本发明属于动物软骨的深加工技术领域，具体涉及一种动物软骨生物提取的联产工艺方法。
背景技术：
动物的软骨，俗称“脆骨”，是目前唯一不会发生癌变和病变的动物性生物原料，生物安全性高。我国是一个农业大国，各类肉制品加工产生的软骨资源十分丰富，种类较多，其中包括哺乳动物的鼻骨、喉骨、气管、中隔、胛骨等，也包括鸡鸭鹅的胸软骨、鱼类的鲨鱼软骨等，含有丰富的生物活性物质：
1、硫酸软骨素，具有降血脂、抗血栓、抗肿瘤、解毒、抗炎、镇痛、加速伤口愈合、促进细胞代谢、治疗肥胖症、治疗关节炎、促进食品乳化和祛除异味等多种功能，广泛作为医药、保健品、化妆品、食品的生物原料，是国际市场十大畅销的生物原料之一；
2、透明质酸，具有治疗关节炎、增强免疫力、伤口愈合、去皱防皱、减少疤痕、保湿润滑、防治动脉硬化、防治脑萎缩的功能，被誉为美容“理想的天然保湿因子”、“抗衰老因子”，主要作为医药、保健品、化妆品的生物原料，市场上有“白金”之称；
3、胶原肽，多指胶原蛋白的水解肽，具有增加免疫力、保护胃膜、减缓血压高、延缓骨质疏松，治疗骨关节、减缓衰老、保养头发、减肥、促进皮肤深层新陈代谢等功效，被誉为“美容圣品”、“骨中骨”，是医药、保健品、化妆品的热门生物原料。
国内生产企业大都以软骨为原料提取和分离硫酸软骨素，而软骨中占总蛋白90％的胶原蛋白则被酶解和变性，只能用作蛋白饲料或随废水排放，产品附加值较低；而提取胶原蛋白及胶原蛋白多肽的原料仍以硬骨、动物皮和鱼鳞为主，未能实现软骨资源的高值化利用。随着硫酸软骨素生物活性的不断被揭示和其应用领域的扩展，对其精细化程度的要求将会越来越高。目前，有关硫酸软骨素的提取、纯化和分离技术取得了一定的研究成果。离子交换法依据流动相中化合物酸碱性、极性和对离子交换剂亲和力的差异，通过改变洗脱液的离子强度和ph值，依次分离物质。离子交换树脂具有选择性好、设备简单、操作方便等优点。将离子交换技术应用于从软骨酶解液中分离纯化硫酸软骨素和胶原蛋白多肽，可实现软骨的高值化利用，具有广阔的应用前景。但在硫酸软骨素的生产与研究中，一是要进一步改进现有的生产工艺以提高产品的产率与纯度，降低生产成本，适应国内外对原料和制剂的新要求；二是要进一步开发针对硫酸软骨素废渣废物利用的产品和工艺，提高工艺产品的附加值，增加资源利用率，减小环境污染，同时增加经济效益。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，本发明提供一种以各类肉制品加工产生的软骨为原料，采用酶解、阳离子交换技术，从动物软骨中同时提取分离硫酸软骨素、透明质酸和胶原肽生物活性分子，实现软骨的高值化利用。以解决现有的硫酸软骨素生产技术简单，产品收率低，纯度低，产品单一且废液废渣处理难度大等生产现状。同时简化生产工艺，降低生产成本，减少环境污染。具体地说是一种动物软骨生物提取的联产工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，所述方法包括以下步骤：将新鲜或冷冻的动物软骨原料粉碎得骨肉，将骨肉再经过骨肉分离、筛分，即分别得到肉糜和脱肉骨粒；所述脱肉骨粒用碱性蛋白酶进行酶解后，滤液经离心处理，收集离心液经水洗后进行微滤处理至无硫酸软骨素并透析，分别收集透过液a和截留液b，所述透过液a再经过超滤处理至无多肽并透析，分别收集透过液c和截留液d，所述截留液d通过超滤后并调质处理，再经过阳离子交换树脂柱，收集过柱液进行调质处理后，最后过柱液直接喷干即得硫酸软骨素干粉；所述截留液b经微滤后并调质处理，再经过阳离子交换树脂柱，收集流出液进行调质和水洗处理，再经过超滤、脱盐和浓缩处理后，最后浓缩液直接喷干即得透明质酸干粉；所述透过液c经超滤后并调质处理，然后加入水解蛋白酶控温酶解，经酶解后再进行调质处理，酶解液经离心处理，收集到的离心液进行微滤处理，收集澄清液，澄清液经过纳滤、脱盐和浓缩处理后，最后浓缩液直接滚筒干燥即得胶原肽干粉。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述脱肉骨粒由下述处理方法制得：将新鲜软骨或者是将冷冻软骨采用解冻机解冻后，由碎骨机粉碎至粒径为5～10mm的混合骨肉，将混合骨肉再通过骨肉分离机进行骨肉分离、筛分，分别收集即得到肉糜和所述脱肉骨粒。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述硫酸软骨素干粉由下述方法制得：
(1)将所述脱肉骨粒加入1倍量的去离子水、3%的氯化钠、0.2%的10万u/mg碱性蛋白酶、0.2%的10万u/mg木瓜酶和0.1%的2万u/mg脂肪酶进行酶解，控制酶解温度在45～55℃之间，调节ph值在7～8之间，控制酶解时间为≥8h；
(2)将步骤(1)所得的酶解液调节ph值至6，并加热至85℃，静止10min后速降至常温，然后过滤，分别收集滤液和沉淀物，沉淀物可用于环保处理，滤液通过离心机离心处理，收集离心沉淀物和离心液，离心沉淀物可用于环保处理，并对收集的离心液调节ph值至9；
(3)将步骤(2)中所得的离心液进行复合去离子水洗，然后再经过0.2um微滤至无硫酸软骨素并透析处理，分别收集透过液a和截留液b，所述透过液a再经过10kd超滤至无多肽并透析处理，分别收集透过液c和截留液d，收集的截留液b和透过液c备用；
(4)将步骤(3)中所得的截留液d通过10kd超滤后，对收集的截留液先调节ph值在3～4之间，然后并以5bv/h流速流经irc50阳离子交换树脂柱进行交换，分别收集废液和过柱液，废液可用于环保处理，再对收集的过柱液调节ph值至6，最后对调节处理后的过柱液直接喷干，即得硫酸软骨素干粉。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述步骤(1)中，酶解过程中，在夏天需要添加脱肉骨粒量0.1%的苯酚，酶解温度控制在50℃，调节ph值在7～7.5之间，酶解时间控制在8～10h之间。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述透明质酸干粉由下述方法制得：
(1)将收集的截留液b调节ph值在3～4之间，并以4bv/h流速流经irc50阳离子交换树脂柱进行交换，分别收集废液和流出液，废液可用于环保处理；
(2)将步骤(1)中所得的流出液调节ph值至6后，进行复合去离子水洗，水洗后的流出液经过300kd超滤和脱盐处理，脱盐至盐度≤0.5%，然后再进行浓缩处理，浓缩至呈略粘稠为止，最后将浓缩液直接喷干，即得透明质酸干粉。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述胶原肽干粉由下述方法制得：
(1)将收集的透过液c经过20kd超滤后，对收集的透过液调节ph值在7～8之间，然后加入透过液量0.1%的10万u/mg水解蛋白酶和0.1%的10万u/mg木瓜酶进行酶解，控制酶解温度在45～55℃之间，控制酶解时间为≥8h；
(2)将步骤(1)中所得的酶解液调节ph值至6，同时加入酶解液量2%的活性炭进行搅拌30min，搅拌均匀后进行离心处理，收集离心液并降至常温，然后再将冷却后的离心液经过0.2um微滤处理，收集澄清液；
(3)将步骤(2)中所得的澄清液经过500d纳滤脱盐处理，脱盐至盐度≤0.5%，然后再进行浓缩处理，浓缩至体积≤35%为止，最后将浓缩液直接滚筒干燥，即得胶原肽干粉。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述步骤(1)中，对收集的透过液调节ph值在7～7.5之间，酶解温度控制在50～55℃之间，酶解时间控制在8～10h之间。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述联产工艺方法还包括有环保处理，所述环保处理分为营养性废液处理和酸碱盐废液处理。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述营养性废液处理首先是收集经过离心、微滤、超滤、纳滤、水洗和透析处理后所产生的营养性废液，调节ph值至7，然后通过反渗透膜滤器进行透析，透析产生的纯水可回用于生产中，透析后的浓缩液调节ph值至7，同时再加入离心、微滤、超滤、纳滤、水洗和透析处理后所产生的营养性沉淀，骨肉分离、筛分过程中产生的骨渣，以及骨肉分离、筛分过程中所收集的肉糜一起共同混合，然后再添加混合量的20%黄萝卜粉碎物和20%麸皮混合并搅拌均匀，经过制粒机一次性半熟化后，再挤压成颗粒，最后经过自然降温，风干至水分≤20%，即得到饲料。
进一步地，所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，其中所述酸碱盐废液处理首先是收集经过调质、脱盐和浓缩处理过程中所产生的酸碱盐废水，调节ph值至7，然后通过反渗透膜滤器进行透析，透析产生的纯水可回用生产中，透析后的浓缩液经自然风干后，即得到含盐干粉。
采用本发明所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)实现软骨资源的高值化利用，做到硫酸软骨素、透明质酸、胶原肽的综合提取，资源利用率高，提高产品附加值。
(2)通过优化技术方案，既保证了硫酸软骨素、透明质酸3d结构的稳定和较大的分子量，又保证了较高的纯度；
(3)以树脂层析技术替代乙醇反复沉淀的技术，不再大量使用乙醇，杜绝了易燃易爆的安全隐患，减少了产品的流失，降低了生产成本；
(4)通过蛋白回收，以及对营养性废液处理和酸碱盐废液处理，可减少环境污染，在提高经济效益的同时也减少环境污染，其经济效益及环境效益明显。
(5)降低了能耗和生产成本，工艺路线短，操作简单。
综上所述，本发明方法实现了软骨资源的综合利用，具有提取率高、吸附选择性好、产品纯度高、其工艺简单、污染小等优点，有利于节约资源和降低能耗，其经济效益及环境效益明显，可推动行业可持续性发展。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，以下结合具体实施例来进一步说明本发明。所举实例只用于解释本发明，而不是限定本发明的范围。
采用本发明所述的联产工艺方法，其设计依据包括以下内容：
一、软骨原料
软骨由软骨组织和软骨膜构成，而软骨组织由软骨细胞、基质和纤维构成，软骨膜由纤维结缔组织构成；根据纤维含量的差异，软骨又分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨，其中以透明软骨居多；而软骨细胞主要由蛋白和油脂构成；基质主要由蛋白多糖构成，其主干为透明质酸长链，结合蛋白链，蛋白链又结合硫酸软骨素、硫酸角质素等多糖链，形似“毛刷”状；纤维主要由蛋白构成，分为胶原纤维、弹性纤维、网状纤维；而鲜软骨成分随物种和组织不同而有差异，一般水分70～75%，无机盐1%，蛋白15～22%，脂肪含量0.4～0.8%，碳水化合物3～18%，其中胶原蛋白占蛋白的90%，碳水化合物中主要是硫酸软骨素、透明质酸、硫酸角质素等粘多糖；目前市场上多有干软骨供应，干燥失水后重量一般为鲜软骨的35-50%，因为经过风吹日晒、苍蝇繁殖，细菌污染，多有异味，其中透明质酸粘度大大降低，所以尽量使用鲜软骨为宜，本工艺选择鸡胸软骨为原料；而鲜软骨中硫酸软骨素含量随物种、组织不同而有差异，其中牛猪鼻骨含15～24%，牛猪喉管4～8%，牛猪气管3～5%，牛猪胸骨2～4%，鸡鸭喉管7～9%，鸡鸭胸骨9～11%。
二、硫酸软骨素
硫酸软骨素，俗称康得宁，英文简写为cs，由d-葡萄醛酸和n-乙酰氨基半乳糖交替连接而成的双糖聚合物，属于酸性黏多糖，因为硫酸基在半乳糖的位置不同而有异构体，其中硫酸基在c-4位的为cs-a、在c-5位的为cs-b（亦称皮肤素）、在c-6位的为cs-c，在软骨中主要是cs-a；硫酸软骨素的相对分子量为10000～50000之间，在软骨中多与胶原蛋白结合，以蛋白多糖的形式存在，碱性条件可发生水解，特别是浓碱加热条件下硫酸软骨素易与蛋白解离，成为游离态，但是硫酸软骨素也能被降解为小分子；其盐易溶解于水，呈胶体性质，不溶解于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等，在水溶液中，游离的硫酸软骨素遇高温不稳定、易降解，但是其盐类即使加热到80℃依然稳定，所以软骨素的产品多以钠盐形式存在；在强酸性溶液中加热能发生降解反应，而且温度越高，酸性越强，其降解就越快，其中在浓硫酸中不仅降解为小分子，而且能发生硫酸酯化反应，硫酸软骨素没有还原性，但是中性条件可与双氧水发生降解反应，且随意性较大；硫酸软骨素的异构体及其它黏多糖，可经过不同浓度的乙醇分级沉淀，其中18～25%的乙醇可沉淀硫酸软骨素b（皮肤素），30～40%的乙醇可沉淀硫酸软骨素a，40～50%的乙醇可沉淀硫酸软骨素c，≥60%的乙醇可沉淀硫酸角质素；因为含有硫酸基，在水溶液中呈聚阴离子，可控cs0.1～1%浓度加入1～10%浓度的十六烷基三甲铵（ctab）、或者氯化十六烷基吡啶（ppc），至终浓度达0.5%，则生成不溶于水的络合物，该络合物在≥2mol/l的氯化钠溶液中可解离并溶解；硫酸软骨素原料药多为其钠盐，尚没有国家统一标准，大多企业参考药典制定了企业标准，其中硫酸软骨素纯度≥90～95%,氨基己糖≥24%，水分≤10%，ph=4～6，含氮2.2～3.8%。
三、透明质酸
透明质酸俗称玻璃酸，英文简写为ha，由d-葡萄醛酸和n-乙酰葡糖胺交替连接而成的双糖长链聚合物，分子量高达数百万，属于唯一没有硫酸基的酸性黏多糖，其3d结构折叠为网状，几乎没有物种和组织来源之间的差异；市场上ha一般分子量40～220万，其中分子量180～220万的为大分子ha，100～180万的为中分子ha，40～100万的为小分子ha，分子越大其保湿润滑性越强，分子越小则生物活性越强，不同分子量ha的性质基本是一致的；ha亲水性极强，易溶解于水，不溶解于乙醇等有机溶剂，粘度较高，特别是在ph=6～8的水溶液中粘度较高，即使在温度≤80℃加热4h，粘度变化也不明显。ha除具有酸性黏多糖共有的性质，若在高温条件下强酸过碱、玻璃酸酶水解、还原剂或者重金属离子存在、紫外线或者电子束照射条件，则ha大分子易降解为小分子，并且粘度也易下降；透明质酸原料药多为其钠盐，目前仅有国家医药级yy/t0606、9-2007标准，其中干物质（ha）≥90%，葡萄糖醛酸≥40%，ph=6-7.5，蛋白≤0.1%，水分≤10%。
四、胶原
胶原俗称胶质，也称胶原蛋白，其特征是具有三条螺旋状的多肽链相互缠绕的3d结构，一般不能直接被普通蛋白酶水解，软骨中主要是
五、实施例
本发明以鸡胸软骨为原料，其联产工艺方法包括以下步骤：将新鲜或冷冻的动物软骨原料粉碎得骨肉，将骨肉再经过骨肉分离、筛分，即分别得到肉糜和脱肉骨粒；所述脱肉骨粒用碱性蛋白酶进行酶解后，滤液经离心处理，收集离心液经水洗后进行微滤处理至无硫酸软骨素并透析，分别收集透过液a和截留液b，所述透过液a再经过超滤处理至无多肽并透析，分别收集透过液c和截留液d，所述截留液d通过超滤后并调质处理，再经过阳离子交换树脂柱，收集过柱液进行调质处理后，最后过柱液直接喷干即得硫酸软骨素干粉；所述截留液b经微滤后并调质处理，再经过阳离子交换树脂柱，收集流出液进行调质和水洗处理，再经过超滤、脱盐和浓缩处理后，最后浓缩液直接喷干即得透明质酸干粉；所述透过液c经超滤后并调质处理，然后加入水解蛋白酶控温酶解，经酶解后再进行调质处理，酶解液经离心处理，收集到的离心液进行微滤处理，收集澄清液，澄清液经过纳滤、脱盐和浓缩处理后，最后浓缩液直接滚筒干燥即得胶原肽干粉。
首先将新鲜鸡胸软骨或者是将冷冻的鸡胸软骨采用解冻机解冻后，由碎骨机粉碎至粒径为5～10mm的混合骨肉，将混合骨肉再通过骨肉分离机进行骨肉分离、筛分，分别收集即得到肉糜和所述脱肉骨粒。本方法采用鸡胸软骨为原料，其中肉糜的产率可达≥10g/kg。
其中所述硫酸软骨素干粉由下述方法制得：
(1)将所述脱肉骨粒加入1倍量的去离子水、3%的氯化钠、0.2%的10万u/mg碱性蛋白酶、0.2%的10万u/mg木瓜酶和0.1%的2万u/mg脂肪酶进行酶解，控制酶解温度在50℃之间，调节ph值在7～7.5之间，酶解时间控制在8～10h之间；在酶解过程中，如果是在夏天，则还需要添加脱肉骨粒量0.1%的苯酚;
(2)将步骤(1)所得的酶解液调节ph值至6，并加热至85℃，静止10min后速降至常温，然后过滤，分别收集滤液和沉淀物，沉淀物可用于环保处理，滤液通过离心机离心处理，收集离心沉淀物和离心液，离心沉淀物可用于环保处理，并对收集的离心液调节ph值至9；
(3)将步骤(2)中所得的离心液进行复合去离子水洗，然后再经过0.2um微滤至无硫酸软骨素并透析处理，分别收集透过液a和截留液b，所述透过液a再经过10kd超滤至无多肽并透析处理，分别收集透过液c和截留液d，收集的截留液b和透过液c备用；
(4)将步骤(3)中所得的截留液d通过10kd超滤后，对收集的截留液先调节ph值在3～4之间，然后并以5bv/h流速流经irc50阳离子交换树脂柱进行交换，分别收集废液和过柱液，废液可用于环保处理，再对收集的过柱液调节ph值至6，最后对调节处理后的过柱液直接喷干，即得硫酸软骨素干粉。在实际制备过程中，硫酸软骨素平均收率≥80g/kg，其中纯度≥95%（干基），属于精品原料药级。
其中所述透明质酸干粉由下述方法制得：
(1)将收集的截留液b调节ph值在3～4之间，并以4bv/h流速流经irc50阳离子交换树脂柱进行交换，分别收集废液和流出液，废液可用于环保处理；
(2)将步骤(1)中所得的流出液调节ph值至6后，进行复合去离子水洗，水洗后的流出液经过300kd超滤和脱盐处理，脱盐至盐度≤0.5%，然后再进行浓缩处理，浓缩至呈略粘稠为止，最后将浓缩液直接喷干，即得透明质酸干粉。在实际制备过程中，透明质酸平均收率≥8g/kg，其中纯度≥90%（干基），蛋白≤0.1%，葡萄糖醛酸≥40%，属于医药原料药级。
其中所述胶原肽干粉由下述方法制得：
(1)将收集的透过液c经过20kd超滤后，对收集的透过液调节ph值在7～7.5之间，然后加入透过液量0.1%的10万u/mg水解蛋白酶和0.1%的10万u/mg木瓜酶进行酶解，控制酶解温度在50～55℃之间，酶解时间控制在8～10h之间；
(2)将步骤(1)中所得的酶解液调节ph值至6，同时加入酶解液量2%的活性炭进行搅拌30min，搅拌均匀后进行离心处理，收集离心液并降至常温，然后再将冷却后的离心液经过0.2um微滤处理，收集澄清液；这样可脱除苦味肽、腥味肽的残留；
(3)将步骤(2)中所得的澄清液经过500d纳滤脱盐处理，脱盐至盐度≤0.5%，然后再进行浓缩处理，浓缩至体积≤35%为止，最后将浓缩液直接滚筒干燥，即得胶原肽干粉。在实际制备过程中，胶原肽干粉产率可达≥90g/kg,分子量≤2kda，纯度≥90%（干基），水分≤6%，ph=6，属于精品级胶原肽。
另外，所述联产工艺方法还包括有环保处理，所述环保处理分为营养性废液处理和酸碱盐废液处理。
其中所述营养性废液处理首先是收集经过离心、微滤、超滤、纳滤、水洗和透析处理后所产生的营养性废液，调节ph值至7，然后通过反渗透膜滤器进行透析，透析产生的纯水可回用于生产中，透析后的浓缩液调节ph值至7，同时再加入离心、微滤、超滤、纳滤、水洗和透析处理后所产生的营养性沉淀，骨肉分离、筛分过程中产生的骨渣，以及骨肉分离、筛分过程中所收集的肉糜一起共同混合，然后再添加混合量的20%黄萝卜粉碎物和20%麸皮混合并搅拌均匀，经过制粒机一次性半熟化后，再挤压成颗粒，最后经过自然降温，风干至水分≤20%，即得到饲料。
其中所述酸碱盐废液处理首先是收集经过调质、脱盐和浓缩处理过程中所产生的酸碱盐废水，调节ph值至7，然后通过反渗透膜滤器进行透析，透析产生的纯水可回用生产中，透析后的浓缩液经自然风干后，即得到含盐干粉。
采用本发明所述的一种动物软骨生物提取的联产工艺方法，在实际运行过程中，全年以300个生产日计算，生产规模以处理鲜软骨2t/d计，鸡胸软骨以10000元/t计，本工艺方法与传统工艺对比如下：
通过对比可知，采用本发明所述的联产工艺方法，可实现软骨资源的综合利用，做到硫酸软骨素、透明质酸、胶原肽的综合提取，其资源利用率高，附加值高，具有提取率高、吸附选择性好、产品纯度高、工艺简单、污染小等优点，有利于节约资源和降低能耗，可推动行业的持续性发展。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效替换或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。