專利名稱：一種空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶技術(shù)制備海藻酸及海藻酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中藥現(xiàn)代化領(lǐng)域，涉及一種空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶制劑，以海帶和馬尾藻等為原材料，制備海藻酸及海藻酸鈉的方法。該方法與常規(guī)方法相比，具有產(chǎn)率高， 節(jié)約能耗，化學(xué)試劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)化大生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
海藻酸，其分子式為(C6H7O6)n，相對(duì)分子量在32000 200000左右，是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物，是由I，4_聚-β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸組成的一種線型聚合物，其衍生物包括海藻酸鈉、海藻酸鈣、海藻酸鋅、海藻酸鐵、 海藻酸鉀、海藻酸鎂、海藻酸銨等。其中海藻酸鈉因其良好的生物降解性和生物相容性，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。目前，世界范圍內(nèi)海藻酸鈉制備方法可分為四種酸凝酸化法、鈣凝酸化法、鈣凝離子交換法、酶解提取法。產(chǎn)品海藻酸鈉的黏度與其聚合度緊密相關(guān)，聚合度越高，黏度越高。前三種方法為純化學(xué)方法，碳酸鈉消化一方面可以將海帶細(xì)胞壁破壞，同時(shí)也降解了部分海藻酸，較高的碳酸鈉濃度和長時(shí)間的消化，致使生產(chǎn)出來的海藻酸鈉產(chǎn)率有所降低，海藻酸鈉聚合度也降低，黏度降低，海藻酸鈉產(chǎn)率一般在20%左右，并且大量的酸堿化學(xué)藥品對(duì)環(huán)境的污染較大。而酶作為一種特殊的以蛋白質(zhì)形式存在的生物催化劑，在啤酒、果汁果酒、紡織、飼料、皮革、酒精等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并以其特異、高效、綠色環(huán)保等特點(diǎn)而備受青睞。我們考慮到海藻酸主要存在于海帶及馬尾藻的細(xì)胞壁中，而細(xì)胞壁的主要成分為纖維素、半纖維素及木質(zhì)素；同時(shí)在提取過程中，還要受到其它大分子物質(zhì)，如果膠、蛋白質(zhì)等的干擾，發(fā)明了一種用于海帶前處理的生物復(fù)合酶配方及使用方法 (201010292123. 9)，該發(fā)明既能夠提高海藻酸鈉的提取率及其粘度，又能降低化學(xué)藥品的用量，但生產(chǎn)過程中仍需較高濃度碳酸鈉溶液較長時(shí)間消化，才能達(dá)到較高收率。但由于細(xì)胞壁中的木質(zhì)素和半纖維素以共價(jià)鍵的方式相結(jié)合，果膠以鑲嵌的形式將木質(zhì)素、半纖維素和纖維素膠合，纖維素分子被包埋其中，形成一層天然屏障。無論是微生物發(fā)酵，還是生物酶制劑直接作用于細(xì)胞壁，都無法直接打開木質(zhì)素的天然屏障，只能通過降解果膠，打開一小部分通道，使生物酶制劑與纖維素等大分子接觸。這就造成我們的發(fā)明(201010292123. 9)應(yīng)用于海藻酸鈉的提取工藝中，需要耗時(shí)6h的酶處理，產(chǎn)率才能提高 I倍左右。汽爆技術(shù)是將滲進(jìn)植物組織內(nèi)部被壓縮的氣體短時(shí)間突發(fā)性釋放完畢，目的是用較少的能量將原料按要求分解。汽爆機(jī)將容器內(nèi)的全部原料在毫秒級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)，以炸散的形式懸在大氣空間。由于其作用時(shí)間短，能量密度高而且集中，氣體分子可以滲透到纖維素與木質(zhì)素等大分子之間，充分地在大分子水平上將物料分解。因此，汽爆過程可以將植物細(xì)胞壁果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，從而在一定程度上破壞生物酶及發(fā)酵技術(shù)難以攻破的木質(zhì)素天然屏障系統(tǒng)。發(fā)明“海帶組分分離生物量全利用制備多種產(chǎn)品的方法”(201010120859. 8)，將汽爆技術(shù)引入海帶組分分離中，其主要技術(shù)是蒸汽汽爆加碳酸鈉消化來生產(chǎn)海藻酸鈉、膳食纖維、碘、色素等產(chǎn)品，與傳統(tǒng)技術(shù)相比節(jié)水、節(jié)能。但一方面，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，單純引入汽爆技術(shù)，僅能使植物細(xì)胞壁果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、 果膠、半纖維素和纖維素的分散體，這些大分子聚合物依然存在，仍需要高濃度的碳酸鈉溶液長時(shí)間消化，在這些大分子物質(zhì)降解的過程中，海藻酸勢(shì)必也會(huì)隨著降解，碳酸鈉的濃度越高、消化時(shí)間越長，海藻酸降解的越多，得到的海藻酸、海藻酸鈉分子量越低，黏度大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量越差；另一方面，蒸汽汽爆過程中，由于汽爆介質(zhì)為超過100°c的水蒸氣，長時(shí)間的高溫勢(shì)必會(huì)破壞海帶中的有效物質(zhì)，降低產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明正是考慮到空氣汽爆聯(lián)用復(fù)合酶技術(shù)能夠解決以上諸多問題。一方面汽爆技術(shù)可以破壞細(xì)胞壁木質(zhì)素天然屏障系統(tǒng)，將海帶或馬尾藻細(xì)胞壁中的果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體；另一方面，由于選用空氣作為汽爆介質(zhì)，僅以空氣加壓產(chǎn)生汽爆，所以不會(huì)出現(xiàn)高溫破壞海帶的有效物質(zhì)海藻酸。繼而聯(lián)用生物復(fù)合酶將木質(zhì)素、果膠、半纖維素、蛋白質(zhì)和纖維素等降解為小分子。從而最大限度的降低海藻酸及海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質(zhì)對(duì)海藻酸提取的干擾，降低整個(gè)工藝的能耗，降低化學(xué)試劑的用量，進(jìn)一步提高海藻酸及其衍生物(海藻酸鈉等)的產(chǎn)品產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前以海帶或馬尾藻為原料，生產(chǎn)海藻酸及海藻酸鈉的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品產(chǎn)率低、產(chǎn)品的粘度較低、大量化學(xué)藥品對(duì)環(huán)境的污染，考慮到細(xì)胞壁天然屏障系統(tǒng)對(duì)海藻酸提取的干擾，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)明了空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶制劑制備海藻酸及海藻酸鈉的新工藝。本發(fā)明的目的是提供一種空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶制劑提高海帶和馬尾藻中海藻酸及海藻酸鈉產(chǎn)率及其質(zhì)量的新工藝。本發(fā)明提供的空氣汽爆技術(shù)聯(lián)用生物復(fù)合酶制劑制備海藻酸及海藻酸鈉的新工藝，由以下步驟完成(I)原料前處理新鮮海帶或馬尾藻水洗去泥沙等雜質(zhì)后切成小段，淋去表面水分；干海帶或馬尾藻浸泡軟化后，水洗去泥沙等雜質(zhì)，切成小段，淋去表面水分；(2)空氣汽爆處理將經(jīng)過原料前處理的海帶或馬尾藻置于汽爆罐內(nèi)，以空氣作為汽爆介質(zhì)，加壓使爆破裝置中的壓力在O. 5-1. 5MPa，爆破時(shí)間為O. 5_20min ；(3)生物復(fù)合酶處理將空氣汽爆后原料以水混懸,加入生物復(fù)合酶制劑(包含纖維素酶、酸性蛋白酶、果膠酶、α -淀粉酶、木聚糖酶、漆酶、甘露聚糖酶)，定向降解干擾海藻酸提取的其它大分子物質(zhì)。(4)消化將經(jīng)(3)處理得到的體系加入O. 5% -1.0%碳酸鈉水溶液消化 O. 5-1. Oh,反應(yīng)溫度為 30-600C。(5)海藻酸的制備將經(jīng)⑷處理得到的體系過濾，濾液加酸調(diào)pHl-4，過濾，沉淀 (海藻酸)備用。
(6)海藻酸鈉的制備將經(jīng)(5)處理得到的海藻酸，用適量碳酸鈉水溶液溶解，加乙醇沉淀，過濾，沉淀物干燥即得海藻酸鈉。本發(fā)明從技術(shù)原理上有以下顯著特點(diǎn)(I)空氣汽爆技術(shù)可以將海帶或馬尾藻細(xì)胞壁中的果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，從而破壞了生物復(fù)合酶難以迅速降解的木質(zhì)素天然屏障系統(tǒng)，而對(duì)海藻酸沒有任何破壞；(2)生物復(fù)合酶可以將木質(zhì)素、果膠、半纖維素、蛋白質(zhì)和纖維素等降解為小分子， 降低海藻酸及海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質(zhì)對(duì)海藻酸提取的干擾，該生物復(fù)合酶是由纖維素酶、酸性蛋白酶、果膠酶、α-淀粉酶、木聚糖酶、漆酶、甘露聚糖酶等組成；(3)空氣汽爆技術(shù)聯(lián)用生物復(fù)合酶，以海帶和馬尾藻等為原材料，制備海藻酸及其衍生物的方法，可以實(shí)現(xiàn)最大限度的降低海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質(zhì)對(duì)海藻酸提取的干擾。與傳統(tǒng)工藝相比，能夠大幅度降低生產(chǎn)能耗，降低化學(xué)試劑的用量，進(jìn)一步提高海藻酸及其衍生物(海藻酸鈉等)的產(chǎn)品產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式(I)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程原料前處理，空氣汽爆處理，生物復(fù)合酶處理，消化， 制備海藻酸，制備海藻酸鈉。(2)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝中汽爆處理為以空氣為介質(zhì)，加壓使汽爆裝置中的壓力在 O. 5-1. 5MPa，爆破時(shí)間為 O. 5_20min。(3)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝中生物復(fù)合酶制備過程如下經(jīng)檢測(cè)合格的原料按下述重量百分比進(jìn)入各項(xiàng)投料口 纖維素酶10-30%，木聚糖酶10-30%，果膠酶10-20%，漆酶 5-15%, α-淀粉酶5-15%，酸性蛋白酶10-20%，甘露聚糖酶5-10 %。經(jīng)自動(dòng)混合機(jī)復(fù)配， 然后通測(cè)定酶活、定量包裝，成為產(chǎn)品。(4)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝中生物復(fù)合酶使用方法如下作用溫度15-60°C (或室溫)；pH 4. 0-7. O ;作用時(shí)間l-6h ;添加量500g-5000g/噸物料。(5)應(yīng)用效果應(yīng)用本發(fā)明利用空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶，從本質(zhì)上解決了傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)海藻酸及海藻酸鈉產(chǎn)率低、海藻酸鈉粘度低的致命問題，并且能夠降低化學(xué)藥品的使用量，降低能耗。(6)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以干海帶為原料，以海藻酸鈉產(chǎn)率、黏度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)不同生產(chǎn)工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求
1.一種空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶技術(shù)制備海藻酸及海藻酸鈉的方法，其特征在于它由以下步驟完成(1)原料前處理新鮮海帶或馬尾藻水洗去泥沙等雜質(zhì)后切成小段，淋去表面水分；干海帶或馬尾藻浸泡軟化后，水洗去泥沙等雜質(zhì)，切成小段，淋去表面水分；(2)空氣汽爆處理將經(jīng)過原料前處理的海帶或馬尾藻置于汽爆罐內(nèi)，以空氣作為汽爆介質(zhì)，使爆破裝置中的壓力在O. 5-1. 5MPa，爆破時(shí)間為O. 5_20min ；(3)生物復(fù)合酶處理將空氣汽爆后原料以水混懸，加入生物復(fù)合酶制劑，降解干擾海藻酸提取的其它大分子物質(zhì)。(4)消化將經(jīng)(3)處理得到的體系加入O.5% -I. 0%碳酸鈉水溶液消化O. 5-1. 0h，反應(yīng)溫度為30-60°C。(5)海藻酸的制備將經(jīng)(4)處理得到的體系過濾，濾液加酸調(diào)pHl-4，過濾，沉淀(海藻酸)備用。(6)海藻酸鈉的制備將經(jīng)(5)處理得到的海藻酸，用適量碳酸鈉水溶液溶解，加乙醇沉淀，過濾，沉淀物干燥即得海藻酸鈉。
2.如權(quán)利要求I所述的汽爆技術(shù)，其汽爆介質(zhì)為空氣，即空氣汽爆，非蒸汽爆破。
3.如權(quán)利要求I所述的生物復(fù)合酶制劑，其特征在于它是由下述重量百分比的成分組成的復(fù)合物纖維素酶10-30% ；木聚糖酶10-30% ；果膠酶10-20% ；漆酶5-15% ； α-淀粉酶5-15% ；酸性蛋白酶10-20% ；甘露聚糖酶5-10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空氣汽爆聯(lián)用生物復(fù)合酶制劑，以海帶和馬尾藻等為原材料，制備海藻酸及海藻酸鈉的方法。該方法與常規(guī)方法相比，具有產(chǎn)率高，節(jié)約能耗，化學(xué)試劑用量少等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)化大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08B37/04GK102603919SQ20121010676
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者吳鵬, 張連學(xué), 翟為, 趙巖, 金達(dá)明 申請(qǐng)人:吳鵬, 趙巖