专利名称:蛋白酶降解骨素制备明胶的方法
技术领域：
本发明属于明胶制备领域，具体涉及一种蛋白酶降解骨素制备明胶的方法。
技术背景
目前，我国明胶产业的生产规模逐年扩大，但各明胶厂的生产工艺仍没有新的突 破，生产周期长，能源消耗高，污水处理困难是一个突出的问题，与社会的可持续发展不相 协调。
传统碱法工艺中制备明胶的工艺路线如下原料 MMMMMIII|r碰骨議》 ···.,脱月旨水洗《■■■■■!■■φ骨粒干慢___·..缔迭__,..浸酸《議···...水洗《議···-浸灰·!!···-.水洗議議》"··-中禾Γ1—··-水洗一抽提一过滤一浓缩一干燥一粉碎，传统碱法工艺制备明胶的优点是浸酸、浸灰 及抽提的反应条件温和，提胶前的骨素胶原经过多次水洗，无机盐和绝大部分非胶原蛋白 随水除去，胶液后处理工序相对简单。但传统碱法工艺的弊端也是显而易见的，(1)生产周 期长，根据地域的不同，整个生产过程长达60 100天，生产能耗大；(2)产品质量不易控 制，由于各季节温度变化较大，各批次的产品经历的季节温度不同，导致明胶的生产质量不 够稳定；(3)耗水量大，每吨胶用水量达600吨，随之污水处理工作量和难度大。为了克服 上述缺点，从事明胶事业的科研人员相继研发了一些简化明胶生产工艺的方法。
公开号CN1977013A的发明专利公开了一种制备和纯化明胶的方法，将新鲜脱脂 不脱矿的骨料水磨成浆料，在ΡΗ2. 4 3. 9的酸性环境下高温抽提得到胶液，经过多重分离 后的胶液再浓缩、干燥得到明胶，此方法的制备过程非常简单，易于操作和控制，生产周期 短，但是由于生产过程中基本不去除原料水，骨料中的矿物质和非无机物的杂蛋白直接进 入胶液中，这些矿物质大部分以沉淀形式混杂在原料中，无需絮凝剂，通过一般的二相分离 器过滤即可除去，但是会增加后处理的程序和负担；而那些无法通过后处理工艺除去的溶 于水的杂蛋白在一定程度上也会影响明胶的纯度和质量。
专利号ZL02125447. 8的发明专利中公开了一种酶解制胶的方法，采用脱脂不脱 矿的骨粒为原料，采用酶解工艺制备明胶，从骨粒磨碎到胶液产生仅为6 10h，原料水直 接转化为胶液，用水量非常小。从根本上扭转了传统工艺耗水、耗电，污染严重的缺陷；降低 了明胶生产成本、增加了产率、稳定了质量、提高了效率。但是由于制备明胶的原料是脱脂 不脱矿的骨粒，骨料中一些溶于水的杂蛋白和少量脂肪还会存在于制得的明胶中，影响明 胶的质量。尽管大部分无机盐在后处理过程中可以通过沉淀的方法除去，但无机物的残留 量仍然高达5%以上，杂质中包括可溶性的无机盐和不可溶的无机盐微纳米颗粒，给后处理 中的分离工序带来了很大的负担，甚至导致明胶由于灰分高而成为不合格产品。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种蛋白酶降解骨素制备明胶的方法。该方法主 要是利用脱脂脱矿的骨素为原料，用酸性或中性蛋白酶降解骨素制备明胶。与传统碱法工 艺相比较，该方法省去了长的浸灰周期及复杂的中和水洗过程，使明胶的生产周期缩短，节约了大量的水资源和人力成本；与骨粒制胶的新工艺相比，明胶中的杂蛋白及无机盐含量 大大降低，从而提高了产品的凝冻强度和粘度。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是 一种蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，该方法包括如下步骤(1)选用脱脂脱矿的骨素为原料，加水研磨成骨素浆料，骨素和水的质量与体积比为 lg:2 15L，其中骨素浆料中的骨素粒径为0. 5^5mm ；骨素粒径越细越有利于酶解反应的充 分进行；(2)用无机酸调节骨素浆料的pH为2.5 4，加入酸性蛋白酶，酶的加入量为骨素质量的 0. Γ5%0 ；或者用无机酸调节骨素浆料的PH为5 8，加入中性蛋白酶，酶的加入量为骨素质量的 0. Γ5%0 ；在30°C飞0°C下反应0. 5飞小时；该步骤与ZL02125447. 8的发明专利中公开的方法相 比，由于反应体系中杂质(无机盐)含量低，酶的利用率高，因此用酶量降低，反应时间缩短； 另外，高的酶解反应温度有利于酶快速切断胶原中的特定位置的肽键，使明胶的分子结构 更加均一化，从而获得高的冻力指标；(3)向反应物浆料中加入NaOH溶液，KOH溶液或石灰乳，调解其pH为7 10；该步的 作用主要是杀灭反应体系中的活性酶，PH提高的目的是防止未被杀灭的蛋白酶在下步骤高 温抽提阶段，加速对于胶原的降解，从而破坏明胶产品的性能，对于PH的控制是得到高质 量明胶的关键；(4)加热反应物浆料至60°C 80°C，保持0.5^3小时；如果温度过低，明胶的产率低， 而高的抽提温度会在一定程度上破坏胶液的粘度；(5)采用棉饼过滤的方式，去除固体残渣，得到澄清的明胶溶液；(6)步骤(5)制备的明胶溶液经过阴阳离子交换树脂后，经浓缩、干燥得到固体明胶。
采用棉饼过滤和离子交换树脂两种分离方式结合可以达到更好的纯化效果，因为 棉饼过滤式去除溶液中固体杂质，离子交换树脂去除的是胶液中可溶性无机盐。
本发明所述脱脂脱矿的骨素是指骨料经脱脂处理后再经过充分的浸酸处理得到 的物质，其80%的矿物质(主要为磷酸钙、碳酸钙、氟化钙和磷酸镁等)被完全去除，剩余物 质的主要成分是胶原。
进一步地，上述方法中所述酸性蛋白酶为胃蛋白酶，所述中性蛋白酶为木瓜蛋白 酶，胰蛋白酶，枯草芽孢杆菌，组织蛋白酶，糜蛋白酶。[0011 ] 进一步地，上述方法中所述无机酸为盐酸，硝酸或磷酸。
进一步地，上述方法中所述步骤(2)中的反应时间优选为0. 5^3小时，更优选为1 小时。
进一步地，上述方法中所述步骤(4)中的温度优选为60°C 70°C，更优选为60°C。
本发明制备的明胶经干燥后，凝冻强度达250 bloom g以上，粘度达到3. 5 mPa-s 以上，透过率为620nm 85%以上，450nm 76%以上，产率为65 75% (明胶产品占骨素原 料的百分比)。由于在明胶的制备过程中进行高温酶解，产生的明胶分子结构中α组分含 量高，经实验证明，通过本发明所述方法制备的明胶除了可用于硬胶囊明胶外还可以用于 最高品级的明胶——照相明胶来使用。[0015]本发明的有益效果是本发明采用脱脂脱矿的骨素为原料，生产过程中用酸性或中性蛋白酶降解的方式取代 传统工艺中长时间的浸灰过程。与传统碱法工艺相比，该工艺具有三点优势1)骨素胶原的 酶解及提胶时间短，仅需要1天的时间，比传统碱法工艺中的浸灰工序约减少50天；2)减 少了强碱性废水排放，传统碱法工艺的浸灰与中和工序中，生产1吨明胶将产生500吨以上 污水排放量；3)—道胶出胶率高，高档胶产量高。与ZL02125447. 8的发明专利中采用骨粒 酶法制胶工艺相比，利用骨素酶解制胶具有两点优势1)骨料中一些溶于水的杂蛋白和少 量脂肪在浸酸过程中已经去除，骨素中胶原的纯度比较高，将大大提高明胶的质量；2)与骨 料相比，骨素中绝大部分可降解转化为明胶，因此酶解及抽提过程中的能耗全部用于胶原 的降解，能量利用率与设备利用率高。(3)用酶量低，反应时间缩短，而且高的酶解反应温度 有利于酶快速切断胶原中的特定位置的肽键，使明胶的分子结构更加均一化，从而获得高 的冻力指标。
具体实施方式
实施例1 1.选用传统工艺中脱脂脱矿的骨素100克，加水研磨成骨素浆料，骨素和水的质量与 体积比为lg:5L ；骨素浆料中的骨素粒径为0. 5^2mm ；2.加盐酸调节反应物的pH为4；加入0. 3克胃蛋白酶，在40°C下反应2小时；3.向反应物浆料中加入石灰乳，调解浆料的pH为9;4.加热反应浆料至60°C，时间为2小时；5.采用棉饼过滤的方式，去处固体残渣，得到澄清的明胶溶液；6.胶液经过阴阳离子交换树脂后，经浓缩、干燥得到固体明胶72克。
明胶的性能指标见表1。
表1.实施例1明胶的物化指标
权利要求
1.一种蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤(1)选用脱脂脱矿的骨素为原料，加水研磨成骨素浆料，骨素和水的质量与体积比为 Ig:2 15L，其中骨素浆料中的骨素粒径为0. 5^5mm ；(2)用无机酸调节骨素浆料的pH为2.5 4，加入酸性蛋白酶，酶的加入量为骨素质量的 0.广5%。，在30°C 60°C下反应0. 5 5小时；或者用无机酸调节骨素浆料的PH为5 8，加入中性蛋白酶，酶的加入量为骨素质量的 0.广5%。，在30°C 60°C下反应0. 5 5小时；(3)向反应物浆料中加入氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或石灰乳，调解其pH为7 10；(4)加热反应物浆料至60°C 80°C，保持0.5^3小时；(5)采用棉饼过滤的方式，去除固体残渣，得到澄清的明胶溶液；(6)步骤(5)制备的明胶溶液经过阴阳离子交换树脂后，经浓缩、干燥得到固体明胶。
2.根据权利要求
1所述的蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，所述酸性蛋 白酶为胃蛋白酶，所述中性蛋白酶为木瓜蛋白酶，胰蛋白酶，枯草芽孢杆菌，组织蛋白酶，糜 蛋白酶。
3.根据权利要求
1所述的蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，所述无机酸 为盐酸，硝酸或磷酸。
4.根据权利要求
1所述的蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，所述步骤(2) 中的反应时间为0. 5 3小时。
5.根据权利要求
4所述的蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，所述步骤(2) 中的反应时间为1小时。
6.根据权利要求
1所述的蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，所述步骤(4) 中的温度为60°C 70°C。
7.根据权利要求
6所述的蛋白酶降解骨素制备明胶的方法，其特征在于，所述步骤(4) 中的温度为60°C。
专利摘要
本发明公开了一种蛋白酶降解骨素制备明胶的方法。该方法主要是利用脱脂脱矿的骨素为原料，用酸性或中性蛋白酶降解骨素制备明胶。与传统工艺相比较，该方法省去了长的浸灰周期及复杂的中和水洗过程，使明胶的生产周期缩短，节约了大量的水资源和人力成本；与骨粒制胶的新工艺相比，明胶中的杂蛋白及无机盐含量大大降低，从而提高了产品的凝冻强度和粘度。
文档编号C12S3/16GKCN102051130SQ201010557127
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月24日
发明者史京京, 张兵, 郭燕川, 陈丽娟 申请人:中国科学院理化技术研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan