一种一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法与流程

技术领域：

本发明属于生化合成技术领域，涉及一种一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法，通过对中间产物的回收利用，实现零污染物排放，市场前景广阔。

背景技术：
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甲壳素及其衍生物目前已发展成一个巨大产业，甲壳素是由n-乙酰-2-氨基-2-脱氧-d葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的聚糖不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱及一般有机溶剂，但可溶浓盐酸、浓硫酸、浓磷酸，同时主链发生水解，形成d-氨基葡萄糖盐酸盐或氨基葡萄糖硫酸盐。氨基葡萄糖(简称氨糖)是形成软骨细胞的主要营养素，是健康关节软骨的天然组成部分，随着年龄增长。人体内氨基葡萄糖的缺失越来越严重。关节软骨不断退化和磨损。氨糖可以帮助修复和维护软骨，并能刺激软骨的生长。

目前，制备氨糖的常用方法是从虾、蟹的外壳，经过脱钙、脱蛋白后获得甲壳素，甲壳素经浓盐酸或浓硫酸水解脱除乙酰基，同时使直链壳聚糖水解成单链d-氨基葡萄糖盐酸盐或硫酸盐。例如中国专利cn201911152014.4公开了一种氨基葡萄糖盐酸盐的制备方法，以小龙虾虾壳为原料，经过酸处理、碱处理后制得甲壳素，然后在浓盐酸作用下水解制得氨基葡萄糖盐酸盐；该方法给出了最适合工业化生产的反应条件，操作简单，成本低，氨基葡萄糖盐酸盐收率高；中国专利cn201811589031.x公开了一种提取d-氨基葡萄糖的方法，该方法包括以下步骤：取蟹壳和/或虾头和/或虾壳，清洗、干燥至恒重，粉碎得到原料粉，对原料粉依次进行脱脂、脱蛋白、脱钙和脱色处理，得甲壳素粗品；取甲壳素粗品，将其和醋酸水溶液在沸石、氯化亚铁和外表面上涂敷有一层金属有机框架材料hkust-1的pp膜条件下回流反应，得d-氨基葡萄糖醋酸盐粗品，并依次通过乙醇、乙醇/乙酸乙酯体系的重结晶，得到d-氨基葡萄糖醋酸盐粉末，具有提高d-氨基葡萄糖的含量的效果。

但现有技术存在最大的缺点是在提取过程中产生很多污水，在污水中有机物和无机盐浓度都很高，难以处理，造成严重的环境污染，因此，研发一种无污染物排放的提取氨基葡萄糖的方法是非常有必要的，使原来的污染物转变为适销对路的产品，不仅能够增加最终效益，而且能够实现污染物的零排放，实现一个可持续发展的环境友好型产业。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法，通过对中间产物回收利用，既增加最终效益，又能够实现零污染物的排放。

为了实现上述目的，本发明涉及的一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法的具体工艺步骤包括：

(1)原料预处理：

s1、取虾壳，先清洗去掉沙、土和杂质，再进行粗粉碎，然后将粗粉碎得到的小碎片进行压榨，清除压榨出的虾肉糜，得细度4-6目，含水量37％的虾壳碎片；压榨出的虾肉糜进行回收利用；

s2、脱色：取清除虾肉糜后的虾壳碎片，加丙酮，进回流反应釜，在温度55℃下回流2-3h，100目筛网过滤，得脱色虾壳碎片和滤液a；虾壳碎片和丙酮的质量比为1:5；

s3、粉碎：取脱色虾壳碎片，100℃烘箱中干燥6-8h至含水量10％，再用虾壳粉碎机进行粉碎，粉碎机的参数条件为进料细度为4-6目，出料细度为20-30目，进料速度为100kg/h，转速为4000r/min，然后25目筛网过滤，得虾壳粉；

(2)一步水解提取氨基葡萄糖：

取步骤(1)制得的虾壳粉，置入反应釜，再泵入体积百分比浓度为30％的盐酸水溶液，在60-75℃下以150r/min速度搅拌进行水解，水解时间5-7小时，过滤，得滤出物为粗氨基葡萄糖和滤液b；虾壳粉与30％盐酸的质量比为1:6；

(3)纯化精制氨基葡萄糖

取步骤(2)制得的氨基葡萄糖粗制品，用50℃温水溶解成氨糖溶液，过滤，清除溶液杂质后，溶液加入粗氨基葡萄糖质量的4％活性炭进行脱色，去杂；过滤清除活性炭，溶液中再加入活性炭，加入量为前次的1/2，再次净化，过滤清除活性炭，滤液降压浓缩成糖浆，用体积百分浓度95％乙醇洗涤二次，结晶，干燥，得氨基葡萄糖纯品；

(4)中间产物回收利用

虾肉糜回收利用制得大虾油或大虾酱为副产品1；滤液a回收丙酮后得到虾青素为副产品2；滤液b经过脱钙、脱酸能够得到白色碳酸钙为副产品3，再脱蛋白得到蛋白粉产品为副产品4，再经过中和、发酵得到em金露为副产品5。

本发明涉及的步骤(4)中间产物回收利用的具体工艺步骤如下：

s1、取步骤(1)压榨出的虾肉糜，依次经过絮凝沉淀、蛋白酶水解(优选风味蛋白酶)、酶解液升温100℃、灭酶、灭菌和调色、调味，得到大虾味的大虾油(酱)为副产品1；

s2、取步骤(1)的滤液a，滤液a中含有大量的虾青素，经过丙酮萃取，回收丙酮，得到虾青素为副产品2；

s3、取步骤(2)的滤液b，滤液b中含有高浓度的hcl、cacl2、蛋白质碎片，滤液b的回收利用步骤如下：

ss1、脱钙、脱酸：在滤液b中加入na2co3，滤液b中的hcl和na2co3反应生成nacl和h2co3，cacl2和na2co3反应生成caco3沉淀和nacl，反应方程是为cacl2+na2co3→caco3↓+2nacl，过滤，得白色碳酸钙为副产品3和滤液c；

ss2、脱蛋白：滤液c中仍残留有大量的蛋白质碎片，加入naoh调节ph至蛋白质的等电点，ph为5.6，此时蛋白质被沉淀，过滤得蛋白质沉淀和滤液d，将沉淀洗涤三次，再干燥，得蛋白粉产品为副产品4；

ss3、此时滤液d是滤液b经过脱钙、脱酸、脱蛋白，中和后的产物，滤液d为呈微酸性的水体(ph值为5～6)，加入碳酸氢钠调节至中性，得中性溶液e，再向溶液e中加入糖蜜、黄腐酸钾、鱼蛋白胨和酵母膏，糖蜜与溶液e的质量与体积比为15kg：1m³，黄腐酸钾与溶液e的质量与体积比为2kg：1m³，鱼蛋白胨与溶液e的质量与体积比为6kg：1m³，酵母膏与溶液e的质量与体积比为5kg：1m³；泵入蒸汽升温至温度控制器显示121℃，在温度121℃下保温20min，待温度自然降至37℃，然后按照溶液与em原液的体积配比1：0.1％-0.4％向溶液中接种em原液进行发酵，发酵温度为37℃,搅拌转速为100rpm，厌氧发酵2-3天，灌装，制得水产养殖用的液体微生物制剂em金露为副产品5。

本发明涉及的氨基葡萄糖和中间产物的收率为：鲜虾壳的虾青素收率为5％，氨基葡萄糖收率为21％，蛋白粉收率为18％，碳酸钙收率为17％，em金露收率为540m³/kg。

本发明与现有技术相比，既能得到氨基葡萄糖，又通过对中间产物的回收利用，能够得到大虾油(酱)、虾青素、蛋白粉、碳酸钙和em金露5种副产品，使原来的污染物转变为适销对路的产品，不仅能够增加最终效益，而且能够实现污染物的零排放，实现一个可持续发展的环境友好型产业；该方法科学合理，成本低，资源利用率高，市场前景广阔，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明涉及的一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法的工艺步骤示意框图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的具体工艺步骤包括：

(1)原料预处理：

s1、取虾壳，先清洗去掉沙、土和杂质，再进行粗粉碎，然后将粗粉碎得到的小碎片进行压榨，清除压榨出的虾肉糜，得细度4-6目，含水量37％的虾壳碎片；压榨出的虾肉糜进行回收利用；

s2、脱色：取清除虾肉糜后的虾壳碎片，加丙酮，进回流反应釜，在温度55℃下回流2-3h，100目筛网过滤，得脱色虾壳碎片和过滤液a；虾壳碎片和丙酮的质量比为1:5；

s3、粉碎：取脱色虾壳碎片，100℃烘箱中干燥6-8h至含水量10％，再用虾壳粉碎机进行粉碎，粉碎机的参数条件为进料细度为4-6目，出料细度为20-30目，进料速度为100kg/h，转速为4000r/min，然后25目筛网过滤，得虾壳粉；

(2)一步水解提取氨基葡萄糖：

取步骤(1)制得的虾壳粉，置入反应釜，再泵入体积百分比浓度为30％的盐酸水溶液，在60-75℃下以150r/min速度搅拌进行水解，水解时间5-7小时，过滤，得滤出物为粗氨基葡萄糖和滤液b；虾壳粉与30％盐酸的质量比为1:6；

(3)纯化精制氨基葡萄糖

取步骤(2)制得的氨基葡萄糖粗制品，用50℃温水溶解成氨糖溶液，过滤，清除溶液杂质后，溶液加入粗氨基葡萄糖质量的4％活性炭进行脱色，去杂；过滤清除活性炭，溶液中再加入活性炭(加入量为前次的1/2)，再次净化，过滤清除活性炭，滤液降压浓缩成糖浆，用体积百分浓度95％乙醇洗涤二次，结晶，干燥，得氨基葡萄糖纯品。

(4)中间产物回收利用

s1、取步骤(1)压榨出的虾肉糜，依次经过絮凝沉淀、蛋白酶水解(优选风味蛋白酶)、酶解液升温100℃、灭酶、灭菌和调色、调味，得到大虾味的大虾油(酱)为副产品1；

s2、取步骤(1)的滤液a，滤液a中含有大量的虾青素，经过丙酮萃取，回收丙酮，得到虾青素为副产品2；

s3、取步骤(2)的滤液b，滤液b中含有高浓度的hcl、cacl2、蛋白质碎片，滤液b的回收利用步骤如下：

ss1、脱钙、脱酸：在滤液b中加入na2co3，滤液b中的hcl和na2co3反应生成nacl和h2co3，cacl2和na2co3反应生成caco3沉淀和nacl，反应方程是为cacl2+na2co3→caco3↓+2nacl，过滤，得白色碳酸钙为副产品3和滤液c；

ss2、脱蛋白：滤液c中仍残留有大量的蛋白质碎片，加入naoh调节ph至蛋白质的等电点，ph为5.6，此时蛋白质被沉淀，过滤得蛋白质沉淀和滤液d，将沉淀洗涤三次，再干燥，得蛋白粉产品为副产品4；

ss3、此时滤液d是滤液b经过脱钙、脱酸、脱蛋白，中和后的产物，滤液d为呈微酸性的水体(ph值为5～6)，加入碳酸氢钠调节至中性，得中性溶液e，再向溶液e中加入糖蜜、黄腐酸钾、鱼蛋白胨和酵母膏，糖蜜与溶液e的质量与体积比为15kg：1m³，黄腐酸钾与溶液e的质量与体积比为2kg：1m³，鱼蛋白胨与溶液e的质量与体积比为6kg：1m³，酵母膏与溶液e的质量与体积比为5kg：1m³；泵入蒸汽升温至温度控制器显示121℃，在温度121℃下保温20min，待温度自然降至37℃，然后按照溶液与em原液的体积配比1：0.1％-0.4％向溶液中接种em原液进行发酵，发酵温度为37℃,搅拌转速为100rpm，厌氧发酵2-3天，灌装，制得水产养殖用的液体微生物制剂em金露为副产品5。

本实施例涉及的步骤(1)中清洗后的虾壳，经过粗粉碎是为了释放出虾壳步足及虾头、胸甲中包裹的虾肉；去色素提前进行，是为保护虾壳中的色素不被强酸破坏，因为虾壳中有宝贵的虾青素，同时为后续工艺纯化脱色简单化；二次粉碎成20目，使水解时可以大大缩短水解时间，也为后续过滤提供方便。

本实施例涉及的步骤(2)一步水解提取氨基葡萄糖的原理为：利用虾壳在高温强酸的环境中，甲壳质成分及时充分水解，使乙酰基，d-1,4-糖苷键断裂获得单糖(氨糖)，同时蛋白质部分在强酸的作用下肽键断裂，变成不完全水解的蛋白质碎片及少量的肽，虾壳中的钙和少量的金属元素为镁、铁，反应为cacl2、mgcl2、fecl2；此时的水解液中成分十分复杂，虾壳水解成氨糖粗制品后，仍然保持原有颗粒形态，经过滤，氨糖粗制品很容易被截留取，滤出氨糖粗制品，使氨糖粗制品与滤液b分离。

本实施例涉及的步骤(3)纯化精制氨基葡萄糖的原理为：氨糖粗制品颗粒溶解于温水而成为氨糖水溶液，不溶部分为蛋白碎片，过滤，滤除杂质，获得初步纯化；氨糖水溶液用活性炭脱色再次净化(少量的氨糖能被活性炭吸附，所以活性炭用量不宜过多)；氨糖水溶液经减压浓缩成糖浆，用体积百分浓度95％的酒精洗涤二次，结晶，干燥成白色的氨基葡萄糖成品。

整个工艺所用盐酸和有机溶剂均可回收利用，废水排出少，排放能耗少，设备少，周转利用率高。

实施例2：

本实施例为实施例1的一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法的具体应用。

以鲜克氏鳌虾壳为原料，提取氨基葡萄糖的具体步骤如下：

(1)原料预处理：

s1、取鲜克氏鳌虾壳1000kg，清洗净化后得率为95％，虾壳含水量37％，磨碎取肉糜，清除肉糜，得虾壳碎片850kg，肉糜100kg，肉糜收率10％；

s2、脱色：取清除虾肉糜后的虾壳碎片850kg，加虾壳碎片5倍质量的丙酮，进回流反应釜，在温度55℃下回流2-3h，100目筛网过滤，得脱色虾壳碎片和过滤液a；

s3、粉碎：取脱色虾壳碎片，100℃烘箱中干燥6-8h至含水量10％、虾壳粉碎机进行粉碎(参数条件为进料细度为4-6目，出料细度为20-30目，进料量100kg/h，转速4000r/min)粉碎、25目筛网过滤，得虾壳粉；

(2)一步水解提取氨基葡萄糖：

取步骤(1)制得的虾壳粉，置入反应釜，再泵入体积百分比浓度为30％的盐酸水溶液，在60-75℃下以150r/min速度搅拌进行水解，水解时间5-7小时，过滤，得滤出物为粗氨基葡萄糖和滤液b；虾壳粉与30％盐酸的质量比为1:6；

(3)纯化精制氨基葡萄糖

取步骤(2)制得的氨基葡萄糖粗制品，用50℃温水溶解成氨糖溶液，过滤，清除溶液杂质后，溶液加入粗氨基葡萄糖质量的4％活性炭进行脱色，去杂；过滤清除活性炭，溶液中再加入活性炭(加入量为前次的1/2)，再次净化，过滤清除活性炭，滤液降压浓缩成糖浆，用体积百分浓度95％乙醇洗涤二次，结晶，干燥，得氨基葡萄糖纯品；氨基葡萄糖得率为21％；

(4)中间产物回收利用

s1、取步骤(1)压榨出的虾肉糜，依次经过絮凝沉淀、蛋白酶水解(优选风味蛋白酶)、酶解液升温100℃、灭酶、灭菌和调色、调味，得到大虾味的大虾油(酱)为副产品1；

s2、取步骤(1)的滤液a，滤液a中含有大量的虾青素，经过丙酮萃取，回收丙酮，得到虾青素50kg为副产品2；虾青素收率为5％

s3、取步骤(2)的滤液b，滤液b中含有高浓度的hcl、cacl2、蛋白质碎片，滤液b的回收利用步骤如下：

ss1、脱钙、脱酸：在滤液b中加入na2co3，滤液b中的hcl和na2co3反应生成nacl和h2co3，cacl2和na2co3反应生成caco3沉淀和nacl，过滤，得白色碳酸钙170kg为副产品3和滤液c；碳酸钙得率为17％；

ss2、脱蛋白：滤液c中仍残留有大量的蛋白质碎片，加入naoh调节ph至蛋白质的等电点，蛋白质被沉淀，过滤得蛋白质沉淀和滤液d，将沉淀洗涤三次，再干燥，得蛋白粉180kg为副产品4；蛋白粉得率为18％，

ss3、此时滤液d是滤液b经过脱钙、脱酸、脱蛋白，中和后的产物，滤液d为呈微酸性的水体(ph值为5～6)，加入碳酸氢钠调节至中性，得中性溶液e，再向溶液e中加入糖蜜、黄腐酸钾、鱼蛋白胨和酵母膏，糖蜜与溶液e的质量与体积比为15kg：1m³，黄腐酸钾与溶液e的质量与体积比为2kg：1m³，鱼蛋白胨与溶液e的质量与体积比为6kg：1m³，酵母膏与溶液e的质量与体积比为5kg：1m³；然后泵入蒸汽升温至温度控制器显示121℃，在温度121℃下保温20min，待温度自然降至37℃，然后按照溶液与em原液的体积配比1：0.1％-0.4％向溶液中接种em原液进行发酵，发酵温度为37℃,搅拌转速为100rpm，厌氧发酵2-3天，灌装，制得水产养殖用的液体微生物制剂em金露540000m³，为副产品5；em金露得率540m³/kg。

本实施例采用实施例1的一步水解零污染物排放提取氨基葡萄糖的方法，鲜虾壳的虾青素收率为5％，氨基葡萄糖得率为21％，蛋白粉得率为18％，碳酸钙得率为17％，em金露得率540m³/kg。