CN105950574A - 一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法 - Google Patents

一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法。步骤为：于废弃虾头中添加缓冲液后机械破碎，滤布过滤得滤液和残渣；残渣用于生产甲壳素；滤液进行膜分离处理，得滤过液；再用离子交换柱吸附，收集流穿液；再泵入纳滤膜设备中浓缩得浓缩液；制粉、包装即可。本发明利用现代生化分离技术，从废弃虾头中分离具有高活性的蛋白酶类，有效提高了虾类资源的利用率，解决现有方法不能同时从虾头中提取酶制剂和甲壳素的技术缺陷。本发明方法可实现虾头复合酶制剂的工业化生产，变废为宝，所制备的酶制剂呈淡黄色、无腥味、无重金属残留、久置不会黑变、在低温时仍有很高的酶活。

Description

一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法
技术领域
本发明涉及水产品精深加工领域，更具体涉及一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法。
背景技术
对虾养殖是我国南方地区如海南、广东、广西、福建等省的水产支柱产业。对虾营养丰富、壳薄体肥、味道鲜美，脂肪含量低、蛋白含量高、营养平衡性好，深受广大消费者的喜爱。目前，我国虾类加工多为冷冻无头虾、虾仁等产品，在虾类加工过程中，虾头作为加工副产物，占虾体重量的30 %—40%。据估算，我国每年剔除的虾头约7万吨，其中大部分直接丢弃，少量用于生产饲料、调味品、甲壳素等产品，这不仅造成蛋白资源的浪费，也带来了环境污染问题。
研究发现，虾头部消化腺中含有丰富的高活力蛋白酶。与来源于哺乳动物的蛋白酶不同，由于对虾的生活环境温度低，虾头中的蛋白酶即使在10-25℃下也具有良好的活性，所以在实际应用时，利用该酶进行的酶解反应可在低温下进行，既可节省大量的能耗，也能避免因酶解温度高导致物质变性、料液粘结等现象。因此，如何科学利用废弃的虾头，变废为宝，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，步骤为：
原料的预处理：取新鲜的或冷冻保藏的废弃虾头，添加缓冲液后机械破碎，滤布过滤得滤液和残渣；
超滤膜处理：将过滤得到的滤液经泵导入超滤膜设备中进行膜分离处理，得滤过液；
离子交换柱吸附：将上述所得用离子交换柱吸附，收集流穿液；
纳滤膜浓缩：所得流穿液泵入纳滤膜设备中浓缩得浓缩液；
制粉：往浓缩液中添加4-己基间苯二酚和环糊精，溶解混匀后喷雾干燥制粉；
包装：往制得的粉末中添加二氧化硅粉末，混匀后包装即得复合酶制剂成品。
进一步，所述过滤后的残渣用于生产甲壳素。
进一步，所述原料的预处理中，添加的缓冲液为pH8.0、浓度为20 mmol/L、温度为0-4 ℃的缓冲液，添加重量为废弃虾头重量的2-5倍。
进一步，所述超滤膜处理步骤中，所采用的超滤膜截留分子量为100 kDa，超滤温度保持在20℃以下。
进一步，所述离子交换柱吸附步骤中，所用树脂为阳离子交换树脂；优先的，为国产732型强酸性阳离子交换树脂，过柱流速为20-40 mL/min。
进一步，所述纳滤膜浓缩步骤中，所采用的纳滤膜截留分子量为1 kDa，纳滤温度保持在20℃以下，浓缩后浓缩液固形物重量含量为10-20%。
进一步，所述制粉步骤中，4-己基间苯二酚（4-HR）添加重量为浓缩液体积的0.1-0.5%，环糊精添加重量为浓缩液重量的10-15%。
进一步，所述包装步骤中，二氧化硅粉末的添加量为制得粉末重量的1-2%。
本发明的方法中：
原料的预处理，通过添加缓冲液后机械破碎的方法将虾头中的蛋白酶浸提到滤液中，剩余的残渣用于制备甲壳素，添加缓冲液可起到保护蛋白酶酶活力的作用。
超滤膜处理，除去大分子杂质和菌体，也起到一定的除色除味作用。
离子交换柱吸附，起到除色、除味、吸附重金属的作用。
纳滤膜浓缩，起到浓缩的作用以提高喷雾干燥制粉的得率，并除去无机盐类等小分子杂质。
制粉，将液体状的蛋白酶喷雾成粉末状，易于保藏和运输，添加4-己基间苯二酚（4-HR）是为了抑制酶制剂的黑变，添加环糊精是为了减少喷雾干燥过程中蛋白酶活力的损失。
包装，将制得的蛋白酶粉末包装，添加二氧化硅粉末是为了防止储存过程中粉末的结块现象。
本发明提供一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，有效提高了虾类资源的利用率，解决现有方法不能同时从虾头中提取酶制剂和甲壳素的技术缺陷。本发明采用原料的预处理、超滤膜处理、离子交换柱吸附、纳滤膜浓缩、制粉、包装的技术方案从废弃虾头中制备酶制剂，所制备的酶制剂呈淡黄色、无腥味、无重金属残留、久置不会黑变、在低温时仍有很高的酶活。
本发明利用现代生化分离技术，从废弃虾头中分离具有高活性的蛋白酶类，实现酶制剂的工业化生产，变废为宝，带来了重大的经济效益及社会效益。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例 1 ：利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法
1）原料的预处理：取新鲜的废弃虾头5 kg，添加pH为8.0、浓度为20 mmol/L、温度为0-4 ℃的Tris-HCl缓冲液10 kg，机械破碎，过滤得滤液11 L和残渣4 kg，滤液用于复合酶制剂的制备，残渣用于生产甲壳素；
2）超滤膜处理：将过滤得到的滤液11 L经泵导入100 kDa超滤膜设备中进行膜分离处理，得滤过液10 L，超滤温度保持在20℃以内；
3）离子交换柱吸附：将超滤膜滤过液用离子交换柱吸附，收集流穿液10.5 L，所用树脂为国产732型强酸性阳离子交换树脂，过柱流速为40 mL/min；
4）纳滤膜浓缩：所得流穿液泵入1 kDa纳滤膜设备中浓缩得固形物含量为10%的浓缩液3 kg；
5）制粉：往浓缩液中添加4-己基间苯二酚（4-HR）3 g和环糊精300 g，溶解混匀后喷雾干燥制粉得粉末500 g；
6）包装：往制得的粉末中添加5 g二氧化硅粉末，混匀后包装即得复合酶制剂成品。单位酶活为2200U/g。
酶活测定方法：虾头复合酶制剂中主要是丝氨酸蛋白酶，所以以其酶活为表征虾头复合酶制剂的酶活。采用 Boc-Phe-Ser-Arg-MCA 底物进行酶活力的检测：37°C 条件下，在 850 μL 20 mmol/L Tris-HCl(pH 8.0)中加入 50μL 酶液，再加入50 μL 的 10 μmol/L Boc-Phe-Ser-Arg-MCA 荧光底物开始反应，反应时间 10 min 后,迅速加入1.5 mL 终止液(甲醇：异丙醇：水=35：30：35，v/v/v)。使用荧光分光光度计进行酶活力的检测，酶促反应的产物 7-氨基-4-甲基香豆素(7-amino-4-methylcoumarin，AMC)在激发波长 380 nm、发射波长 450 nm 条件下的荧光强度经过换算后即可以得到酶的活力单位。酶活力的定义为每分子释放 1 nmol AMC 所需要的能力即为 1 个酶活力单位(U)。（以下实施例同此测定方法）
所得的酶制剂呈淡黄色、无腥味、无重金属残留、久置不会黑变、在低温时仍有很高的酶活。
实施例 2 ：利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法
1）原料的预处理：取冷冻保藏的废弃虾头1 kg，添加pH为8.0、浓度为20 mmol/L、温度为0-4 ℃的Tris-HCl缓冲液5 kg，机械破碎，过滤得滤液5.2 L和残渣0.8 kg，滤液用于复合酶制剂的制备，残渣用于生产甲壳素；
2）超滤膜处理：将过滤得到的滤液5.2 L经泵导入100 kDa超滤膜设备中进行膜分离处理，得滤过液4.4 L，超滤温度保持在20℃以内；
3）离子交换柱吸附：将超滤膜滤过液用离子交换柱吸附，收集流穿液4.6 L，所用树脂为国产732型强酸性阳离子交换树脂，过柱流速为20 mL/min；
4）纳滤膜浓缩：所得流穿液泵入1 KDa纳滤膜设备中浓缩得固形物含量为20%的浓缩液0.7 kg；
5）制粉：往浓缩液中添加4-己基间苯二酚（4-HR）3.5 g和环糊精105 g，溶解混匀后喷雾干燥制粉得粉末208 g；
6）包装：往制得的粉末中添加4.16 g二氧化硅粉末，混匀后包装即得复合酶制剂成品。单位酶活为2100U/g。
所得的酶制剂呈淡黄色、无腥味、无重金属残留、久置不会黑变、在低温时仍有很高的酶活。
实施例 3 ：利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法
1）原料的预处理：取冷冻保藏的废弃虾头2 kg，添加pH为8.0、浓度为20 mmol/L、温度为0-4 ℃的Tris-HCl缓冲液6 kg，机械破碎，过滤得滤液10 L和残渣1.5 kg，滤液用于复合酶制剂的制备，残渣用于生产甲壳素；
2）超滤膜处理：将过滤得到的滤液10L经泵导入100 kDa超滤膜设备中进行膜分离处理，得滤过液8.5L，超滤温度保持在20℃以内；
3）离子交换柱吸附：将超滤膜滤过液用离子交换柱吸附，收集流穿液7.5 L，所用树脂为国产732型强酸性阳离子交换树脂，过柱流速为30mL/min；
4）纳滤膜浓缩：所得流穿液泵入1 KDa纳滤膜设备中浓缩得固形物含量为15%的浓缩液1.6 kg；
5）制粉：往浓缩液中添加4-己基间苯二酚（4-HR）4.8 g和环糊精192g，溶解混匀后喷雾干燥制粉得粉末450 g；
6）包装：往制得的粉末中添加6.75 g二氧化硅粉末，混匀后包装即得复合酶制剂成品。单位酶活为2000U/g。
所得的酶制剂呈淡黄色、无腥味、无重金属残留、久置不会黑变、在低温时仍有很高的酶活。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种利用对虾加工副产物虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，步骤为：
原料的预处理：取新鲜的或冷冻保藏的废弃虾头，添加缓冲液后机械破碎，滤布过滤得滤液和残渣；
超滤膜处理：将过滤得到的滤液经泵导入超滤膜设备中进行膜分离处理，得滤过液；
离子交换柱吸附：将上述所得用离子交换柱吸附，收集流穿液；
纳滤膜浓缩：所得流穿液泵入纳滤膜设备中浓缩得浓缩液；
制粉：往浓缩液中添加4-己基间苯二酚和环糊精，溶解混匀后喷雾干燥制粉；
包装：往制得的粉末中添加二氧化硅粉末，混匀后包装即得复合酶制剂成品。
2.权利要求1所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述过滤后的残渣用于生产甲壳素。
3.权利要求1或2所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述原料的预处理中，添加的缓冲液为pH8.0、浓度为20 mmol/L、温度为0-4 ℃的缓冲液，添加重量为废弃虾头重量的2-5倍。
4.权利要求1或2所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述超滤膜处理步骤中，所采用的超滤膜截留分子量为100 kDa，超滤温度保持在20℃以下。
5.权利要求1或2所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述离子交换柱吸附步骤中，所用树脂为阳离子交换树脂；优先的，为国产732型强酸性阳离子交换树脂，过柱流速为20-40 mL/min。
6.权利要求1或2所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述纳滤膜浓缩步骤中，所采用的纳滤膜截留分子量为1 kDa，纳滤温度保持在20℃以下，浓缩后浓缩液固形物重量含量为10-20%。
7.权利要求1或2所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述制粉步骤中，4-己基间苯二酚（4-HR）添加重量为浓缩液体积的0.1-0.5%，环糊精添加重量为浓缩液重量的10-15%。
8.权利要求1或2所述利用废弃虾头制备复合酶制剂和甲壳素的方法，其特征在于，所述包装步骤中，二氧化硅粉末的添加量为制得粉末重量的1-2%。
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