(50％w/v)，經(jīng)微波(功率320W)輻射21分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗至中性后，再用800份乙醇浸泡2小時，微波(功率320W)輻射12分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后冷凍干燥，得到殼聚糖產(chǎn)品。
實施例二第一步將脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼殘渣經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，以重量份數(shù)計，在100份干燥物中添加200份水，調(diào)pH值為4.0，按酶的活力單位加入木瓜蛋白酶40000U，控溫35℃，微波輻射處理50分鐘，處理結(jié)束后加熱煮沸滅酶，經(jīng)離心機分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素，色澤純白，濾液可作為調(diào)味料的配料添加；第二步以重量份數(shù)計，取100份甲殼素粉碎為40～60目，經(jīng)1000份乙醇浸泡5小時后，加入1500ml的NaOH溶液(40％w/v)，經(jīng)微波(功率360W)輻射25分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗至中性后，再用1000份乙醇浸泡4小時，微波(功率360W)輻射15分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后冷凍干燥，得到殼聚糖產(chǎn)品。
實施例三第一步將脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼殘渣經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，以重量份數(shù)計，在100份干燥物中添加400份水，調(diào)pH值為5.5，按酶的活力單位加入胰蛋白酶60000U，控溫45℃，微波輻射處理45分鐘，處理結(jié)束后加熱煮沸滅酶，經(jīng)板框過濾分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素，色澤純白，濾液可作為調(diào)味料的配料添加；第二步以重量份數(shù)計，取100份甲殼素粉碎為60～80目，經(jīng)1200份乙醇浸泡3小時后，加入1300ml的NaOH溶液(48％w/v)，經(jīng)微波(功率300W)輻射23分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗至中性后，再用1200份乙醇浸泡3小時，微波(功率300W)輻射14分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后冷凍干燥，得到殼聚糖產(chǎn)品。
實施例四第一步 將脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼殘渣經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，以重量份數(shù)計，在100份干燥物中添加300份水，調(diào)pH值為5.0，按酶的活力單位加入木瓜蛋白酶55000U，控溫42℃，微波輻射處理40分鐘，處理結(jié)束后加熱煮沸滅酶，經(jīng)板框過濾分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素，色澤純白，濾液可作為調(diào)味料的配料添加；第二步 以重量份數(shù)計，取100份甲殼素粉碎為40～60目，經(jīng)1500份乙醇浸泡4小時后，加入1400ml的NaOH溶液(45％w/v)，經(jīng)微波(功率400W)輻射20分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗至中性后，再用1500份乙醇浸泡4小時，微波(功率400W)輻射10分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后冷凍干燥，得到殼聚糖產(chǎn)品。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種甲殼素的制備方法，其特征是，包括如下步驟和工藝條件將蟹殼經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，以重量份數(shù)計，在100份干燥物中添加200～400份水，調(diào)pH值為4.0～5.5，按酶的活力單位加入蛋白酶40000U～60000U，微波輻射處理30～50分鐘，處理結(jié)束后加熱滅酶，過濾分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲殼素的制備方法，其特征是，所述蟹殼采用脫去殘肉的蟹背殼、蟹小腳殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲殼素的制備方法，其特征是，所述蛋白酶包括枯草桿菌蛋白酶、木瓜蛋白酶或胰蛋白酶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲殼素的制備方法，其特征是，所述微波輻射處理的溫度控制在35～45℃。
5.采用權(quán)利要求1所述的一種甲殼素制備殼聚糖的方法，其特征是，包括如下步驟和工藝條件以重量份數(shù)計，取100份甲殼素粉碎，經(jīng)800～1500份乙醇浸泡3～5小時后，加入1200～1500ml的NaOH溶液，經(jīng)微波輻射20～25分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗至中性后，再用800～1500份乙醇浸泡2～4小時，微波輻射10～15分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后干燥，得到殼聚糖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種殼聚糖的制備方法，其特征是，所述甲殼素粉碎后的粒度為40～80目。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種殼聚糖的制備方法，其特征是，所述NaOH溶液的濃度為40～50％w/v。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種殼聚糖的制備方法，其特征是，所述兩次微波輻射功率均為300～400W。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種甲殼素、殼聚糖的制備方法，包括將蟹殼經(jīng)鹽酸脫鈣后分離、干燥，在干燥物中添加水，調(diào)pH值為4.0～5.5，加入蛋白酶，微波輻射處理后加熱滅酶，過濾分離濾液和殘渣，殘渣即為甲殼素；將甲殼素粉碎，經(jīng)乙醇浸泡后加入NaOH溶液，經(jīng)微波輻射，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后，再用乙醇浸泡，經(jīng)微波輻射，反應(yīng)產(chǎn)物水洗至中性后干燥，得到殼聚糖。本發(fā)明將微波化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于蟹加工下腳料的高值化綜合利用，酶解速率大大提高，所得酶解液濃縮、調(diào)配后可作為蟹香調(diào)味料，資源利用率大大提高。本發(fā)明條件溫和、快速，可回收蛋白質(zhì)，避免堿液作用，高效、無污染。本發(fā)明使反應(yīng)速率加快近36倍，堿液用量減少52％。
文檔編號C08B37/08GK1900126SQ20061003553
公開日2007年1月24日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者曾慶孝, 張立彥, 林珣, 徐敏, 林凱亮 申請人:華南理工大學(xué)