专利名称：一种通过发酵虾头和虾壳来提取蛋白质和甲壳素的方法
技术领域：
本发明具体的涉及一种通过发酵虾头和虾壳来提取蛋白质和甲壳素的方法。
背景技术：
对虾类来说，虾头和虾壳富含丰富的营养物质，例如对虾的虾头、虾壳约占虾体重量的30%左右，其中除了含有甲壳素、碳酸钙等矿物质外，还含有7-15%蛋白质、2-4%油月旨、丰富的维生素E、叶黄素、卵磷脂等成分，营养价值较高。目前对虾头、虾壳的利用主要在两个方而:一是用于生产甲壳素，二是利用自身组织蛋白酶或者外源蛋白酶水解其中的蛋白质，将其液化分离出水。但是直接用虾头、虾壳生产甲壳素，需要用高浓度的酸、碱发酵原料，不仅污染严重，而且其中的、蛋白质、脂肪、钙质等均作为杂质被除去，无法利用。通过蛋白酶水解的方法获得的水解液也都存在明显的苦涩味和腥臭味，产品风味差，无法作为其他食品的基料，只能作饲料，另外，水解过程中很容易发生腐败，并且外加蛋白酶也提高了生产成本。目前国内已有利用乳酸菌发酵虾头、虾壳提取活性物质的报道，所用菌株如植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌的一种或几种混合，尚未有利用瑞士乳杆菌，或者包含瑞士乳杆菌在内的混合菌株的类似报道。国外虽然有少量类似的研究报道，但主要是利用乳酸菌发酵能产生大量乳酸的性质，使虾头、虾壳的PH值大大降低，达到自然防腐的目的，使得原料得以在常温下长期储藏，便于作为动物的青贮饲料。另外就是利用乳酸菌发酵将虾头、虾壳中蛋白质水解液化分离出来，同时少量脂肪、虾青素等成分也游离出来，发酵生产的乳酸也将壳中的钙质溶出，由于虾头、虾壳已经脱钙，用过滤出来的发酵残渣生产甲壳素则更容易。如华南农业大学.一种从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法[P].中国:CN 101579132A,2009.11.18.中报道的利用嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种的任意一种或三者的混合菌处理；一种利用乳酸片球菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法[P].中国:CN101869170A,2010.05.18.一种利用植物乳杆菌从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素的方法[P].中国:CN 101869171A，2010.05.18.D.J.Evers和D.J.Carroll(D.J.Evers, D.J.Carroll.Ensiling salt-preserved shrimp waste withgrass straw and molasses.Animal feed Science Technology.1998,71:241-249)石开究了混合利用瑞士乳杆菌和粪肠球菌的组合并添加糖蜜和稻草发酵虾头、虾壳用于制作动物饲料。Neith PacHeco 等人(Neith Pacheco, Monica Garnica-Conzalez, JessicaY.Ramfrez-Hernandez, et al.Effect of temperature on chitin and astaxanthinrecoveries f ' rom shrimp waste using lactic acid bacteria, Bioresource,Technology, 2009,100:2849-2854)研究了利用为植物乳杆菌发酵奸壳、奸头回收甲壳素，或利用混合菌株发酵虾壳、虾头回收虾青素和甲壳素，并研究了温度对发酵效果的影响；N.M.Sachindra 等人(N.M.Sachindra, N.Bhaskar, G..S.Siddegowda.et al.Recovery ofcarotenoids from ensilaged shrimp waste[J].Bioresource Technology,2007,98:1642-1646)研究了利用瑞士乳杆菌或混合菌株从虾壳、虾头的发酵液中回收类胡萝卜素的问题° Luis A.Cira 等人(Luis A.Cira, Sergio huerta, George M.hall, et al.Pilotscale lactic acid fermentation of shrimp wastes for chitin recovery.ProcessBiochemistry, 2002, 37:1359-1366)研究了乳杆菌发酵奸壳、奸头的最佳发酵条件,包括接种量、加糖种类、加糖量、发酵时间等，他们采用蔗糖作碳源，接种量5%，发酵温度30°C，发酵96小时后体系pH可降低至4.2-4.3。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的从水产品中提取蛋白质和甲壳素的方法中存在的污染严重，营养成分流失以及处理效率低下的问题，而提供了一种通过发酵虾头和虾壳来提取蛋白质和甲壳素的方法。本发明的方法可以得到无腥臭味且富含乳酸钙的蛋白质粉，以及甲壳素，方法快速简单，降低了生产成本，减少环境污染，充分利用了虾头和虾壳中所富含的营养成分。因此，本发明涉及一种通过发酵虾头和虾壳来提取蛋白质和甲壳素的方法，其包含下列步骤:(I)向粉碎或匀浆至10目 50目的虾头和虾壳中加入碳源、氮源并混合均匀；(2)接种瑞士乳杆菌或混合菌株；(3)保温发酵； (4)发酵结束后将发酵液与残渣分离；(5)将发酵液干燥，得到蛋白质粉；(6)将步骤(4)所得的发酵残渣经稀酸浸泡和脱色处理，得到甲壳素；其中，所述的混合菌株为瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌的混合菌株、瑞士乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌株、或者瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌以及嗜热链球菌的混合菌株，混合菌株分别单独培养并混合接种；瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌的混合菌株中，瑞士乳杆菌与保加利亚乳杆菌的接种比例为1: 2-2: 1(优选1:1);瑞士乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌株中，瑞士乳杆菌与嗜热链球菌的接种比例为1: 2-2: 1(优选1:1);瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌以及嗜热链球菌的混合菌株中，瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌以及嗜热链球菌的接种比例为2:1:1;当步骤(2)中接种的为瑞士乳杆菌或混合菌株时，步骤(I)中的虾头和虾壳为新鲜的或冻藏的虾头和虾壳，当虾头和虾壳为冻藏的虾头和虾壳时，需将冻藏的虾头和虾壳解冻。其中，步骤(5)和(6)可同时进行，或者按照步骤(5)、(6)或步骤(6)、(5)的顺序进行。本发明中，步骤(I)中，所述的将冻藏的虾头和虾壳解冻的方法可为各种常规的解冻方法，如自然解冻、热空气解冻、流水解冻、微波解冻或电加热解冻等。步骤(I)中，碳源的加入量可为虾头和虾壳总质量的5%-30%，优选12%-20%。这些碳源可包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、淀粉、淀粉糖浆、果葡糖浆、乳糖、乳清粉和糖蜜中的一种或多种。氮源的加入量可为虾头和虾壳总质量的0.1% 10%，优选0.5-2%。这些氮源可包括硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、尿素、蛋白胨、酵母粉、和豆饼粉等中的一种或多种。
步骤(2)中，所述的瑞士乳杆菌或混合菌株为本领域技术人员发酵生产各类食品常用的益生菌，市面上有销售。瑞士乳杆菌或混合菌种的接种采用本领域技术人员的常规操作进行，瑞士乳杆菌的接种量可为虾头和虾壳总质量的1% 20%，优选5% -15%。步骤(3)的保温发酵步骤中，为提高发酵效果，还可以向虾头、虾壳中加入适量的水，一般加入虾头和虾壳质量的20% -200%的水较好。为缩短发酵的诱导期，可以以食品或饲料中允许使用的酸调节虾头和虾壳的pH，达到6.0-6.8之间。步骤(3)中，所述的保温发酵的温度可选择20_50°C，优选35_45°C;发酵时间可为18h以上，不超过120h，优选48-72h。步骤(4)中，发酵结束后，可通过离心或过滤方法(由于步骤(I)中虾头和虾壳为10目 50目，因此过滤需用目数更高的过滤网，所得残渣为脱除大部分钙质的虾壳，作为下一步制取甲壳素的原料。将发酵液与发酵残渣分离。为去除发酵液的酸味，可以采用本领域技术人员常用的碱，如可采用碳酸钠或碳酸氢钠中和发酵液。步骤(5)中，发酵液的干燥可采用任意一种本领域技术人员常用的干燥方法，如可采用自然干燥、烘干和喷雾干燥中的一种或多种，干燥后得到粉末状物质，即为本发明所得的蛋白质。步骤￠)中，采用稀酸脱除残余矿物质和脱色发酵提取甲壳素，是本领域技术人员获得甲壳素的常用做法。本发明从发酵残渣中提取甲壳素时，选择稀酸浸泡发酵残渣，可选择各种稀酸，包括各种无机酸或有机酸，如稀盐酸，稀酸的浓度越高，浸泡时间越长，脱矿物质的效果就越好。因此稀酸以氢离子度计(如稀盐酸)的浓度可选择0.01mol/L-lmol/L，优选0.2-0.5mol/L ;浸泡时间可选择0.5h_6h，优选2_4h。稀酸浸泡后的脱色处理，采用现有技术中提取甲壳素所常用的脱色发酵操作均可实现本发明，如可采用常规的双氧水脱色，高锰酸钾脱色或日光暴晒等，最后则能从发酵残渣中获得所需甲壳素。除特殊说明外，本发明涉及的原料和试剂均市售可得。本发明的积极进步效果在于:1、本发明利用瑞士乳杆菌或混合菌株发酵造成的高酸环境可以防止虾头、虾壳在自溶过程中发生腐败，从而可以大大延长自溶时间，自溶时间的延长以及瑞士乳杆菌发酵过程中产生的少量蛋白酶，可以保证蛋白质的充分水解和高利用率，无需再外加蛋白酶，此外高酸对于产品的后续发酵和保藏也十分有利；2、本发明利用发酵产生的乳酸可以将虾头、虾壳中的钙盐等矿物质大部分脱除，用脱矿物质后的虾头、虾壳生产甲壳素更容易，而且可以减少盐酸的用量，降低成本和减少环境污染；3、本发明利用瑞士乳杆菌或混合菌株发酵可以消除发酵液的腥臭味，可提高产品的适口性，而且发酵液富含钙质等矿物质；4、本发明采用瑞士乳杆菌或混合菌株发酵工艺，不但操作方法简单，所用原料成本低廉，而且能够同时从虾头和虾壳中获得蛋白质和甲壳素，使得虾头和虾壳中所含的成分得到充分的利用。5、本发明所用虾头、虾壳均经过粉碎或匀浆至10目-50目，较细，不但可充分扩大瑞士乳杆菌等菌株的作用接触面积，还可减少发酵时间，提高处理效果。6、本发明发酵后残渣用稀酸进一步处理，可确保固体产品的杂质含量保持在要求的范围内。同时处理后的稀酸进一步的用碱中和，并经反渗透处理除盐等杂，可回收盐作为饲料添加剂用，而污水也达到排放标准。
具体实施例方式下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。实施例1本实施例利用瑞士乳杆菌发酵从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素，其具体步骤如下:(I)取50g新鲜虾头和虾壳，将虾头和虾壳粉碎至10目左右，加入25mL水(虾头和虾壳总质量的50% )，测节pH至6.4 ;(2)再加入7.5g葡萄糖(虾头和虾壳总质量的15 %)，() 5g的酵母粉(虾头和虾壳总质量的1% );(3)接种瑞士乳杆菌，接种量为虾头和虾壳总质量的10% ；(4)于37 °C保温发酵3天；(5)发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经碳酸钠中和，浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质7.4g，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质；(6)发酵残渣经0.5mol/L稀盐酸浸泡5h后，用清水漂洗争中性，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。实施例2本实施例利用瑞士乳杆菌发酵从虾头和虾壳中提取蛋白质和甲壳素，其具体步骤如下:(I)取IOOg新鲜虫下头和虫下壳,将虫下头和虫下壳粉碎至10目左右,测节pH至6.3 ;(2)再加入20g葡萄糖(虾头和虾壳总质量的20%)，2g的酵母粉(虾头和虾壳总质量的2% );(3)接种瑞士乳杆菌，接种量为虾头和虾壳总质量的5% ；(4)于37 °C保温发酵3天；(5)发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经碳酸钠中和，浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质14.9g，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质；(6)发酵残渣经0.4mol/L稀盐酸浸泡6h，然后用清水漂沈至中性，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。实施例3本实施例利用混合菌株发酵从虾头和虾壳中制取蛋白质和甲壳素，其具体步骤如下:(I)取50g干燥的虾头和虾壳，将虾头和虾壳粉碎至10目左右，加入25mL水(虾头和虾壳总质量的50% )，测节pH至6.4 ;(2)再加入7.5g葡萄糖(虾头和虾壳患质量的15% )，Ig的酵母粉(虾头和虾壳总质量的2% ); (3)接种瑞士乳杆菌:保加利亚乳杆菌=I: 1，接种量为虾头和虾壳总质量的10% ；
(4)于42 V保温发酵3天；(5)发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经乙醇萃取后制取虾青素，萃取后的水相经碳酸钠中和，浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质7.4g，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质；(6)发酵残渣经0.5mol/L稀盐酸浸泡5h后，用清水漂洗争中性，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。实施例4本实施例利用混合菌株发酵从虾头和虾壳中制取蛋白质和甲壳素，其具体步骤如下:(I)取IOOg干燥的虾头和虾壳，将虾头和虾壳粉碎争10目左右，测节pH至6.3 ;(2)再加入20g葡萄糖(虾头和虾壳总质量的20% )，Ig的酵母粉(虾头和虾壳总质量的1% );(3)接种瑞士乳杆菌:保加利亚乳杆菌:嗜热链球=2:1: 1，接种量为虾头和虾壳总质量的10% ；(4)于42 V保温发酵3天；(5)发酵结束后，离心分离发酵液和发酵残渣；发酵液经乙醇萃取后制取虾青素，萃取后的水相经碳酸钠中和，浓缩，喷雾干燥后得到粉末状物质14.9g，该粉末状物质即为本实施例所得蛋白质；(6)发酵残渣经0.4mol/L稀盐酸浸泡6h，然后用清水漂沈至中性，放于日光下暴晒脱色，得到甲壳素。
权利要求
1.一种通过发酵虾头和虾壳来提取蛋白质和甲壳素的方法，其特征在于包含下列步骤: (1)向粉碎或匀浆至10目 50目的虾头和虾壳中加入碳源、氮源并混合均匀； (2)接种瑞士乳杆菌或混合菌株； (3)保温发酵； (4)发酵结束后将发酵液与残渣分离； (5)将发酵液干燥，得到蛋白质粉； (6)将步骤(4)所得的发酵残渣经稀酸浸泡和脱色处理，得到甲壳素； 其中，所述的混合菌株为瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌的混合菌株、瑞士乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌株、或者瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌以及嗜热链球菌的混合菌株，混合菌株分别单独培养并混合接种；瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌的混合菌株中，瑞士乳杆菌与保加利亚乳杆菌的接种比例为1: 2-2: I ;瑞士乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌株中，瑞士乳杆菌与嗜热链球菌的接种比例为1: 2-2: I ;瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌以及嗜热链球菌的混合菌株中，瑞士乳杆菌和保加利亚乳杆菌以及嗜热链球菌的接种比例为2:1:1; 当步骤(2)中接种的为瑞士乳杆菌或混合菌株时，步骤(I)中的虾头和虾壳为新鲜的或冻藏的虾头和虾壳，当虾头和虾壳为冻藏的虾头和虾壳时，需将冻藏的虾头和虾壳解冻； 其中，步骤(5)和(6)同时进行，或者按照步骤(5)、(6)或步骤(6)、(5)的顺序进行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，所述的将冻藏的虾头和虾壳解冻的方法为自然解冻、热空气解冻、流水解冻、微波解冻或电加热解冻。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，碳源的加入量为虾头和虾壳总质量的5% -30% ;所述的碳源包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、淀粉、淀粉糖浆、果葡糖浆、乳糖、乳清粉和糖蜜中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，碳源的加入量为虾头和虾壳总质量的12% -20% o
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中，氮源的加入量为虾头和虾壳总质量的0.1% 10% ;这些氮源包括硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、尿素、蛋白胨、酵母粉、和豆饼粉中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤⑵中，所述的瑞士乳杆菌的接种量为虾头和虾壳总质量的1% 20%。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于:步骤⑵中，所述的瑞士乳杆菌的接种量为虾头和虾壳总质量5% -15%。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)中，还向虾头、虾壳中加入虾头和虾壳质量的20% -200%的水；以食品或饲料中允许使用的酸调节虾头和虾壳的pH，达到6.0-6.8 之间。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)中，所述的保温发酵的温度为20-50 0C ;发酵时间为 18h-120h。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(4)中，发酵结束后，采用碳酸钠或碳酸氢钠中和发酵液；步骤(6)中，所述的稀酸以氢离子度计的浓度为0.01mol/L-lmol/L ;浸泡时间选择0.5h-6h ;稀酸浸 泡后的脱色处理，采用常规的双氧水脱色，高锰酸钾脱色或日光暴晒方法。
全文摘要
本发明公开了一种通过发酵虾头和虾壳来提取蛋白质和甲壳素的方法，其包含下列步骤(1)向粉碎或匀浆至10目～50目的虾头和虾壳中加入碳源、氮源并混合均匀；(2)接种瑞士乳杆菌或混合菌株；(3)保温发酵；(4)发酵结束后将发酵液与残渣分离；(5)将发酵液干燥，得到蛋白质粉；(6)将步骤(4)所得的发酵残渣经稀酸浸泡和脱色发酵，得到甲壳素。本发明的方法可以得到无腥臭味且富含乳酸钙的蛋白质粉，以及甲壳素，方法快速简单，降低了生产成本，减少环境污染，充分利用了虾头和虾壳中所富含的营养成分。
文档编号A23J1/04GK103156049SQ20111040747
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者刘国庆, 赵肖, 胡卫华, 钱晓勇 申请人:上海红马饲料有限公司