本發(fā)明涉及到一種來(lái)自重金屬污染魷魚(yú)軟骨的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)?；苽浞椒ǎ婕盎瘜W(xué)提取與金屬螯合技術(shù)，屬于食品與藥品領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、魷魚(yú)是常見(jiàn)的軟體動(dòng)物門(mén)頭足綱生物，是一種良好的水產(chǎn)品加工原料。在魷魚(yú)的加工過(guò)程中，常伴有大量廢棄副產(chǎn)物——魷魚(yú)軟骨產(chǎn)生。盡管部分軟骨副產(chǎn)品可轉(zhuǎn)化為魚(yú)粉飼料，但這些水產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的下腳料軟骨往往未能得到充分利用。由于其易腐性，通常的處理方法是將其掩埋，這種做法可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響。因此，加強(qiáng)對(duì)廢棄副產(chǎn)物魷魚(yú)軟骨的高效且綜合利用，不僅可變廢為寶，提升其科技附加值，同時(shí)還可減少處理廢棄物的成本，對(duì)推進(jìn)魷魚(yú)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。

2、隨著魷魚(yú)進(jìn)口的迅速增長(zhǎng)，我國(guó)已成為全球最大的魷魚(yú)遠(yuǎn)洋漁業(yè)捕撈國(guó)家，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)型成全球最大的魷魚(yú)進(jìn)口加工和內(nèi)銷(xiāo)國(guó)家。目前捕撈的魷魚(yú)主要來(lái)自北太平洋海域、南太平洋海域和北印度洋海域。近年來(lái)隨著工業(yè)的發(fā)展，以重金屬污染為代表的海洋環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重；魷魚(yú)生物體吸收海洋水體中液態(tài)重金屬離子，則極易富集固定在魷魚(yú)軟骨，使得魷魚(yú)軟骨的重金屬污染情況愈發(fā)嚴(yán)重。

3、相關(guān)研究表明，魷魚(yú)軟骨約占其體重2％左右，其有效成分為蛋白質(zhì)(膠原蛋白、核心蛋白等)和碳水化合物(硫酸軟骨素、甲殼素等)。目前涉及魷魚(yú)軟骨的文獻(xiàn)和專(zhuān)利基本上是針對(duì)魷魚(yú)軟骨的有效成分(硫酸軟骨素、甲殼素、殼聚糖、膠原蛋白等)的分離純化與利用研究(例如cn202110439789.0、cn202011521963.8、cn202110439798.x、cn201811558088.3等)，幾乎很少注意到廢棄的魷魚(yú)軟骨實(shí)際上還可作為氨基葡萄糖(氨糖)的原料來(lái)源。更為重要的是，重金屬污染的魷魚(yú)軟骨如何有效利用，開(kāi)發(fā)一套高效環(huán)保、成本低廉的生產(chǎn)工藝使之成為氨糖的有效原料來(lái)源，這是個(gè)亟需解決的科學(xué)問(wèn)題，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明立足于實(shí)現(xiàn)不同海域來(lái)源的重金屬污染魷魚(yú)軟骨高值化利用目標(biāo)，提供一種生產(chǎn)成本低廉、生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)工藝切實(shí)可行、生產(chǎn)過(guò)程節(jié)約環(huán)保的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)模化制備方法，既解決魷魚(yú)加工廢棄下腳料——魷魚(yú)軟骨環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的難題，又開(kāi)發(fā)一種可應(yīng)用于新型抗炎止痛活性的功能食品或藥品的硫酸氨糖高純品。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

3、一種來(lái)自重金屬污染魷魚(yú)軟骨的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)模化制備方法，包括如下步驟：

4、(1)高速粉碎與高溫堿處理

5、將被檢出重金屬污染的魷魚(yú)軟骨用清水洗凈后，放入熱風(fēng)干燥箱內(nèi)在70～90℃下干燥2～5小時(shí)，取出后剪成3～5cm的小段，放入中藥粉碎機(jī)中，粉碎5～8分鐘；將粉碎后的魷魚(yú)軟骨粉末投入反應(yīng)釜中，加入魷魚(yú)軟骨重量4～10倍的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)溫度為85～100℃，攪拌反應(yīng)2～6小時(shí)，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量體積濃度為10～30％；

6、(2)降溫離心與清洗脫鹽

7、堿處理結(jié)束后，降溫至室溫，再用硫酸溶液調(diào)節(jié)ph至5～6.5，然后用連續(xù)流離心機(jī)高速離心得到脫乙酰基度≥90％的魷魚(yú)軟骨殼聚糖固體；接下來(lái)用去離子水洗凈至無(wú)鈉離子(na+)和氯離子(cl-)被檢測(cè)出來(lái)為止；

8、(3)高溫硫酸水解反應(yīng)、降溫階段的氨糖與鈣的螯合反應(yīng)以及低溫離心除金屬沉淀物

9、將清洗好的魷魚(yú)軟骨殼聚糖固體投入反應(yīng)釜中，加入魷魚(yú)軟骨重量2～5倍的硫酸溶液，反應(yīng)溫度為85～100℃，攪拌反應(yīng)2～6小時(shí)，硫酸溶液的質(zhì)量體積濃度為10～30％；水解反應(yīng)結(jié)束后，一邊攪拌散熱，一邊用飽和氫氧化鈣溶液調(diào)節(jié)ph至7～8.5，直至降溫至0～10℃，然后在低溫(0～10℃)條件下用連續(xù)流離心機(jī)高速離心去除硫酸鈣沉淀和重金屬沉淀物；

10、(4)陽(yáng)離子交換色譜/樹(shù)脂分餾氨糖螯合鈣組分與氨糖組分

11、使用陽(yáng)離子交換色譜/樹(shù)脂對(duì)離心清液進(jìn)行吸附，再用含有2.5～5.0％氯化鈉溶液進(jìn)行梯度洗脫解吸附；通過(guò)示差或紫外檢測(cè)器，并借助餾分收集器依次分餾獲得氨糖螯合鈣組分與氨糖組分；

12、(5)納濾膜脫鹽濃縮與噴霧干燥

13、氨糖螯合鈣組分與氨糖組分分別用相對(duì)分子量為200da的納濾膜除鹽濃縮得到含量≥95％的氨糖螯合鈣硫酸鹽溶液和硫酸氨糖溶液；最后利用噴霧干燥技術(shù)分別快速干燥氨糖螯合鈣硫酸鹽溶液和硫酸氨糖溶液，得到氨糖螯合鈣硫酸鹽粉末和硫酸氨糖粉末。

14、所述的步驟(1)所使用的魷魚(yú)軟骨分別來(lái)自北太平洋海域來(lái)源的太平洋褶柔魚(yú)(拉丁學(xué)名為todarodes?pacificus)，來(lái)自南太平洋海域來(lái)源的美洲大赤魷(拉丁學(xué)名為dosidicus?gigas)，來(lái)自北印度洋海域來(lái)源的鳶烏賊(拉丁學(xué)名為symplectoteuthisoualaniensis)。

15、步驟(2)中所述殼聚糖脫乙?；鹊臋z測(cè)方法為食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品添加劑脫乙酰甲殼素(殼聚糖)》(gb?29941-2013)的脫乙?；鹊臋z測(cè)方法；所述鈉離子的檢測(cè)方法為食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中鉀、鈉的測(cè)定》(gb?5009.91-2017)的檢測(cè)方法；所述氯離子的檢測(cè)方法為食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中氯化物的測(cè)定》(gb?5009.44-2016)的檢測(cè)方法。

16、所述步驟(2)和步驟(3)所使用的離心機(jī)為10000～15000rpm的連續(xù)流離心機(jī)。

17、所述步驟(4)所使用陽(yáng)離子交換色譜/樹(shù)脂為帶磺酸基或羧基的制備型色譜或樹(shù)脂。

18、所述步驟(5)分離所使用的相對(duì)分子量為200da的納濾膜流速為10～18立方米/小時(shí)，膜壓力為1.0～2.5mpa，溫度為20～50℃。

19、所述步驟(5)所使用的噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度為120～180℃、出風(fēng)溫度為70～95℃。

20、所述步驟(5)納濾膜脫鹽濃縮得到的含量≥95％的氨糖螯合鈣硫酸鹽達(dá)到色譜純級(jí)別；所述步驟(5)納濾膜脫鹽濃縮得到的含量≥95％的硫酸氨糖是質(zhì)譜純級(jí)別的高純品。氨糖螯合鈣硫酸鹽的含量為(氨糖+鈣+硫酸根)的含量總和；硫酸氨糖高純品的含量為(氨糖+硫酸根)的含量總和；氨糖含量的檢測(cè)方法采用中華人民共和國(guó)輕工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氨基葡萄糖》(qb/t?5853-2023)的檢測(cè)方法；硫酸根含量的檢測(cè)方法采用中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《制鹽工業(yè)通用試驗(yàn)方法硫酸根的測(cè)定》(gb/t?13025.8-2012)；鈣含量的檢測(cè)方法采用食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中鈣的測(cè)定》(gb?5009.92-2016)。

21、本發(fā)明還提供所述的一種來(lái)自重金屬污染魷魚(yú)軟骨的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)?；苽浞椒ㄖ苽涞玫降牧蛩岚碧歉呒兤贰?/p>

22、本發(fā)明還提供所述的硫酸氨糖高純品在制備新型抗炎鎮(zhèn)痛活性的功能食品或藥品中的應(yīng)用。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

24、1.本發(fā)明以現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常存在的重金屬污染的魷魚(yú)軟骨為原料，鑒于各重金屬(鉛,砷,鎘,汞,鉻)會(huì)顯著降低氨糖酶解反應(yīng)的內(nèi)切殼聚糖酶和外切殼聚糖酶(β-d-氨基葡萄糖苷酶)的酶活力(圖3和圖4)，并嚴(yán)重干擾殼聚糖酶解反應(yīng)的實(shí)際情況(圖7)，先采用高溫堿處理一步到位去除魷魚(yú)軟骨的蛋白、粘多糖，并完成魷魚(yú)軟骨甲殼素脫乙酰化反應(yīng)，得到脫乙酰度≥90％的魷魚(yú)軟骨殼聚糖，再采用高溫硫酸水解工藝將魷魚(yú)軟骨殼聚糖降解成魷魚(yú)軟骨氨糖單體(圖11和圖13)。

25、2.由于不同海域來(lái)源的重金屬污染魷魚(yú)軟骨原料的重金屬種類(lèi)與含量各不相同，導(dǎo)致內(nèi)切殼聚糖酶和外切殼聚糖酶(β-d-氨基葡萄糖苷酶)的酶活力降低程度不同(圖3和圖4)，且干擾殼聚糖酶解反應(yīng)的情況各異(圖7)；本發(fā)明針對(duì)這種情況，采用的化學(xué)提取方法，也許不如以往的文獻(xiàn)報(bào)道和專(zhuān)利技術(shù)普遍推崇的殼聚糖酶降解法和微生物發(fā)酵產(chǎn)殼聚糖酶降解法那般“光鮮時(shí)髦”，但是卻能夠穩(wěn)定批次制備色譜純級(jí)別的氨糖螯合鈣硫酸鹽和質(zhì)譜純級(jí)別的硫酸氨糖高純品，并形成工藝穩(wěn)定性良好的“一種重金屬污染魷魚(yú)軟骨來(lái)源的氨糖螯合鈣硫酸鹽和硫酸氨糖高純品的規(guī)?；苽浞椒ā?。因此，本發(fā)明是一個(gè)能夠解決實(shí)際問(wèn)題的專(zhuān)利技術(shù)。

26、3.本發(fā)明鑒于魷魚(yú)軟骨中重金屬元素并非僅分布在軟骨表面，軟骨內(nèi)部還有相當(dāng)含量的重金屬的情況；且魷魚(yú)軟骨的甲殼素及其降解產(chǎn)物殼聚糖均極易吸附重金屬元素，甲殼素進(jìn)一步降解產(chǎn)物殼寡糖、氨糖也極易與重金屬元素形成較為穩(wěn)定的螯合物，這使得魷魚(yú)軟骨中重金屬元素的去除難度極大。特別是：氨糖與重金屬元素形成的各螯合物的穩(wěn)定常數(shù)較高，穩(wěn)定性較好，導(dǎo)致以往的文獻(xiàn)報(bào)道和專(zhuān)利技術(shù)普遍采用的除重金屬方法——膜分離技術(shù)或螯合樹(shù)脂吸附方法，均難以將氨糖與重金屬元素有效分離。因此，本發(fā)明一方面利用重金屬(如：砷、鎘、汞、鉛和鉻)的硫酸鹽和氫氧化物不溶于水的特點(diǎn)，另一方面基于氨糖與重金屬元素形成的各螯合物的穩(wěn)定常數(shù)一定低于重金屬元素與硫酸根離子、氫氧根離子形成的各沉淀物的沉淀系數(shù)，并結(jié)合物質(zhì)普遍趨于能量低的穩(wěn)定態(tài)的基本化學(xué)原理，利用化學(xué)沉淀法有效去除重金屬，不僅能夠有效縮短工藝流程并降低時(shí)間成本；還能實(shí)現(xiàn)以往膜分離技術(shù)與螯合樹(shù)脂吸附去重金屬的方法無(wú)法達(dá)到的效果。

27、4.本發(fā)明不同于以往的文獻(xiàn)報(bào)道和專(zhuān)利技術(shù)普遍采用的預(yù)處理脫鈣方法，采用高速粉碎的方式，既可以將魷魚(yú)軟骨中的甲殼素、蛋白和粘多糖暴露在后續(xù)的高溫堿液中，又可以保留魷魚(yú)軟骨中的鈣元素作為后續(xù)氨糖與鈣螯合反應(yīng)的內(nèi)源性鈣源；在以往氨糖與鈣螯合物/配合物的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，參與螯合反應(yīng)的鈣源基本上都是外源性鈣源(如氯化鈣等)，然而，對(duì)于本發(fā)明的氨糖與鈣的螯合反應(yīng)而言，其鈣源則來(lái)自于內(nèi)外兩部分：內(nèi)源性鈣源——魷魚(yú)軟骨自身的鈣；外源性鈣源——調(diào)節(jié)酶解反應(yīng)ph的氫氧化鈣；因此，本發(fā)明的制備方法既可以實(shí)現(xiàn)魷魚(yú)下腳料中內(nèi)源性鈣源的自行螯合轉(zhuǎn)化，又可以有效減少過(guò)多外源性鈣源的補(bǔ)充添加，避免不必要的鈣源浪費(fèi)，顯然本發(fā)明工藝更加節(jié)約環(huán)保。

28、5.由于魷魚(yú)生存在海洋環(huán)境，其軟骨附帶有大量的鹽(nacl)，同時(shí)本發(fā)明的高溫堿處理步驟也會(huì)引入大量的鈉離子(na+)，因此，本發(fā)明在步驟“(2)降溫離心與清洗脫鹽”中特別指出需要將離心得到的魷魚(yú)軟骨殼聚糖固體用去離子水洗凈至無(wú)鈉離子(na+)和氯離子(cl-)被檢測(cè)出來(lái)為止，由此避免大量的鈉離子(na+)和氯離子(cl-)所形成的高鹽溶液干擾后續(xù)“陽(yáng)離子交換制備型色譜/陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附與解吸附”步驟中氨糖分子與氨糖螯合鈣分子在陽(yáng)離子交換制備型色譜/陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的吸附作用。

29、6.本發(fā)明利用氨糖分子與金屬元素形成的螯合物穩(wěn)定常數(shù)高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，特別設(shè)計(jì)將氨糖分子與鈣離子的螯合反應(yīng)安排在高溫硫酸水解反應(yīng)后的降溫階段，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的攪拌工藝(一邊攪拌散熱，一邊用飽和氫氧化鈣溶液調(diào)節(jié)合適的ph)，就可順利成功制備氨糖螯合鈣(圖10和圖11)；同時(shí)，由于硫酸鈣在常溫下微溶于水，而在低溫(0～10℃)條件下硫酸鈣的溶解度更小，因此，本發(fā)明在降溫階段采用進(jìn)一步降溫至0～10℃再高速離心的方法，可以保證本發(fā)明步驟(2)和步驟(3)中加入的大量的硫酸根離子，被以硫酸鈣的形式被沉淀，并由本發(fā)明的步驟(3)中的連續(xù)流離心技術(shù)去除，由此避免大量的硫酸根離子(so42-)所形成的高鹽溶液干擾后續(xù)“陽(yáng)離子交換制備型色譜/陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附與解吸附”步驟中氨糖分子與氨糖螯合鈣分子在陽(yáng)離子交換制備型色譜/陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的吸附作用。

30、7.本發(fā)明相較于以往的文獻(xiàn)報(bào)道和專(zhuān)利技術(shù)普遍推崇的殼聚糖酶降解法和微生物發(fā)酵產(chǎn)殼聚糖酶降解法，采用化學(xué)提取與化學(xué)沉淀相結(jié)合的方法。其生產(chǎn)成本更為低廉(不需要額外添加價(jià)格昂貴的內(nèi)切殼聚糖酶和外切殼聚糖酶)，其生產(chǎn)操作更為簡(jiǎn)單(不需要額外添加特殊發(fā)酵用微生物并控制復(fù)雜的發(fā)酵條件)，生產(chǎn)設(shè)備較為簡(jiǎn)單(提取工藝僅需要一臺(tái)普通的反應(yīng)釜，不需要復(fù)雜的發(fā)酵設(shè)備)，且不同于以往文獻(xiàn)報(bào)道和專(zhuān)利技術(shù)中一套生產(chǎn)工藝僅能生產(chǎn)一種產(chǎn)品：氨糖螯合鈣或氨糖；而本發(fā)明僅憑借一套生產(chǎn)工藝就可以實(shí)現(xiàn)魷魚(yú)軟骨中氨糖的高效提取以及氨糖與鈣的快速螯合，繼而高效率且低成本地一次制備兩種質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品：色譜純級(jí)別的氨糖螯合鈣硫酸鹽和質(zhì)譜純級(jí)別的硫酸氨糖高純品；本發(fā)明的規(guī)模化生產(chǎn)周期基本上可以控制在24小時(shí)內(nèi)完成，工藝方法簡(jiǎn)單務(wù)實(shí)；工藝流程高效可靠，整體工藝能滿足產(chǎn)業(yè)化放大和大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的要求。

31、8.本發(fā)明盡管使用大量的硫酸、氫氧化鈉和氫氧化鈣用于酸堿高溫反應(yīng)或中和溶液ph，但引入的大量硫酸根離子(so42-)絕大部分以硫酸鈣(石膏)的形式，小部分以重金屬硫酸沉淀的形式固定為固體；引入的大量氫離子(h+)既可將魷魚(yú)軟骨中的鈣鹽變?yōu)榘碧欠肿优c金屬鈣離子螯合反應(yīng)所需的內(nèi)源性鈣源，又可以將高溫堿處理后的魷魚(yú)軟骨殼聚糖降解成小分子氨糖，并可被氫氧化鈉和氫氧化鈣的氫氧根離子(oh-)中和成為水(h20)；引入的大量氫氧根離子(oh-)除了起到中和氫離子(h+)的作用，更可以將重金屬(如：砷、鎘、汞、鉛和鉻)以氫氧化物的形式沉淀為固體。因此，本發(fā)明工藝并不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染與資源浪費(fèi)。

32、9.由于魷魚(yú)軟骨的重金屬元素都是由魷魚(yú)生物體吸收海洋水體中液態(tài)重金屬離子而富集固定在魷魚(yú)軟骨的緣故，如果仍舊依照以往文獻(xiàn)報(bào)道和專(zhuān)利技術(shù)中對(duì)于重金屬元素的一般處理方式——將其洗脫成為液體狀態(tài)的重金屬離子，這些重金屬?gòu)U液的歸宿大概率還是海洋環(huán)境，這無(wú)疑等同于循環(huán)污染；有鑒于此，本發(fā)明采用的化學(xué)沉淀法，可以將所有的重金屬元素都固定成穩(wěn)定的重金屬沉淀物，并且均勻分散在硫酸鈣(石膏)中，這些含有重金屬元素的石膏，盡管不能直接食用，但可以作為工業(yè)材料和建筑材料被使用，由此切斷了液態(tài)重金屬離子循環(huán)污染的途徑；因此，本發(fā)明具有較為重大的環(huán)保意義。

33、10.本發(fā)明方法適用范圍廣，既不受魷魚(yú)軟骨原料地域來(lái)源的影響(既可適用于北太平洋海域來(lái)源的魷魚(yú)(以太平洋褶柔魚(yú)為例)軟骨原料，又可適用于南太平洋海域來(lái)源的魷魚(yú)(以美洲大赤魷為例)軟骨原料，還可適用于北印度洋海域來(lái)源的魷魚(yú)(以鳶烏賊為例)軟骨原料)，也不受魷魚(yú)軟骨原料重金屬污染情況的影響，均取得良好的制備效果。