甲壳素提取新工艺的研究

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Study on the New Production Process of Chitin
Duan Yuan-fei, He Zhong-cheng , Zhuang Gui-dong , Han Rong-wei , Gai Zuo-qi , Chi Yu-sen
School of Food Science and Technology , Laiyang Agriculture College (Qingdao 266109)
利用水解后的蛋白制成的调味汁营养丰富游离氨
基酸含量 接近60 % , 且 8种 必须氨基 酸齐全 , 占总氨 基
酸含量的38.82 %, 具有较高的营养价值 。
表6 调味汁中氨基酸含量比较
单位 :mg/100 g(粗蛋白)
项目
蚝油 浓缩调味品 鸡蛋蛋白
含氮总量
81.29
81.39
82.45
必需氨基酸种类
蟹壳 :青岛佳元水产有限公司 ; 离心沉淀机 LXJ -Ⅱ :上海医用分析仪器厂 ; 旋转蒸发仪 RE-52 :上海亚荣生化仪器厂 ;
*通讯作者
电子分析天平 RS232 :奥豪斯国际贸易有限公司 ;
膜分离设备 :厦门三达膜分离设备有限公司 。
1 .2 试验方法
洗涤液 →过滤 →浓缩 →浓缩液 →氨基酸调味品
极浑浊
注 :T-N、粗蛋白、AN的单位为g· 100 mL-1
由表5可看出 , 超滤后总 氮 、氨基酸态 氮(AN)含 量
百度文库
略有 下降 , 其中 AN 保 存率为 92 .2 %, 但腥 、苦 味成 分
得到有效截留去除 , 风味更加纯正 , 具有浓郁的海鲜风
味。
2 .3 .1 .2 海鲜调味汁的营养成分分析
含量 ≥%
97.5 ~ 100 .5 97.5~ 100.5
99.2
氟化物 ≤%
0.003
0.003
0.003
重金属(以Pb计)≤% 0.002
0.002
0.002
砷(As)≤%
0.000 3
-
-
干燥失重 %
10.0 ~ 13.3 10.0 ~ 14.0
11.3
酸不溶物 ≤%
0 .2
-
-
由表9可以看出 , 得到的柠檬酸钙主要质量指标 完
□基础研究
甲壳素提取新工艺的研究
段元斐 , 何忠诚 , 庄桂东 , 韩荣伟 , 盖作启 , 迟玉森 *
莱阳农学院 食品学院 (青岛 266109)
摘 要 以螃蟹壳为原料 , 采用复合酶降解蛋白 、有机酸脱钙 、酒精脱色制取食品级甲壳素 。综合利用 脱 蛋白后的酶解液 , 制 取氨基氮高达8 %、海鲜风味浓郁的 高档海鲜调味品 ;回收 柠檬酸脱钙 后的废液 , 制 取柠檬酸钙晶体 , 废液可以循环利用 。 关键词 甲壳素 ;酶解法 ;脱钙 ;调味精华
C 料水比
1(1∶20) 2(1∶30) 3(1∶40)
多糖质量/ g
0.5102 0.8002 1.1194
4
2(80)
1
5
2
2
2
1.2928
3
1.3458
6
2
3
7
3(90)
1
1
1.4422
3
1.4789
8
3
2
1
1.5302
9
3
3
2
1.9222
K1
K2 K3 极差
2.4298
4.0808 4.9313 2.5015
甲壳素主 要从虾 、蟹壳 中提取 , 虾 、蟹壳 中的杂 质 主要是无机盐 、蛋白质 [1] 。以前的研究报道中均是 加入 大量酸碱 去掉这三类杂 质 , 生产过 程产生大 量的高 浓 度酸碱废 液 , 严重环境 污染 。无法投 入实际 生产应用 。 为此 , 有关专家提出虾壳 、蟹壳的资源化处理法 [2] 。
浓缩调味品 4 .12 4 .72 3 .35 5 .08 7.44 4.26 5.11 1.0
由表6可以看出 , 浓缩调味品中的氨基酸含量比 蚝
油高 , 并且含有八种必需氨基酸 ,甚至可与鸡蛋蛋白 相
媲美 。通过表7的氨基酸化学评分比较可以发现浓缩 调
味品中的氨基酸组成与 FAO(1973)推荐的理想氨基 酸
表5 超滤处理前后酶解液的变化
项目 水解原液(离心后)
透过液
截流液
T -N
1.030 2
0 .949 5
1 .140 6
粗蛋白
1.4
2.2
3.5
AN
0.688 7
0 .634 8
0 .684 2
色泽
浅黄色
浅黄棕色
褐色
风味 海鲜味浓郁 , 有腥苦味 海鲜味浓郁 , 无腥苦味 腥苦味重
澄清度
较混浊
澄清 、透明


蟹壳 →烘干粉碎 →洗涤 →酶解 →酶解液

↗酸解液 ※过滤 ※浓缩 ※有机钙
脱蛋白后蟹壳 →酸解
↘渣 →祛色素 →甲壳素
2 结果与分析
2 .1 蛋白酶 、有机酸制取甲壳素工艺参数研究结果
2 .1 .1 酶的种类对水解效果的影响
表1 各种蛋白酶的水解条件对比
酶种
水解温度/ ℃
pH
酶1
68
6.0
酶2
《食品工业》2007 年第 3 期 ·7 ·
□基础研究
表2 酶用量的不同对水解产物口味的影响
酶用量/ U/ g <500
水解率/ % 58.6
是否有苦味 无苦味
700
62
微苦
1000
64
较苦
1100
66
很苦
由表2可以看 出 , 随着 酶用量的 增加 , 虽 然蛋白 质
的水解率和产品的得率都增加 , 但同时也会产生苦味 。
5 h, 用柠檬酸脱钙 , 酒精回流脱色
(2)用 以 上 工 艺 可 以 得 到 甲 壳 素 的 指 标 :灰 分
1.0 %, 含氮量6.7 %, 白色稍微泛黄 。
(3)酶解以后 的废液经 浓缩调 味可以制 的高档 氨
基酸调味 料 , 味 道鲜 美 , 可以作 为高 档(下 转第 10页)
·8 · 《食品工业》2007 年第 3 期
本试验采 用复合酶和 有机酸分 解转化 蛋白 、钙 成 为可以二次高值利用的营养成分 , 提取甲壳素的同时 , 有效转化 利用废水制取 调味品和柠 檬酸钙 , 实现了 零 污染生产 , 解决了困扰甲壳素生产的废水污染难题 , 为 综合利用 虾壳 、蟹壳资 源生产甲壳 素找到了 一条更 加 广阔的道路 。 1 材料和方法 1 .1 材料与设备
3 .2819
3 .6762 4 .4838 1 .0219
3.4826
4.0152 3.9441 0.5326
最佳条件
A3
B3
C2
由表2的结果 可以看出 , 温度的 极差最 大 , 其次 分
别为时间 、料液比 , 各因 子的主次关系为 :A ※B ※C 。因
此提取 岩藻聚糖 硫酸 酯的最 佳组合 为 A 3B3C2 , 即温 度 90 ℃, 提取时间11 h , 加水倍数 1 g ∶30 mL。
50
7.0
水解率/ %
39 .6 48 .0
酶3
50
7.5
53 .1
酶4
50
7.0
59 .6
注 :酶 1 木瓜 蛋白酶 ;酶2 枯草杆 菌酶 ;酶 3 胰 蛋白酶 。酶4为复合 酶 酶2∶酶 3=1 ∶1。
由表1可看出 , 木瓜蛋白酶与枯草杆菌中性蛋白 酶 混合使用 , 共同作用可形成互补 ,其水解效果比单酶 水 解效果要好 。 2 .1 .2 酶用量对水解效果的影响
现代研究 证明 , 甲壳素 具有非 常高的医 疗保健 作 用 :提 高免 疫力 、无毒抗 癌 、降低 胆固 醇 、改善 消化 机 能 、降血压 、减少体内 重金属的积蓄 的作用 。现代医 学 研究认为 , 甲壳素是继蛋白质 、脂肪 、碳水化合物 、维生 素 、矿物质之后的人体第六大生命要素 。甲壳素在食品 和化工领 域有很广阔的 应用前景 , 目前市场 上甲壳 素 价格不 断地攀高 , 已达 85元/kg(品级甲 壳素), 发展 甲 壳素产业 有很好的社会 和经济效益 , 孕育着 很大的 商 机和利润 。
8
必需氨基酸含量/ 含氮总量 38.38 %
8 38.82 %
8 42.45 %
表7 两种调味品氨基酸比例(模型)的比较
氨基酸
Thr Val Met
Ile
Leu
Tyr+ Phe
Lys
Trp
FAO模式 (1973)
4.0 5.0 2 .5 4 .0 7 .0 6.0 5.5 1.0
蚝油 5 .09 1 .77 2 .46 3 .74 6.10 4.09 8.39 1.0
目的并且 还可以得到柠 檬酸钙 , 最 后经过酒 精回流 可
以得到合格的甲壳素 。
2 .2 产品甲壳素的主要质量指标
表4 产品甲壳素与品级甲壳素的
主要质量指标的比较
品级甲壳素 产品甲壳素
外观 原白色
白色
水份/ % ≤10 10
灰份/ % ≤1 .0 0.786 8
氮含量/ % 6.2~ 6 .9
6.64
的除钙过程 中 , 不仅减少 了污染而 且大大的 节约了 水
资源 。
3 结论
本试验是主要以蟹壳为原料 ,通过酶法蛋白 、有机
酸脱钙 、脱色来达到提取甲壳素 ,并且彻底消除甲壳 素
提取工艺中 污染因素 , 对 蟹壳中含 有的动物 性蛋白 和
钙盐加以利用 。主要得出结论如下 :
(1)最佳 工艺为 :50 ℃下 蛋白酶酶 解三次 , 时间 为
全符合指标要求 。
2 .3 .3 生产中的水处理
在传统工艺 中 , 去蛋白 和脱钙 后的废水 如果直 接
排出会对环 境造成极大 的污染 , 这 已经是一 个公认 的
难题 。在新工艺中基本上没有污水产生 。去蛋白后的 水
解液经过蒸 发浓缩后得 到很好的回 收再利用 , 除钙 后
的废水可以在得到柠檬酸钙以后再重复应用的下一次
2 .3 甲壳素生产废水的利用
2 .3 .1 氨基酸调味品的开发研究
2 .3 .1 .1 酶解液的超滤处理
操作 压力 0.05 MPa ~ 0.10 MPa , 料 液 pH7.0 , 并 在
超滤过程 中采用透过液 间断循环冲 洗的方 法 , 可使 超
滤在相对高的膜透过速率下运行 , 提高膜分离效率 。
酶用量为500 U/g以 下 , 水解率 为58.6 %时 , 无苦味 ;酶
用量为 700 U/g , 水 解率为62 %时 , 有轻微 的苦味 ;酶 用
量为 1 000 U/g , 水解率 为64 %时 , 有比较 明显 的苦味 ;
当酶 用量 为 1 100 U/g 时有 很 明显 的 苦味 。所以 选 择
500 U/g作为生产工艺的酶用量 。
2 .1 .3 有机酸的种类对脱钙结果的影响
表3 不同酸处理对脱钙结果的影响
序号

灰分/ %
1
5%醋酸
5
2
10%醋酸
4 .2
3
5%柠檬酸 +5%醋酸
3 .4
4
10%柠檬酸
1 .0
灰分的多 少是脱钙效 果的标志 , 由表 3可以看出 :
用10 %柠 檬酸来除 去蟹壳 中的钙盐 , 可以达 到脱钙 的
即温度80 ℃, 提取时间10 h , 加水倍数 1 g ∶8 mL 。 2 .1 .2 水提法
在单因素 水平的基 础上 , 进 行3因素 3水 平正交 试 验 , 见表2。
表2 水提法各因素对岩藻聚糖硫酸酯含量的影响
试验号
1 2 3
A 温度/ ℃
1(70)
1
1
B 时间/h
1(9) 2(10) 3(11)
Abstract The chitin can be obtained with the technique of proteinase ferment decomposition , decalcifying with the organic acid , and decolorizing with the ethyl alcohol from the crab shell .The new process can also synthetically use enzymolysis , acidolysis barren liquor.We can obtain top grade amino acid condiment with strong seafood flavor in which contain 8 % amino acid , and obtain calcium citrate crystalloid which is used extensively in foodstuff industry .The barren liquor can be used circularly . Keywords chitin ;ferment decomposition solution ;decalcifying ;condiment
模式比蚝油更为接近 , 更易于人体吸收利用 。
2 .3 .2 脱钙后废水的利用
利用柠檬酸 来脱钙 , 最 后可以 从废水中 结晶出 柠
檬酸钙 。主要质量指标如下表所示 :
表9 柠檬酸钙的主要质量指标
指标名称
USP -23(a) USP-23(b) 产品柠檬酸钙
外观
白色结晶粉末 白色结晶粉末 白色结晶粉末
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