一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法
【專利摘要】本發明公開了一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，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）制海藻有機肥。本發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、纖維素酶按科學的配比制成復合酶，對原料進行預處理，提高褐藻酸鈉的提取率；同時利用富含纖維素的羊棲菜加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過程中剩余的廢液及廢渣，通過濃縮、噴干、造粒制造海藻有機肥，實現了羊棲菜的高值化綜合利用。
【專利說明】一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及羊棲菜利用領域，具體涉及一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法。

【背景技術】
[0002]當前世界面臨著能源短缺和環境污染的巨大壓力，開發清潔的可再生能源已經成為解決石化資源和能源危機的重要手段。生物乙醇作為一種清潔燃料及汽油添加劑而受到廣泛關注。目前，我國制備燃料乙醇主要側重于秸桿、甘蔗渣、木屑和木薯等陸源原料，但對海洋生物資源制備生物乙醇的研究較少，在海藻生物質能源開發方面的技術研究相對落后。
[0003]海洋面積巨大，蘊藏著豐富的海藻資源，其種類繁多、光合作用效率高、生長周期短，每年可通過光合作用產生的生物質總量就達550x10s噸，是一種巨大的可再生資源，也是產生生物質能源的潛在資源。在羊棲菜工業生產過程中，產生大量的羊棲菜工業廢棄物，這些工業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均可以經發酵轉化為乙醇。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，解決環境污染問題，還可為制備生物乙醇提供充足和廉價的原料供應，促進海洋生物質能源的技術開發。
[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。生長在低潮帶巖石上，多分布于我國沿海。在醫學上有食療的功效。
[0005]羊棲菜對預防甲狀腺腫大，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；并對促進兒童骨路生長，保持皮膚潤滑，恢復大腦疲勞，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機砷。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，砷會以有機及無機形態存在。人類攝取到砷的途徑，主要是透過進食食物，特別是砷含量較高的水產食物。科學證據顯示，就算攝取到的砷只有數克，也會引致急性或亞急性中毒。一般來說，無機砷的毒性較有機砷的為高。急性中毒者的胃腸道會嚴重發炎，因而引致嘔吐和腹瀉，更嚴重的是會引致身體多種器官衰竭。其他征狀包括發燒、消瘦、容易暴躁、頭發脫落等。世界衛生組織屬下國際癌癥研究組織已把砷列為會令人患癌癥的物質。
[0006]海藻酸鈉，一種天然多糖，具有藥物制劑輔料所需的穩定性、溶解性、粘性和安全性。1881年，英國化學家E.C.Stanford首先對褐色海藻中的海藻酸鹽提取物進行科學研究。他發現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，他提出了幾項工業化生產的申請。但是，海藻酸鹽直到50年之后才進行大規模工業化生產。商業化生產始于1927年，現在全世界每年約生產30000噸，其中30%用于食品工業，剩下的用于其它工業，制藥業和牙科。
[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行水解，但組成植物細胞壁的有纖維素酶、半纖維素酶、果膠、木質素等成分，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胞壁，不能使內容物完全釋放。
[0008]如何在羊棲菜脫砷的基礎上，徹底破解植物的細胞壁，使內容物完全釋放。又要避免受到其它人分子物質，如果膠、蛋白質等的干擾，本發明考慮以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學的配比制成復合酶，對原料進行預處理，然后再提取海藻酸鈉的基礎上，充分利用羊棲菜生產乙醇和海藻有機肥。


【發明內容】

[0009]為解決上述技術中存在的技術難題，本發明的目的是提供一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，實現了從脫砷羊棲菜中提取海藻酸鈉的收率及其粘度，降低化學藥品的用量，是一種乙醇的開發和羊棲菜清潔化、高值化、綜合利用的新方法。
[0010]為達到上述目的，本發明提供了一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，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調液體pH值至3-6，加入由內切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)稀釋過濾:然后加入體積5-7倍50-60°C的新鮮飲用水進行稀釋l_2h，充分稀釋均勻后，通過280-350目的絹網過濾；
(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目的絹網過濾；
(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；
(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水浴中進行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉化為褐藻酸鈉溶液；
(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，加入已經活化的酵母菌，接種比例為15-20%，27-35°C密封并繼續培養4_8天發酵，發酵液蒸餾生產乙醇；
(11)制海藻有機肥:蒸餾乙醇后剩余的液體中含有大量的蛋白質、氮、磷、鉀等成分，蒸發乙醇后的液體，經濃縮到45-60%濃度后，噴干、造粒，制備海藻有機肥。
[0011]上述的一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，其特征在于:所述步驟(10)中發酵生產乙醇，酶解液滅菌后，接入已經活化的工業酵母菌種CICC31447，進行發酵培養。
[0012]上述的一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，其特征在于:所述步驟(10)發酵生產乙醇，酶解液經過活化的酵母菌在30°C下，發酵培養7天，所獲得的生物乙醇量最大。
[0013]本發明的有益效果:
本發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、簡單易行，安全有效，便于工業化連續操作，不引入新的污染物，不產生新的不安全物質。為羊棲菜的安全食用和接下來相關產品的開發提供了安全保證。本發明以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學的配比制成復合酶，避免受到其它人分子物質，如果膠、蛋白質等的干擾，對原料進行預處理，徹底破解植物的細胞壁，將羊棲菜中的纖維素、蛋白質等主要成分分離出來，并轉化為微生物可利用的單糖、寡糖及游離蛋白質，有利于提高褐藻酸鈉的提取率；同時利用富含纖維素的羊棲菜加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過程中剩余的廢液及廢渣，通過濃縮、噴干、造粒制造海藻有機肥，實現了羊棲菜的高值化綜合利用，開發了海洋生物能源。

【具體實施方式】
[0014]實施例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調節pH值至3，加入由內切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%，繼續酶解2h，酶解過程不斷攪拌，酶解結束后離心分離，得到預處理后的羊棲菜和酶解液。
[0015]預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的新鮮飲用水進行稀釋lh，充分稀釋均勻后，通過280目的絹網過濾，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目的絹網過濾，濾液緩慢加入60ml濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉化為褐藻酸鈣析出，靜置lh，然后過濾，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；褐藻酸鈣加入2400ml純化水，然后用100ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中進行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經脫水、烘干、粉碎得到成品23.5克。
[0016]先將工業酵母置于培養液中培養活化，培養基成分為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，然后在潔凈操作臺中接種，30°C培養I天，將羊棲菜預處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續培養3天發酵，發酵液蒸餾生產乙醇，培養結束后，測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、氮、磷、鉀等成分，蒸發乙醇后的液體通過濃縮作為生產海藻有機肥的原料
生物乙醇發酵蒸餾出乙醇后，剩余的發酵殘液濃縮到濃度為50%，然后噴干，粉碎，制成海藻有機肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為12%，總有機質的含量為41%。
[0017]實施例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調節pH值至6，加入由內切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%，繼續酶解4h，酶解過程不斷攪拌，酶解結束后離心分離，得到預處理后的羊棲菜和酶解液。
[0018]預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的新鮮飲用水進行稀釋2h，充分稀釋均勻后，通過350目的絹網過濾，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目的絹網過濾，濾液緩慢加入90ml濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉化為褐藻酸鈣析出，靜置2h，然后過濾，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；褐藻酸鈣加入3000ml純化水，然后用2000ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中進行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經脫水、烘干、粉碎得到成品26.3克。
[0019]先將工業酵母置于培養液中培養活化，培養基成分為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，然后在潔凈操作臺中接種，30°C培養I天，將羊棲菜預處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續培養3天發酵，發酵液蒸餾生產乙醇，培養結束后，測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、氮、磷、鉀等成分，蒸發乙醇后的液體通過濃縮作為生產海藻有機肥的原料
生物乙醇發酵蒸餾出乙醇后，剩余的發酵殘液濃縮到濃度為50%，然后噴干，粉碎，制成海藻有機肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為12%，總有機質的含量為48%。
【權利要求】
1.一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，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調液體pH值至3-6，加入由內切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)稀釋過濾:然后加入體積5-7倍50-60°C的新鮮飲用水進行稀釋l_2h，充分稀釋均勻后，通過280-350目的絹網過濾； (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目的絹網過濾； (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； (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水浴中進行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉化為褐藻酸鈉溶液； (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，加入已經活化的酵母菌，接種比例為15-20%，27-35°C密封并繼續培養4_8天發酵，發酵液蒸餾生產乙醇； (11)制海藻有機肥:蒸餾乙醇后剩余的液體中含有大量的蛋白質、氮、磷、鉀等成分，蒸發乙醇后的液體，經濃縮到45-60%濃度后，噴干、造粒，制備海藻有機肥。
2.根據權利要求1所述的一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，其特征在于:所述步驟(10)中發酵生產乙醇，酶解液滅菌后，接入已經活化的工業酵母菌種CICC31447，進行發酵培養。
3.根據權利要求1所述的一種脫砷提取羊棲菜中營養物質的方法，其特征在于:所述步驟(10)發酵生產乙醇，酶解液經過活化的酵母菌在30°C下，發酵培養7天，所獲得的生物乙醇量最大。
【文檔編號】C05F11/00GK104341537SQ201310341402
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】朱鳳 申請人:青島博研達工業技術研究所(普通合伙)