CN101785562B - 海带组分分离生物量全利用制备多种产品的方法 - Google Patents

Abstract

针对传统方法从海带中分离海藻酸钠等产品耗水量大、劳动强度高等问题，本发明提供一种节水节能的海带组分分离制备海藻酸钠、膳食纤维、色素、碘和甘露醇的方法，首先洗去海带表面的沙土，切割后进行汽爆处理使海带撕裂破碎，再用碳酸钠溶液消化后，用管式离心机进行固液分离，固体渣制备膳食纤维，液体组分用氯化钙沉淀海藻酸钠后，用超滤和电渗析等方法分离色素、碘和甘露醇。与传统方法相比本方法提取海藻酸钠可节水30％-50％，节能20-30％，避免了使用有毒物甲醛固色过程，缩短消化时间，同时联产多种产品，实现海带各组分全利用，提高海带的经济价值。

Description

海带组分分离生物量全利用制备多种产品的方法

技术领域

本发明属于海带资源利用领域，特别涉及海带组分分离生物量全利用制备海藻酸钠等多种产品的方法。

技术背景

我国东面临海，有广阔的海域，可大力发展海带生物质资源，海带加工产品十分丰富，如海藻酸钠、碘和甘露醇、海带膳食纤维等，其中海藻酸钠以其良好的生物降解性和生物相容性，被广泛应用于纺织、医药、食品、化学、生物等领域；碘是人体生长发育不可缺少的微量元素；甘露醇可用于食品、医药塑料等行业。传统的海带加工方式技术陈旧，耗水耗能大，缺乏深加工技术，已不能满足我国社会发展的需求，特别是在石油资源日益匮乏、生物质资源将逐渐成为工业经济的主角的背景下，必须对传统的海带加工技术升级换代，才能充分发挥其在生产新材料、食品和化学品开发方面的潜在优势。

传统海藻酸钠提取方法存在以下主要问题：1)由于海藻酸钠粘度大，消化后难以过滤，需要大量的水稀释，耗水量可达1∶1000；2)中间产物海藻酸不稳定，易降解，因此所得到的产品收率和黏度都比较低；3)浸泡时需加有毒物质甲醛，在海藻酸钠产品中会有残留，同时增加了生产成本和环境污染。4)浸泡和消化的时间较长，一共为6-8h左右，影响生产效率。在从海带中提取碘和甘露醇方面也有一些专利，如2006年10月4日公开的一种从海带中提取碘的方法(申请号：200510044408.x)和一种从海带中提取甘露醇的方法(申请号：200510044407.5)，但只是从海带中提取单个组分，没有实现海带各组分全利用，经济效益不高。

针对以上问题，本发明根据海带组分的特性，利用汽爆技术对海带进行预处理，再利用管式离心、电渗析、超滤膜等技术进行组分分离，实现海带生物量全利用，生产海藻酸钠、膳食纤维、碘、色素、甘露醇等产品。本发明提供了节能节水的海带清洁加工工艺，与传统方法相比本发明可节水30％-50％，节能20-30％，避免了使用有毒物甲醛固色过程，缩短消化时间，具有明显的应用价值。

发明内容

【本发明的目的】本发明的目的是针对传统方法从海带中提取海藻酸钠等产品耗水、耗能大的缺点，提供一种清洁高效的海带组分分离多联产制备海藻酸钠等产品的方法。

【技术方案】本发明提供的海带组分分离生物量全利用制备海藻酸钠等多种产品的方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将新鲜海带用水洗去沙土后切成3-15cm小段，或干海带浸泡1-2h后洗去沙土切成3-15cm小段；

(2)汽爆处理：对预处理后的海带在0.6～1.5MPa压力下维压2～10min进行蒸汽***处理；

(3)消化：对汽爆后的海带用相对于海带干重5-15倍(m/V，g/ml)的1-2％碳酸钠溶液进行消化，消化温度为40-55℃，消化时间为1-2h；

(4)离心：消化结束后加入相对于海带干重5-20倍(m/V，g/ml)的水稀释，用管式离心机在转速为5000-15000r/min条件下离心，实现海带消化渣与上清液液的分离；

(5)离心后的海带消化渣主要是海带纤维，用相对于固相物料干重10-20倍(m/V，g/ml)的0.5-2％的双氧水漂白，漂白时间为20-60min、温度为30-50℃，漂白后50-70℃下真空干燥、粉碎便得到海带膳食纤维成品；

(6)上清液中主要成分为海藻酸钠、色素、碘、甘露醇，上清液用盐酸调节pH为6-7后加入0.2-1倍体积的10-15％的氯化钙溶液，形成海藻酸钙沉淀，过滤得到海藻酸钙和滤液；

(7)将海藻酸钙加入到5-10％的盐酸溶液中在20-35℃下酸化10-20min，生成海藻酸凝块，过滤分离出海藻酸凝块后缓慢加入10-15％的碳酸钠溶解海藻酸凝块形成海藻酸钠溶液，往海藻酸钠溶液中加入1-2倍(V/V)的95％乙醇溶液使海藻酸钠沉淀，过滤海藻酸钠，在40-60℃下干燥后，粉碎得到海藻酸钠成品。

(8)将步骤(6)的滤液用超滤膜过滤，分离海带色素，超滤膜孔径为0.001-0.02微米；

(9)将步骤(8)中去除色素的溶液用电渗析的方法富集碘离子，电渗析后滤液分为料液和富集碘离子浓液，在富集了碘离子的浓液中加盐酸调节pH为1-3，再充入氯气在20-40℃氧化1-3h，将溶液中的碘离子氧化成单质碘。用四氯化碳从溶液中萃取碘，用真空旋转蒸发仪去除四氯化碳溶剂后得到碘。

(10)在步骤(9)得到的料液中加入1-2倍体积的95％乙醇将甘露醇沉淀，过滤干燥后得甘露醇。

【技术特点】本专利的核心是利用汽爆、管式离心、超滤、电渗析等技术实现海带产品的清洁高效制备，通过无污染蒸汽***技术对海带进行预处理，将海带细胞破壁，为下游的组分分离提供了良好的条件，汽爆海带消化后利用管式离心、超滤、电渗析等技术分离海带渣、色素、甘露醇和碘，为海带组分分离联产多种产品提供了新途径，与传统方法相比本发明可节水30％-50％，节能20-30％，避免了使用有毒物甲醛固色过程，缩短消化时间，经济性前景好。

附图说明

图1是本发明工艺流程的示意图。其中，1为海带浸泡罐；2为切割机；3为汽爆罐；4为消化罐；5为离心机；6为漂白罐；7为干燥器；8为海藻酸钙沉淀罐；9为过滤器；10为酸化罐；11为中和罐；12为沉淀罐；13为超滤膜；14为电渗析器；15为沉淀罐；16为氧化罐；17为萃取罐

具体实施方式

实施例1：

(1)预处理：将新鲜海带用水洗去沙土后切成3-15cm小段；

(2)汽爆处理：对预处理后的海带在0.6MPa压力下维压5min进行蒸汽***处理；

(3)消化：对汽爆后的海带用相对于海带干重10倍(m/V，g/ml)的1％碳酸钠溶液进行消化，消化温度为40℃，消化时间为2h；

(4)离心：消化结束后加入相对于海带干重20倍(m/V，g/ml)的水稀释，用管式离心机在转速为15000r/min条件下离心，实现海带消化渣与上清液液的分离；

(5)离心后的海带消化渣主要是海带纤维，用相对于固相物料干重10倍(m/V，g/ml)的0.8％的双氧水漂白，漂白时间为40min、温度为35℃，漂白后70℃下真空干燥、粉碎便得到海带膳食纤维成品；

(6)上清液中主要成分为海藻酸钠、色素、碘、甘露醇，上清液用盐酸调节pH为6.5后加入0.2倍体积的10％的氯化钙溶液，形成海藻酸钙沉淀，过滤得到海藻酸钙和滤液；

(7)将海藻酸钙加入到7％的盐酸溶液中在35℃下酸化10min，生成海藻酸凝块，过滤分离出海藻酸凝块后缓慢加入10％的碳酸钠溶解海藻酸凝块形成海藻酸钠溶液，往海藻酸钠溶液中加入2倍(V/V)的95％乙醇溶液使海藻酸钠沉淀，过滤海藻酸钠，在60℃下干燥后，粉碎得到海藻酸钠成品。

(8)将步骤(6)的滤液用孔径为0.001-0.02微米的超滤膜过滤，分离海带色素；

(9)将步骤(8)中去除色素的溶液用电渗析的方法富集碘离子，电渗析后滤液分为料液和富集碘离子浓液，在富集了碘离子的浓液中加盐酸调节pH为3，再充入氯气在40℃氧化1h，将溶液中的碘离子氧化成单质碘。用四氯化碳从溶液中萃取碘，用真空旋转蒸发仪去除四氯化碳溶剂后得到碘。

(10)在步骤(9)得到的料液中加入2倍体积的95％乙醇将甘露醇沉淀，过滤干燥后得甘露醇。

实施例2：

(1)预处理：将干海带浸泡1-2h后洗去沙土切成3-15cm小段；

(2)汽爆处理：对预处理后的海带在0.9MPa压力下维压9min进行蒸汽***处理；

(3)消化：对汽爆后的海带用相对于海带干重14倍(m/V，g/ml)的2％碳酸钠溶液进行消化，消化温度为50℃，消化时间为1h；

(4)离心：消化结束后加入相对于海带干重13倍(m/V，g/ml)的水稀释，用管式离心机在转速为8000r/min条件下离心，实现海带消化渣与上清液液的分离；

(5)离心后的海带消化渣主要是海带纤维，用相对于固相物料干重12倍(m/V，g/ml)的2％的双氧水漂白，漂白时间为20min、温度为40℃，漂白后50℃下真空干燥、粉碎便得到海带膳食纤维成品；

(6)上清液中主要成分为海藻酸钠、色素、碘、甘露醇，上清液用盐酸调节pH为6.3后加入0.4倍体积的15％的氯化钙溶液，形成海藻酸钙沉淀，过滤得到海藻酸钙和滤液；

(7)将海藻酸钙加入到5-10％的盐酸溶液中在25℃下酸化20min，生成海藻酸凝块，过滤分离出海藻酸凝块后缓慢加入14％的碳酸钠溶解海藻酸凝块形成海藻酸钠溶液，往海藻酸钠溶液中加入1.5倍(V/V)的95％乙醇溶液使海藻酸钠沉淀，过滤海藻酸钠，在50℃下干燥后，粉碎得到海藻酸钠成品。

(8)将步骤(6)的滤液用孔径为0.01-0.02微米的超滤膜过滤，分离海带色素；

(9)将步骤(8)中去除色素的溶液用电渗析的方法富集碘离子，电渗析后滤液分为料液和富集碘离子浓液，在富集了碘离子的浓液中加盐酸调节pH为1，再充入氯气在27℃氧化2h，将溶液中的碘离子氧化成单质碘。用四氯化碳从溶液中萃取碘，用真空旋转蒸发仪去除四氯化碳溶剂后得到碘。

(10)在步骤(9)得到的料液中加入1.5倍体积的95％乙醇将甘露醇沉淀，过滤干燥后得甘露醇。

实施例3：

(1)预处理：将干海带浸泡1h后洗去沙土切成3-15cm小段；

(2)汽爆处理：对预处理后的海带在1.5MPa压力下维压2min进行蒸汽***处理；

(3)消化：对汽爆后的海带用相对于海带干重15倍(m/V，g/ml)的1.5％碳酸钠溶液进行消化，消化温度为40℃，消化时间为1h；

(4)离心：消化结束后加入相对于海带干重10倍(m/V，g/ml)的水稀释，用管式离心机在转速为14000r/min条件下离心，实现海带消化渣与上清液液的分离；

(5)离心后的海带消化渣主要是海带纤维，用相对于固相物料干重20倍(m/V，g/ml)的0.7％的双氧水漂白，漂白时间为50min、温度为30℃，漂白后50℃下真空干燥、粉碎便得到海带膳食纤维成品；

(6)上清液中主要成分为海藻酸钠、色素、碘、甘露醇，上清液用盐酸调节pH为7后加入0.2倍体积的15％的氯化钙溶液，形成海藻酸钙沉淀，过滤得到海藻酸钙和滤液；

(7)将海藻酸钙加入到10％的盐酸溶液中在35℃下酸化10min，生成海藻酸凝块，过滤分离出海藻酸凝块后缓慢加入10％的碳酸钠溶解海藻酸凝块形成海藻酸钠溶液，往海藻酸钠溶液中加入2倍(V/V)的95％乙醇溶液使海藻酸钠沉淀，过滤海藻酸钠，在50℃下干燥后，粉碎得到海藻酸钠成品。

(8)将步骤(6)的滤液用孔径为0.001-0.02微米超滤膜过滤，分离海带色素；

(9)将步骤(8)中去除色素的溶液用电渗析的方法富集碘离子，电渗析后滤液分为料液和富集碘离子浓液，在富集了碘离子的浓液中加盐酸调节pH为3，再充入氯气在40℃氧化3h，将溶液中的碘离子氧化成单质碘。用四氯化碳从溶液中萃取碘，用真空旋转蒸发仪去除四氯化碳溶剂后得到碘。

(10)在步骤(9)得到的料液中加入1.5倍体积的95％乙醇将甘露醇沉淀，过滤干燥后得甘露醇。

Claims (1)

1.一种海带组分分离生物量全利用制备多种产品的方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将新鲜海带用水洗去沙土后切成3-15cm小段，或干海带浸泡1-2h后洗去沙土切成3-15cm小段；

(2)汽爆处理：对预处理后的海带在0.6～1.5MPa压力下维压2～10min进行蒸汽***处理；

(3)消化：对汽爆后的海带用相对于海带干重5-15倍(m/V，g/ml)的1-2％碳酸钠溶液进行消化，消化温度为40-55℃，消化时间为1-2h；

(4)离心：消化结束后加入相对于海带干重5-20倍(m/V，g/ml)的水稀释，用管式离心机在转速为5000-15000r/min条件下离心，实现海带消化渣与上清液液的分离；

(5)离心后的海带消化渣主要是海带纤维，用相对于固相物料干重10-20倍(m/V，g/ml)的0.5-2％的双氧水漂白，漂白时间为20-60min、温度为30-50℃，漂白后50-70℃下真空干燥、粉碎便得到海带膳食纤维成品；

(6)上清液中主要成分为海藻酸钠、色素、碘、甘露醇，上清液用盐酸调节pH为6-7后加入0.2-1倍体积的10-15％的氯化钙溶液，形成海藻酸钙沉淀，过滤得到海藻酸钙和滤液；

(7)将海藻酸钙加入到5-10％的盐酸溶液中在20-35℃下酸化10-20min，生成海藻酸凝块，过滤分离出海藻酸凝块后缓慢加入10-15％的碳酸钠中和海藻酸凝块形成海藻酸钠溶液，往海藻酸钠溶液中加入1-2倍(v/v)的95％乙醇溶液使海藻酸钠沉淀，过滤海藻酸钠，在40-60℃下干燥后，粉碎得到海藻酸钠成品；

(8)将步骤(6)的滤液用孔径为0.001-0.02微米的超滤膜过滤，分离海带色素；

(9)将步骤(8)中去除色素的溶液用电渗析的方法富集碘离子，电渗析后滤液分为料液和富集碘离子浓液，在富集了碘离子的浓液中加盐酸调节pH为1-3，再充入氯气在20-40℃氧化1-3h，将溶液中的碘离子氧化成单质碘，用四氯化碳从溶液中萃取碘，用真空旋转蒸发仪去除四氯化碳溶剂后得到碘；

(10)在步骤(9)得到的料液中加入1-2倍体积的95％乙醇将甘露醇沉淀，过滤干燥后得甘露醇。