專利名稱：一種通過發(fā)酵蝦頭和蝦殼來提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體的涉及一種通過發(fā)酵蝦頭和蝦殼來提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法。
背景技術(shù)：
對蝦類來說，蝦頭和蝦殼富含豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，例如對蝦的蝦頭、蝦殼約占蝦體重量的30%左右，其中除了含有甲殼素、碳酸鈣等礦物質(zhì)外，還含有7-15%蛋白質(zhì)、2-4%油月旨、豐富的維生素E、葉黃素、卵磷脂等成分，營養(yǎng)價值較高。目前對蝦頭、蝦殼的利用主要在兩個方而:一是用于生產(chǎn)甲殼素，二是利用自身組織蛋白酶或者外源蛋白酶水解其中的蛋白質(zhì)，將其液化分離出水。但是直接用蝦頭、蝦殼生產(chǎn)甲殼素，需要用高濃度的酸、堿發(fā)酵原料，不僅污染嚴重，而且其中的、蛋白質(zhì)、脂肪、鈣質(zhì)等均作為雜質(zhì)被除去，無法利用。通過蛋白酶水解的方法獲得的水解液也都存在明顯的苦澀味和腥臭味，產(chǎn)品風味差，無法作為其他食品的基料，只能作飼料，另外，水解過程中很容易發(fā)生腐敗，并且外加蛋白酶也提高了生產(chǎn)成本。目前國內(nèi)已有利用乳酸菌發(fā)酵蝦頭、蝦殼提取活性物質(zhì)的報道，所用菌株如植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌的一種或幾種混合，尚未有利用瑞士乳桿菌，或者包含瑞士乳桿菌在內(nèi)的混合菌株的類似報道。國外雖然有少量類似的研究報道，但主要是利用乳酸菌發(fā)酵能產(chǎn)生大量乳酸的性質(zhì)，使蝦頭、蝦殼的PH值大大降低，達到自然防腐的目的，使得原料得以在常溫下長期儲藏，便于作為動物的青貯飼料。另外就是利用乳酸菌發(fā)酵將蝦頭、蝦殼中蛋白質(zhì)水解液化分離出來，同時少量脂肪、蝦青素等成分也游離出來，發(fā)酵生產(chǎn)的乳酸也將殼中的鈣質(zhì)溶出，由于蝦頭、蝦殼已經(jīng)脫鈣，用過濾出來的發(fā)酵殘渣生產(chǎn)甲殼素則更容易。如華南農(nóng)業(yè)大學.一種從蝦頭和蝦殼中提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法[P].中國:CN 101579132A,2009.11.18.中報道的利用嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種的任意一種或三者的混合菌處理；一種利用乳酸片球菌從蝦頭和蝦殼中提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法[P].中國:CN101869170A,2010.05.18.一種利用植物乳桿菌從蝦頭和蝦殼中提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法[P].中國:CN 101869171A，2010.05.18.D.J.Evers和D.J.Carroll(D.J.Evers, D.J.Carroll.Ensiling salt-preserved shrimp waste withgrass straw and molasses.Animal feed Science Technology.1998,71:241-249)石開究了混合利用瑞士乳桿菌和糞腸球菌的組合并添加糖蜜和稻草發(fā)酵蝦頭、蝦殼用于制作動物飼料。Neith PacHeco 等人(Neith Pacheco, Monica Garnica-Conzalez, JessicaY.Ramfrez-Hernandez, et al.Effect of temperature on chitin and astaxanthinrecoveries f ' rom shrimp waste using lactic acid bacteria, Bioresource,Technology, 2009,100:2849-2854)研究了利用為植物乳桿菌發(fā)酵奸殼、奸頭回收甲殼素，或利用混合菌株發(fā)酵蝦殼、蝦頭回收蝦青素和甲殼素，并研究了溫度對發(fā)酵效果的影響；N.M.Sachindra 等人(N.M.Sachindra, N.Bhaskar, G..S.Siddegowda.et al.Recovery ofcarotenoids from ensilaged shrimp waste[J].Bioresource Technology,2007,98:1642-1646)研究了利用瑞士乳桿菌或混合菌株從蝦殼、蝦頭的發(fā)酵液中回收類胡蘿卜素的問題° Luis A.Cira 等人(Luis A.Cira, Sergio huerta, George M.hall, et al.Pilotscale lactic acid fermentation of shrimp wastes for chitin recovery.ProcessBiochemistry, 2002, 37:1359-1366)研究了乳桿菌發(fā)酵奸殼、奸頭的最佳發(fā)酵條件,包括接種量、加糖種類、加糖量、發(fā)酵時間等，他們采用蔗糖作碳源，接種量5%，發(fā)酵溫度30°C，發(fā)酵96小時后體系pH可降低至4.2-4.3。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有的從水產(chǎn)品中提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法中存在的污染嚴重，營養(yǎng)成分流失以及處理效率低下的問題，而提供了一種通過發(fā)酵蝦頭和蝦殼來提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法。本發(fā)明的方法可以得到無腥臭味且富含乳酸鈣的蛋白質(zhì)粉，以及甲殼素，方法快速簡單，降低了生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，充分利用了蝦頭和蝦殼中所富含的營養(yǎng)成分。因此，本發(fā)明涉及一種通過發(fā)酵蝦頭和蝦殼來提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法，其包含下列步驟:(I)向粉碎或勻漿至10目 50目的蝦頭和蝦殼中加入碳源、氮源并混合均勻；(2)接種瑞士乳桿菌或混合菌株；(3)保溫發(fā)酵； (4)發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵液與殘渣分離；(5)將發(fā)酵液干燥，得到蛋白質(zhì)粉；(6)將步驟(4)所得的發(fā)酵殘渣經(jīng)稀酸浸泡和脫色處理，得到甲殼素；其中，所述的混合菌株為瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌的混合菌株、瑞士乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌株、或者瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌以及嗜熱鏈球菌的混合菌株，混合菌株分別單獨培養(yǎng)并混合接種；瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌的混合菌株中，瑞士乳桿菌與保加利亞乳桿菌的接種比例為1: 2-2: 1(優(yōu)選1:1);瑞士乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌株中，瑞士乳桿菌與嗜熱鏈球菌的接種比例為1: 2-2: 1(優(yōu)選1:1);瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌以及嗜熱鏈球菌的混合菌株中，瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌以及嗜熱鏈球菌的接種比例為2:1:1;當步驟(2)中接種的為瑞士乳桿菌或混合菌株時，步驟(I)中的蝦頭和蝦殼為新鮮的或凍藏的蝦頭和蝦殼，當蝦頭和蝦殼為凍藏的蝦頭和蝦殼時，需將凍藏的蝦頭和蝦殼解凍。其中，步驟(5)和(6)可同時進行，或者按照步驟(5)、(6)或步驟(6)、(5)的順序進行。本發(fā)明中，步驟(I)中，所述的將凍藏的蝦頭和蝦殼解凍的方法可為各種常規(guī)的解凍方法，如自然解凍、熱空氣解凍、流水解凍、微波解凍或電加熱解凍等。步驟(I)中，碳源的加入量可為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的5%-30%，優(yōu)選12%-20%。這些碳源可包括葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、糊精、淀粉、淀粉糖漿、果葡糖漿、乳糖、乳清粉和糖蜜中的一種或多種。氮源的加入量可為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的0.1% 10%，優(yōu)選0.5-2%。這些氮源可包括硫酸銨、硝酸銨、氯化銨、尿素、蛋白胨、酵母粉、和豆餅粉等中的一種或多種。
步驟(2)中，所述的瑞士乳桿菌或混合菌株為本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)酵生產(chǎn)各類食品常用的益生菌，市面上有銷售。瑞士乳桿菌或混合菌種的接種采用本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)操作進行，瑞士乳桿菌的接種量可為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的1% 20%，優(yōu)選5% -15%。步驟(3)的保溫發(fā)酵步驟中，為提高發(fā)酵效果，還可以向蝦頭、蝦殼中加入適量的水，一般加入蝦頭和蝦殼質(zhì)量的20% -200%的水較好。為縮短發(fā)酵的誘導期，可以以食品或飼料中允許使用的酸調(diào)節(jié)蝦頭和蝦殼的pH，達到6.0-6.8之間。步驟(3)中，所述的保溫發(fā)酵的溫度可選擇20_50°C，優(yōu)選35_45°C;發(fā)酵時間可為18h以上，不超過120h，優(yōu)選48-72h。步驟(4)中，發(fā)酵結(jié)束后，可通過離心或過濾方法(由于步驟(I)中蝦頭和蝦殼為10目 50目，因此過濾需用目數(shù)更高的過濾網(wǎng)，所得殘渣為脫除大部分鈣質(zhì)的蝦殼，作為下一步制取甲殼素的原料。將發(fā)酵液與發(fā)酵殘渣分離。為去除發(fā)酵液的酸味，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的堿，如可采用碳酸鈉或碳酸氫鈉中和發(fā)酵液。步驟(5)中，發(fā)酵液的干燥可采用任意一種本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的干燥方法，如可采用自然干燥、烘干和噴霧干燥中的一種或多種，干燥后得到粉末狀物質(zhì)，即為本發(fā)明所得的蛋白質(zhì)。步驟￠)中，采用稀酸脫除殘余礦物質(zhì)和脫色發(fā)酵提取甲殼素，是本領(lǐng)域技術(shù)人員獲得甲殼素的常用做法。本發(fā)明從發(fā)酵殘渣中提取甲殼素時，選擇稀酸浸泡發(fā)酵殘渣，可選擇各種稀酸，包括各種無機酸或有機酸，如稀鹽酸，稀酸的濃度越高，浸泡時間越長，脫礦物質(zhì)的效果就越好。因此稀酸以氫離子度計(如稀鹽酸)的濃度可選擇0.01mol/L-lmol/L，優(yōu)選0.2-0.5mol/L ;浸泡時間可選擇0.5h_6h，優(yōu)選2_4h。稀酸浸泡后的脫色處理，采用現(xiàn)有技術(shù)中提取甲殼素所常用的脫色發(fā)酵操作均可實現(xiàn)本發(fā)明，如可采用常規(guī)的雙氧水脫色，高錳酸鉀脫色或日光暴曬等，最后則能從發(fā)酵殘渣中獲得所需甲殼素。除特殊說明外，本發(fā)明涉及的原料和試劑均市售可得。本發(fā)明的積極進步效果在于:1、本發(fā)明利用瑞士乳桿菌或混合菌株發(fā)酵造成的高酸環(huán)境可以防止蝦頭、蝦殼在自溶過程中發(fā)生腐敗，從而可以大大延長自溶時間，自溶時間的延長以及瑞士乳桿菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生的少量蛋白酶，可以保證蛋白質(zhì)的充分水解和高利用率，無需再外加蛋白酶，此外高酸對于產(chǎn)品的后續(xù)發(fā)酵和保藏也十分有利；2、本發(fā)明利用發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸可以將蝦頭、蝦殼中的鈣鹽等礦物質(zhì)大部分脫除，用脫礦物質(zhì)后的蝦頭、蝦殼生產(chǎn)甲殼素更容易，而且可以減少鹽酸的用量，降低成本和減少環(huán)境污染；3、本發(fā)明利用瑞士乳桿菌或混合菌株發(fā)酵可以消除發(fā)酵液的腥臭味，可提高產(chǎn)品的適口性，而且發(fā)酵液富含鈣質(zhì)等礦物質(zhì)；4、本發(fā)明采用瑞士乳桿菌或混合菌株發(fā)酵工藝，不但操作方法簡單，所用原料成本低廉，而且能夠同時從蝦頭和蝦殼中獲得蛋白質(zhì)和甲殼素，使得蝦頭和蝦殼中所含的成分得到充分的利用。5、本發(fā)明所用蝦頭、蝦殼均經(jīng)過粉碎或勻漿至10目-50目，較細，不但可充分擴大瑞士乳桿菌等菌株的作用接觸面積，還可減少發(fā)酵時間，提高處理效果。6、本發(fā)明發(fā)酵后殘渣用稀酸進一步處理，可確保固體產(chǎn)品的雜質(zhì)含量保持在要求的范圍內(nèi)。同時處理后的稀酸進一步的用堿中和，并經(jīng)反滲透處理除鹽等雜，可回收鹽作為飼料添加劑用，而污水也達到排放標準。
具體實施例方式下面用實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受其限制。實施例1本實施例利用瑞士乳桿菌發(fā)酵從蝦頭和蝦殼中提取蛋白質(zhì)和甲殼素，其具體步驟如下:(I)取50g新鮮蝦頭和蝦殼，將蝦頭和蝦殼粉碎至10目左右，加入25mL水(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的50% )，測節(jié)pH至6.4 ;(2)再加入7.5g葡萄糖(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的15 %)，() 5g的酵母粉(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的1% );(3)接種瑞士乳桿菌，接種量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的10% ；(4)于37 °C保溫發(fā)酵3天；(5)發(fā)酵結(jié)束后，離心分離發(fā)酵液和發(fā)酵殘渣；發(fā)酵液經(jīng)碳酸鈉中和，濃縮，噴霧干燥后得到粉末狀物質(zhì)7.4g，該粉末狀物質(zhì)即為本實施例所得蛋白質(zhì)；(6)發(fā)酵殘渣經(jīng)0.5mol/L稀鹽酸浸泡5h后，用清水漂洗爭中性，放于日光下暴曬脫色，得到甲殼素。實施例2本實施例利用瑞士乳桿菌發(fā)酵從蝦頭和蝦殼中提取蛋白質(zhì)和甲殼素，其具體步驟如下:(I)取IOOg新鮮蟲下頭和蟲下殼,將蟲下頭和蟲下殼粉碎至10目左右,測節(jié)pH至6.3 ;(2)再加入20g葡萄糖(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的20%)，2g的酵母粉(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的2% );(3)接種瑞士乳桿菌，接種量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的5% ；(4)于37 °C保溫發(fā)酵3天；(5)發(fā)酵結(jié)束后，離心分離發(fā)酵液和發(fā)酵殘渣；發(fā)酵液經(jīng)碳酸鈉中和，濃縮，噴霧干燥后得到粉末狀物質(zhì)14.9g，該粉末狀物質(zhì)即為本實施例所得蛋白質(zhì)；(6)發(fā)酵殘渣經(jīng)0.4mol/L稀鹽酸浸泡6h，然后用清水漂沈至中性，放于日光下暴曬脫色，得到甲殼素。實施例3本實施例利用混合菌株發(fā)酵從蝦頭和蝦殼中制取蛋白質(zhì)和甲殼素，其具體步驟如下:(I)取50g干燥的蝦頭和蝦殼，將蝦頭和蝦殼粉碎至10目左右，加入25mL水(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的50% )，測節(jié)pH至6.4 ;(2)再加入7.5g葡萄糖(蝦頭和蝦殼患質(zhì)量的15% )，Ig的酵母粉(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的2% ); (3)接種瑞士乳桿菌:保加利亞乳桿菌=I: 1，接種量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的10% ；
(4)于42 V保溫發(fā)酵3天；(5)發(fā)酵結(jié)束后，離心分離發(fā)酵液和發(fā)酵殘渣；發(fā)酵液經(jīng)乙醇萃取后制取蝦青素，萃取后的水相經(jīng)碳酸鈉中和，濃縮，噴霧干燥后得到粉末狀物質(zhì)7.4g，該粉末狀物質(zhì)即為本實施例所得蛋白質(zhì)；(6)發(fā)酵殘渣經(jīng)0.5mol/L稀鹽酸浸泡5h后，用清水漂洗爭中性，放于日光下暴曬脫色，得到甲殼素。實施例4本實施例利用混合菌株發(fā)酵從蝦頭和蝦殼中制取蛋白質(zhì)和甲殼素，其具體步驟如下:(I)取IOOg干燥的蝦頭和蝦殼，將蝦頭和蝦殼粉碎爭10目左右，測節(jié)pH至6.3 ;(2)再加入20g葡萄糖(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的20% )，Ig的酵母粉(蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的1% );(3)接種瑞士乳桿菌:保加利亞乳桿菌:嗜熱鏈球=2:1: 1，接種量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的10% ；(4)于42 V保溫發(fā)酵3天；(5)發(fā)酵結(jié)束后，離心分離發(fā)酵液和發(fā)酵殘渣；發(fā)酵液經(jīng)乙醇萃取后制取蝦青素，萃取后的水相經(jīng)碳酸鈉中和，濃縮，噴霧干燥后得到粉末狀物質(zhì)14.9g，該粉末狀物質(zhì)即為本實施例所得蛋白質(zhì)；(6)發(fā)酵殘渣經(jīng)0.4mol/L稀鹽酸浸泡6h，然后用清水漂沈至中性，放于日光下暴曬脫色，得到甲殼素。
權(quán)利要求
1.一種通過發(fā)酵蝦頭和蝦殼來提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法，其特征在于包含下列步驟: (1)向粉碎或勻漿至10目 50目的蝦頭和蝦殼中加入碳源、氮源并混合均勻； (2)接種瑞士乳桿菌或混合菌株； (3)保溫發(fā)酵； (4)發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵液與殘渣分離； (5)將發(fā)酵液干燥，得到蛋白質(zhì)粉； (6)將步驟(4)所得的發(fā)酵殘渣經(jīng)稀酸浸泡和脫色處理，得到甲殼素； 其中，所述的混合菌株為瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌的混合菌株、瑞士乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌株、或者瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌以及嗜熱鏈球菌的混合菌株，混合菌株分別單獨培養(yǎng)并混合接種；瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌的混合菌株中，瑞士乳桿菌與保加利亞乳桿菌的接種比例為1: 2-2: I ;瑞士乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌株中，瑞士乳桿菌與嗜熱鏈球菌的接種比例為1: 2-2: I ;瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌以及嗜熱鏈球菌的混合菌株中，瑞士乳桿菌和保加利亞乳桿菌以及嗜熱鏈球菌的接種比例為2:1:1; 當步驟(2)中接種的為瑞士乳桿菌或混合菌株時，步驟(I)中的蝦頭和蝦殼為新鮮的或凍藏的蝦頭和蝦殼，當蝦頭和蝦殼為凍藏的蝦頭和蝦殼時，需將凍藏的蝦頭和蝦殼解凍； 其中，步驟(5)和(6)同時進行，或者按照步驟(5)、(6)或步驟(6)、(5)的順序進行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述的將凍藏的蝦頭和蝦殼解凍的方法為自然解凍、熱空氣解凍、流水解凍、微波解凍或電加熱解凍。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，碳源的加入量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的5% -30% ;所述的碳源包括葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、糊精、淀粉、淀粉糖漿、果葡糖漿、乳糖、乳清粉和糖蜜中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，碳源的加入量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的12% -20% o
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(I)中，氮源的加入量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的0.1% 10% ;這些氮源包括硫酸銨、硝酸銨、氯化銨、尿素、蛋白胨、酵母粉、和豆餅粉中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟⑵中，所述的瑞士乳桿菌的接種量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量的1% 20%。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:步驟⑵中，所述的瑞士乳桿菌的接種量為蝦頭和蝦殼總質(zhì)量5% -15%。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中，還向蝦頭、蝦殼中加入蝦頭和蝦殼質(zhì)量的20% -200%的水；以食品或飼料中允許使用的酸調(diào)節(jié)蝦頭和蝦殼的pH，達到6.0-6.8 之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中，所述的保溫發(fā)酵的溫度為20-50 0C ;發(fā)酵時間為 18h-120h。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(4)中，發(fā)酵結(jié)束后，采用碳酸鈉或碳酸氫鈉中和發(fā)酵液；步驟(6)中，所述的稀酸以氫離子度計的濃度為0.01mol/L-lmol/L ;浸泡時間選擇0.5h-6h ;稀酸浸 泡后的脫色處理，采用常規(guī)的雙氧水脫色，高錳酸鉀脫色或日光暴曬方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過發(fā)酵蝦頭和蝦殼來提取蛋白質(zhì)和甲殼素的方法，其包含下列步驟(1)向粉碎或勻漿至10目～50目的蝦頭和蝦殼中加入碳源、氮源并混合均勻；(2)接種瑞士乳桿菌或混合菌株；(3)保溫發(fā)酵；(4)發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵液與殘渣分離；(5)將發(fā)酵液干燥，得到蛋白質(zhì)粉；(6)將步驟(4)所得的發(fā)酵殘渣經(jīng)稀酸浸泡和脫色發(fā)酵，得到甲殼素。本發(fā)明的方法可以得到無腥臭味且富含乳酸鈣的蛋白質(zhì)粉，以及甲殼素，方法快速簡單，降低了生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，充分利用了蝦頭和蝦殼中所富含的營養(yǎng)成分。
文檔編號A23J1/04GK103156049SQ20111040747
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉國慶, 趙肖, 胡衛(wèi)華, 錢曉勇 申請人:上海紅馬飼料有限公司