專利名稱：甲殼素清潔生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及用生物酶提取甲殼素的清潔生產工藝，該發明工藝還獲得蛋白水解精粉。
背景技術：
甲殼素(Chitin)是一種從蝦蟹等外殼中提取的天然多糖，結構為N-乙酰-D-氨基葡萄糖和少量D-氨基葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵連接而成的高分子聚合物，甲殼素脫乙酰基后的產物被稱為殼聚糖(Chitosan)。甲殼素和殼聚糖作為一類可再生和可生物降解的物質以及它們在食品、化工、醫藥、農業等領域中的應用。
傳統的甲殼素的制備方法有濃鹽酸浸泡蝦、蟹殼脫鈣、磷等礦物質，過濾后殼用水清洗至中性，再用堿煮水解殼中的蛋白質，過濾后用水清洗至中性，曬干，獲得甲殼素產品。該工藝中應用了大量的強酸、強堿，排放后產生嚴重的環境污染；生產1噸甲殼素至少需9噸干原料，其中含有8噸的蛋白質、鈣、磷、蝦紅素等營養物質被排放，造成資源極大浪費；使用過量的濃鹽酸和氫氧化鈉，增加了生產成本；酸浸、堿浸等每道工序后，均需采用清水清洗至中性，浪費水資源。
中國專利93111716.x提出了一種從蠅蛆殼提取甲殼素的方法，其方案是將破碎、洗凈的蠅蛆殼用8％～20％氫氧化鈉溶液浸泡18h以上脫蛋白質，過濾、水洗至中性，用1％～2％高錳酸鉀溶液浸泡30min以上進行退色，再用1％～2％草酸或1％～2％亞硫酸氫鈉溶液浸泡30min以上進行除錳，再過濾水洗，用濃度為2％～8％的優級純鹽酸溶液浸泡2h～8h以上純化，用超純水洗至無氯離子，干燥制成。全過程溫度保持在30℃～90℃之間。該工藝生產周期長(全程需20h以上)；強酸強堿用量未減，還增加了高錳酸鉀和亞硫酸氫鈉退色除錳工序(色素經太陽曬及煮沸可分解)，增加了水洗程序，水資源浪費嚴重，生產成本高；蛋白質等有用資源沒有回收，資源浪費和污染環境等問題沒有根本解決。
中國專利02109446.2提出一種飼養蒼蠅提取甲殼素和生物蛋白粉的方法，其技術方案是原料用濃度為2％～3％的NaOH溶液，加溫至90℃～100℃，浸泡10h～15h，過濾，得濾出物甲殼素和濾液蛋白液。將濾出物甲殼素水洗至中性、烘干即得甲殼素；將濾液蛋白液中加入濃度為2％～3％的HCl溶液，使其pH值為5～6，蛋白質沉淀，并濾出，然后水洗至中性、烘干得生物蛋白粉。蝦、蟹、昆蟲等甲殼類動物的甲殼是由甲殼素(N-乙酰-D-氨基葡萄糖和少量D-氨基葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵連接而成的高分子聚合物)為骨架，鈣、磷等礦物質與蛋白質、色素等物質結合在骨架上，形成堅硬的外殼。所以制備甲殼素不僅要去除蛋白質，而且也要脫除鈣、磷等礦物質元素。該工藝只去除了蛋白質，而鈣、磷等礦物質元素沒有脫除，獲得的只是甲殼素半成品。用氫氧化鈉水解甲殼蛋白質，會使生成的氨基酸消旋，不利于動物體吸收；同時鹽酸中和過量的氫氧化鈉，會使產品鹽含量增加。因而用氫氧化鈉水解制取甲殼生物蛋白粉將導致產品質量和營養價值降低。

發明內容
本發明的任務是解決上述存在的生物資源浪費、水資源浪費、強酸強堿污染環境、生產時間長和生產成本高等缺點，提供一種用生物酶提取甲殼素和蛋白水解精粉的清潔生產工藝。
本發明的技術方案以蝦蟹殼為原料，洗凈，瀝干，用(1～3)mol/L鹽酸噴灑蝦、蟹殼，其殼中碳酸鈣充分中和酸中氫離子，使蝦蟹殼初步軟化；用中性蛋白酶水解軟化后蝦蟹殼中的蛋白質，水解時間3h～4h，溫度40℃～45℃；過濾，得濾出固形物和濾出蛋白水解液，將固形物再用(3～5)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，徹底脫除鈣、磷等礦物質；獲得的甲殼素用自來水清洗干凈，曬干，獲得甲殼素產品。
將濾出的蛋白水解液調pH至6.5～7.5，經沉淀、離心、干燥、粉碎，獲得紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。
本發明的另一技術方案為以蝦蟹殼為原料，洗凈，瀝干的蝦、蟹殼，用(4～6)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，直接徹底脫除鈣、磷等礦物質，鹽酸的用量控制在浸泡液的最終pH值為2.0～4.0；然后用酸性蛋白酶水解蝦、蟹殼中的蛋白質；過濾，得濾出固形物和濾出蛋白水解液，將固形物用自來水清洗干凈，曬干，獲得甲殼素產品。
將濾出的蛋白水解液調pH至6.5～7.5，經沉淀、離心、干燥、粉碎，獲得紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。
本發明涉及的中性蛋白酶可以是A.S 1.398枯草桿菌中性蛋白酶，或是胰蛋白酶，或是米曲霉滬釀3.042中性蛋白酶，也可以是胰蛋白酶與米曲霉滬釀3.042中性蛋白酶組成的復合酶。
本發明涉及的酸性蛋白酶為A.S 1.398枯草桿菌酸性蛋白酶，或是黑曲霉A.S 3.350酸性蛋白酶，或是胃蛋白酶，也可以是A.S1.398枯草桿菌酸性蛋白酶與黑曲霉A.S 3.350酸性蛋白酶組成的復合酶。
本發明采用的A.S1.398枯草桿菌中性蛋白酶或酸性蛋白酶是一種來源于枯草桿菌分泌的胞外蛋白水解酶(無錫酶制劑廠，活力50000u/g，最適溫度40℃，中性蛋白酶最適pH 7.2、酸性蛋白酶最適pH3)，A.S1.398中性蛋白酶、酸性蛋白酶的商品名為枯草桿菌中性蛋白酶、枯草桿菌酸性蛋白酶，在全國各大城市廠家均有定點商店出售。
本發明使用的中性蛋白酶的濃度為0.2％～0.4％。
使用的酸性蛋白酶的濃度為0.2％～0.4％。
本發明工藝與傳統工藝相比，其積極效果在于1)減少了鹽酸用量40％～50％；2)減少了一道清洗生產環節，每生產1噸甲殼素節約用水100噸～150噸；3)刪除了NaOH強堿煮沸生產工序；
4)充分回收了有用資源，獲得甲殼素產品的同時，還獲得了高質量蝦蟹蛋白水解精粉，與原來相比可增加40％～60％收入；5)縮短了生產周期，傳統工藝生產周期為12h～14h，本發明工藝為7h～8h；6)降低了生產成本，綜合成本比傳統工藝低40％～50％；7)達到了無強酸、強堿排放，保護了環境。


圖1為本發明的工藝流程圖參照工藝流程圖說明以蝦蟹殼為原料，洗凈，瀝干，用(1～3)mol/L鹽酸噴灑蝦、蟹殼，其殼中碳酸鈣充分中和酸中氫離子，使用的鹽酸量使蝦蟹殼得到初步軟化，避免后道生物酶水解蛋白質工序中甲殼易脆、易碎，從而解決了清洗難度大和產量降低等問題，同時又使整個反應體系的pH值處在中性條件；用0.2％～0.4％中性蛋白酶水解軟化后蝦蟹殼中的蛋白質，水解時間3h～4h；中性蛋白酶水解結束后，濾出蛋白水解液，固形物即除去蛋白質后的蝦蟹殼，用(3～5)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，徹底脫除鈣、磷等礦物質，再過濾，將獲得的甲殼素用自來水清洗干凈，曬干，獲得甲殼素產品，過濾上清液經處理后達標排放。
另一工藝路線是用(4～6)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，直接徹底脫除鈣、磷等礦物質，使用鹽酸的量，使浸泡液的最終pH值為2.0～4.0；用0.2％～0.4％酸性蛋白酶水解蝦、蟹殼中的蛋白質，水解時間3h～4h；酸性蛋白酶水解結束后，過濾，得濾出固形物和濾出蛋白水解液，將固形物即除去蛋白質后的蝦蟹殼用自來水清洗干凈，曬干，獲得甲殼素產品。
采用本發明的兩種工藝所獲得的甲殼素產品，其灰分、色度等質量指標與現傳統生產工藝產品一樣，且得率均高于傳統生產工藝。
調節濾出蛋白水解液的pH值至6.5～7.5，經沉淀、離心、干燥、粉碎等工藝過程，獲得紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品，蛋白含量為69％，測得總氨基酸含量為63.2％，必需氨基酸占總氨基酸42.3％，鮮味氨基酸谷氨酸含量高達12.1％。該產品具有很高的營養價值、而且鮮度好，可用于調味品、保健食品原料，也可用于名貴水產飼料添加劑，如對蝦、黃魚、紅鱒魚等，飼喂后可改善其肉質和色澤，提高商品價值。
過濾后的廢液加入CaO中和，產生Ca(OH)2沉淀(挖起填埋)，上清液達到排放標準。
(五)具體實施方案實施例1(1)將已清洗、瀝干的100kg濕(不滴水)的蝦、蟹殼(蝦、蟹殼如不及時生產，要及時堆放在5℃以下冰庫中)，用1mol/L鹽酸噴灑蝦、蟹殼，(噴灑設備要求耐酸)，使蝦、蟹殼得到初步軟化(軟化程度為手感軟、酶解攪拌不碎即可)，蝦、蟹殼中碳酸鈣充分中和了酸中氫離子，反應體系最終處在中性pH狀態；(2)用0.2％A.S 1.398枯草桿菌中性蛋白酶(無錫酶制劑廠，活力50000u/g，最適溫度40℃，最適pH7.2)水解上述軟化后蝦、蟹殼中的蛋白質，水解時間4h；(3)蛋白酶水解結束后，濾出蛋白水解液，固形物即除去蛋白質后的蝦、蟹殼，用3mol/L鹽酸于40℃浸泡2h，徹底脫除鈣、磷等礦物質，再過濾，將獲得的甲殼素用自來水清洗干凈，曬干，獲得2.77kg甲殼素產品，其主要質量指標如灰分、色度，與現傳統生產工藝獲得的產品一樣，得率高于傳統生產工藝0.27％(傳統生產工藝可獲得2.50kg甲殼素產品，以下同)；(4)調節上述蛋白水解濾液的pH值至6.5，經靜置沉淀，沉淀物進一步離心(4000r/min、5min)、烘干、粉碎(產品細度達到100目)等工藝過程，獲得9.8kg紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品，蛋白含量在69％左右，產品具有很高的營養價值、而且鮮度好，可用于調味品、保健食品原料，也可用于名貴水產飼料添加劑，如對蝦、黃魚、紅鱒魚等，飼喂后可改善其肉質和色澤，提高商品價值。
實施例2(1)將已清洗、瀝干的100kg濕(不滴水)的蝦、蟹殼(蝦、蟹殼如不及時生產，要及時堆放在5℃以下冰庫中)，用3mol/L鹽酸噴灑蝦、蟹殼，(噴灑設備要求耐酸)，蝦、蟹殼中碳酸鈣充分中和酸中氫離子，使蝦、蟹殼得到初步軟化(軟化程度為手感軟、酶解攪拌不碎即可)；(2)用胰蛋白酶與米曲霉滬釀3.042中性蛋白酶復合水解蝦蟹殼蛋白質，胰蛋白酶效果好，但價格較貴，從生產成本和水解蛋白效果綜合考慮，用0.1％胰蛋白酶(杭州三葉生物化工廠，活力4000u/g，最適溫度40℃，最適pH 7.5～8)，配用價格較便宜的米曲霉滬釀3.042中性蛋白酶，用量0.3％(上海迪發釀造生物制品有限公司，活力5000u/g、最適溫度40℃，最適pH7.5)，二種蛋白酶混合后共同水解上述軟化后蝦、蟹殼中的蛋白質，水解時間3h；(3)蛋白酶水解結束后，濾出蛋白水解液，固形物即除去蛋白質后的蝦、蟹殼，用5mol/L鹽酸于50℃浸泡1h，徹底脫除鈣等礦物質，再過濾，將獲得的甲殼素用自來水清洗干凈，曬干，獲得2.95kg甲殼素產品，得率高于傳統生產工藝0.45％；(4)調節上述蛋白水解濾液的pH值至7.5，其余工藝過程同實施例1，獲得7.2kg紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。
實施例3(1)將已清洗、瀝干的100kg濕(不滴水)的蝦、蟹殼(蝦、蟹殼如不及時生產，要及時堆放在5℃以下冰庫中)，用4mol/L鹽酸于50℃浸泡2h，徹底脫除鈣、磷等礦物質，鹽酸用量為使浸泡液最終pH達2.0～4.0；
(2)用0.2％A.S 1.398枯草桿菌酸性蛋白酶(無錫酶制劑廠，活力50000u/g，最適溫度40℃，最適pH3)水解上述徹底脫除鈣、磷等礦物質后的蝦、蟹殼中的蛋白質，水解時間4h；(3)蛋白酶水解結束后，濾出蛋白水解液，固形物即徹底脫除鈣、磷等礦物質和蛋白質后的蝦、蟹殼，用自來水清洗干凈、曬干，獲得2.96kg甲殼素產品，該產品的灰分、色度等主要質量指標與現傳統生產工藝獲得的產品相當，得率高于傳統生產工藝0.46％；(4)調節上述蛋白水解濾液的pH值至6.5，其余工藝過程同實施例1，獲得9.8kg紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。
實施例4(1)將已清洗、瀝干的100kg濕(不滴水)的蝦、蟹殼(蝦、蟹殼如不及時生產，要及時堆放在5℃以下冰庫中)，用6mol/L鹽酸于50℃浸泡1h，徹底脫除鈣、磷等礦物質，最終pH達2.0～4.0。
(2)用A.S1.398枯草桿菌酸性蛋白酶與黑曲霉A.S 3.350酸性蛋白酶混合水解蝦蟹殼蛋白，用0.1％A.S 1.398枯草桿菌酸性蛋白酶(無錫酶制劑廠，活力50000u/g，最適溫度40℃，最適pH3)配用價格便宜的0.3％黑曲霉A.S 3.350酸性蛋白酶(上海迪發釀造生物制品有限公司，活力5000u/g、最適溫度40℃、最適溫度40℃、最適pH3)混合后共同水解上述徹底脫除鈣、磷等礦物質后的蝦、蟹殼中的蛋白質，水解時間3h；(3)蛋白酶水解結束后，濾出蛋白水解液，固形物用自來水清洗干凈、曬干，獲得2.75kg甲殼素產品，得率高于傳統生產工藝0.25％；(4)調節上述蛋白水解濾液的pH值至7.5，其余工藝過程同實施例1，獲得7.5kg紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。
權利要求
1.一種甲殼素清潔生產工藝，以蝦、蟹殼為原料，包括如下步驟(1)蝦、蟹殼軟化用(1～3)mol/L鹽酸噴灑蝦、蟹殼；(2)酶水解除去蛋白質軟化后的蝦、蟹殼用中性蛋白酶水解；(3)除鈣、磷等礦物質上述水解液過濾，得濾出固形物和濾液蛋白水解液，將固形物即除去蛋白質后的蝦、蟹殼用(3～5)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h。(4)甲殼素產品上述浸泡后的蝦、蟹殼用自來水清洗干凈，曬干，獲得甲殼素產品。
2.根據權利要求1所述的清潔生產工藝，其特征是所述的中性蛋白酶為A.S1.398枯草桿菌中性蛋白酶。
3.根據權利要求1所述的清潔生產工藝，其特征是所述的中性蛋白酶還可以是胰蛋白酶，或是米曲霉滬釀3.042中性蛋白酶。
4.根據權利要求1或3所述的清潔生產工藝，其特征是所述的中性蛋白酶是胰蛋白酶與米曲霉滬釀3.042中性蛋白酶的混合酶。
5.根據權利要求1所述的清潔生產工藝，其特征是包括如下步驟(1)除鈣、磷等礦物質用(4～6)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，浸泡液最終pH控制在2.0～4.0；(2)酶水解除去蛋白質脫除鈣、磷等礦物質后的蝦、蟹殼用酸性蛋白酶水解；(3)甲殼素產品上述水解液過濾，得濾出固形物和濾液蛋白水解液，將固形物用自來水清洗干凈、曬干，獲得甲殼素產品。
6.根據權利要求5所述的清潔生產工藝，其特征是所述的酸性蛋白酶為A.S1.398枯草桿菌酸性蛋白酶。
7.根據權利要求5所述的清潔生產工藝，其特征是所述的酸性蛋白酶還可以是黑曲霉A.S3.350酸性蛋白酶，或是胃蛋白酶。
8.根據權利要求5或6或7所述的清潔生產工藝，其特征是所述的酸性蛋白酶是黑曲霉A.S3.350酸性蛋白酶與A.S1.398枯草桿菌酸性蛋白酶組成的混合酶。
9.根據權利要求1或5所述的清潔生產工藝，其特征是將濾出的蛋白水解濾液調pH至6.5～7.5，經沉淀、離心、干燥、粉碎，獲得紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。
全文摘要
一種甲殼素清潔生產工藝，以蝦蟹殼為原料，先采用較低濃度鹽酸噴灑蝦、蟹殼，使蝦蟹殼軟化，然后用A.S1.398中性蛋白酶水解軟化后蝦、蟹殼中的蛋白質，濾出蛋白水解液后的固形物用(3～5)mol/L鹽酸于40℃～50℃浸泡1h～2h，徹底脫除鈣等礦物質，經自來水清洗、曬干獲得甲殼素產品，而濾出蛋白水解液經調pH值、沉淀、離心、干燥、粉碎等工藝過程，獲得紅色蝦蟹蛋白水解精粉產品。本發明工藝無強酸強堿環境污染，節約水資源，生產周期短，生產成本低，且得率高，得到甲殼素產品的同時還獲得蛋白水解精粉。
文檔編號C08B37/08GK1526739SQ0311571
公開日2004年9月8日 申請日期2003年3月6日 優先權日2003年3月6日
發明者朱碧英 申請人:國家海洋局第二海洋研究所