本發(fā)明涉及到一種來自重金屬污染魷魚軟骨的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)?；苽浞椒ǎ婕盎瘜W提取與金屬螯合技術，屬于食品與藥品領域。

背景技術：

1、魷魚是常見的軟體動物門頭足綱生物，是一種良好的水產(chǎn)品加工原料。在魷魚的加工過程中，常伴有大量廢棄副產(chǎn)物——魷魚軟骨產(chǎn)生。盡管部分軟骨副產(chǎn)品可轉化為魚粉飼料，但這些水產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的下腳料軟骨往往未能得到充分利用。由于其易腐性，通常的處理方法是將其掩埋，這種做法可能會對環(huán)境造成不利影響。因此，加強對廢棄副產(chǎn)物魷魚軟骨的高效且綜合利用，不僅可變廢為寶，提升其科技附加值，同時還可減少處理廢棄物的成本，對推進魷魚產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護具有重大意義。

2、隨著魷魚進口的迅速增長，我國已成為全球最大的魷魚遠洋漁業(yè)捕撈國家，并進一步轉型成全球最大的魷魚進口加工和內銷國家。目前捕撈的魷魚主要來自北太平洋海域、南太平洋海域和北印度洋海域。近年來隨著工業(yè)的發(fā)展，以重金屬污染為代表的海洋環(huán)境污染愈發(fā)嚴重；魷魚生物體吸收海洋水體中液態(tài)重金屬離子，則極易富集固定在魷魚軟骨，使得魷魚軟骨的重金屬污染情況愈發(fā)嚴重。

3、相關研究表明，魷魚軟骨約占其體重2％左右，其有效成分為蛋白質(膠原蛋白、核心蛋白等)和碳水化合物(硫酸軟骨素、甲殼素等)。目前涉及魷魚軟骨的文獻和專利基本上是針對魷魚軟骨的有效成分(硫酸軟骨素、甲殼素、殼聚糖、膠原蛋白等)的分離純化與利用研究(例如cn202110439789.0、cn202011521963.8、cn202110439798.x、cn201811558088.3等)，幾乎很少注意到廢棄的魷魚軟骨實際上還可作為氨基葡萄糖(氨糖)的原料來源。更為重要的是，重金屬污染的魷魚軟骨如何有效利用，開發(fā)一套高效環(huán)保、成本低廉的生產(chǎn)工藝使之成為氨糖的有效原料來源，這是個亟需解決的科學問題，具有重要的研究價值。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明立足于實現(xiàn)不同海域來源的重金屬污染魷魚軟骨高值化利用目標，提供一種生產(chǎn)成本低廉、生產(chǎn)操作簡單、生產(chǎn)工藝切實可行、生產(chǎn)過程節(jié)約環(huán)保的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)?；苽浞椒?，既解決魷魚加工廢棄下腳料——魷魚軟骨環(huán)境污染和資源浪費的難題，又開發(fā)一種可應用于新型抗炎止痛活性的功能食品或藥品的硫酸氨糖高純品。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術解決方案是：

3、一種來自重金屬污染魷魚軟骨的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)?；苽浞椒?，包括如下步驟：

4、(1)高速粉碎與高溫堿處理

5、將被檢出重金屬污染的魷魚軟骨用清水洗凈后，放入熱風干燥箱內在70～90℃下干燥2～5小時，取出后剪成3～5cm的小段，放入中藥粉碎機中，粉碎5～8分鐘；將粉碎后的魷魚軟骨粉末投入反應釜中，加入魷魚軟骨重量4～10倍的氫氧化鈉溶液，反應溫度為85～100℃，攪拌反應2～6小時，氫氧化鈉溶液的質量體積濃度為10～30％；

6、(2)降溫離心與清洗脫鹽

7、堿處理結束后，降溫至室溫，再用硫酸溶液調節(jié)ph至5～6.5，然后用連續(xù)流離心機高速離心得到脫乙?；取?0％的魷魚軟骨殼聚糖固體；接下來用去離子水洗凈至無鈉離子(na+)和氯離子(cl-)被檢測出來為止；

8、(3)高溫硫酸水解反應、降溫階段的氨糖與鈣的螯合反應以及低溫離心除金屬沉淀物

9、將清洗好的魷魚軟骨殼聚糖固體投入反應釜中，加入魷魚軟骨重量2～5倍的硫酸溶液，反應溫度為85～100℃，攪拌反應2～6小時，硫酸溶液的質量體積濃度為10～30％；水解反應結束后，一邊攪拌散熱，一邊用飽和氫氧化鈣溶液調節(jié)ph至7～8.5，直至降溫至0～10℃，然后在低溫(0～10℃)條件下用連續(xù)流離心機高速離心去除硫酸鈣沉淀和重金屬沉淀物；

10、(4)陽離子交換色譜/樹脂分餾氨糖螯合鈣組分與氨糖組分

11、使用陽離子交換色譜/樹脂對離心清液進行吸附，再用含有2.5～5.0％氯化鈉溶液進行梯度洗脫解吸附；通過示差或紫外檢測器，并借助餾分收集器依次分餾獲得氨糖螯合鈣組分與氨糖組分；

12、(5)納濾膜脫鹽濃縮與噴霧干燥

13、氨糖螯合鈣組分與氨糖組分分別用相對分子量為200da的納濾膜除鹽濃縮得到含量≥95％的氨糖螯合鈣硫酸鹽溶液和硫酸氨糖溶液；最后利用噴霧干燥技術分別快速干燥氨糖螯合鈣硫酸鹽溶液和硫酸氨糖溶液，得到氨糖螯合鈣硫酸鹽粉末和硫酸氨糖粉末。

14、所述的步驟(1)所使用的魷魚軟骨分別來自北太平洋海域來源的太平洋褶柔魚(拉丁學名為todarodes?pacificus)，來自南太平洋海域來源的美洲大赤魷(拉丁學名為dosidicus?gigas)，來自北印度洋海域來源的鳶烏賊(拉丁學名為symplectoteuthisoualaniensis)。

15、步驟(2)中所述殼聚糖脫乙?；鹊臋z測方法為食品安全國家標準《食品添加劑脫乙酰甲殼素(殼聚糖)》(gb?29941-2013)的脫乙酰基度的檢測方法；所述鈉離子的檢測方法為食品安全國家標準《食品中鉀、鈉的測定》(gb?5009.91-2017)的檢測方法；所述氯離子的檢測方法為食品安全國家標準《食品中氯化物的測定》(gb?5009.44-2016)的檢測方法。

16、所述步驟(2)和步驟(3)所使用的離心機為10000～15000rpm的連續(xù)流離心機。

17、所述步驟(4)所使用陽離子交換色譜/樹脂為帶磺酸基或羧基的制備型色譜或樹脂。

18、所述步驟(5)分離所使用的相對分子量為200da的納濾膜流速為10～18立方米/小時，膜壓力為1.0～2.5mpa，溫度為20～50℃。

19、所述步驟(5)所使用的噴霧干燥的進風溫度為120～180℃、出風溫度為70～95℃。

20、所述步驟(5)納濾膜脫鹽濃縮得到的含量≥95％的氨糖螯合鈣硫酸鹽達到色譜純級別；所述步驟(5)納濾膜脫鹽濃縮得到的含量≥95％的硫酸氨糖是質譜純級別的高純品。氨糖螯合鈣硫酸鹽的含量為(氨糖+鈣+硫酸根)的含量總和；硫酸氨糖高純品的含量為(氨糖+硫酸根)的含量總和；氨糖含量的檢測方法采用中華人民共和國輕工業(yè)行業(yè)標準《氨基葡萄糖》(qb/t?5853-2023)的檢測方法；硫酸根含量的檢測方法采用中華人民共和國國家標準《制鹽工業(yè)通用試驗方法硫酸根的測定》(gb/t?13025.8-2012)；鈣含量的檢測方法采用食品安全國家標準《食品中鈣的測定》(gb?5009.92-2016)。

21、本發(fā)明還提供所述的一種來自重金屬污染魷魚軟骨的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)模化制備方法制備得到的硫酸氨糖高純品。

22、本發(fā)明還提供所述的硫酸氨糖高純品在制備新型抗炎鎮(zhèn)痛活性的功能食品或藥品中的應用。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

24、1.本發(fā)明以現(xiàn)實中經(jīng)常存在的重金屬污染的魷魚軟骨為原料，鑒于各重金屬(鉛,砷,鎘,汞,鉻)會顯著降低氨糖酶解反應的內切殼聚糖酶和外切殼聚糖酶(β-d-氨基葡萄糖苷酶)的酶活力(圖3和圖4)，并嚴重干擾殼聚糖酶解反應的實際情況(圖7)，先采用高溫堿處理一步到位去除魷魚軟骨的蛋白、粘多糖，并完成魷魚軟骨甲殼素脫乙酰化反應，得到脫乙酰度≥90％的魷魚軟骨殼聚糖，再采用高溫硫酸水解工藝將魷魚軟骨殼聚糖降解成魷魚軟骨氨糖單體(圖11和圖13)。

25、2.由于不同海域來源的重金屬污染魷魚軟骨原料的重金屬種類與含量各不相同，導致內切殼聚糖酶和外切殼聚糖酶(β-d-氨基葡萄糖苷酶)的酶活力降低程度不同(圖3和圖4)，且干擾殼聚糖酶解反應的情況各異(圖7)；本發(fā)明針對這種情況，采用的化學提取方法，也許不如以往的文獻報道和專利技術普遍推崇的殼聚糖酶降解法和微生物發(fā)酵產(chǎn)殼聚糖酶降解法那般“光鮮時髦”，但是卻能夠穩(wěn)定批次制備色譜純級別的氨糖螯合鈣硫酸鹽和質譜純級別的硫酸氨糖高純品，并形成工藝穩(wěn)定性良好的“一種重金屬污染魷魚軟骨來源的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)模化制備方法”。因此，本發(fā)明是一個能夠解決實際問題的專利技術。

26、3.本發(fā)明鑒于魷魚軟骨中重金屬元素并非僅分布在軟骨表面，軟骨內部還有相當含量的重金屬的情況；且魷魚軟骨的甲殼素及其降解產(chǎn)物殼聚糖均極易吸附重金屬元素，甲殼素進一步降解產(chǎn)物殼寡糖、氨糖也極易與重金屬元素形成較為穩(wěn)定的螯合物，這使得魷魚軟骨中重金屬元素的去除難度極大。特別是：氨糖與重金屬元素形成的各螯合物的穩(wěn)定常數(shù)較高，穩(wěn)定性較好，導致以往的文獻報道和專利技術普遍采用的除重金屬方法——膜分離技術或螯合樹脂吸附方法，均難以將氨糖與重金屬元素有效分離。因此，本發(fā)明一方面利用重金屬(如：砷、鎘、汞、鉛和鉻)的硫酸鹽和氫氧化物不溶于水的特點，另一方面基于氨糖與重金屬元素形成的各螯合物的穩(wěn)定常數(shù)一定低于重金屬元素與硫酸根離子、氫氧根離子形成的各沉淀物的沉淀系數(shù)，并結合物質普遍趨于能量低的穩(wěn)定態(tài)的基本化學原理，利用化學沉淀法有效去除重金屬，不僅能夠有效縮短工藝流程并降低時間成本；還能實現(xiàn)以往膜分離技術與螯合樹脂吸附去重金屬的方法無法達到的效果。

27、4.本發(fā)明不同于以往的文獻報道和專利技術普遍采用的預處理脫鈣方法，采用高速粉碎的方式，既可以將魷魚軟骨中的甲殼素、蛋白和粘多糖暴露在后續(xù)的高溫堿液中，又可以保留魷魚軟骨中的鈣元素作為后續(xù)氨糖與鈣螯合反應的內源性鈣源；在以往氨糖與鈣螯合物/配合物的專利文獻中，參與螯合反應的鈣源基本上都是外源性鈣源(如氯化鈣等)，然而，對于本發(fā)明的氨糖與鈣的螯合反應而言，其鈣源則來自于內外兩部分：內源性鈣源——魷魚軟骨自身的鈣；外源性鈣源——調節(jié)酶解反應ph的氫氧化鈣；因此，本發(fā)明的制備方法既可以實現(xiàn)魷魚下腳料中內源性鈣源的自行螯合轉化，又可以有效減少過多外源性鈣源的補充添加，避免不必要的鈣源浪費，顯然本發(fā)明工藝更加節(jié)約環(huán)保。

28、5.由于魷魚生存在海洋環(huán)境，其軟骨附帶有大量的鹽(nacl)，同時本發(fā)明的高溫堿處理步驟也會引入大量的鈉離子(na+)，因此，本發(fā)明在步驟“(2)降溫離心與清洗脫鹽”中特別指出需要將離心得到的魷魚軟骨殼聚糖固體用去離子水洗凈至無鈉離子(na+)和氯離子(cl-)被檢測出來為止，由此避免大量的鈉離子(na+)和氯離子(cl-)所形成的高鹽溶液干擾后續(xù)“陽離子交換制備型色譜/陽離子交換樹脂吸附與解吸附”步驟中氨糖分子與氨糖螯合鈣分子在陽離子交換制備型色譜/陽離子交換樹脂上的吸附作用。

29、6.本發(fā)明利用氨糖分子與金屬元素形成的螯合物穩(wěn)定常數(shù)高，穩(wěn)定性好的特點，特別設計將氨糖分子與鈣離子的螯合反應安排在高溫硫酸水解反應后的降溫階段，僅通過簡單的攪拌工藝(一邊攪拌散熱，一邊用飽和氫氧化鈣溶液調節(jié)合適的ph)，就可順利成功制備氨糖螯合鈣(圖10和圖11)；同時，由于硫酸鈣在常溫下微溶于水，而在低溫(0～10℃)條件下硫酸鈣的溶解度更小，因此，本發(fā)明在降溫階段采用進一步降溫至0～10℃再高速離心的方法，可以保證本發(fā)明步驟(2)和步驟(3)中加入的大量的硫酸根離子，被以硫酸鈣的形式被沉淀，并由本發(fā)明的步驟(3)中的連續(xù)流離心技術去除，由此避免大量的硫酸根離子(so42-)所形成的高鹽溶液干擾后續(xù)“陽離子交換制備型色譜/陽離子交換樹脂吸附與解吸附”步驟中氨糖分子與氨糖螯合鈣分子在陽離子交換制備型色譜/陽離子交換樹脂上的吸附作用。

30、7.本發(fā)明相較于以往的文獻報道和專利技術普遍推崇的殼聚糖酶降解法和微生物發(fā)酵產(chǎn)殼聚糖酶降解法，采用化學提取與化學沉淀相結合的方法。其生產(chǎn)成本更為低廉(不需要額外添加價格昂貴的內切殼聚糖酶和外切殼聚糖酶)，其生產(chǎn)操作更為簡單(不需要額外添加特殊發(fā)酵用微生物并控制復雜的發(fā)酵條件)，生產(chǎn)設備較為簡單(提取工藝僅需要一臺普通的反應釜，不需要復雜的發(fā)酵設備)，且不同于以往文獻報道和專利技術中一套生產(chǎn)工藝僅能生產(chǎn)一種產(chǎn)品：氨糖螯合鈣或氨糖；而本發(fā)明僅憑借一套生產(chǎn)工藝就可以實現(xiàn)魷魚軟骨中氨糖的高效提取以及氨糖與鈣的快速螯合，繼而高效率且低成本地一次制備兩種質量優(yōu)良的產(chǎn)品：色譜純級別的氨糖螯合鈣硫酸鹽和質譜純級別的硫酸氨糖高純品；本發(fā)明的規(guī)?；a(chǎn)周期基本上可以控制在24小時內完成，工藝方法簡單務實；工藝流程高效可靠，整體工藝能滿足產(chǎn)業(yè)化放大和大規(guī)模標準化生產(chǎn)的要求。

31、8.本發(fā)明盡管使用大量的硫酸、氫氧化鈉和氫氧化鈣用于酸堿高溫反應或中和溶液ph，但引入的大量硫酸根離子(so42-)絕大部分以硫酸鈣(石膏)的形式，小部分以重金屬硫酸沉淀的形式固定為固體；引入的大量氫離子(h+)既可將魷魚軟骨中的鈣鹽變?yōu)榘碧欠肿优c金屬鈣離子螯合反應所需的內源性鈣源，又可以將高溫堿處理后的魷魚軟骨殼聚糖降解成小分子氨糖，并可被氫氧化鈉和氫氧化鈣的氫氧根離子(oh-)中和成為水(h20)；引入的大量氫氧根離子(oh-)除了起到中和氫離子(h+)的作用，更可以將重金屬(如：砷、鎘、汞、鉛和鉻)以氫氧化物的形式沉淀為固體。因此，本發(fā)明工藝并不會產(chǎn)生環(huán)境污染與資源浪費。

32、9.由于魷魚軟骨的重金屬元素都是由魷魚生物體吸收海洋水體中液態(tài)重金屬離子而富集固定在魷魚軟骨的緣故，如果仍舊依照以往文獻報道和專利技術中對于重金屬元素的一般處理方式——將其洗脫成為液體狀態(tài)的重金屬離子，這些重金屬廢液的歸宿大概率還是海洋環(huán)境，這無疑等同于循環(huán)污染；有鑒于此，本發(fā)明采用的化學沉淀法，可以將所有的重金屬元素都固定成穩(wěn)定的重金屬沉淀物，并且均勻分散在硫酸鈣(石膏)中，這些含有重金屬元素的石膏，盡管不能直接食用，但可以作為工業(yè)材料和建筑材料被使用，由此切斷了液態(tài)重金屬離子循環(huán)污染的途徑；因此，本發(fā)明具有較為重大的環(huán)保意義。

33、10.本發(fā)明方法適用范圍廣，既不受魷魚軟骨原料地域來源的影響(既可適用于北太平洋海域來源的魷魚(以太平洋褶柔魚為例)軟骨原料，又可適用于南太平洋海域來源的魷魚(以美洲大赤魷為例)軟骨原料，還可適用于北印度洋海域來源的魷魚(以鳶烏賊為例)軟骨原料)，也不受魷魚軟骨原料重金屬污染情況的影響，均取得良好的制備效果。