一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法
【专利摘要】本发明公开了一种高效提取裙带菜孢子叶营养物质的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：（1）原料预处理（2）超声处理（3）纤维酶解（4）蛋白酶解（5）盐水消化（6）稀释过滤（7）脱色（8）CaCl2溶液处理（9）离子交换（10）制褐藻酸钠（11）制乙醇（12）制裙带菜孢子叶有机肥。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，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裙带菜孢子叶加工废弃物制备燃料乙醇；加工过程中以充分开发利用我国的腐植酸资源，生产出以水为溶剂，富含腐植酸、大量营养元素的有机肥，实现了裙带菜孢子叶的高值化综合利用。
【专利说明】一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及裙带菜孢子叶利用领域，具体涉及一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法。
【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，在裙带菜孢子叶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，蕴藏着丰富的裙带菜孢子叶资源，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。利用富含纤维素、裙带菜孢子叶多糖、甘露醇的裙带菜孢子叶加工废弃物制备燃料乙醇，不仅可使裙带菜孢子叶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]褐藻酸钠，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首先对褐色裙带菜孢子叶中的裙带菜孢子叶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，裙带菜孢子叶酸盐直到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。
[0005]目前酶解提取法提取褐藻酸钠还不够成熟，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。
[0006]腐植酸是动植物遗骸，主要是植物遗骸经过微生物的分解和转化以及地球化学一系列过程形成和积累起来的一类成分复杂的天然高分子有机化合物，它确确实实地以实体存在。约4亿年前有了陆生植物开始大量积累。腐植酸物质数量大的惊人，数以万亿吨计算。我国富含腐植酸物质的泥炭、褐煤、风化煤数千亿吨，极其丰富。腐植酸资源大国，腐植酸科技和应用无论是深度和广度来看，都不太适应国家经济发展和生态建设的需要，与某些发达国家水平相比也有不小的差距。腐植酸的潜在优势并未发挥。
[0007]如何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，然后再提取褐藻酸钠的基础上，充分利用裙带菜孢子叶原料生产乙醇。通过添加磷酸二氢钾、黄腐酸、尿素、复硝酚钠等成分，以充分开发利用我国的腐植酸资源，生产出富含腐植酸的有机肥。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术中存在的技术难题，本发明提供了一种高效提取裙带菜孢子叶营养物质的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤:
(1)原料预处理:将裙带菜孢子叶原料去除泥沙，于60-70°C烘干至水分含量8-10%以下，粉碎至颗粒粒度为1.0-1.5mm以下的粉末作为原料；
(2)超声处理:向粉末中加入40-60倍重量的水，用400-600W超声波处理15_20min；
(3)纤维酶解:用4-8mol/L盐酸调pH为4_6，加入原料重量0.5_2.0%的由内切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.4-0.6%，50-60°C下酶解3-4小时；
(4)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶55%、木瓜蛋白酶45%组成的蛋白酶0.3-0.4%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.2-0.3%，继续酶解4-5h，搅拌，酶解后离心分离；
(5)盐水消化:向上述离心后的裙带菜孢子叶中加入13-15倍裙带菜孢子叶重量的2-3% Na2CO3溶液，在55-65°C水浴中消化2_3h ；
(6)稀释过滤:然后加入体积5-7倍55-65°C的新鲜饮用水进行稀释1.5_2h，充分稀释均匀后，通过280-350目的絹网过滤；
(7)脱色:滤液加入0.2-0.3%的双氧水，在55-60°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；
(8)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；
(9)离子交换:褐藻酸钙加入13-15倍的纯化水，然后用1.5-2.5倍10% NaCl溶液，在50-60°C水浴中进行离子交换,使褐藻酸1丐纤维完全转化为褐藻酸钠溶液；
(10)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；
(11)制乙醇:步骤(4)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20-25%，27-35°C密封并继续培养4_8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇；
(12)制裙带菜孢子叶有机肥:称取蔗糖2-3kg搅拌溶解于20-25kg水中，搅拌下加入
0.5-0.6kg复硝酚钠和0.4-0.5kg萘乙酸钠使之全部溶解，加入步骤(11)蒸馏乙醇后剩余的液体中，称取黄腐酸20-22kg研磨成粉、尿素14-16kg和磷酸二氢钾20-25kg混合均匀加入上述混合液，同时加水30-35kg搅拌溶解即得本液体肥料。
[0009]上述的一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤
(11)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。
[0010]上述的一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤
[11]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。
[0011]本发明的有益效果: 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，将裙带菜孢子叶中的纤维素、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裙带菜孢子叶加工废弃物制备燃料乙醇；加工过程中剩余的废液通过添加磷酸二氢钾、黄腐酸、尿素、复硝酚钠等成分，以充分开发利用我国的腐植酸资源，生产出以水为溶剂，富含腐植酸、大量营养元素的有机月巴。实现了裙带菜孢子叶的高值化综合利用，开发了海洋生物能源。
【具体实施方式】
[0012]实施例1:
将裙带菜孢子叶原料去除泥沙，于60°C烘干至水分含量8%以下，粉碎至颗粒粒度为1.0mm以下的粉末作为原料；准确称取烘干粉碎后的10kg裙带菜孢子叶，加入原料重量4000ml的新鲜饮用水，用400W超声波处理15min ;用4mol/L盐酸调pH为4，加入原料重量0.5%的由内切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.4%，50 V下酶解3小时；加入由中性蛋白酶55 %、木瓜蛋白酶45 %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0.2%，继续酶解4h，搅拌，酶解后离心分离；
向上述离心后的裙带菜孢子叶中加入1300kg 2% Na2CO3溶液，在55°C水浴中消化2h ；然后加入体积5倍55°C的新鲜饮用水进行稀释1.5h，充分稀释均匀后，通过280目的絹网过滤；滤液加入0.2%的双氧水，在55°C脱色lh，然后升温到80°C保持lOmin，用280目的絹网过滤；滤液缓慢加入体积比2%浓度10%的CaCl2溶液，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13倍的纯化水，然后用1.5倍10% NaCl溶液,在50°C水浴中进行离子交换,使褐藻酸|丐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28.3克。
[0013]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，将裙带菜孢子叶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3.5%，蒸馏后，获得生物乙醇。
[0014]称取蔗糖2kg搅拌溶解于20kg水中，搅拌下加入0.5kg复硝酚钠和0.4kg萘乙酸钠使之全部溶解，加入蒸馏乙醇后剩余的液体中，称取黄腐酸20kg研磨成粉、尿素14kg和磷酸二氢钾20kg混合均匀加入上述混合液，同时加水30kg搅拌溶解即得本液体肥料，然后喷干，粉碎，制成裙带菜孢子叶有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为42%，总有机质的含量为62%。
[0015]实施例2:
将裙带菜孢子叶原料去除泥沙，于70°C烘干至水分含量10%以下，粉碎至颗粒粒度为
1.5mm以下的粉末作为原料；准确称取烘干粉碎后的10kg裙带菜孢子叶，加入原料重量4000ml的新鲜饮用水，用600W超声波处理20min ;用8mol/L盐酸调pH为6，加入原料重量2.0%的由内切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.6%，60°C下酶解4小时；加入由中性蛋白酶55%、木瓜蛋白酶45%组成的蛋白酶0.4%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.3%，继续酶解5h，搅拌，酶解后离心分离；
向上述离心后的裙带菜孢子叶中加入1500kg 3% Na2CO3溶液，在65°C水浴中消化3h ;然后加入体积7倍65°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0.3%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；滤液缓慢加入体积比3%浓度10%的CaCl2溶液，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15倍的纯化水，然后用
2.5倍10% NaCl溶液，在50_60°C水浴中进行离子交换,使褐藻酸I丐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28.3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，将裙带菜孢子叶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3.7%，蒸馏后，获得生物乙醇。
[0017]称取蔗糖3kg搅拌溶解于25kg水中，搅拌下加入0.6kg复硝酚钠和0.5kg萘乙酸钠使之全部溶解，加入蒸馏乙醇后剩余的液体中，称取黄腐酸22kg研磨成粉、尿素16kg和磷酸二氢钾25kg混合均匀加入上述混合液，同时加水35kg搅拌溶解即得本液体肥料，然后喷干，粉碎，制成裙带菜孢子叶有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为55%，总有机质的含量为61%。
【权利要求】
1.一种高效提取裙带菜孢子叶营养物质的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤: (1)原料预处理:将裙带菜孢子叶原料去除泥沙，于60-70°C烘干至水分含量8-10%以下，粉碎至颗粒粒度为1.0-1.5mm以下的粉末作为原料； (2)超声处理:向粉末中加入40-60倍重量的水，用400-600W超声波处理15_20min； (3)纤维酶解:用4-8mol/L盐酸调pH为4_6，加入原料重量0.5_2.0%的由内切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%组成的纤维素酶0.4-0.6%，50-60°C下酶解3-4小时； (4)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶55%、木瓜蛋白酶45%组成的蛋白酶0.3-0.4%，由果胶裂解酶50%、果胶酯酶50%组成的果胶酶0.2-0.3%，继续酶解4-5h，搅拌，酶解后离心分离； (5)盐水消化:向上述离心后的裙带菜孢子叶中加入13-15倍裙带菜孢子叶重量的2-3% Na2CO3溶液，在55-65°C水浴中消化2_3h ； (6)稀释过滤:然后加入体积5-7倍55-65°C的新鲜饮用水进行稀释1.5_2h，充分稀释均匀后，通过280-350目的絹网过滤； (7)脱色:滤液加入0.2-0.3%的双氧水，在55-60°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； (8)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； (9)离子交换:褐藻酸钙加入13-15倍的纯化水，然后用1.5-2.5倍10% NaCl溶液，在50-60°C水浴中进行离子交换,使褐藻酸1丐纤维完全转化为褐藻酸钠溶液； (10)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； (11)制乙醇:步骤(4)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20-25%，27-35°C密封并继续培养4_8天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇； (12)制裙带菜孢子叶有机肥:称取蔗糖2-3kg搅拌溶解于20-25kg水中，搅拌下加入0.5-0.6kg复硝酚钠和0.4-0.5kg萘乙酸钠使之全部溶解，加入步骤(11)蒸馏乙醇后剩余的液体中，称取黄腐酸20-22kg研磨成粉、尿素14-16kg和磷酸二氢钾20-25kg混合均匀加入上述混合液，同时加水30-35kg搅拌溶解即得本液体肥料。
2.根据权利要求1所述的一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤(11)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所述的一种高效提取裙带菜孢子叶中营养物质的方法，其特征在于:所述步骤(11)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】C08B37/04GK104341233SQ201310341401
【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)