一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟：（1）脫砷處理（2）纖維酶解（3）蛋白酶解（4）鹽水消化（5）稀釋過(guò)濾（6）脫色（7）CaCl2溶液處理（8）離子交換（9）制褐藻酸鈉（10）制乙醇（11）制海藻有機(jī)肥。本發(fā)明提供的羊棲菜脫砷工藝大大降低了羊棲菜中的砷含量，接著以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學(xué)的配比制成復(fù)合酶，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，提高褐藻酸鈉的提取率；同時(shí)利用富含纖維素的羊棲菜加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過(guò)程中剩余的廢液及廢渣，通過(guò)濃縮、噴干、造粒制造海藻有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)了羊棲菜的高值化綜合利用。
【專利說(shuō)明】一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及羊棲菜利用領(lǐng)域，具體涉及一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前世界面臨著能源短缺和環(huán)境污染的巨大壓力，開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為解決石化資源和能源危機(jī)的重要手段。生物乙醇作為一種清潔燃料及汽油添加劑而受到廣泛關(guān)注。目前，我國(guó)制備燃料乙醇主要側(cè)重于秸桿、甘蔗渣、木屑和木薯等陸源原料，但對(duì)海洋生物資源制備生物乙醇的研究較少，在海藻生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)方面的技術(shù)研究相對(duì)落后。
[0003]海洋面積巨大，蘊(yùn)藏著豐富的海藻資源，其種類繁多、光合作用效率高、生長(zhǎng)周期短，每年可通過(guò)光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)總量就達(dá)550x10s噸，是一種巨大的可再生資源，也是產(chǎn)生生物質(zhì)能源的潛在資源。在羊棲菜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生大量的羊棲菜工業(yè)廢棄物，這些工業(yè)廢棄物的主要成分是纖維素、羊棲菜多糖、甘露醇等；其中纖維素可以利用不同的方式轉(zhuǎn)化為可被利用的單糖和寡糖，甘露醇和大部分海藻多糖類物質(zhì)均可以經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇。利用富含纖維素、羊棲菜多糖、甘露醇的羊棲菜加工廢棄物制備燃料乙醇，不僅可使羊棲菜加工廢棄物變廢為寶，解決環(huán)境污染問(wèn)題，還可為制備生物乙醇提供充足和廉價(jià)的原料供應(yīng)，促進(jìn)海洋生物質(zhì)能源的技術(shù)開(kāi)發(fā)。
[0004]羊棲菜，一種藻類植物，藻體黃褐色，肥厚多汁，葉狀體的變異很大，形狀各種各樣。生長(zhǎng)在低潮帶巖石上，多分布于我國(guó)沿海。在醫(yī)學(xué)上有食療的功效。
[0005]羊棲菜對(duì)預(yù)防甲狀腺腫大，降低血液中服固醇，治療高血壓和大腸癌、胃癌，均有一定的功效；并對(duì)促進(jìn)兒童骨路生長(zhǎng)，保持皮膚潤(rùn)滑，恢復(fù)大腦疲勞，防止衰老等，亦有顯著的作用。藻類通常具有富集海水中砷的作用，羊棲菜天然含有大量的砷，尤其是毒性較高的無(wú)機(jī)砷。砷天然存在于地殼，石頭、泥土、水和空氣都有微量的砷。在食物中，砷會(huì)以有機(jī)及無(wú)機(jī)形態(tài)存在。人類攝取到砷的途徑，主要是透過(guò)進(jìn)食食物，特別是砷含量較高的水產(chǎn)食物。科學(xué)證據(jù)顯示，就算攝取到的砷只有數(shù)克，也會(huì)引致急性或亞急性中毒。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)砷的毒性較有機(jī)砷的為高。急性中毒者的胃腸道會(huì)嚴(yán)重發(fā)炎，因而引致嘔吐和腹瀉，更嚴(yán)重的是會(huì)引致身體多種器官衰竭。其他征狀包括發(fā)燒、消瘦、容易暴躁、頭發(fā)脫落等。世界衛(wèi)生組織屬下國(guó)際癌癥研究組織已把砷列為會(huì)令人患癌癥的物質(zhì)。
[0006]海藻酸鈉，一種天然多糖，具有藥物制劑輔料所需的穩(wěn)定性、溶解性、粘性和安全性。1881年，英國(guó)化學(xué)家E.C.Stanford首先對(duì)褐色海藻中的海藻酸鹽提取物進(jìn)行科學(xué)研究。他發(fā)現(xiàn)該褐藻酸的提取物具有幾種很有趣的特性，它具有濃縮溶液、形成凝膠和成膜的能力。基于此，他提出了幾項(xiàng)工業(yè)化生產(chǎn)的申請(qǐng)。但是，海藻酸鹽直到50年之后才進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。商業(yè)化生產(chǎn)始于1927年，現(xiàn)在全世界每年約生產(chǎn)30000噸，其中30%用于食品工業(yè)，剩下的用于其它工業(yè)，制藥業(yè)和牙科。
[0007]目前酶解提取法提取海藻酸鈉還不夠成熟，往往都只是采用了單一的纖維素酶進(jìn)行水解，但組成植物細(xì)胞壁的有纖維素酶、半纖維素酶、果膠、木質(zhì)素等成分，他們之間的鏈接方式或者鑲嵌，或者抱合，所以用單一的酶很難徹底破解植物的細(xì)胞壁，不能使內(nèi)容物完全釋放。
[0008]如何在羊棲菜脫砷的基礎(chǔ)上，徹底破解植物的細(xì)胞壁，使內(nèi)容物完全釋放。又要避免受到其它人分子物質(zhì)，如果膠、蛋白質(zhì)等的干擾，本發(fā)明考慮以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學(xué)的配比制成復(fù)合酶，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，然后再提取海藻酸鈉的基礎(chǔ)上，充分利用羊棲菜生產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決上述技術(shù)中存在的技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是提供一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，實(shí)現(xiàn)了從脫砷羊棲菜中提取海藻酸鈉的收率及其粘度，降低化學(xué)藥品的用量，是一種乙醇的開(kāi)發(fā)和羊棲菜清潔化、高值化、綜合利用的新方法。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟:
(1)脫砷處理:將羊棲菜用50-55°C溫水清洗三遍，破碎為20-50mm的小段，然后投入到酶解鍋中，添加10-20倍水，0.5-1%的EDTA，升溫到50-60。。保持40-50分鐘；
(2)纖維酶解:并用HCl調(diào)液體pH值至3-6，加入由內(nèi)切β-葡聚糖酶50%、外切β-葡聚糖酶25%、β -葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.4-0.6%，酶解7_10h ；
(3)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶40%、木瓜蛋白酶60%組成的蛋白酶0.3-0.5%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.3-0.5%，繼續(xù)酶解2-4h，攪拌，酶解后離心分離；
(4)鹽水消化:向上述離心后的羊棲菜中加入10-12倍羊棲菜重量的2-3%Na2CO3溶液，在55-65 °C水浴中消化2-3h ；
(5)稀釋過(guò)濾:然后加入體積5-7倍50-60°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋l_2h，充分稀釋均勻后，通過(guò)280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾；
(6)脫色:濾液加入0.2-0.3%的雙氧水，在50-60°C脫色l_2h，然后升溫到80_90°C保持10-20min,用280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾；
(7)CaCl2溶液處理:濾液緩慢加入體積比2-3%濃度10%的CaCl2溶液，靜置l_2h，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；
(8)離子交換:褐藻酸鈣加入12-15倍的純化水，然后用1-2倍10%NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液；
(9)制褐藻酸鈉:然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品；
(10)制乙醇:步驟(3)中的離心濾液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為15-20%，27-35°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)4_8天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇；
(11)制海藻有機(jī)肥:蒸餾乙醇后剩余的液體中含有大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體，經(jīng)濃縮到45-60%濃度后，噴干、造粒，制備海藻有機(jī)肥。
[0011]上述的一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟(10)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液滅菌后，接入已經(jīng)活化的工業(yè)酵母菌種CICC31447，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。
[0012]上述的一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟(10)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液經(jīng)過(guò)活化的酵母菌在30°C下，發(fā)酵培養(yǎng)7天，所獲得的生物乙醇量最大。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提供的羊棲菜脫砷工藝大大降低了羊棲菜中的砷含量，方法科學(xué)、簡(jiǎn)單易行，安全有效，便于工業(yè)化連續(xù)操作，不引入新的污染物，不產(chǎn)生新的不安全物質(zhì)。為羊棲菜的安全食用和接下來(lái)相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了安全保證。本發(fā)明以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學(xué)的配比制成復(fù)合酶，避免受到其它人分子物質(zhì)，如果膠、蛋白質(zhì)等的干擾，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，徹底破解植物的細(xì)胞壁，將羊棲菜中的纖維素、蛋白質(zhì)等主要成分分離出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為微生物可利用的單糖、寡糖及游離蛋白質(zhì)，有利于提高褐藻酸鈉的提取率；同時(shí)利用富含纖維素的羊棲菜加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過(guò)程中剩余的廢液及廢渣，通過(guò)濃縮、噴干、造粒制造海藻有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)了羊棲菜的高值化綜合利用，開(kāi)發(fā)了海洋生物能源。

【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
將羊棲菜用50-55°C溫水清洗三遍，破碎為20-50mm的小段，共計(jì)10g投入到酶解鍋中，添加100g水，0.5%的EDTA，升溫到50°C保持40分鐘；然后用HCl調(diào)節(jié)pH值至3，加入由內(nèi)切β-葡聚糖酶50 %、外切β-葡聚糖酶25%、β-葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.4%，酶解7h，加入由中性蛋白酶40 %、木瓜蛋白酶60 %組成的蛋白酶0.3%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.3%，繼續(xù)酶解2h，酶解過(guò)程不斷攪拌，酶解結(jié)束后離心分離，得到預(yù)處理后的羊棲菜和酶解液。
[0015]預(yù)處理后的羊棲菜加入100ml的2%Na2C03溶液，在55°C水浴中消化2h，然后加入體積5000ml的50°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋lh，充分稀釋均勻后，通過(guò)280目的絹網(wǎng)過(guò)濾，濾液加入5ml的雙氧水，在50°C脫色lh，然后升溫到80°C保持lOmin，用280目的絹網(wǎng)過(guò)濾，濾液緩慢加入60ml濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈣析出，靜置lh，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入2400ml純化水，然后用100ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品23.5克。
[0016]先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，30°C培養(yǎng)I天，將羊棲菜預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，培養(yǎng)結(jié)束后，測(cè)定其中的乙醇濃度約為3.2%，蒸餾后，獲得生物乙醇。蒸餾乙醇后剩余的液體中含有大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體通過(guò)濃縮作為生產(chǎn)海藻有機(jī)肥的原料
生物乙醇發(fā)酵蒸餾出乙醇后，剩余的發(fā)酵殘液濃縮到濃度為50%，然后噴干，粉碎，制成海藻有機(jī)肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為12%，總有機(jī)質(zhì)的含量為41%。
[0017]實(shí)施例2:
將羊棲菜55°C左右溫水清洗三遍，破碎為50mm的小段，共計(jì)10g然后投入到酶解鍋中，添加2000g水，I %的EDTA，升溫到60°C左右保持50分鐘；然后用HCl調(diào)節(jié)pH值至6，加入由內(nèi)切β-葡聚糖酶50 %、外切β-葡聚糖酶25%、β-葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.6%,酶解1h，加入由中性蛋白酶40 %、木瓜蛋白酶60 %組成的蛋白酶0.5%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.5%，繼續(xù)酶解4h，酶解過(guò)程不斷攪拌，酶解結(jié)束后離心分離，得到預(yù)處理后的羊棲菜和酶解液。
[0018]預(yù)處理后的羊棲菜加入1200ml的3%Na2C03溶液，在65°C水浴中消化3h，然后加入體積7000ml的60°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋2h，充分稀釋均勻后，通過(guò)350目的絹網(wǎng)過(guò)濾，濾液加入7ml的雙氧水，在60°C脫色2h，然后升溫到90°C保持20min，用350目的絹網(wǎng)過(guò)濾，濾液緩慢加入90ml濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈣析出，靜置2h，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入3000ml純化水，然后用2000ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品26.3克。
[0019]先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，30°C培養(yǎng)I天，將羊棲菜預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，培養(yǎng)結(jié)束后，測(cè)定其中的乙醇濃度約為3.2%，蒸餾后，獲得生物乙醇。蒸餾乙醇后剩余的液體中含有大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體通過(guò)濃縮作為生產(chǎn)海藻有機(jī)肥的原料
生物乙醇發(fā)酵蒸餾出乙醇后，剩余的發(fā)酵殘液濃縮到濃度為50%，然后噴干，粉碎，制成海藻有機(jī)肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為12%，總有機(jī)質(zhì)的含量為48%。
【權(quán)利要求】
1.一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟: (1)脫砷處理:將羊棲菜用50-55°C溫水清洗三遍，破碎為20-50mm的小段，然后投入到酶解鍋中，添加10-20倍水，0.5-1%的EDTA，升溫到50-60。。保持40-50分鐘； (2)纖維酶解:并用HCl調(diào)液體pH值至3-6，加入由內(nèi)切β-葡聚糖酶50%、外切β-葡聚糖酶25%、β -葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.4-0.6%，酶解7_10h ； (3)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶40%、木瓜蛋白酶60%組成的蛋白酶0.3-0.5%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.3-0.5%，繼續(xù)酶解2-4h，攪拌，酶解后離心分離； (4)鹽水消化:向上述離心后的羊棲菜中加入10-12倍羊棲菜重量的2-3%Na2CO3溶液，在55-65 °C水浴中消化2-3h ； (5)稀釋過(guò)濾:然后加入體積5-7倍50-60°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋l_2h，充分稀釋均勻后，通過(guò)280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾； (6)脫色:濾液加入0.2-0.3%的雙氧水，在50-60°C脫色l_2h，然后升溫到80_90°C保持10-20min,用280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾； (7)CaCl2溶液處理:濾液緩慢加入體積比2-3%濃度10%的CaCl2溶液，靜置l_2h，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)； (8)離子交換:褐藻酸鈣加入12-15倍的純化水，然后用1-2倍10%NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液； (9)制褐藻酸鈉:然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品； (10)制乙醇:步驟(3)中的離心濾液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為15-20%，27-35°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)4_8天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇； (11)制海藻有機(jī)肥:蒸餾乙醇后剩余的液體中含有大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體，經(jīng)濃縮到45-60%濃度后，噴干、造粒，制備海藻有機(jī)肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟(10)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液滅菌后，接入已經(jīng)活化的工業(yè)酵母菌種CICC31447，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脫砷提取羊棲菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟(10)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液經(jīng)過(guò)活化的酵母菌在30°C下，發(fā)酵培養(yǎng)7天，所獲得的生物乙醇量最大。
【文檔編號(hào)】C05F11/00GK104341537SQ201310341402
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】朱鳳 申請(qǐng)人:青島博研達(dá)工業(yè)技術(shù)研究所(普通合伙)