一种蛋壳回收方法及回收物的用途与流程

本发明属于废料回收领域，具体来讲，是涉及一种蛋壳的回收以及回收物的用途。

背景技术：

蛋由蛋黄、蛋清、两层蛋壳膜和蛋壳组成，鸡蛋作为每家餐桌上的常客，消耗量非常庞大，在烹饪完蛋黄和蛋清后，其余的一般作为废物处理，不会回收，但是实际上，蛋壳的价值被低估为废弃材料，osuoji等报道蛋壳膜中存在酸性糖胺聚糖，并且糖胺聚糖(即，透明质酸)有可能用于水份保持及抵抗细菌侵袭，此后，更多的研究报道称，蛋壳膜含有许多有价值的化合物，如交联胶原蛋白(i、v和x)、糖胺聚糖(即透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素和硫酸角质素)、蛋清蛋白质(例如卵转铁蛋白、溶菌酶)和蛋壳基质蛋白(例如卵钙蛋白-36(ovocalyxin-36)。

根据2013年香港进口商品贸易统计数据的报道，约2,243,000,000个单位的带壳禽蛋进口到香港，这表示存在着蛋壳的巨大废物量(每只鸡蛋壳约6克)，因为在香港和中国有大量的蛋糕和面包制造商，所以收集质量稳定的蛋壳废料比其它食物废料也相对容易得多，因此，这种蛋壳废料应被充分利用并转化成不同种类和能被广泛应用的循环再造产品。

为了更好的利用废弃的蛋壳，许多研究人员和多家公司开发出不同的蛋壳和蛋壳膜分离方法，旨在通过分离获得更好的回收产品。如macnil开发了一种用于清除蛋壳颗粒的膜部分的方法和装置，基于优先浮选可以将膜与蛋壳分离。dejong和vlad为在装有流体的分离罐中加工未分离的蛋壳并向流体中的蛋壳施加气蚀作用而将蛋壳膜与蛋壳分离申请专利。snyder为通过调节蛋壳的含水量，接着施加气流而将蛋壳膜与蛋壳分离，但是，分离后再回收，即使干燥、压碎、研磨和翻倒(带膜的)蛋壳，蛋壳膜上具有有价值的有机内容物，如蛋白质、胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸的蛋壳膜也可能仍旧牢固地附着于蛋壳上，并不能完全的回收，而且，蛋壳旧是作为废料丢弃。图1显示的是没有采用本案提供的水解过程，只是通过传统的粉碎、蛋壳膜移除、冲洗和干燥后除去了内外膜的蛋壳的扫描电子显微镜下的横截面图，可以看出，外蛋壳膜(1)有类似纤维穿入蛋壳的乳锥(2)尖端，可见回收并不完全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种同时能完全地回收蛋壳和蛋壳膜的方法，无需将蛋壳和蛋壳膜分离，直接从未分离的蛋壳废料(蛋壳和蛋壳膜)提取有用组分，如碳酸钙、蛋壳膜粉(含有蛋白质、胶原蛋白、弹性蛋白、透明质酸)，回收最丰富的含有碳酸钙的有用钙化蛋壳粉，并且能增加提取自蛋壳和蛋壳膜然后干燥成蛋壳膜粉的有价值的有机内容物，如蛋白质、胶原蛋白、弹性蛋白、透明质酸的量。

本发明提供的方法如下：

一种蛋壳废料回收方法，所述的回收方法包括如下步骤：

(1)选取回收的带膜蛋壳，洗涤、灭菌，以除去污垢和微生物；

(2)粉碎带膜蛋壳以增加比表面积，得到带膜蛋壳粉，粉碎后的蛋壳接触面积增大，能加快下一步骤中的酶水解过程，缩短酶水解的时间；

进一步的，步骤(2)中蛋壳粉碎后粒径小于或等于2000微米，优选0.1至99微米，蛋壳废料的颗粒越小，水解过程中的水解接触面积越大，水解过程越短，提取效率越高；

合适的颗粒大小可以在开始水解反应开始前，即步骤(3)开始前就降低，如步骤(2)中的粉碎蛋壳，就是一种有效的方式，蛋壳的颗粒大小在水解反应中基本不会改变。

(3)酶水解；选重量比区间为70:0.125:1000至150:11:2000的带膜蛋壳粉、酶和缓冲液进行水解，优选的水解温度是约20-60摄氏度，优选的水解时间是约1-24小时，优选的搅拌速度是在约350-1000转/分钟，缓冲液的ph值可以是和使用的酶的相匹配的任何的合适的ph值，优选的ph值是1-8，水解后得到类似液相的有机物和没有被水解的无机物；

进一步的，更优选的水解温度是约20-37摄氏度；

进一步的，更优选的水解时间是约1-3小时；

进一步的，更优选的带膜蛋壳粉、酶和缓冲液的重量比位于70:0.25:1000至70:0.5:1000之间；

进一步的，更优选的搅拌速度是约550-1000转/分钟之间；

进一步的，更优选的ph值是6.8-7.3；

进一步的，所述的缓冲液为pbs缓冲液(pbs--phosphate-bufferedsaline),tae缓冲液或tbe缓冲液；

为了进一步的加快水解的过程，通过提高水解反应混合物的搅拌速度，增加带膜蛋壳粉和酶之间的接触时间从而减少反应时间，可以在水解反应时通过连续粉碎搅拌系统来实现增大带膜蛋壳粉的水解接触面积，方法包括但不限于均质器、连续的超声波反应器或者其他的包含有搅拌和均质或切碎或磨碎或者研磨功能以实现持续的颗粒尺寸降低的反应器/容器，通过如此来缩短整个水解过程的总时长。

进一步的，步骤(3)中水解采用的酶为一种以上具有至少一个巯基的蛋白酶，如猕猴桃蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶或生姜蛋白酶，单一巯基蛋白酶或巯基蛋白酶的组合用于特异性酶水解以增加提取自蛋壳废料(蛋壳和蛋壳膜两者)的有机内容物的溶解性，而不会大量地消化有价值的有机内容物。

(4)将水解后的物质进行固液相分离；

进一步的，步骤(4)中分离采用的方法有吸滤分离和压滤分离，吸滤分离和压滤分离可以在室温下使用过滤膜进行，优选5-11微米的孔径大小的过滤膜。

进一步的，步骤(4)中分离采用的方法有离心分离，离心分离最好在室温下采用至少5000转/分钟的转速离心。

(5)取液相，干燥后得蛋壳膜粉；

(6)取固相，干燥后得蛋壳粉。

步骤(5)和(6)中干燥的方法有喷雾干燥和冷冻干燥，喷雾干燥的进口温度优选95-140摄氏度，更优选的进口温度是95-115摄氏度；优选的抽吸率为约50％-90％，更优选的抽吸率是约60-70％；优选的泵速约为10-50％，更优选的是20-30％；冷冻干燥优选温度是真空下-30摄氏度至20摄氏度之间，更优选的是真空下8-13摄氏度。

进一步的，所述的回收方法还包括如下步骤：溶解所述的蛋壳膜粉，分离、纯化、干燥后得透明质酸钠，其纯度可达90％以上。

透明质酸钠为具有较高临床价值的生化药物，广泛应用于各类眼科手术，如晶体植入、角膜移植和抗青光眼手术等，还可用于治疗关节炎和加速伤口愈合，将其用于化妆品中，能起到独特的保护皮肤作用，可保持皮肤滋润光滑，细腻柔嫩，富有弹性，具有防皱、抗皱、美容保健和恢复皮肤生理功能的作用。

采用上述的方法制备的蛋壳粉的用途，用于代替现有的碳酸钙填料制备热塑性塑料，本方法制得的蛋壳粉，粒径为小于或等于800微米，更可以达到0.1-45微米，且碳酸钙含量为90％至99％，含有极少或不含有机内容物，可以用于代替现有的碳酸钙聚合物填料使用单或双螺杆挤出机混入热塑性产品中。

更进一步的，热塑性塑料采用聚乙烯、聚乳酸、聚丙烯、聚(乙烯-酯酸乙烯酯)或/和聚氯乙烯与本申请制备的蛋壳粉制备而成，其中蛋壳粉的重量占15％至60％，还可含有其他的添加剂组分，如抗微生物剂、抗静电剂、偶联剂、染料和颜料、填料、阻燃剂、起泡剂、热稳定剂、成核剂、气味释放剂、紫外线或光稳定剂，热塑性聚合物复合材料可以通过挤出、注射成型、吹塑成型和熔融沉积成型进一步加工以制成热塑性产品。

本发明的有益效果在于：1、能最大程度的废物再回收和利用；2、无需将蛋壳和蛋壳膜分离后再回收，通过酶水解的方法水解但是并不会破坏其中的有机物；3、分别干燥的有机部分和无机部分后，得到用处不同的物质，做到物尽其用。

附图说明

图1为采用传统方法分离蛋壳膜后的蛋壳粉扫描电子显微镜下的横截面图；

图2为本申请的工艺流程图；

图3为实施例1水解后的带膜蛋壳粉扫描电子显微镜下的横截面图；

图4为每克蛋壳中能提取的蛋白质和蛋壳粉主要粒径的关系；

图5为反应前和经实施例2水解后的粒径大小分布对比图；

图6为反应前和经实施例3水解后的粒径大小分布对比图；

图7为经实施例4水解后的蛋壳粉的电子显微镜的横截面图；

图8为傅里叶变换红外光谱仪对带膜蛋壳、蛋壳膜、无花果蛋白酶处理过的固相蛋壳粉的分析图；

图9为实施例5水解后的带膜蛋壳粉电子显微镜下的截面图；

图10为不同粒径范围的蛋壳粉含量30wt％与聚乙烯混合成的聚合物填料颗粒。

图11为粒径范围22-45微米的蛋壳粉，以不同含量分别与聚乙烯混合成的聚合物填料。

具体实施方式

实施例1

如图2流程图所示，一种蛋壳废料回收方法，所述的回收方法包括如下步骤：

(1)选取回收的带膜蛋壳，以无菌水沖洗蛋壳3分钟，除去污垢和微生物；

(2)用研磨子粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径等于或小于2000微米，得到带膜蛋壳粉；

(3)利用无花果蛋白酶进行特异性酶水解：在30摄氏度下，水解24小时，带膜蛋壳粉：无花果蛋白酶：ph值为6.9的缓冲液的重量比为70:0.5:1000水解，水解混合物采用搅磁性搅拌子于1000转/分钟的搅拌；

(4)将水解后的物质进行离心固液相分离，即室温下5000转/分钟离心3分钟，离心完成后，取液相，干燥后得蛋壳膜粉；取固相，在80摄氏度下干燥后得蛋壳粉。

将蛋壳粉进行电子显微镜的表征及液相蛋白质含量分析，图3表示的是本实施例中经过水解过程后的蛋壳的表面在扫描电子显微镜下的图，可以看出大部分外蛋壳膜插入蛋壳的乳锥(2)尖端的类似纤维消失了，这表明酶水解已经基本完成了。

图4表示的是随着大部分回收带膜蛋壳的粒径降低，提取的蛋白质含量增加。

实施例2

(1)选取回收带膜蛋壳，以无菌水沖洗蛋壳，除去污垢和微生物；

(2)利用研磨子以粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径为相等或少于2000微米，得到带膜蛋壳粉；

(3)利用无花果蛋白酶进行特异性酶水解：水解在室温(～25摄氏度)下进行24小时，其中蛋壳：无花果蛋白酶：ph值为7.3的pbs缓冲液的重量比为70:0.25:1000，反应混合物采用1000转/分钟的顶置式电子搅拌器搅拌；

(4)将水解后的物质进行固液相离心分离，在室温下5000转/分钟离心3分钟，取得固相，干燥80℃后得蛋壳粉，取得的蛋壳粉，通过使用振动筛网进行粒度分析。

图5表明带膜蛋壳粉碎后的粒径大致分布在本实施例的反应中不会改变，反应(水解)前和反应24小时之后粒径大小基本不变。

实施例3

(1)选取回收带膜蛋壳，以无菌水沖洗蛋壳3分钟，除去污垢和微生物；

(2)先利用研磨子以粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径为相等或少於2000微米，得到带膜蛋壳粉；

(3)使用圆底反应釜进行特异性酶水解，同时使用磁性搅拌子其研磨回收带膜蛋壳能持续降低粒径，于30℃下水解6小时，其中蛋壳：无花果蛋白酶：ph值为6.8的tae缓冲液的重量比为70:0.5:1000，反应混合物采用磁性搅拌子1000转/分钟搅拌；

(4)将水解后的物质进行固液相离心分离，在室温下5000转/分钟离心3分钟，取得固相，干燥80℃后得蛋壳粉，取得的蛋壳粉，通过使用振动筛网进行粒度分析。

图6表示的是通过实施例3的水解后，大部分315微米以上的固体物颗粒减少到22微米左右。

实施例4

(1)选取回收的带膜蛋壳，以无菌水沖洗蛋壳3分钟，除去污垢和微生物；

(2)先利用研磨子以粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径为相等或少于1000微米，得到带膜蛋壳粉；

(3)利用猕猴桃蛋白酶进行特异性酶水解以增加提取自蛋壳废料(蛋壳和蛋壳膜两者)：水解是在37摄氏度下水解24小时，其中蛋壳：猕猴桃蛋白酶：ph值为6.8的缓冲液的重量比为150:11:2000混合后，水解混合物采用顶置式电子搅拌器于1000转/分钟搅拌；

(4)将水解后的物质进行固液相吸滤分离，吸滤分离是在室温下采用8微米孔径的过滤膜过滤；

(5)取液相，喷雾干燥后得蛋壳膜粉，喷雾干燥的进气温度135摄氏度，抽吸率和泵速分别为65％和25％，所得的蛋壳膜粉含蛋白质为约60ppm，含透明质酸为约18.7ppm；

(6)吸滤分离后，取得固相，干燥80℃后得蛋壳粉，取蛋壳粉，进行电子显微镜的表征(如图7)，图7表示的是经过本实施例的水解后的蛋壳粉的电子显微镜的横截面图，没有发现从外蛋壳膜插入蛋壳的乳锥(2)尖端的类似纤维，而且大部分的固体颗粒大小在本实施例中没有改变。

实施例5

(1)选取回收带膜蛋壳，以无菌水沖洗蛋壳3分钟，除去污垢和微生物；

(2)先利用研磨子以粉碎蛋壳增加其比表面积，蛋壳粉碎后粒径为相等或少于2000微米，得到带膜蛋壳粉；

(3)采用圆底反应釜，无花果蛋白酶进行特异性酶水解，同时使用磁性搅拌子研磨回收带膜蛋壳以连续降低粒径，于30摄氏度下水解1小时，其中蛋壳：无花果蛋白酶：ph值为7.4的缓冲液的重量比为70:0.5:1000，水解混合物采用1000转/分钟搅拌；

(4)将水解后的物质进行固液相吸滤分离，吸滤分离是在室温下采用8微米孔径的过滤膜过滤；

(5)取液相，冷冻干燥后得蛋壳膜粉，冷冻干燥是在真空状态下，10摄氏度进行冷冻干燥，本实施例中，每克带膜蛋壳粉最终的获得的蛋白质含量为7.50mg，透明质酸钠为35.68μg，弹性蛋白为0.0812μg；

(6)吸滤分离后，取得固相，干燥80℃后得蛋壳粉，取得的蛋壳粉，进行红外(图8)以及电子显微镜(图9)的表征。

图8表示的是傅里叶变换红外光谱仪对带膜蛋壳、蛋壳膜、无花果蛋白酶处理过的固相蛋壳粉的分析，在无花果蛋白酶水解后的固相蛋壳粉的中没有观测到蛋壳膜的特征信号。

图9表示经过实施例5的水解过程的蛋壳的电子显微镜下的截面图，没有发现从外蛋壳膜插入蛋壳的乳锥(2)尖端的类似纤维，大部分315微米以上的固体物颗粒减少到22微米以上。

实施例6

经过实例1中的六个步骤后，对得到的蛋壳粉进行x-射线荧光分析，其结果显示钙元素含量在92％以上。然后用尺寸筛把蛋壳粉分为不同的粒径范围：500-800微米，150-315微米，90-150微米及22-45微米。

如图10所示，用挤出机分别把不同粒径范围的蛋壳粉，以含量30％分别与聚乙烯在150℃下混合成聚合物填料。

如图11所示，用挤出机分别把22-45微米此粒径范围的蛋壳粉末以含15wt％、30wt％、45wt％和60wt％分别与聚乙烯在150℃下混合成聚合物填料。由于22-45微米此粒径范围的蛋壳粉末足够小，最高可做到混合比较均匀的60wt％蛋壳粉的聚合物填料。

实施例7

下表1表明在不同的温度下使用不同的具有至少一个巯基的蛋白酶经水解处理带有蛋壳膜的褐蛋壳后所提取的可溶性蛋白，提取的可溶性蛋白采用piercebca蛋白定量分析法分析，提取的弹力蛋白是采用mybiosource公司的鸡弹力蛋白(elastin)elisa试剂盒来分析，提取的透明质酸采用是corgenix公司的透明酸质(hyaluronicacid)elisa试剂盒来分析。

表1