一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法，該方法具有如下操作步驟：包含一種模擬移動(dòng)床裝置，以離子交換柱為操作單元，至少包括進(jìn)料區(qū)，洗脫區(qū)，陽(yáng)離子再生區(qū)，陰離子再生區(qū)，平衡區(qū)五個(gè)區(qū)域；南極磷蝦粉經(jīng)蛋白酶水解后，得磷蝦多肽水溶液；通過(guò)稀釋或濃縮調(diào)整多肽水溶液的固形物含量，得磷蝦多肽原料液；將磷蝦多肽原料液連續(xù)引入模擬移動(dòng)床的區(qū)，通過(guò)閥門(mén)的定期切換，使交換柱在一個(gè)工藝循環(huán)中完成吸附、洗脫、再生、平衡的全部過(guò)程；脫除氟和鹽的磷蝦多肽溶液經(jīng)噴霧干燥，得高品質(zhì)南極磷蝦多肽粉。該方法具有設(shè)備結(jié)構(gòu)小、產(chǎn)率高、溶劑消耗少、分離能力強(qiáng)、污染少等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和自動(dòng)控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多肽提取純化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]南極磷蝦是一類(lèi)海洋無(wú)脊椎動(dòng)物，分布于南極水域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南極磷蝦的蘊(yùn)藏量為
6.5-10億噸，是人類(lèi)巨大的蛋白資源寶庫(kù)。磷蝦干重中蛋白質(zhì)含量約65-75%，其氨基酸組成合理、必需氨基酸含量高，是進(jìn)行蛋白質(zhì)高值化利用的重要原料。
[0003]南極磷蝦多肽是采用磷蝦為原料，經(jīng)蛋白酶水解制備所得的水溶性小分子多肽。由整奸加工得到的磷奸粉的灰分含量一般為10?17%,氟含量一般為1800-2500ppm。再以磷蝦粉為原料，通過(guò)蛋白酶水解制備磷蝦多肽的過(guò)程中，蝦粉中大量的灰分和氟化物會(huì)殘留在多肽產(chǎn)品中。同時(shí)，酶解過(guò)程中需要加入酸或堿來(lái)維持體系的酸堿性穩(wěn)定，從而導(dǎo)致磷蝦多肽產(chǎn)品中的灰分含量進(jìn)一步升高。而磷蝦多肽的高氟化物和高灰分含量，嚴(yán)重影響了多肽作為功能性蛋白食品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。
[0004]目前，已經(jīng)報(bào)道的多肽脫鹽工藝主要包括膜處理法(超濾、微濾、納濾)、電滲析法、單柱離子交換法和大孔樹(shù)脂法，前三種工藝是在水脫鹽技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。多肽為有機(jī)物，在溶液中帶有一定的電荷，膜處理脫鹽法極易發(fā)生膜被有機(jī)物污染的現(xiàn)象，使膜的壽命縮短，成本增加。電滲析法脫鹽會(huì)引起較大的多肽損失，從而使回收率偏低，且電滲析法的成本較高。大孔樹(shù)脂法的洗脫環(huán)節(jié)需要使用有機(jī)溶劑，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。單柱離子交換法具有回收率高、脫鹽率高等優(yōu)點(diǎn)，但是處理周期長(zhǎng)、且會(huì)用到較多的酸和堿。
[0005]模擬移動(dòng)床(SMB)技術(shù)是通過(guò)流體出入口位置的定期順序切換，在固定床裝置上模擬出固定相和流動(dòng)相相對(duì)逆向循環(huán)流動(dòng)，使分離體系獲得較大的傳質(zhì)推動(dòng)力，高效連續(xù)實(shí)行分離操作的一種技術(shù)。SMB技術(shù)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)小、產(chǎn)率高、溶劑消耗少、分離能力強(qiáng)、污染少等優(yōu)點(diǎn)。將SMB技術(shù)與離子交換連用克服了固定床吸附分離技術(shù)存在的間歇操作、溶劑消耗大、產(chǎn)品濃度低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和自動(dòng)控制。目前SMB技術(shù)已應(yīng)用于生物、手性藥物、精細(xì)化學(xué)品和食品的分離提純中。
[0006]國(guó)外專(zhuān)利EP1106602B1公開(kāi)了一項(xiàng)采用SMB技術(shù)連續(xù)純化氨基酸的方法。國(guó)內(nèi)專(zhuān)利CN102050865B公開(kāi)了一項(xiàng)通過(guò)SMB技術(shù)層析純化多肽的方法，將免疫反應(yīng)性化合物與其他非本質(zhì)有機(jī)成分分離。國(guó)內(nèi)專(zhuān)利CN103787868A公開(kāi)了一項(xiàng)采用四區(qū)SMB技術(shù)分離琥珀酸和乳酸混合物的方法。劉江麗(牛初乳中乳鐵蛋白分離純化的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)參數(shù)研究，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，學(xué)位論文，2011年)采用SMB技術(shù)連續(xù)分離技術(shù)對(duì)乳鐵蛋白進(jìn)行了分離純化，純度為95.8%。采用已有的SMB分離純化蛋白和多肽的方法處理磷蝦多肽，并不能達(dá)到有效脫除水溶性磷蝦多肽中氟化物和灰分的目的，同時(shí)，目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)將SMB技術(shù)應(yīng)用于脫除氟化物和灰分的相關(guān)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法，從而彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0008]本發(fā)明中脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法，包括有如下的步驟:
[0009]I)向南極磷蝦粉中加入蒸餾水，其中磷蝦粉和水的質(zhì)量比為1:6?15，調(diào)節(jié)混合液pH值,再向混合液中加入蛋白酶進(jìn)行水解,水解溫度為40?60°C,水解時(shí)間為2?12h ;水解結(jié)束后加熱終止酶解反應(yīng)，離心，得上清液，即為磷蝦多肽水溶液；
[0010]2)制備模擬移動(dòng)床裝置，模擬移動(dòng)床裝置包括有進(jìn)料區(qū)1、洗脫區(qū)i1、陽(yáng)離子再生區(qū)ii1、陰離子再生區(qū)iv、平衡區(qū)V ;其中，洗脫區(qū)位于陽(yáng)離子再生區(qū)和進(jìn)料區(qū)中間；陰離子再生區(qū)位于平衡區(qū)和陽(yáng)離子再生區(qū)中間；進(jìn)料區(qū)位于洗脫區(qū)和平衡區(qū)中間；其中進(jìn)料區(qū)由不少于3根的陽(yáng)離子交換柱和不少于3根的陰離子交換柱交替串聯(lián)組成，洗脫區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成，陽(yáng)離子再生區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱組成，陰離子再生區(qū)由不少于I根的陰離子交換柱組成，平衡區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成；
[0011]3)將南極磷蝦多肽水溶液連續(xù)引入模擬移動(dòng)床i區(qū)的進(jìn)口，脫除氟化物和灰分后的產(chǎn)物由i區(qū)的出口流出；i區(qū)的洗脫液由?區(qū)進(jìn)口流入，?區(qū)流出的含有磷蝦多肽的洗脫液重新匯入i區(qū)再次進(jìn)行脫除氟化物和灰分處理；其中i區(qū)和?區(qū)的離子柱依次通過(guò)iii區(qū)、iv區(qū)和V區(qū)進(jìn)行再生和平衡處理；離子柱在iii區(qū)和iv區(qū)用再生液進(jìn)行再生活化，在V區(qū)用平衡液進(jìn)行平衡清洗；V區(qū)使用的平衡液為去離子水；iii區(qū)的離子再生液為2%?4%HCl溶液，iv區(qū)用離子再生液為2%?4% NaOH溶液；
[0012]4)脫除氟化物和灰分的磷蝦多肽溶液經(jīng)噴霧干燥，得到南極磷蝦多肽粉；
[0013]其中，步驟I)中南極磷蝦粉中的脂質(zhì)含量為1-20% ;蛋白酶為食品級(jí)木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶或堿性蛋白酶中的一種或幾種；
[0014]步驟2)中進(jìn)料區(qū)和洗脫區(qū)的數(shù)目為兩個(gè)或以上；
[0015]步驟2)中陽(yáng)離子交換柱中樹(shù)脂為強(qiáng)酸型或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，陰離子交換柱中樹(shù)脂為強(qiáng)堿性或弱堿性陰離子交換樹(shù)脂；
[0016]步驟3)中磷蝦多肽原料液以逆流方式與離子交換柱的固相接觸，進(jìn)料流速為I?8BV/h，洗脫流速為I?8BV/h，再生流速為I?8BV/h，平衡流速為I?8BV/h ；
[0017]步驟4)中噴霧干燥的條件如下:進(jìn)風(fēng)溫度為120?160°C，出風(fēng)溫度為80?120。。；
[0018]本發(fā)明中未經(jīng)脫除氟化物和灰分的磷蝦多肽粉末中氟含量為350?450mg/kg，灰分含量為7?15%;經(jīng)SMB技術(shù)脫除氟化物和灰分后的磷奸多肽中氟含量為2?10mg/kg,灰分含量<4%，蛋白含量>90%。本發(fā)明通過(guò)閥門(mén)的定期切換，使交換柱在一個(gè)工藝循環(huán)中完成吸附、洗脫、再生、平衡的全部過(guò)程。該方法具有設(shè)備結(jié)構(gòu)小、產(chǎn)率高、溶劑消耗少、分離能力強(qiáng)、污染少等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和自動(dòng)控制。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1:為本發(fā)明的一種模擬移動(dòng)床脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的裝置圖；其中，陰影填充的交換柱為陽(yáng)離子交換柱；空白填充的交換柱為陰離子交換柱；
[0020]圖2:為本發(fā)明的另一種模擬移動(dòng)床脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的裝置圖，其中，陰影填充的交換柱為陽(yáng)離子交換柱；空白填充的交換柱為陰離子交換柱。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)便化、工藝連續(xù)化、成本低廉化的同步脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法。該方法生產(chǎn)周期短、脫鹽程度高、產(chǎn)品回收率和純度高，為應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
[0022]本發(fā)明的模擬移動(dòng)床裝置包括進(jìn)料區(qū)1、洗脫區(qū)i1、陽(yáng)離子再生區(qū)ii1、陰離子再生區(qū)iv和平衡區(qū)V五個(gè)區(qū)域。模擬移動(dòng)床裝置中包含兩種類(lèi)型的離子交換柱(陽(yáng)離子交換柱和陰離子交換柱)。其中，洗脫區(qū)位于陽(yáng)離子再生區(qū)和進(jìn)料區(qū)中間；陰離子再生區(qū)位于平衡區(qū)和陽(yáng)離子再生區(qū)中間；進(jìn)料區(qū)位于洗脫區(qū)和平衡區(qū)中間；其中進(jìn)料區(qū)由不少于3根的陽(yáng)離子交換柱和不少于3根的陰離子交換柱交替串聯(lián)組成，洗脫區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成，陽(yáng)離子再生區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱組成，陰離子再生區(qū)由不少于I根的陰離子交換柱組成，平衡區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成。通過(guò)不同閥門(mén)的定期切換控制原料液、洗脫液、再生液和平衡液的流入和流出，達(dá)到脫除多肽原料液中氟化物和灰分的目的。
[0023]當(dāng)磷蝦多肽原料液流入i區(qū)，可以使有機(jī)多肽組分與無(wú)機(jī)組分(氟化物和灰分)分開(kāi)。在離子交換柱中，多肽組分的吸附能力較弱，而無(wú)機(jī)組分中的陰陽(yáng)離子分別在陰離子交換柱和陽(yáng)離子交換柱中進(jìn)行交換。多肽組分先于無(wú)機(jī)組分流出i區(qū)。收集純度較高的產(chǎn)物，將純度較低的產(chǎn)物重新匯入i區(qū)進(jìn)行脫除氟化物和灰分的處理。洗脫液流入?區(qū)，將殘余在柱子間隙中的多肽組分洗出，含有多肽組分的洗脫液匯入i區(qū)。兩股不同的再生液分別流入iii區(qū)和iv區(qū)，對(duì)離子交換柱進(jìn)行再生處理，再生液經(jīng)反滲透后用于原料液磷蝦多肽的制備。平衡液流入V區(qū)，將離子交換柱中殘余的再生液洗出，平衡流出液匯入再生液。
[0024]當(dāng)前周期進(jìn)行切換時(shí)(以圖1為例說(shuō)明)，所有柱子分別向流體流動(dòng)的相反方向移動(dòng)兩根，i區(qū)的7、8號(hào)柱子進(jìn)入ii區(qū)；ii區(qū)的5、6號(hào)柱子分別進(jìn)入iii區(qū)和iv區(qū)再生；iii區(qū)和iv區(qū)的4、3號(hào)柱子進(jìn)入V區(qū)進(jìn)行平衡；V區(qū)的1、2號(hào)柱子進(jìn)入i區(qū)，成為i區(qū)的最后兩根柱子。
[0025]本發(fā)明的方法，可以通過(guò)增加部分區(qū)域的重復(fù)區(qū)域或部分區(qū)域的交換柱數(shù)目，提高生產(chǎn)量。
[0026]實(shí)施例1
[0027]I)取南極磷蝦粉5kg，向磷蝦粉中加入蒸餾水60L，向混合液中加入2M HCl，調(diào)節(jié)混合液的pH值至7.5,升溫至45°C,向混合液中加入中性蛋白酶75g,在反應(yīng)爸中恒溫?cái)嚢?0h，加熱至100°C終止酶反應(yīng)，離心，得上清液；通過(guò)真空濃縮使上清液的固形物含量達(dá)到10%，真空度為0.08MPa，溫度為40?80°C，得磷蝦多肽原料液；
[0028]2)如附圖1所示，選用12根交換柱的模擬移動(dòng)床裝置；洗脫液為去離子水；陰離子再生液I為2%?4% NaOH溶液，陽(yáng)離子再生液2為2%?4% HCl溶液；平衡液為去離子水；
[0029]3)原料液的進(jìn)料流速為4BV/h ;洗脫液的流速為2.4BV/h ;再生液I和再生液2的流速為1.6BV/h ;平衡液的流速為1.6BV/h ;切換時(shí)間為75min ；
[0030]4)收集i區(qū)流出的高純度產(chǎn)物，噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度120°C，出風(fēng)溫度80°C )后，即得低氟、低灰分的高品質(zhì)磷蝦多肽粉。
[0031]本發(fā)明中未經(jīng)脫除氟化物和灰分的磷蝦多肽粉末中氟含量為350?450mg/kg，灰分含量為7?15%;經(jīng)SMB技術(shù)脫除氟化物和灰分后的磷奸多肽中氟含量為2?10mg/kg,灰分含量< 4%，蛋白含量> 90%，蛋白回收率> 80%。
[0032]實(shí)施例2
[0033]I)取南極磷蝦粉10kg，向磷蝦粉中加入95%乙醇100L，在反應(yīng)釜中攪拌6h，離心取沉淀，真空干燥得脫脂磷蝦粉；
[0034]2)取脫脂蝦粉5kg，向脫脂蝦粉中加入蒸餾水50L，向混合液中加入2M HC1，調(diào)節(jié)混合液pH值至8.0,升溫至50°C,向混合液中加入堿性蛋白酶80g,在反應(yīng)爸中恒溫?cái)嚢?h，加熱至100°C終止酶反應(yīng)，離心，得上清液；通過(guò)真空濃縮使上清液的固形物含量達(dá)到20%，真空度為0.08MPa，溫度為40?80°C，得磷蝦多肽原料液；
[0035]3)如附圖2所示，選用20根交換柱的模擬移動(dòng)床裝置；洗脫液為去離子水；再生液I為2%?4% NaOH溶液，再生液2為2%?4% HCl溶液；平衡液為去離子水；
[0036]4)原料液的進(jìn)料流速為3BV/h，i區(qū)的13?16號(hào)柱子流速為3BV/h，17?20號(hào)柱子流速為6BV/h ;洗脫液的流速為5BV/h ;再生液I和再生液2的流速為3BV/h ;平衡液的流速為3BV/h ;切換時(shí)間為60min ；
[0037]5)收集i區(qū)流出的高純度產(chǎn)物，噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度130°C，出風(fēng)溫度85°C )后，即得低氟、低灰分的高品質(zhì)磷蝦多肽粉。
[0038]本發(fā)明中未經(jīng)脫除氟化物和灰分的磷蝦多肽粉末中氟含量為350?450mg/kg，灰分含量為7?15%;經(jīng)SMB技術(shù)脫除氟化物和灰分后的磷奸多肽中氟含量為2?10mg/kg,灰分含量< 4%，蛋白含量彡90%，蛋白回收率彡80%。結(jié)果表明，i區(qū)和?區(qū)增加交換柱后，切換時(shí)間縮短了 15min，單位時(shí)間內(nèi)的處理量增加了一倍，產(chǎn)品純度和得率不受影響。
【權(quán)利要求】
1.一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法，其特征在于，所述的方法包括有如下的步驟: 1)向南極磷蝦粉中加入蒸餾水，其中磷蝦粉和水的質(zhì)量比為1:6?15，調(diào)節(jié)混合液pH值，再向混合液中加入蛋白酶進(jìn)行水解，水解溫度為40?60°C,水解時(shí)間為2?12h ;水解結(jié)束后加熱終止酶解反應(yīng)，離心，得上清液，即為磷蝦多肽水溶液； 2)制備模擬移動(dòng)床裝置，模擬移動(dòng)床裝置包括有進(jìn)料區(qū)1、洗脫區(qū)?、陽(yáng)離子再生區(qū)ii1、陰離子再生區(qū)iv、平衡區(qū)V ;其中，洗脫區(qū)位于陽(yáng)離子再生區(qū)和進(jìn)料區(qū)中間；陰離子再生區(qū)位于平衡區(qū)和陽(yáng)離子再生區(qū)中間；進(jìn)料區(qū)位于洗脫區(qū)和平衡區(qū)中間；其中進(jìn)料區(qū)由不少于3根的陽(yáng)離子交換柱和不少于3根的陰離子交換柱交替串聯(lián)組成，洗脫區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成，陽(yáng)離子再生區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱組成，陰離子再生區(qū)由不少于I根的陰離子交換柱組成，平衡區(qū)由不少于I根的陽(yáng)離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成； 3)將南極磷蝦多肽水溶液連續(xù)引入模擬移動(dòng)床i區(qū)的進(jìn)口，脫除氟化物和灰分后的產(chǎn)物由i區(qū)的出口流出；i區(qū)的洗脫液由?區(qū)進(jìn)口流入，?區(qū)流出的含有磷蝦多肽的洗脫液重新匯入i區(qū)再次進(jìn)行脫除氟化物和灰分處理；其中i區(qū)和?區(qū)的離子柱依次通過(guò)iii區(qū)、iv區(qū)和V區(qū)進(jìn)行再生和平衡處理；離子柱在iii區(qū)和iv區(qū)用再生液進(jìn)行再生活化，在V區(qū)用平衡液進(jìn)行平衡清洗； 4)脫除氟化物和灰分的磷蝦多肽溶液經(jīng)噴霧干燥，得到南極磷蝦多肽粉。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟I)中南極磷蝦粉中的脂質(zhì)含量為1-20% ;蛋白酶為食品級(jí)木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶或堿性蛋白酶中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟2)中進(jìn)料區(qū)和洗脫區(qū)的數(shù)目為兩個(gè)或以上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟2)中陽(yáng)離子交換柱中樹(shù)脂為強(qiáng)酸型或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，陰離子交換柱的樹(shù)脂為強(qiáng)堿性或弱堿性陰離子交換樹(shù)脂。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟3)中南極磷蝦多肽水溶液以逆流方式與離子交換柱的固相接觸，進(jìn)料流速為I?8BV/h，洗脫流速為I?8BV/h，再生流速為I?8BV/h，平衡流速為I?8BV/h。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟3)中V區(qū)使用的平衡液為去離子水。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟3)中iii區(qū)的離子再生液為2%?4% HCl0
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟3)中iv區(qū)的離子再生液為2%?4% NaOH。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟4)中噴霧干燥的條件如下:進(jìn)風(fēng)溫度為120?160°C，出風(fēng)溫度為80?120°C。
【文檔編號(hào)】C07K1/18GK104263787SQ201410460399
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】薛長(zhǎng)湖, 王彥超, 李兆杰, 薛勇, 常耀光 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)