一種汽爆聯(lián)合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于中藥現(xiàn)代化領(lǐng)域，涉及一種汽爆聯(lián)合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海藻酸，其分子式為（C6H7O6) n，相對分子量在32000~200000左右，是從褐藻類的 海帶或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物，是由1，4-聚-β-D-甘露糖醛酸和a-L-古 洛糖醛酸組成的一種線型聚合物，其衍生物包括海藻酸鈉、海藻酸鈣、海藻酸鋅、海藻酸鐵、 海藻酸鉀、海藻酸鎂、海藻酸銨等。其中海藻酸鈉因其良好的生物降解性和生物相容性，被 廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。
[0003]目前，世界范圍內(nèi)海藻酸鈉制備方法可分為四種：酸凝酸化法、鈣凝酸化法、鈣凝 離子交換法、酶解提取法。前三種方法為純化學(xué)方法，在提取過程中由于較高濃度的碳酸 鈉消化，導(dǎo)致生產(chǎn)出的海藻酸鈉黏度較高，產(chǎn)率一般在20%左右，并且大量的酸堿化學(xué)藥 品對環(huán)境的污染較大。而酶作為一種特殊的以蛋白質(zhì)形式存在的生物催化劑，在啤酒、果 汁果酒、紡織、飼料、皮革、酒精等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并以其特異、高效、綠色環(huán)保等特 點而備受青睞。我們考慮到海藻酸主要存在于海帶及馬尾藻的細胞壁中，而細胞壁的主 要成分為纖維素、半纖維素及木質(zhì)素；同時在提取過程中，還要受到其它大分子物質(zhì)，如果 膠、蛋白質(zhì)等的干擾，趙巖、吳鵬發(fā)明了一種用于海帶前處理的復(fù)合生物酶配方及使用方法 (201010292123. 9)，該發(fā)明既能顯著降低高海藻酸鈉的粘度，又能降低化學(xué)藥品的用量，但 對于海藻酸鈉收率的提高幅度有限。
[0004] 但由于細胞壁中的木質(zhì)素和半纖維素以共價鍵的方式相結(jié)合，果膠以鑲嵌的形式 將木質(zhì)素、半纖維素和纖維素膠合，纖維素分子被包埋其中，形成一層天然屏障。無論是化 學(xué)方法、物理方法，還是生物酶制劑等單一方法作用于細胞壁，都無法完全打開木質(zhì)素的天 然屏障，只能通過降解果膠，打開一小部分通道，使生物酶制劑與纖維素等大分子接觸。這 就造成我們的發(fā)明（201010292123. 9)應(yīng)用于海藻酸鈉的提取工藝中，需要耗時6h的酶處 理，產(chǎn)率才能提高1倍左右。
[0005] 汽爆技術(shù)是將滲進植物組織內(nèi)部被壓縮的氣體短時間突發(fā)性釋放完畢，目的是用 較少的能量將原料按要求分解。汽爆機將容器內(nèi)的全部原料在毫秒級時間范圍內(nèi)，以炸散 的形式懸在大氣空間。由于其作用時間短，能量密度高而且集中，氣體分子可以滲透到纖維 素與木質(zhì)素等大分子之間，充分地在大分子水平上將物料分解。因此，汽爆過程可以將植 物細胞壁果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和 纖維素的分散體，結(jié)合生物酶技術(shù)徹底攻破植物細胞壁的天然屏障系統(tǒng)。
[0006] 陳洪章等人發(fā)明海帶組分分離生物量全利用制備多種產(chǎn)品的方法 (201010120859. 8)，該發(fā)明將汽爆技術(shù)引入海帶組分分離中，其主要是通過蒸汽汽爆加碳 酸鈉消化來生產(chǎn)海藻酸鈉、膳食纖維、碘、色素等產(chǎn)品，與傳統(tǒng)技術(shù)相比節(jié)水、節(jié)能。但一方 面，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，單純引入汽爆技術(shù)，僅能使植物大部分細胞壁果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半 纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，這些大分子聚 合物依然存在，仍需要高濃度的碳酸鈉溶液長時間消化，在這些大分子物質(zhì)降解的過程中， 海藻酸勢必也會隨著降解，碳酸鈉的濃度越高、消化時間越長，海藻酸降解的越多，得到的 海藻酸、海藻酸鈉分子量越低，黏度大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量越差；另一方面，蒸汽汽爆過程中， 由于汽爆介質(zhì)為超過100°c的水蒸氣，長時間的高溫勢必會破壞海帶中的有效物質(zhì)，降低產(chǎn) 品質(zhì)量。
[0007] 本發(fā)明正是考慮到空氣汽爆聯(lián)用復(fù)合酶技術(shù)能夠解決以上諸多問題。一方面汽 爆技術(shù)可以破壞細胞壁木質(zhì)素天然屏障系統(tǒng)，將海帶或馬尾藻細胞壁中的果膠鑲嵌的木質(zhì) 素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體；另一方 面，由于選用空氣作為汽爆介質(zhì)，僅以空氣加壓產(chǎn)生汽爆，所以不會出現(xiàn)高溫破壞海帶的有 效物質(zhì)海藻酸。繼而聯(lián)用復(fù)合生物酶將木質(zhì)素、果膠、半纖維素、蛋白質(zhì)和纖維素等降解為 小分子。從而最大限度的降低海藻酸及海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質(zhì)對海藻酸提取 的干擾，降低整個工藝的能耗，降低化學(xué)試劑的用量，進一步提高海藻酸及其衍生物（海藻 酸鈉等）的產(chǎn)品產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 基于此，有必要提供一種提高海藻酸及海藻酸鈉產(chǎn)率、降低產(chǎn)品粘度、減少化學(xué)藥 品使用的海藻酸及海藻酸鈉生產(chǎn)方法。
[0009] -種汽爆聯(lián)合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)原料前處理：新鮮海帶或馬尾藻水洗去泥沙等雜質(zhì)后切成小段，淋去表面水 分；
[0011] (2)空氣汽爆處理：將經(jīng)過原料前處理的海帶或馬尾藻置于汽爆罐內(nèi)，以空氣作 為汽爆介質(zhì)，加壓使爆破裝置中的壓力在〇. 5~I. 5MPa，爆破時間為0. 5~20min ;
[0012] (3)復(fù)合生物酶處理：將空氣汽爆后原料以水混懸，加入復(fù)合生物酶制劑，定向降 解干擾海藻酸提取的其它大分子物質(zhì)；
[0013] (4)消化：將經(jīng)步驟（3)處理得到的物質(zhì)加入0. 5%~1. 0%碳酸鈉水溶液消化 0· 5~L 0h，反應(yīng)溫度為30~60°C ;
[0014] (5)海藻酸的制備：將經(jīng)⑷處理得到的物質(zhì)過濾，濾液加酸調(diào)pHl~4,過濾，沉 淀（海藻酸）備用；
[0015] (6)海藻酸鈉的制備：將經(jīng)（5)處理得到的海藻酸，用適量碳酸鈉水溶液溶解，加 乙醇沉淀，過濾，沉淀物干燥即得海藻酸鈉。
[0016] 在其中一個實施例中，步驟（1)中，當(dāng)原料為干海帶或干馬尾藻時，先將其浸泡軟 化后，水洗去泥沙等雜質(zhì)，切成小段，淋去表面水分；
[0017] 在其中一個實施例中，步驟（2)中，以空氣作為汽爆介質(zhì)，加壓使爆破裝置中的壓 力在IMPa，爆破時間為lOmin。
[0018] 在其中一個實施例中，步驟（3)中，加入的復(fù)合生物酶制劑由以下質(zhì)量百分比的 各組分組成：纖維素酶10~30 %，木聚糖酶10~30 %，果膠酶10~20 %，漆酶5~15 %， 甘露聚糖酶5~15%，幾丁質(zhì)酶10~20%，殼聚糖酶5~10%。
[0019] 在其中一個實施例中，步驟（3)中，復(fù)合生物酶的作用溫度：15~60°C (或室溫）， pH :4. O~7· 0,作用時間：1~6h，添加量：500g~5000g/噸物料。
[0020] 在其中一個實施例中，步驟（5)中，調(diào)節(jié)pH用的酸可以為濃鹽酸、濃硫酸、冰醋酸 等酸。
[0021] 在其中一個實施例中，步驟（6)中，沉淀物干燥可以用真空干燥、熱風(fēng)烘干、減壓 蒸干等多種干燥方式。
[0022] 本發(fā)明針對目前以海帶或馬尾藻為原料，生產(chǎn)海藻酸及海藻酸鈉的生產(chǎn)工藝產(chǎn)品 產(chǎn)率低、產(chǎn)品的粘度較低、大量化學(xué)藥品對環(huán)境的污染，考慮到細胞壁天然屏障系統(tǒng)對海藻 酸提取的干擾，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)，發(fā)明了空氣汽爆聯(lián)用復(fù)合生物酶制劑制備海藻酸及海藻酸 鈉的新工藝。本發(fā)明從技術(shù)原理上有以下顯著特點：
[0023] (1)空氣汽爆技術(shù)可以將海帶或馬尾藻細胞壁中的果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素 和纖維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，從而破壞了復(fù)合生物 酶難以迅速降解的木質(zhì)素天然屏障系統(tǒng)，而對海藻酸沒有任何破壞；
[0024] (2)復(fù)合生物酶可以將木質(zhì)素、果膠、半纖維素、幾丁質(zhì)和殼聚糖等降解為小分子， 打破海帶和馬尾藻的細胞結(jié)構(gòu)，降低海藻酸及海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質(zhì)對海藻 酸提取的干擾；
[0025] (3)空氣汽爆技術(shù)聯(lián)用復(fù)合生物酶，以海帶和馬尾藻等為原材料，制備海藻酸及其 衍生物的方法，可以實現(xiàn)最大限度的降低海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質(zhì)對海藻酸提 取的干擾。與傳統(tǒng)工藝相比，能夠大幅度降低生產(chǎn)能耗，降低化學(xué)試劑的用量，進一步提高 海藻酸及其衍生物（海藻酸鈉等）的產(chǎn)品產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量。
【附圖說明】
[0026] 圖1為一實施方式的汽爆聯(lián)合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面對本發(fā)明的具體實 施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是 本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā) 明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0028] -實施方式的汽爆聯(lián)合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法，包括以下步驟：
[0029] 步驟（1)原料前處理：新鮮海帶或馬尾藻水洗去泥沙等雜質(zhì)后切成小段，淋去表 面水分。
[0030] 步驟（2)空氣汽爆處理：將經(jīng)過原料前處理的海帶或馬尾藻置于汽爆罐內(nèi)，以空 氣作為汽爆介質(zhì)，加壓使爆破裝置中的壓力在〇. 5~I. 5MPa，爆破時間為0. 5~20min。
[0031] 空氣汽爆技術(shù)可以將海帶或馬尾藻細胞壁中的果膠鑲嵌的木質(zhì)素、半纖維素和纖 維素的共聚體打散為木質(zhì)素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，從而破壞了復(fù)合生物酶難 以迅速降解的木質(zhì)素天然屏障系統(tǒng)，使各種酶解底物的作用位點暴露出來，從而有利于復(fù) 合生物酶的作用，而對海藻酸沒有任何破壞。
[0032] 優(yōu)選的，步驟（2)中，以空氣作為汽爆介質(zhì)，加壓使爆破裝置中的壓力在IMPa，爆 破時間為IOmin。
[0033] 步驟（3)復(fù)合生物酶處理：將空氣汽爆后原料以水混懸20~30°C，按照500g~ 5000g/噸物料加入復(fù)合生物酶制劑，定向降解干擾海藻酸提取的其它大分子物質(zhì)3~5h， 其中，復(fù)合生物酶制劑由以下質(zhì)量百分比的各組分組成：纖維素酶10~30%，木聚糖酶 10~30%，果膠酶10~20%，漆酶5~15%，甘露聚糖酶5~15%，幾丁質(zhì)酶10~20%， 殼聚糖酶5~10%。
[0034] 發(fā)明人在研發(fā)過程發(fā)現(xiàn)，按照已知海帶、馬尾藻的主要成分加入纖維素酶、木聚糖 酶、果膠酶時，雖然能在一定程度上提高海藻酸和海藻酸鈉的產(chǎn)率，但是作用時間比較長， 而且比理論產(chǎn)率低不少。當(dāng)加入幾丁質(zhì)酶和殼聚糖酶時，發(fā)明人驚奇的發(fā)現(xiàn)，同樣作用條件 下，酶解時間縮短，產(chǎn)