一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法
【专利摘要】本发明公开了一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：（1）脱砷处理（2）纤维酶解（3）蛋白酶解（4）盐水消化（5）稀释过滤（6）脱色（7）CaCl2溶液处理（8）离子交换（9）制褐藻酸钠（10）制乙醇（11）制海藻有机肥。本发明提供的羊栖菜脱砷工艺大大降低了羊栖菜中的砷含量，接着以蛋白酶、果胶酶、纤维素酶按科学的配比制成复合酶，对原料进行预处理，提高褐藻酸钠的提取率；同时利用富含纤维素的羊栖菜加工废弃物制备燃料乙醇；加工过程中剩余的废液及废渣，通过浓缩、喷干、造粒制造海藻有机肥，实现了羊栖菜的高值化综合利用。
【专利说明】一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及羊栖菜利用领域，具体涉及一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法。
【背景技术】
[0002]当前世界面临着能源短缺和环境污染的巨大压力，开发清洁的可再生能源已经成为解决石化资源和能源危机的重要手段。生物乙醇作为一种清洁燃料及汽油添加剂而受到广泛关注。目前，我国制备燃料乙醇主要侧重于秸杆、甘蔗渣、木屑和木薯等陆源原料，但对海洋生物资源制备生物乙醇的研究较少，在海藻生物质能源开发方面的技术研究相对落后。
[0003]海洋面积巨大，蕴藏着丰富的海藻资源，其种类繁多、光合作用效率高、生长周期短，每年可通过光合作用产生的生物质总量就达550x10s吨，是一种巨大的可再生资源，也是产生生物质能源的潜在资源。在羊栖菜工业生产过程中，产生大量的羊栖菜工业废弃物，这些工业废弃物的主要成分是纤维素、羊栖菜多糖、甘露醇等；其中纤维素可以利用不同的方式转化为可被利用的单糖和寡糖，甘露醇和大部分海藻多糖类物质均可以经发酵转化为乙醇。利用富含纤维素、羊栖菜多糖、甘露醇的羊栖菜加工废弃物制备燃料乙醇，不仅可使羊栖菜加工废弃物变废为宝，解决环境污染问题，还可为制备生物乙醇提供充足和廉价的原料供应，促进海洋生物质能源的技术开发。
[0004]羊栖菜，一种藻类植物，藻体黄褐色，肥厚多汁，叶状体的变异很大，形状各种各样。生长在低潮带岩石上，多分布于我国沿海。在医学上有食疗的功效。
[0005]羊栖菜对预防甲状腺肿大，降低血液中服固醇，治疗高血压和大肠癌、胃癌，均有一定的功效；并对促进儿童骨路生长，保持皮肤润滑，恢复大脑疲劳，防止衰老等，亦有显着的作用。藻类通常具有富集海水中砷的作用，羊栖菜天然含有大量的砷，尤其是毒性较高的无机砷。砷天然存在于地壳，石头、泥土、水和空气都有微量的砷。在食物中，砷会以有机及无机形态存在。人类摄取到砷的途径，主要是透过进食食物，特别是砷含量较高的水产食物。科学证据显示，就算摄取到的砷只有数克，也会引致急性或亚急性中毒。一般来说，无机砷的毒性较有机砷的为高。急性中毒者的胃肠道会严重发炎，因而引致呕吐和腹泻，更严重的是会引致身体多种器官衰竭。其他征状包括发烧、消瘦、容易暴躁、头发脱落等。世界卫生组织属下国际癌症研究组织已把砷列为会令人患癌症的物质。
[0006]海藻酸钠，一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。1881年，英国化学家E.C.Stanford首先对褐色海藻中的海藻酸盐提取物进行科学研究。他发现该褐藻酸的提取物具有几种很有趣的特性，它具有浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力。基于此，他提出了几项工业化生产的申请。但是，海藻酸盐直到50年之后才进行大规模工业化生产。商业化生产始于1927年，现在全世界每年约生产30000吨，其中30%用于食品工业，剩下的用于其它工业，制药业和牙科。
[0007]目前酶解提取法提取海藻酸钠还不够成熟，往往都只是采用了单一的纤维素酶进行水解，但组成植物细胞壁的有纤维素酶、半纤维素酶、果胶、木质素等成分，他们之间的链接方式或者镶嵌，或者抱合，所以用单一的酶很难彻底破解植物的细胞壁，不能使内容物完全释放。
[0008]如何在羊栖菜脱砷的基础上，彻底破解植物的细胞壁，使内容物完全释放。又要避免受到其它人分子物质，如果胶、蛋白质等的干扰，本发明考虑以蛋白酶、果胶酶、纤维素酶按科学的配比制成复合酶，对原料进行预处理，然后再提取海藻酸钠的基础上，充分利用羊栖菜生产乙醇和海藻有机肥。
【发明内容】
[0009]为解决上述技术中存在的技术难题，本发明的目的是提供一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，实现了从脱砷羊栖菜中提取海藻酸钠的收率及其粘度，降低化学药品的用量，是一种乙醇的开发和羊栖菜清洁化、高值化、综合利用的新方法。
[0010]为达到上述目的，本发明提供了一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤:
(1)脱砷处理:将羊栖菜用50-55°C温水清洗三遍，破碎为20-50mm的小段，然后投入到酶解锅中，添加10-20倍水，0.5-1%的EDTA，升温到50-60。。保持40-50分钟；
(2)纤维酶解:并用HCl调液体pH值至3-6，加入由内切β-葡聚糖酶50%、外切β-葡聚糖酶25%、β -葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.4-0.6%，酶解7_10h ；
(3)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶40%、木瓜蛋白酶60%组成的蛋白酶0.3-0.5%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.3-0.5%，继续酶解2-4h，搅拌，酶解后离心分离；
(4)盐水消化:向上述离心后的羊栖菜中加入10-12倍羊栖菜重量的2-3%Na2CO3溶液，在55-65 °C水浴中消化2-3h ；
(5)稀释过滤:然后加入体积5-7倍50-60°C的新鲜饮用水进行稀释l_2h，充分稀释均匀后，通过280-350目的絹网过滤；
(6)脱色:滤液加入0.2-0.3%的双氧水，在50-60°C脱色l_2h，然后升温到80_90°C保持10-20min,用280-350目的絹网过滤；
(7)CaCl2溶液处理:滤液缓慢加入体积比2-3%浓度10%的CaCl2溶液，静置l_2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质；
(8)离子交换:褐藻酸钙加入12-15倍的纯化水，然后用1-2倍10%NaCl溶液，在50°C水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液；
(9)制褐藻酸钠:然后用95%的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品；
(10)制乙醇:步骤(3)中的离心滤液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为15-20%，27-35°C密封并继续培养4_8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇；
(11)制海藻有机肥:蒸馏乙醇后剩余的液体中含有大量的蛋白质、氮、磷、钾等成分，蒸发乙醇后的液体，经浓缩到45-60%浓度后，喷干、造粒，制备海藻有机肥。
[0011]上述的一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤(10)中发酵生产乙醇，酶解液灭菌后，接入已经活化的工业酵母菌种CICC31447，进行发酵培养。
[0012]上述的一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤(10)发酵生产乙醇，酶解液经过活化的酵母菌在30°C下，发酵培养7天，所获得的生物乙醇量最大。
[0013]本发明的有益效果:
本发明提供的羊栖菜脱砷工艺大大降低了羊栖菜中的砷含量，方法科学、简单易行，安全有效，便于工业化连续操作，不引入新的污染物，不产生新的不安全物质。为羊栖菜的安全食用和接下来相关产品的开发提供了安全保证。本发明以蛋白酶、果胶酶、纤维素酶按科学的配比制成复合酶，避免受到其它人分子物质，如果胶、蛋白质等的干扰，对原料进行预处理，彻底破解植物的细胞壁，将羊栖菜中的纤维素、蛋白质等主要成分分离出来，并转化为微生物可利用的单糖、寡糖及游离蛋白质，有利于提高褐藻酸钠的提取率；同时利用富含纤维素的羊栖菜加工废弃物制备燃料乙醇；加工过程中剩余的废液及废渣，通过浓缩、喷干、造粒制造海藻有机肥，实现了羊栖菜的高值化综合利用，开发了海洋生物能源。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
将羊栖菜用50-55°C温水清洗三遍，破碎为20-50mm的小段，共计10g投入到酶解锅中，添加100g水，0.5%的EDTA，升温到50°C保持40分钟；然后用HCl调节pH值至3，加入由内切β-葡聚糖酶50 %、外切β-葡聚糖酶25%、β-葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.4%，酶解7h，加入由中性蛋白酶40 %、木瓜蛋白酶60 %组成的蛋白酶0.3%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.3%，继续酶解2h，酶解过程不断搅拌，酶解结束后离心分离，得到预处理后的羊栖菜和酶解液。
[0015]预处理后的羊栖菜加入100ml的2%Na2C03溶液，在55°C水浴中消化2h，然后加入体积5000ml的50°C的新鲜饮用水进行稀释lh，充分稀释均匀后，通过280目的絹网过滤，滤液加入5ml的双氧水，在50°C脱色lh，然后升温到80°C保持lOmin，用280目的絹网过滤，滤液缓慢加入60ml浓度10%的CaCl2溶液，将其中的褐藻酸钠转化为褐藻酸钙析出，静置lh，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质；褐藻酸钙加入2400ml纯化水，然后用100ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液，然后用95%的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品23.5克。
[0016]先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，30°C培养I天，将羊栖菜预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为10%，28°C密封并继续培养3天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，培养结束后，测定其中的乙醇浓度约为3.2%，蒸馏后，获得生物乙醇。蒸馏乙醇后剩余的液体中含有大量的蛋白质、氮、磷、钾等成分，蒸发乙醇后的液体通过浓缩作为生产海藻有机肥的原料
生物乙醇发酵蒸馏出乙醇后，剩余的发酵残液浓缩到浓度为50%，然后喷干，粉碎，制成海藻有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为12%，总有机质的含量为41%。
[0017]实施例2:
将羊栖菜55°C左右温水清洗三遍，破碎为50mm的小段，共计10g然后投入到酶解锅中，添加2000g水，I %的EDTA，升温到60°C左右保持50分钟；然后用HCl调节pH值至6，加入由内切β-葡聚糖酶50 %、外切β-葡聚糖酶25%、β-葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.6%,酶解1h，加入由中性蛋白酶40 %、木瓜蛋白酶60 %组成的蛋白酶0.5%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.5%，继续酶解4h，酶解过程不断搅拌，酶解结束后离心分离，得到预处理后的羊栖菜和酶解液。
[0018]预处理后的羊栖菜加入1200ml的3%Na2C03溶液，在65°C水浴中消化3h，然后加入体积7000ml的60°C的新鲜饮用水进行稀释2h，充分稀释均匀后，通过350目的絹网过滤，滤液加入7ml的双氧水，在60°C脱色2h，然后升温到90°C保持20min，用350目的絹网过滤，滤液缓慢加入90ml浓度10%的CaCl2溶液，将其中的褐藻酸钠转化为褐藻酸钙析出，静置2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质；褐藻酸钙加入3000ml纯化水，然后用2000ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液，然后用95%的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品26.3克。
[0019]先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，30°C培养I天，将羊栖菜预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为10%，28°C密封并继续培养3天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，培养结束后，测定其中的乙醇浓度约为3.2%，蒸馏后，获得生物乙醇。蒸馏乙醇后剩余的液体中含有大量的蛋白质、氮、磷、钾等成分，蒸发乙醇后的液体通过浓缩作为生产海藻有机肥的原料
生物乙醇发酵蒸馏出乙醇后，剩余的发酵残液浓缩到浓度为50%，然后喷干，粉碎，制成海藻有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为12%，总有机质的含量为48%。
【权利要求】
1.一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤: (1)脱砷处理:将羊栖菜用50-55°C温水清洗三遍，破碎为20-50mm的小段，然后投入到酶解锅中，添加10-20倍水，0.5-1%的EDTA，升温到50-60。。保持40-50分钟； (2)纤维酶解:并用HCl调液体pH值至3-6，加入由内切β-葡聚糖酶50%、外切β-葡聚糖酶25%、β -葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.4-0.6%，酶解7_10h ； (3)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶40%、木瓜蛋白酶60%组成的蛋白酶0.3-0.5%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.3-0.5%，继续酶解2-4h，搅拌，酶解后离心分离； (4)盐水消化:向上述离心后的羊栖菜中加入10-12倍羊栖菜重量的2-3%Na2CO3溶液，在55-65 °C水浴中消化2-3h ； (5)稀释过滤:然后加入体积5-7倍50-60°C的新鲜饮用水进行稀释l_2h，充分稀释均匀后，通过280-350目的絹网过滤； (6)脱色:滤液加入0.2-0.3%的双氧水，在50-60°C脱色l_2h，然后升温到80_90°C保持10-20min,用280-350目的絹网过滤； (7)CaCl2溶液处理:滤液缓慢加入体积比2-3%浓度10%的CaCl2溶液，静置l_2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质； (8)离子交换:褐藻酸钙加入12-15倍的纯化水，然后用1-2倍10%NaCl溶液，在50°C水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液； (9)制褐藻酸钠:然后用95%的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品； (10)制乙醇:步骤(3)中的离心滤液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为15-20%，27-35°C密封并继续培养4_8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇； (11)制海藻有机肥:蒸馏乙醇后剩余的液体中含有大量的蛋白质、氮、磷、钾等成分，蒸发乙醇后的液体，经浓缩到45-60%浓度后，喷干、造粒，制备海藻有机肥。
2.根据权利要求1所述的一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤(10)中发酵生产乙醇，酶解液灭菌后，接入已经活化的工业酵母菌种CICC31447，进行发酵培养。
3.根据权利要求1所述的一种脱砷提取羊栖菜中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤(10)发酵生产乙醇，酶解液经过活化的酵母菌在30°C下，发酵培养7天，所获得的生物乙醇量最大。
【文档编号】C05F11/00GK104341537SQ201310341402
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】朱凤 申请人:青岛博研达工业技术研究所(普通合伙)