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CN110140800A - 一种高效环保的虾废弃物蛋白质提取方法 - Google Patents

一种高效环保的虾废弃物蛋白质提取方法 Download PDF

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CN110140800A CN201910395459.9A CN201910395459A CN110140800A CN 110140800 A CN110140800 A CN 110140800A CN 201910395459 A CN201910395459 A CN 201910395459A CN 110140800 A CN110140800 A CN 110140800A
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何超
林恒亮
张钊
仇荣亮
汤叶涛
连英丽
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Sun Yat Sen University
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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/001—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from waste materials, e.g. kitchen waste
    • A23J1/002—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from waste materials, e.g. kitchen waste from animal waste materials

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  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种高效环保的虾废弃物蛋白质提取方法，通过对虾废弃物进行水热反应，将大量蛋白质从难溶的固相结合蛋白迅速转化为可溶性蛋白，从而获得高浓度的蛋白液。具体的，虾废弃物粉末与水的混合物于惰性氛围下，进行水热反应；反应结束后，冷却，固液分离，取液体。本发明利用温和的水热反应，不使用任何化学试剂，原料来源广、且成本低廉，增值产品效益高，实现了其高值化利用；蛋白质提取率高，蛋白质水解量少，蛋白质溶液接近中性，易于回收；提取过程中不使用有毒有害化学试剂，环境污染小；提取效率高，显著高于碱提取法；提取时间短，大大缩减提取成本；提取得到的蛋白质可作为动物饲料的蛋白质源，应用前景十分广泛。

Description

一种高效环保的虾废弃物蛋白质提取方法
技术领域
本发明涉及水产废弃物回收利用技术领域，更具体地，涉及一种高效环保的虾废弃物蛋白质提取方法。
背景技术
节肢动物门是动物界最大的一门，通称节肢动物，其中的很大一部分具有很好的使用价值，尤其是甲壳纲，例如虾、蟹等海产品。随着食品加工业的发展，使这类产品成为人们餐桌上常见的食物。其中，目前用于加工的海产品中虾约占45％。联合国粮农组织2014年出具的报告指出，全世界每年大约产生600～800万吨甲壳类(包括虾、蟹等动物)废物，其中亚洲虾产量增长十分迅速，仅在中国，对虾养殖业规模已经超过180万吨，经济效益超过千亿。
出于保鲜的目的，甲壳纲产品被脱壳(去除外骨骼)加工成肉制品。对于虾来说，占整虾重45～60％的头部和尾部则作为加工副产品被丢弃。此类产量和消费量的增长直接导致了加工废弃物大量产生，而对加工废弃物的后续处理也成为一个棘手的问题，因为加工废弃物的不恰当处置会造成一系列环境问题。目前对加工废弃物的处置方法主要有填埋场、土地填埋和海洋倾倒，而伴随着虾废弃物的发酵则会产生难闻的含胺气体和环境面源污染，对生态环境造成潜在的严重危害。加工废弃物的随意处置不仅存在环境问题，更是造成了有价值资源的大量浪费。据报道，虾废弃物中含有丰富的甲壳素、蛋白质和碳酸钙等工业常用原料，这使其在废弃物资源化方面具有非常巨大的潜力。长久以来，加工废弃物的利用方式是磨碎加工成动物饲料添加剂，但因可替代性高、价值低而无法形成很好的经济效应。出于环境和经济原因，对虾废弃物应尽可能采用适当的技术对其进行资源化利用进而转化为有价值的产品。
但是，目前为止尚无一种将虾壳废料的难溶的固相结合蛋白迅速转化为可溶性蛋白，高效、简便、环保从甲壳纲外骨骼提取蛋白质的方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种高效环保的虾废弃物蛋白质提取方法。
本发明的目的是提供一种从虾废弃物中提取蛋白质的方法。
本发明的另一个目的是提供以上方法的产物在制备动物饲料中的应用。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种从甲壳纲动物外骨骼废弃物中提取蛋白质的方法，对甲壳纲动物外骨骼废弃物进行水热反应，通过对甲壳纲动物外骨骼废弃物进行水热反应，将大量蛋白质从难溶的固相结合蛋白迅速转化为可溶性蛋白，从而获得高浓度的蛋白液。
优选地，包括以下步骤：
S1.甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末与水的混合物于惰性氛围下，在进行水热反应；
S2.反应结束后，冷却，固液分离，取液体。
优选地，所述甲壳纲动物为虾或蟹。
所述甲壳纲动物外骨骼是指其体表坚韧的几丁质的骨骼，对于甲壳纲动物，是由几丁质(甲壳质)和蛋白质组成，还含有大量钙质。
更具体地，对于虾蟹，外骨骼是指外部的壳。
优选地，所述废弃物为甲壳纲动物取肉后以外骨骼为主的废弃物。
更优选地，所述甲壳纲动物外骨骼废弃物为虾废弃物。
更优选地，所述虾废弃物为虾的虾壳和/或虾头部分，经过清洗、烘干、破碎、过筛后收集粉末得到的。
优选地，步骤S1中，在高压反应釜中进行水热反应。
优选地，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末烘干后粉碎。
优选地，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末60～80℃烘干。
优选地，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末的粒径为35～80目。
更优选地，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末的粒径为80目。
优选地，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末与水的用量为1:20～1:60(g：mL)。
更优选地，优选地，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末与水的用量为1:60(g：mL)。
优选地，步骤S1中，惰性氛围为N2。
优选地，步骤S1中，反应压力为0.1～3MPa。
更优选地，步骤S1中，反应压力为0.1MPa
优选地，步骤S1中，反应条件为160～200℃，时间为1～60min。
优选地，步骤S1中，反应条件为160～200℃，时间为30～60min。
更优选地，步骤S1中，反应条件为160℃，时间为60min。
优选地，步骤S2中，通过0.22～0.45μm孔径的滤膜进行固液分离。
优选地，步骤S2中，通过0.45μm孔径的滤膜进行固液分离。
优选地，步骤S2中，去液体后干燥。
优选地，步骤S2中，干燥方法为喷雾干燥或冷冻干燥。
优选地，步骤S2中，干燥方法为冷冻干燥。最优选地，包括以下步骤：
S1.80目烘干后的虾废弃物粉末与水的混合物于N2惰性氛围下，在高压反应釜中0.1MPa，160℃，反应60min，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末与水的用量为1:60(g：mL)；
S2.反应结束后，冷却，通过0.45μm孔径的滤膜进行固液分离，取液体干燥。
优选地，步骤S2中，干燥的方法为：得到的液体，利用超滤离心管进行固液分离，收集浓缩液，冷冻干燥获得固体蛋白粉末，该方法简单易行，产率高。
更优选地，超滤离心管规格为3kDa。
更优选地，6000r/min的转速离心25min进行固液分离。
以上任一所述方法制备得到的产物，也属于本发明的保护范围。
所述产物在制备动物饲料中的应用，也属于本发明的保护范围。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用温和的水热反应，不使用任何化学试剂，从甲壳纲动物外骨骼废弃物中提取蛋白质，原料来源广、且成本低廉，增值产品效益高，实现了其生物质的高值化利用；蛋白质提取率高，蛋白质水解量少，蛋白质溶液接近中性，易于回收；提取过程中不使用有毒有害化学试剂，环境污染小；提取效率高，显著高于碱提取法；提取时间短，大大缩减提取成本；提取得到的蛋白质可作为动物饲料的蛋白质源，应用前景十分广泛。
附图说明
图1为实施例1～6及对比例1～3所得结果的蛋白质提取效率图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、60～80℃烘干后，用搅拌机搅碎，过80目筛，收集虾废弃物粉末。随后1g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水加入到100mL的高压反应釜中(固液比为1:60g/mL)并充分混合。
2.将高压反应釜密封，从进气口通入高纯氮气吹扫2～3min以排出反应釜内部残留空气，完成后检查反应釜气密性。
3.开启高压反应釜使其逐渐升温至160℃并保持60min，反应完成后立刻将反应釜置于冷水浴中冷却，得到棕色液体和剩余固体。
4.利用孔径为0.45μm的滤膜截留步骤3所得棕色液体中的悬浮物，所得清液即为蛋白质提取液。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到272.74毫克蛋白质。
实施例2
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、60～80℃烘干后，用搅拌机搅碎，过35目筛，收集虾废弃物粉末。随后3g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水加入到100mL的高压反应釜中(固液比为1:20g/mL)并充分混合。
2.将高压反应釜密封，从进气口通入高纯氮气吹扫2～3min以排出反应釜内部残留空气，完成后检查反应釜气密性。
3.开启高压反应釜使其逐渐升温至180℃并保持30min，反应完成后立刻将反应釜置于冷水浴中冷却，得到棕色液体和剩余固体。
4.利用孔径为0.45μm的滤膜截留步骤3所得棕色液体中的悬浮物，所得清液即为蛋白质提取液。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到250.08毫克蛋白质。
实施例3
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、60～80℃烘干后，用搅拌机搅碎，过80目筛，收集虾废弃物粉末。随后1.5g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水加入到100mL的高压反应釜中(固液比为1:40g/mL)并充分混合。
2.将高压反应釜密封，从进气口通入高纯氮气吹扫2～3min以排出反应釜内部残留空气，完成后检查反应釜气密性。
3.开启高压反应釜使其逐渐升温至200℃并保持30min，反应完成后立刻将反应釜置于冷水浴中冷却，得到棕色液体和剩余固体。
4.利用孔径为0.45μm的滤膜截留步骤3所得棕色液体中的悬浮物，所得清液即为蛋白质提取液。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到208.37毫克蛋白质。
实施例4
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、60～80℃烘干后，用搅拌机搅碎，过80目筛，收集虾废弃物粉末。随后3g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水加入到100mL反应釜中(固液比为1:60g/mL)并充分混合。
2.将高压反应釜密封，从进气口通入高纯氮气吹扫2～3min以排出反应釜内部残留空气，完成后检查反应釜气密性。
3.开启高压反应釜使其逐渐升温至200℃并保持60min，反应完成后立刻将反应釜置于冷水浴中冷却，得到棕色液体和剩余固体。
4.利用孔径为0.45μm的滤膜截留步骤3所得棕色液体中的悬浮物，所得清液即为蛋白质提取液。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到174.24毫克蛋白质。
实施例5
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、60～80℃烘干后，用搅拌机搅碎，过35目筛，收集虾废弃物粉末。随后1.5g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水加入到100mL的高压反应釜中(固液比为1:40g/mL)并充分混合。
2.将高压反应釜密封，从进气口通入高纯氮气吹扫2～3min以排出反应釜内部残留空气，完成后检查反应釜气密性。
3.开启高压反应釜使其逐渐升温至180℃并保持60min，反应完成后立刻将反应釜置于冷水浴中冷却，得到棕色液体和剩余固体。
4.利用孔径为0.45μm的滤膜截留步骤3所得棕色液体中的悬浮物，所得清液即为蛋白质提取液。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到233.69毫克蛋白质。
实施例6
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、60～80℃烘干后，用搅拌机搅碎，过35目筛，收集虾废弃物粉末。随后3g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水加入到100mL的高压反应釜中(固液比为1:20g/mL)并充分混合。
2.将高压反应釜密封，从进气口通入高纯氮气吹扫2～3min以排出反应釜内部残留空气，完成后检查反应釜气密性。
3.开启高压反应釜使其逐渐升温至160℃并保持1min，反应完成后立刻将反应釜置于冷水浴中冷却，得到棕色液体和剩余固体。
4.利用孔径为0.45μm的滤膜截留步骤3所得棕色液体中的悬浮物，所得清液即为蛋白质提取液。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到198.26毫克蛋白质。
对比例1
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、烘干后，用搅拌机搅碎，过80目筛，收集虾废弃物粉末，随后2g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水充分混合，常温下放置过夜。
2.利用孔径为0.45μm的滤膜分离步骤1中提取后的液体。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到19.16毫克蛋白质。
对比例2
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、烘干后，用搅拌机搅碎，过80目筛，收集虾废弃物粉末，随后2g过筛虾废弃物粉末和60mL纯净水充分混合，并置于90℃水浴下加热120min，反应完成后迅速冷却。
2.利用孔径为0.45μm的滤膜分离步骤1中提取后的液体。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到83.27毫克蛋白质。
对比例3
一、提取方法
1.将虾废弃物洗净、烘干后，用搅拌机搅碎，过80目筛，收集虾废弃物粉末，随后将2g过筛虾废弃物粉末和60mL的5wt％氢氧化钠溶液充分混合，并置于90℃水浴下加热120min，反应完成后迅速冷却。
2.利用孔径为0.45μm的滤膜分离步骤1中提取后的液体。
二、蛋白质提取效率检测
利用双缩脲法直接测定蛋白质提取液中的蛋白质浓度并计算蛋白质总量，结果表明每克虾废弃物经提取可得到194.48毫克蛋白质。
应用例蛋白质产品回收
利用目前工业应用上成熟的超滤技术对蛋白质进行提纯浓缩。经SDS-PAGE凝胶电泳检测所得蛋白质提取液中蛋白质的分子量集中于11kDa附近，因此选择截留分子量为3kDa的超滤膜对蛋白质进行浓缩提纯。具体地，取实施例1中10mL的蛋白质提取液于15mL超滤离心管(3kDa)中，以6000r/min的转速离心25min，收集截留浓缩液后将其冷冻干燥获得固体蛋白粉末。蛋白粉末溶解后测定其含量，所得产品的蛋白质纯度为83.3％。

Claims (10)

1.一种从甲壳纲动物外骨骼废弃物中提取蛋白质的方法，其特征在于，对甲壳纲动物外骨骼废弃物进行水热反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末与水的混合物于惰性氛围下，进行水热反应；
S2.反应结束后，冷却，固液分离，取液体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末的粒径为35～80目。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，甲壳纲动物外骨骼废弃物粉末与水的用量为1:20～1:60(g：mL)。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，反应压力为0.1～3MPa。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，反应条件为160～200℃，时间为1～60min。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，取液体后干燥。
8.根据权利要求2～7任一所述的方法，其特征在于，步骤S2中，干燥的方法为：得到的液体，利用超滤离心管进行固液分离，收集浓缩液，冷冻干燥获得固体蛋白粉末。
9.权利要求1～8任一所述方法制备得到的产物。
10.权利要求9所述产物在制备动物饲料中的应用。
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