CN104630319B - 生物酶法制备医用骨明胶的方法 - Google Patents
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Abstract
生物酶法制备医用骨明胶的方法，涉及一种骨明胶制备工艺，特别是属于一种以猪骨、牛骨等兽骨骨粉为原料，采用生物酶法制备高档医用骨明胶的工艺。其特征在于包括粉碎、调浆、滴酸浸酸、清洗、酶解、再清洗、灭酶提胶、絮凝过滤、超滤浓缩、瞬时灭菌等步骤。本发明以小颗粒骨粉为原料，在低酸浓度下完成骨粉脱矿的外切酶法制胶工艺，在日产1吨明胶的生产线上验证成功。生产周期缩短至2‑3天，产生的有机废水减少80%，大幅提高生产效率，实现了明胶清洁化生产。生产制备的明胶产品冻力高、粘度好、透明度好，100%达到A级高档医用骨明胶国家标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种骨明胶制备工艺，特别是属于一种以猪骨、牛骨等兽骨骨粉为原料，采用生物酶法制备高档医用骨明胶的工艺。
背景技术
我国是骨明胶的生产大国，全国各大明胶厂基本上仍采用传统的浸灰工艺，生产周期长达60天，吨明胶用水量为800-1000吨，生产的明胶好胶率（优质明胶占总明胶比例）约为30%。随着生产规模的不断扩大，市场竞争日益加剧，传统工艺中能耗大、效率低、耗水量大、好胶率低等缺陷日益突出，使得生产骨明胶的利润越来越低。
上个世纪五十年代，研究学者就已开始研究利用生物酶水解胶原纤维，来快速制备明胶。但由于对胶原纤维和生物酶性质认识的局限性，生物酶法制备明胶仍一直停留在实验室阶段，未能得到工业化应用。
在目前有关生物酶法制备骨明胶的专利中，如公开号CN1473901 A的专利，公开了一种“酶降解骨胶原制备明胶的方法”，以未脱矿的骨粒为原料制备明胶，但骨粒中的矿物质在明胶提取过程中会被浸出，残留于明胶中，导致明胶产品的灰分不达标；公开号CN103333939 A的专利，公开了“一种碱酶复合降解骨胶原纤维制备明胶的方法”，以大骨粒（2-5 cm）脱矿获得的骨素为原料制备明胶，而大骨粒的脱矿是用高浓度盐酸进行的，对胶原纤维内部肽链破坏严重，导致后续酶解过程难以控制，以及明胶产品粘度过低（2-4mPa·s），难以达到高档医用骨明胶国家标准；公开号CN102329843 A的专利，公开了“一种酶法制备明胶的方法”，采用一次性投入约骨粉1倍体积的浓磷酸对骨粉进行脱矿，并采用氢氧化钙絮凝，残留的钙盐易导致明胶产品灰分不达标，且相比于盐酸，磷酸价格昂贵，工艺生产成本则较高，难以工业化推广。
在目前已报道的生物酶法制备骨明胶的方法中，所使用的酶均为内切蛋白酶。内切蛋白酶是从胶原纤维的内部将纤维的肽键及胶原纤维间的交联键水解断裂，当其作用于高浓度酸脱矿获得的骨素时，骨素容易降解为分子量分布不均匀的小分子量明胶，酶解过程也难以控制。相比于内切蛋白酶，外切蛋白酶是从胶原纤维肽链的外端，逐一切除氨基酸，在具备较强的水解胶原纤维之间交联键能力的同时，又不怎么损伤胶原纤维内部纤维的肽键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物酶法制备医用骨明胶的方法，达到以猪骨、牛骨等兽骨骨粉为原料，采用生物酶法制备高档医用骨明胶的目的。
本发明所提供的生物酶法制备医用骨明胶的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）粉碎：将猪骨、牛骨等兽骨粉碎至30-150目；
2）调浆：将上述骨粉与水按质量比1:（4-6）混合，搅拌，呈骨粉悬浊液状态；
3）滴酸浸酸：将浓度为10-20%的盐酸采用缓慢流加的方式加入到骨粉悬浊液中，脱除骨粉中的矿物质，浸酸水温为10～20 ℃，具体浸酸过程如下：
第一次浸酸： pH控制在3.5-4.0，浸酸约2小时后清洗；
第二次浸酸： pH控制在3.5-4.0，浸酸约6小时后清洗；
第三次浸酸： pH控制在0.8-2.6，浸酸约8小时；
4）清洗：清洗浸酸完成后的骨粉，加水调成悬浊液，使其pH值为4-7；
5）酶解：将清洗后的骨粉悬浊液pH值调整为8-10，加入0.1-0.3%的碱性复合蛋白酶，控制水温为15-25 ℃，水解时间为25-30小时；
所述的碱性复合蛋白酶由碱性风味蛋白酶、2709蛋白酶、碱性脂肪酶(DENIE-DEGNS)按照一定比例复配而成；
6）再清洗：将酶解完成的骨粉清洗，加水调成悬浊液，使其pH值为7-8；
7）灭酶提胶：调节步骤6）所得骨粉悬浊液的pH值至2.5-3.5，完成灭酶；同时升高温度进行提胶，一道胶提胶温度为55-65 ℃，提胶时间1.5-2小时；二道胶提胶温度65-75℃，提胶时间为2-3小时；
8）絮凝过滤：向步骤7）所得胶液中加入活性炭、硅藻土，经过滤机过滤，得到清澈胶液；
9）超滤浓缩：将所得胶液经过超滤浓缩，使胶液浓度达到20-30%；
10）瞬时灭菌：将胶液在115-130 ℃高温下灭菌15-20秒钟即可。
本发明的积极效果主要表现在：
1、本发明以小颗粒骨粉为原料进行脱矿，由于骨粉颗粒较细，可采用低浓度的盐酸浸酸脱矿，在这种低酸环境下，既可以充分脱矿，又不怎么破坏胶原纤维内部的肽链。相比于现有技术，由于骨粉比表面积比骨粒大很多倍，可采用缓慢流加盐酸的方法，在低酸条件下逐步脱除骨粉中的矿物质，该滴酸浸酸工艺对胶原纤维内部的肽链破坏较小，为制备高档明胶提供良好的前提条件。
2、本发明采用由几种蛋白酶组成的碱性复合蛋白酶，该复合酶以外切蛋白酶为主，对胶原纤维之间的交联键具有很强的水解能力，而对胶原纤维内部纤维的肽键水解能力较弱，外切蛋白酶的使用克服了酶法制明胶过程中酶解终点难以判断的难题，并具有使制备的明胶分子量较高、冻力强、粘度大的优点。
3、本发明使得明胶生产过程中产生的有机废水减少了80%，实现了明胶的清洁化生产。
本发明所提供的生物酶法制备医用骨明胶的方法，在低酸浓度下完成骨粉脱矿的外切酶法制胶工艺，从根本上解决了生物酶法制备骨明胶过程中存在的缺陷和不足，并在日产1吨明胶的生产线上验证成功。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明专利的内容，特举以下实施例详细说明。
实施例一
日产1吨明胶的生产线实例：取猪骨、牛骨等兽骨粉碎至30-150目，将上述4吨骨粉与水按质量比1:5混合，搅拌，调成骨粉悬浊液, 输入至30 m3的浸酸罐内。取浓度为10%的盐酸，采用缓慢流加的方式加入到骨粉悬浊液中，脱除骨粉中的矿物质，具体地：
骨粉中加入重量比为1:5的水，开启搅拌，采用缓慢流加的方式加入10%的盐酸，每次浸酸完成后，采用涡轮离心机对骨粉进行清洗，再按照1:5加水调成悬浊液，浸酸水温为18 ℃。
第一次浸酸： pH值控制在3.5-4.0，浸酸约2小时后清洗；
第二次浸酸： pH值控制在3.5-4.0，浸酸约6小时后清洗；
第三次浸酸： pH值控制在1.0-1.5，浸酸约8小时。
清洗浸酸完成后的骨粉悬浊液，使其pH值为5-7。
将浸酸脱矿后的骨粉按照1:2加水，调成悬浊液，pH值调整为9-10，加入0.1%的碱性复合蛋白酶，控制水温为18-20 ℃，水解时间为30小时。
所述的碱性复合蛋白酶由碱性风味蛋白酶、2709蛋白酶、碱性脂肪酶(DENIE-DEGNS)按照一定比例复配而成。该碱性复合蛋白酶不是一种内切蛋白酶，而是一种以外切蛋白酶为主的蛋白酶。相比于内切蛋白酶，外切蛋白酶的使用可降低胶原纤维内部肽链的损伤，有利于酶解终点的控制。本发明所用的碱性复合蛋白酶，具有使制备的明胶分子量高、冻力高、粘度大的积极效果。
采用带式过滤机清洗上述酶解的骨粉，使其pH值为7-8。按重量比1:2加水，将骨粉调成悬浊液，于25 m3的提胶锅中进行灭酶、提胶。先将溶液的pH值调整至3.0-3.5，完成灭酶。同时升高温度进行提胶，一道胶提胶温度为60 ℃，提胶时间2小时，出胶率为72-75%（所得胶液质量占到总胶液质量比）；二道胶提胶温度70 ℃，提胶时间为3小时，出胶率为21-24%。
向上述所得胶液中加入活性炭、硅藻土，经板框压滤机、面饼过滤机过滤，得到清澈胶液。再将所得的胶液经过超滤浓缩，使胶液浓度升到20-30%，在115 ℃高温下灭菌15秒钟。
最后，将20-30%的胶液冷冻成条状，挤压在长网干燥设备上，干燥起始温度25-30℃，后期干燥温度35-40 ℃。
结果：4吨骨粉共制取581 kg水分为7.1%的明胶。明胶色泽为白色偏黄。平均冻力为256 Bloom g，平均粘度为4.0 mPa•s，透明度大于400 mm，二氧化硫含量为18 mg/Kg。
实施例二
日产1吨明胶的生产线实例：取猪骨、牛骨等兽骨粉碎至30-150目，将上述4吨骨粉与水按质量比1:5混合，搅拌，调成骨粉悬浊液, 输入至30 m3的浸酸罐内。取浓度为10%的盐酸，采用缓慢流加的方式加入到骨粉悬浊液中，脱除骨粉中的矿物质，具体地：
骨粉中加入重量比为1:5的水，开启搅拌，采用缓慢流加的方式加入10%的盐酸，每次浸酸完成后，采用涡轮离心机对骨粉进行清洗，再按照1:5加水调成悬浊液，浸酸水温为18 ℃。
第一次浸酸： pH值控制在3.5-4.0，浸酸约2小时后清洗；
第二次浸酸： pH值控制在3.5-4.0，浸酸约6小时后清洗；
第三次浸酸： pH值控制在2.3-2.6，浸酸约8小时。
清洗浸酸完成后的骨粉悬浊液，使其pH值为5-7。
将浸酸脱矿后的骨粉按照1:2加水，调成悬浊液，pH值调整为9-10，加入0.2%的碱性复合蛋白酶，控制水温为18-20 ℃，水解时间为25小时。
采用带式过滤机清洗上述酶解的骨粉，使其pH值为7-8。按重量比1:2加水，将骨粉调成悬浊液，于25 m3的提胶锅中进行灭酶、提胶。先将溶液的pH值调整至3.0-3.5，完成灭酶。同时升高温度进行提胶，一道胶提胶温水分度为60 ℃，提胶时间2小时，出胶率为77-80%（所得胶液质量占到总胶液质量比）；二道胶提胶温度70 ℃，提胶时间为3小时，出胶率为27-30%。
向上述所得胶液中加入活性炭、硅藻土，经板框、面饼过滤机过滤，得到清澈胶液。再将所得的胶液经过超滤浓缩，使胶液浓度升到20-30%，在115 ℃高温下灭菌15秒钟。
最后，将20-30%的胶液冷冻成条状，挤压在长网干燥设备上，干燥起始温度25-30℃，后期干燥温度35-40 ℃。
结果：4吨骨粉共制取613 kg水分为7.8%的明胶。明胶色泽为白色偏黄。平均冻力为285 Bloom g，平均粘度为5.5 mPa•s，透明度大于400 mm，二氧化硫含量为21 mg/Kg。
每吨明胶原材料消耗情况如下表所示：
经实践证明，本发明的生物酶法制备医用骨明胶的方法，生产周期从传统工艺的60天缩短至2-3天，产生的有机废水减少80%，大幅提高生产效率，实现明胶清洁化生产。生产制备的明胶产品平均冻力240-310 Bloom g，平均粘度4.0-6.0 mPa•s，二氧化硫含量低于30 mg/Kg，提胶率不低于14%，透明度大于400 mm，明胶产品冻力高、粘度好、透明度好，100%达到A级高档医用骨明胶国家标准，具备工业化应用推广的良好前景。
Claims (2)
1.一种生物酶法制备医用骨明胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）粉碎：将兽骨粉碎至30-150目；
2）调浆：将上述骨粉与水按质量比1:（4-6）混合，搅拌，呈骨粉悬浊液状态；
3）滴酸浸酸：将浓度为10-20%的盐酸采用缓慢流加的方式加入到骨粉悬浊液中，脱除骨粉中的矿物质，浸酸水温为10～20 ℃；
4）清洗：清洗浸酸完成后的骨粉，加水调成悬浊液，使其pH值为4-7；
5）酶解：将清洗后的骨粉悬浊液pH值调整为8-10，加入0.1-0.3%的碱性复合蛋白酶，控制水温为15-25 ℃，水解时间为25-30小时；
6）再清洗：将酶解完成的骨粉清洗，加水调成悬浊液，使其pH值为7-8；
7）灭酶提胶：调节步骤6）所得骨粉悬浊液的pH值至2.5-3.5，完成灭酶；同时升高温度进行提胶，一道胶提胶温度为55-65 ℃，提胶时间1.5-2小时；二道胶提胶温度65-75 ℃，提胶时间为2-3小时；
8）絮凝过滤：向步骤7）所得胶液中加入活性炭、硅藻土，经过滤机过滤，得到清澈胶液；
9）超滤浓缩：将所得胶液经过超滤浓缩，使胶液浓度达到20-30%；
10）瞬时灭菌：将胶液在115-130 ℃高温下灭菌15-20秒钟即可；
还包括冷冻成型、长网干燥步骤：将经过瞬时灭菌后的浓度为20-30%的胶液冷冻成条状，而后进行长网干燥；
所述的碱性复合蛋白酶是由碱性风味蛋白酶、2709蛋白酶、碱性脂肪酶DENIE-DEG NS复配而成的；
所述的滴酸浸酸步骤中，具体浸酸过程如下：
第一次浸酸： pH控制在3.5-4.0，浸酸2小时后清洗；
第二次浸酸： pH控制在3.5-4.0，浸酸6小时后清洗；
第三次浸酸： pH控制在0.8-2.6，浸酸8小时。
2.根据权利要求1所述的生物酶法制备医用骨明胶的方法，其特征在于，还包括冷冻成型、长网干燥步骤：将经过瞬时灭菌后的浓度为20-30%的胶液冷冻成条状，而后进行长网干燥。
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