利用生物法与化学法相结合的从虾蟹壳提取甲壳素和蛋白质的方法技术

本发明专利技术公布一种综合利用微生物发酵法、酶法和传统的酸碱法从虾蟹壳提取甲壳素的方法。具体工艺包括：在发酵池中按照比例和次序添加培养基、无机酸(或有机酸)、虾蟹壳原料、蛋白酶、微生物菌种发酵液。其中无机酸用量不超过虾蟹壳中碳酸钙总当量的15％。在控温、鼓气或搅拌的条件下，发酵10-30小时。经压榨分离，回收蛋白质和有机钙。粗品甲壳素中残余的碳酸钙经有机酸或者无机酸继续脱钙，压榨分离处理，得到脱钙率达95％以上的甲壳素成品。两次压榨分离所产生的弱酸性废水经处理后排放。该发明专利技术所公布的方法兼顾了可行性和经济性，整个工艺易于产业化推广。

【技术实现步骤摘要】
利用生物法与化学法相结合的从虾蟹壳提取甲壳素和蛋白 质的方法
本专利技术涉及一种从虾蟹壳提取甲壳素和蛋白质的方法。更具体地说，本专利技术涉及 综合利用乳酸菌发酵法、蛋白酶法、酸碱处理法等方法，从虾蟹壳提取甲壳素，并回收可利 用的蛋白质的方法。 技术背景 甲壳素（Chitin)是自然界中唯一带正电荷的天然高分子聚合物，学名为（1， 4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-0-〇-葡萄糖，分子式为 ：((：8!113腸5)11。甲壳素的来源极为广泛，主 要存在于甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫表皮、菌类及藻类等微生物的细胞壁中。每 年地球上的生物合成量约为100亿吨，是产量仅次于纤维素的第二大可再生资源，也是除 蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子。甲壳素及其衍生物属于性能独特、组织相容性 良好、可生物降解、符合环保要求的绿色材料，可广泛应用于食品、日化、医药、化工、美容、 保健、生物、农业、水处理、纺织等多个领域。目前在日本、欧美等地区，甲壳素及其衍生物在 保健食品、生物医药、植物生长促进、日用化妆品等领域已形成稳定的产业，逐步开发出食 品级、药品级、试剂级等不同类型的产品，市场前景十分广阔。 全球行业分析公司（Global Industry Analysts, Inc.)预测，甲壳素的新应用领 域将不断开辟，会大力促进甲壳素/壳聚糖的市场需求。预计到2018年，全球甲壳素/壳聚 糖市场将达到11. 8万吨。其中新增需求主要来自新的应用领域，尤其在亚太地区的新兴市 场。除了传统的应用领域，如药品、保健食品、化妆品和水处理等应用以外，亚太地区在农用 化学品，如农药、肥料、饲料等领域的应用需求的增加将进一步扩大甲壳素/壳聚糖市场。 传统上用来生产甲壳素的主要原料是水产加工厂废弃的虾壳和蟹壳，其甲壳素的 含量一般在15% ~40%，蛋白质含量为20% ~40%，碳酸钙含量为20%?50%。提取甲壳素 的步骤一般包括脱碳酸钙、脱蛋白质和脱色等。主要的甲壳素提取方法包括化学法（酸碱 法）、蛋白酶法（包括中性蛋白酶和酸性蛋白酶法）和微生物发酵法。 酸碱法是甲壳素提取的传统工艺，主要包括：使用稀盐酸溶液（1-10% )在室温下 脱钙；使用氢氧化钠稀溶液（1-10% )在高温（85-100°C )下去除蛋白质和脂类物质；以及 使用次氯酸钠或乙醇溶液脱除色素的过程。酸碱法的工艺操作简单方便、效率高，但能源和 资源消耗较大，污染严重。目前我国企业所采用甲壳素提取工艺基本上仍然是传统的酸碱 法。每30-35吨虾壳只能提取1吨甲壳素，而每生产1吨甲壳素却会产生400?600吨含 有高氯、盐分以及高C0D(废蛋白）等的废水。处理这些废液难度大，成本高，甚至达到甲 壳素生产成本的5倍以上。同时，由于工艺过程中含有高浓度氯离子，作为副产品回收的蛋 白质营养性差，只能作为废弃物处理，不但造成资源浪费而且也增加了处理成本。 蛋白酶法提取甲壳素主要采用了 Alcalase酶、糜蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白 酶、胰蛋白酶等商业酶。蛋白酶法处理虽然大大降低了污染物的产生，减少了能耗，但却存 在耗时长、效率低、成本高、脱蛋白不充分等不足。 微生物发酵法是以虾蟹废弃物为底料，利用微生物在生长繁殖过程中产生有机酸 去除矿物质，产蛋白酶去除蛋白质，来完成脱钙和脱蛋白的目的。相比传统的酸碱法，微生 物发酵法不仅反应条件温和，耗能少，不会产生酸碱废液，对环境友好，同时还可大量降低 生产用水，其副产物也能被有效回收利用。微生物发酵产有机酸的速度与总量受到接种量、 碳源及其浓度、原料在发酵液中的浓度、原料的外形大小以及发酵温度等多重因素的影响。 但是，微生物脱蛋白质的效率比较低，并且耗时长，理想状态下36-144小时的蛋白去除率 只能达到40% -88%，在生产上不利于大规模生产。 随着近年来政府对减排降耗、环境治理等方面所制定的明确任务和要求，中小型 甲壳素生产企业面临着巨大的生存压力。生产工艺升级换代，采用清洁生产技术已经迫在 眉睫。如何尽可能地减少酸碱用量、提高蛋白质的可回收性，是目前甲壳素生产企业急需解 决的共性问题。 专利（200710159248. 2)公布了 一种利用革兰氏阴性杆菌邻单胞杆 菌（Plesiomonas)发酵，从虾壳中提取虾青素、蛋白质以及甲壳素的方法。专利 (200710115507. 1)公布了一种采用复合酶法，以虾、蟹为原料提取甲壳素、脂肪、蛋白粉的 方法。专利（200710168572. 0)公布了一种采用微波加热，配合NaOH和HC1处理的工艺，从 虾壳中提取甲壳素及其生物活性物质的方法。专利（02122565.6)公布了一种利用有机酸 和有机溶剂从鲜虾壳提取甲壳素、虾青素和蛋白质的方法。专利（200910069014.8)公布了 一种使用固体发酵技术提取甲壳素的方法。专利（201010181224. 9)、（201010181245. 0)、 (200910040121. 8)、（201110061309. 8)分别公布了使用乳酸片球菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆 菌等乳酸菌发酵从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法。 与上述专利相比，本专利综合使用了微生物发酵法、酶法和传统的酸碱法，充分发 挥了各种方法的优势，兼顾了可行性、方便性和经济性，使得整个工艺更加方便和易于产业 化推广。传统的酸碱法操作最简单方便、并且效率高，但能源和资源消耗较大，污染严重。而 不管是单独使用酶法或者单独使用微生物发酵法，都存在着耗时长，脱碳酸钙和脱蛋白效 率低的不足，难以真正在生产上推广应用。本专利技术所公布的方法比传统的酸碱法降低HC1 用量60%以上，降低NaOH用量80%以上。同时，副产品蛋白质和有机钙可以得到很好的回 收。所产生的废水不仅量小，而且为弱酸性，易于处理达标。
技术实现思路
本专利技术的目的是公布一种利用生物法与化学法相结合的从虾蟹壳提取甲壳素和 蛋白质的方法。 本专利技术所述的方法是通过下述技术方案予以实现的： 本技术工艺分2个主要环节，即发酵脱除碳酸钙的蛋白质阶段、酸处理脱除残余 碳酸钙阶段。前者在发酵池中完成，发酵池中的发酵预混物包括（按照添加次序）：微生物 发酵培养基、有机酸或无机酸、虾蟹壳原料、蛋白酶、微生物菌种发酵液。其中无机酸用量 (按照当量计算）不超过虾蟹壳原料中碳酸钙总当量的15%。发酵预混物在特定温度和通 氧量的情况下，发酵培养10-30小时。经压榨分离，回收蛋白质和有机钙。粗品甲壳素经再 次使用酸（有机酸或者无机酸）脱钙和压榨分离处理，得到脱钙率达95%以上的甲壳素成 品。两次压榨分离所产生的弱酸性废水经处理后排放。 本专利技术所述的技术工艺流程如附图1所示。 本专利技术所述的发酵池，是具有加气、保温功能的水泥池或者金属罐，以保证发酵温 度可控。 本专利技术所述的发酵过程，其温度控制在20-40°C，其充气量为2-80立方米/小时。 本专利技术所述的微生物发酵培养基，其特征在于，充分利用虾蟹壳中自身所带的各 种盐类和残余蛋白质（氮源）作为微生物菌种培养的营养，同时补充微生物所需的碳源，以 及控制乳酸菌噬菌体生长所需的柠檬酸盐。 本专利技术所述的有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用生物法与化学法相结合的从虾蟹壳提取甲壳素和蛋白质的方法，其特征在于：整个工艺分两步完成，即：第一步，微生物发酵脱除蛋白质和大部分碳酸钙，经压榨分离，回收蛋白质和有机钙；第二步，使用盐酸或者其它有机酸脱除甲壳素粗品中残余的碳酸钙。

【技术特征摘要】
1. 一种利用生物法与化学法相结合的从虾蟹壳提取甲壳素和蛋白质的方法，其特征在 于：整个工艺分两步完成，即：第一步，微生物发酵脱除蛋白质和大部分碳酸钙，经压榨分 离，回收蛋白质和有机钙；第二步，使用盐酸或者其它有机酸脱除甲壳素粗品中残余的碳酸 钙。2. 根据权利1的要求，微生物发酵过程在发酵池或者发酵罐中进行。发酵混合物料包 括虫下蟹壳原料、培养基、有机酸或无机酸、蛋白酶和微生物菌种发酵液。在控温20-40°C，鼓 气或搅拌的条件下，持续发酵10-30小时。3. 根据权利2的要求，无机酸用量（按照当量计算）不超过虾蟹壳原料中碳酸钙总当 量的15%，有机酸用量（按照当量计算）为虾蟹壳原料中碳酸钙总当量的0-15%。4. 根据权利2的要求，所述的蛋白酶，是指来自于霉菌、细菌、酵母菌或者放线菌的酸 性蛋白酶、中性蛋白酶或碱性蛋白酶中的一种，或多种混合使用。本发明所述的蛋白酶尤其 是指酸性蛋白酶。5. 根据权利2的要求，所述微生物是指能够产生有机酸和蛋白酶的微生物，包括乳杆 菌属、乳球菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、沙雷菌属和曲霉属微生物等。本发明所述的微 生物菌种尤其是指乳杆菌属细菌。其中，乳杆菌属微生物是指干酪乳杆菌（Lactobacillus casei)、卷曲乳杆菌（Lactobacillus crispatus)、保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus)、德氏乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii)、发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentium)、格氏乳杆菌(Lactobacillus gasseri)、瑞 士乳杆菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占良，胡道亨，沈冬，傅鹏程，吴学强，刘战征，
申请(专利权)人：杭州驼王科技有限公司，舟山市普陀新兴医药化工有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33