專利名稱：高強(qiáng)度κ-卡拉膠的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生化工程的分離提取方法，特別是一種從海藻中分離提取κ-卡拉膠的方法。
卡拉膠(Carrageenen)又名角叉菜膠，它是一種由1.3鍵合的β-D-半乳糖基和1.4鍵合的α-D-半乳糖基重復(fù)交叉連結(jié)而成的硫酸化胞壁多糖，廣泛存在于角叉菜、麒麟菜、杉藻、沙菜等海藻中，我國(guó)有著相當(dāng)豐富的含有卡拉膠的海藻資源，尚待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。
國(guó)際上對(duì)卡拉膠的研究很多。五十年代初，根據(jù)卡拉膠在氯化鉀溶液中溶或不溶而分成兩種類型，不溶的稱κ-卡拉膠，能溶的稱λ-卡拉膠。六十年代以后，Rees和Perciral等人通過(guò)對(duì)卡拉膠的結(jié)構(gòu)分析，并根據(jù)卡拉膠的結(jié)構(gòu)中是否含有3.6-內(nèi)醚-半乳糖以及硫酸基的含量與在分子中的聯(lián)結(jié)位置的不同，將卡拉膠分為七種類型，分別以希臘字母κ-，ι-，λ-，μ-，δ-，θ-和ξ-來(lái)表示。其中只有κ-，ι-型卡拉膠含有3.6-內(nèi)醚-半乳糖，能形成凝膠，其余則不含有3.6-內(nèi)醚-半乳糖，故不能形成凝膠。在藻類中含量較多，并已工業(yè)化生產(chǎn)的只有κ-，λ-，ι-三種，但它們均是兩種或兩種以上型號(hào)卡拉膠的混的合物，也就是說(shuō)迄今為止，工業(yè)上所說(shuō)的κ-卡拉膠實(shí)際上是指以κ型為主的混合型卡拉膠，其余亦然。不同類型的卡拉膠，由于其特性不同，其用途亦有較大的區(qū)別，如κ-卡拉膠，其凝固性能最好，粘度較低，適合于作果凍、固定化酶載體等;λ-卡拉膠，粘度最高，但不能凝固，主要作為增稠劑使用;ι-卡拉膠，粘度介于兩者之間，通常利用其與蛋白質(zhì)反應(yīng)的特性，適合于制造乳制品。雖然國(guó)內(nèi)外從海藻中提取卡拉膠的研究很多，不過(guò)目前工業(yè)上主要采用中性或弱堿性熱水抽提法，所得的產(chǎn)品均是兩種或兩種以上類型卡拉膠的混合物，而且由于提取工藝的影響，所得κ-卡拉膠的凝膠強(qiáng)度較低(國(guó)外產(chǎn)品或文獻(xiàn)公開(kāi)的研究結(jié)果κ-卡拉膠的凝膠強(qiáng)度＜400g/cm2;國(guó)內(nèi)產(chǎn)品或文獻(xiàn)公開(kāi)的研究結(jié)果κ-卡拉膠的凝膠強(qiáng)度＜300g/cm2)，它不能滿足日益發(fā)展的固定化酶工程的要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種從海藻或卡拉膠半成品中提取高強(qiáng)度κ-卡拉膠的方法，不僅提取率高，而且所得產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度可達(dá)800～1100g/cm2，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)以及固定化酶工程等發(fā)展的要求。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的發(fā)明人通過(guò)對(duì)卡拉膠的提取和純化研究后發(fā)現(xiàn)目前工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)研究所得的卡拉膠，均未予以純化，而且由于工藝過(guò)程復(fù)雜，加上操作溫度偏高，以及在酸、堿條件下保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成卡拉膠分子量的降價(jià)，因而所得產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度較低。實(shí)驗(yàn)證明卡拉膠對(duì)熱很敏感，“高溫”或長(zhǎng)時(shí)間的加熱，均會(huì)使卡拉膠降價(jià)，分子量變小;不當(dāng)?shù)腜H值，亦會(huì)引起卡拉膠降價(jià)，分子量變小;而且這種分子量的降價(jià)變小是一種不可逆的過(guò)程。為此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的存在的上述問(wèn)題，提出了一種從海藻中或卡拉膠的半成品中提取高強(qiáng)度κ-卡拉膠的新的技術(shù)方案，在比較優(yōu)化的浸取和純化條件下提取κ-卡拉膠。
本發(fā)明的方法主要包括浸取、過(guò)濾除雜、漂白處理、鹽析沉淀、固液分離、溶劑擠水、洗滌、干燥、粉碎等諸化工單元操作。
本發(fā)明的主要特征在于采用含Nacl的水溶液來(lái)浸取卡拉膠，從而使浸取過(guò)程可以在較低的溫度、較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而且由于采作含Nacl水溶液浸取，溶液的表觀粘度較低，流動(dòng)性好，利于工業(yè)操作(如過(guò)濾方便等);優(yōu)化調(diào)節(jié)浸取時(shí)的這PH，可使浸出的卡拉膠保持海藻中卡拉膠原有分子量的數(shù)值;藉助Kcl的鹽析作用，可將混合型卡拉膠予以分離;藉助醇類溶劑的擠水作用，可將卡拉膠中的含鹽水份予以除去，從而得到純凈的κ-卡拉膠產(chǎn)品。
本發(fā)明亦是這樣實(shí)現(xiàn)的(1).采用含有Nacl的水溶液作浸取劑，同時(shí)Nacl亦是溶液表觀粘度的調(diào)控劑，其浸取時(shí)適宜的條件為Nacl的濃度為0.6～1.0%(wt)，以0.8%(wt)為佳;PH為7.0～8.0，以7.5為佳;溫度為75～85℃，以80℃為佳;保溫時(shí)間為0.2～0.7hr，以0.5hr為佳;粘度為35～45厘泊。［在1.5%(wt)卡拉膠，80℃，保溫0.5hr條件下測(cè)定;如不加Nacl，則在上述條件下粘度為100厘泊左右］(2).采用Kcl作沉析分離時(shí)的鹽析劑，沉析分離時(shí)的適宜條件為Kcl的濃度為3.5～4.5%(wt)，以4.0%(wt)為佳;
操作溫度為0～40℃，以10～20℃為佳。
(3).采用溶劑乙醇或異丙醇作擠水劑，可將κ-卡拉膠濾餅中的含鹽水份幾乎全部被擠去。擠水劑的用量為濾餅量的0.5～1倍。如果以投料量為基準(zhǔn)(干基)，則適宜的用量為擠水劑(V)投料量(干基，wt)＝3～8∶1.
通過(guò)擠水后的κ-卡拉膠濾餅，宜用少量溶劑洗滌1～2次，以除去吸附于“濾餅”表面上的含鹽的水份，適宜的用量為溶劑(V)投料量(干基，wt)＝0.5～1.0∶1，最后得到一種含有溶劑的“濕濾餅”?！皾駷V餅”的含固量為35～40%，再經(jīng)干燥、粉碎，得到本發(fā)明所說(shuō)的高強(qiáng)度κ-卡拉膠產(chǎn)品。
所說(shuō)的擠水劑或溶劑可以是乙醇，亦可以是異丙醇或它們的混合物。但從經(jīng)濟(jì)性與干燥時(shí)的能耗考慮，以95%乙醇為宜。
實(shí)踐證明，本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)、浸取時(shí)間短，至少可比現(xiàn)有技術(shù)縮短一半。
(2)、提取率高，κ-卡拉膠的提取率可達(dá)75%以上。
(3)、提純后的κ-卡拉膠凝膠強(qiáng)度高，可達(dá)800～1100g/cm2，至少可比現(xiàn)有技術(shù)高一倍。
(4)、提純方法簡(jiǎn)便易行，有利于節(jié)省能源、降低成本。
下面將結(jié)實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1在一容器中加入菲律賓產(chǎn)的卡拉膠半成品30g(所謂半成品系指κ-，λ-型混合膠，下同)，加入24gNacl、1500ml去離子水，調(diào)成糊狀，用2NHcl調(diào)節(jié)其PH＝7.5，然后用水稀釋至3000ml，在水浴中加熱至80℃，保溫半小時(shí)，迅速趁熱過(guò)濾，除去雜質(zhì)，得到一透明的澄清液，冷卻至40℃以下，加入少量次氯酸鈉漂白處理(用次氯酸鈉漂白系公知技術(shù)，故從略)，再加入120克kcl，攪拌成均一溶液，繼續(xù)冷卻至10～20℃，沉淀析出κ-卡拉膠，過(guò)濾除去水相(水相中含有的λ-卡拉膠可另行回收)，濾餅用100ml95%的乙醇捏合擠水或浸泡擠水10～30分鐘，過(guò)濾除去含水乙醇，再用5～10ml95%的乙醇洗滌濾餅1～2次，盡量壓干后將濾餅移入真空干燥器中，在60℃下進(jìn)行真空干燥，干品經(jīng)粉碎后，可得本發(fā)明的產(chǎn)品23克。配成1.5%(wt)的凝膠試樣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下凝膠強(qiáng)度 1100g/cm2，粘度8.5厘泊，透明度95%。
實(shí)施例2在一帶有夾套加熱的溶器中，加入菲律賓產(chǎn)的卡拉膠半成品10kg，加入8kgNacl，500L去離子水，調(diào)成糊狀后，用2NHcl調(diào)節(jié)PH＝7.5，然后用水稀釋至1000L，在攪拌下用夾套蒸汽加熱至78～82℃，保溫半小時(shí)，迅速用泵打入板框壓濾機(jī)中，壓濾除去不溶物，得到一透明的溶液，再泵入另一容器中，冷卻至40℃以下，加入少量次氯酸鈉漂白處理5～10分鐘，然后加入200L濃度為20%(wt)kcl溶液，攪拌均勻，并繼續(xù)冷卻至10～20℃，沉淀析出κ-卡拉膠，再用泵打入另一壓濾機(jī)中(或離心機(jī)中)，過(guò)濾除去水相(水相中λ-卡拉膠可另行回收)，濾餅移入另一容器中，用60～80L95%的乙醇捏合擠水或浸泡擠水10～30分鐘，然后壓濾除去含水乙醇，再用5～10L的95%乙醇洗滌濾餅1～2次，壓干后，將濾餅移入一烘房中，在60℃下烘干，干品經(jīng)粉碎后，得到本發(fā)明的產(chǎn)品7.5kg，得率為75%。配制成1.5%(wt)的凝膠試樣，進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如下凝膠強(qiáng)度 890g/cm2，粘度8.5厘泊，透明度95%，其余質(zhì)量指標(biāo)均符合FAO/QHO(1984)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3在一容器中加入曬干的麟麒菜50g，加入濃度為0.8%(wt)Nacl的溶液3000ml，調(diào)節(jié)溶液的PH＝7.5，然后用水浴加熱至80℃，保溫半小時(shí)，迅速趁熱過(guò)濾，除去不溶物，得到一透明的澄清液，冷卻至40℃以下，加入少量次氯酸鈉漂白處理，再加入120克Kcl，攪拌均勻，繼續(xù)冷卻至10-20℃，沉淀析出κ-卡拉膠，過(guò)濾除去水相(水相中含有其它型號(hào)的卡拉膠，可另行回收)，濾餅用100ml95%的乙醇捏合擠水或浸泡擠水10～30分鐘，過(guò)濾除去含水乙醇，再用5～10ml95%的乙醇洗滌濾餅1～2次，盡量壓干濾餅后移入真空干燥箱中，在60℃下干燥，干品經(jīng)粉碎，可得產(chǎn)品21～23g，配成1.5%，(wt)凝膠試樣，按常規(guī)方法測(cè)試，結(jié)果如下凝膠強(qiáng)度 950g/cm2，粘度9.0厘泊，透明度95%。
總之，按照本發(fā)明的方法，可以從含有κ-卡拉膠的海藻中或卡拉膠的半成品中提取得到高強(qiáng)度κ-卡拉膠，因而有著良好的工業(yè)發(fā)展前景。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度k-卡拉膠的提取方法，包括浸取、過(guò)濾除雜、漂白處理、鹽析沉淀、固液分離、溶劑擠水、洗滌、干燥以及粉碎等諸工藝過(guò)程，本發(fā)明的特征在于(1)、以NaCl水溶液作浸取劑與粘度調(diào)控劑，浸取時(shí)的適宜條件為NaCl的濃度0.6～1.0%(wt)溶液的PH值7.0～8.0操作溫度75～85℃保溫時(shí)間0.2～0.7hr粘度35～45厘泊(2)、以kcl為沉析分離的鹽析劑，沉析分離時(shí)的適宜條件為kcl的濃度3.6～4.6%(wt)，操作溫度0-40℃；(3)、以溶劑乙醇、異丙醇或它們的混合物為擠水劑，擠水劑的適宜用量為擠水劑(V)∶投料量(干基，wt)=3～8∶1。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于浸取時(shí)的條件為Nacl的濃度0.8%(wt)，溶液的PH值7.5，操作溫度80℃保溫時(shí)間0.5hr，粘度40厘泊。
3.如權(quán)利要求1-2之一的方法，其特征在于沉析分離時(shí)的條件為kcl的濃度40%wt，操作溫度10-20℃。
4.如權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于所說(shuō)的擠水劑是95%的乙醇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高強(qiáng)度κ—卡拉膠的提取方法，主要包括采用0.6～1.0％(wt)NaCl水溶液為浸取劑，在pH7～8、溫度75～85℃、保溫時(shí)間0.2～0.7hr以及粘度35～45厘泊的條件浸取卡拉膠；采用3.5～4.5％(wt)KCl為鹽析劑，在0-40℃的條件下，沉析分離κ-卡拉膠；采用醇類溶劑為擠水劑，以進(jìn)一步純化κ-卡拉膠。所得κ—卡拉膠“濕濾餅”經(jīng)干燥、粉碎后即為本發(fā)明的產(chǎn)品，其凝膠強(qiáng)度可達(dá)800～1100g/cm。
文檔編號(hào)B01D21/01GK1100335SQ94112179
公開(kāi)日1995年3月22日 申請(qǐng)日期1994年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月27日
發(fā)明者邱蔚然, 周仁興, 徐茜 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)