申请日2013.06.24
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C12P21/06; C12P13/00; C07C31/08; C07C29/80; C02F9/14; C02F1/04; C02F1/28; C02F1/02; C02F1/44
摘要
本发明公开了一种酶解法从水产品下脚料提取胶原蛋白纤维体污水处理工艺。该工艺包括：污水分层及蒸馏、浓缩液二次水解、超滤、纳滤和氨基酸结晶。本发明所述的工艺不仅减少了提取胶原蛋白工艺的污染，同时提高了下脚料的利用率，另外通过乙醇蒸馏回收的乙醇可重复，同时处理后的污水可达到5类水的标准。所以本发明所述的污水处理工艺不仅降低了环境污染，还提高原材料的利用率。
权权利要求书
1.一种从水产品下脚料中提取胶原蛋白的方法，包括以下步骤
1)水产品下脚料的初处理：将新鲜的或解冻的冷冻鱼皮分拣，将鱼鳞和鱼骨与鱼皮分离;分离后的鱼鳞和鱼骨浸泡在50℃温水中10～30min，去除部分腥味;将去杂后的鱼皮浸入50℃温水中10～30分钟，去除表面的粘性物质及脂肪，去除部分腥味，用清水反复冲洗至无浮液并沥干，将沥干后的鱼皮粉碎;
2)鱼鳞鱼骨的脱钙：用清水反复冲洗至无浮液并沥干，之后用柠檬酸浸泡、振荡脱钙2～4小时，之后用清水冲洗至中性，沥干备用;
3)处理后下脚料的粉碎：将脱钙后的鱼鳞和鱼骨，清洗后的鱼皮粉碎;
4)酶解发酵：将粉碎后的鱼鳞和鱼骨与粉碎后的鱼皮混合均匀后，加水稀释到8%，在搅拌器上预热至50℃，用30%(w/v g/ml)的氢氧化钠调节PH7.0，按下脚料的投料重量的4%加入中性蛋白酶，按下脚料的投料重量的2%加入风味蛋白酶进行水解，恒温50℃左右，在搅拌器搅拌的条件下反应3h，然后加热至80℃反应5min。在灭酶后加入下脚料的投料重量0.5%～1.5%的复合活性炭搅拌40～60min进行脱色脱腥，过滤得脱腥脱色后的鱼胶原蛋白上清液;
5)抽滤：将酶解后的产物首先用抽滤槽抽滤，除去未酶解的下脚料滤渣，抽滤槽其过滤网的孔径为10-15mm;
6)超滤：将抽滤后得到的滤液通过超滤膜进行超滤，超滤膜的孔径为0.1-0.2μm，截留的分子量为5-8万道尔顿以上的的杂质;
7)纳滤：将超滤得到的滤液通过纳滤机进行过滤，使水及小分子物质透过滤膜，大于80道尔顿的物质被截留;
8)沉淀：将步骤7)中未透过纳滤膜的上层溶液中添加乙醇，低温沉淀胶原蛋白和氨基酸24小时以上，离心收集胶原蛋白和氨基酸。
2.如权利要求1所述的一种从水 产品下脚料中提取胶原蛋白的方法，其特征在于，所述的水产品下脚料为鱼鳞、鱼骨鱼皮中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种从水产品下脚料中提取胶原蛋白的方法，其特征在于，步骤2)所述的鱼鳞鱼骨的脱钙，其中柠檬酸的浓度为6～15%，鱼鳞和鱼骨与柠檬酸的比例优选1∶12～24(W/V单位为g/ml)。
4.如权利要求1所述的一种从水产品下脚料中提取胶原蛋白的方法，其特征在于，步骤8)中所述的乙醇其终浓度为75%v/v。
5.一种处理权利要求1产生的废弃物的工艺，包括以下步骤：
(1)污水分层及蒸馏：将权利要求1所述的提取胶原蛋白产生的废弃溶液静置分层，取上层溶液进行蒸馏，回收乙醇;
(2)浓缩后溶液进行酶解及灭活：将步骤(1)中蒸馏除去乙醇和部分水的浓缩液用蛋白酶进行二次水解，主要是把蛋白质分子经酶解转化为复合氨基酸;
(3)超滤：将抽滤后得到的滤液通过超滤膜进行超滤，除去分量大于5万道尔顿的杂质;
(4)纳滤：将超滤得到的滤液通过纳滤机进行过滤，使水及小分子物质透过滤膜，质量大于80道尔顿的物质被截留;收集经纳滤后透过滤膜的溶液，经蒸发浓缩后，获得生物钙;
(5)氨基酸结晶：收集经纳滤后目标溶液(未透过纳滤膜的溶液)，蒸发浓缩，回流结晶，抽滤回收结晶氨基酸，干燥，包装;
(6)氨基酸入库冷藏。
6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，步骤(1)所述的废弃溶液为权利要求1步骤7)纳滤离心后的上清。
7.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述的蒸馏具体方法如下：
将乙醇废液由稀液罐泵入高位槽，经转子流量计及提馏段进入蒸馏釜中，边进料边加热，蒸汽压力一般控制为1-1.5×105帕斯卡;随塔压升高，逐步从冷凝器排出口排出不凝性气体;当釜液面达2/3溶剂时，应根据釜温情况决定是否采出釜液或减少、停止进料量，但需始终保持釜内液位为容积的1/2-2/3左右;待上升蒸汽经精馏塔和冷凝器以致使塔顶出现回流时，可进行全回流操作，直至取样分析塔顶馏分含乙醇95%以上，方可调节回流比出料;以恒定馏分乙醇浓度为95%进行出成品乙醇操作(控制回流比和蒸汽压力);成品乙醇再经冷却器继续冷却至25℃以下流入成品乙醇受器中;随着乙醇不断蒸出，釜底乙醇含量不断降低，为保证成品乙醇含量恒定为95%，应逐渐增大回流比。待蒸至釜温达100℃以上，釜底残液含乙醇量小于2%(W/W)后;停止精馏操作，并将残液放入下水道，将成品乙醇放入成品乙醇贮罐中贮存备用。
8.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，二次水解具体方法为：收集权利要求5步骤(1)中蒸馏除去乙醇和部分水的浓缩液，按浓缩液重量的5%加入中性蛋白酶，恒温50℃左右，在搅拌器搅拌的条件下反应3h，然后加热至80℃反应5min;在灭酶后按浓缩液重量的0.5%～1.5%的加入复合活性炭搅拌40～60min进行脱色脱腥。
说明书
酶解法从水产品下脚料提取胶原蛋白纤维体污水处理工艺
技术领域
本发明属于农副产品深加工技术领域，具体而言涉及从水产品下脚料中提取胶原蛋白的工艺，并对所述工艺产生的污水进行处理，包括蒸馏回收乙醇(可在工艺流程中循环利用)，污水经处理后可达到5类水的标准(可在工艺流程中循环利用)，对工艺流程中产生的废渣等，进行二次酶解发酵，把蛋白质分子酶解转化成氨基酸分子，获取结晶氨基酸产品和生物钙产品。其一：提高了原料的利用率;其二：保护了环境污染。
背景资料
每年我国水产品总产量可达万吨，因此推动了水产品深加工技术的迅速发展，主要包括冷冻干制品、各种鱼糜制品、水产罐头及腌制品等。加工过程产生大量的下脚料，如鱼骨、鱼皮、鱼鳍及一些边角料，约占鱼体重量的30%～50%，其中废弃鱼骨在总废弃物中所占比例最高，约30%～60%。我国每年生产的鱼副产物中，下脚料大约可达到几十万吨，然而这些下脚料并没有得到很好的利用，每年约有万吨的下脚料作为废弃物被丢弃，这不仅造成了资源的浪费，也对环境造成了污染。因此对水产品下脚料的开发利用备受关注。
下脚料中含有大量的蛋白质和钙盐，如骨骼中含有丰富的蛋白、多肽、氨基酸及钙、磷、镁、铁等物质;鱼鳞中富含胶原蛋白。同时，由于下脚料中脂质含量少，因此这样的化学组成比传统的皮类原料更适合于提取胶原蛋白。即可以有效的提高水产品加工的经济效益，同时也解决了口蹄疫、疯牛病可能带来的胶原蛋白安全问题。
目前从水产品下脚料提取胶原蛋白的过程中，会产生大量废弃物和污水，如不处理这些废弃物，同样会产生大量的污染，为解决在提取胶原蛋白过程中产生的废弃物对环境的污染，本发明同时提供了一种处理所述废弃物的工艺。所述工艺不仅有效的处理了废弃物，减少了污染，同时还提高了原材料的利用率，带来了更高的经济收益。
发明内容
本发明公开了一种从水产品下脚料中提取胶原蛋白的工艺，在提取胶原蛋白的过程中会产生污水，为了提高原料利用率，同时降低污水对环境造成的污染，本发明提供了的一种污水处理工艺。
(本发明所述的水产品下脚料优选鱼鳞、鱼骨和鱼皮、鱼肠，由于下脚料中鱼鳞和鱼骨的胶原纤维与羟基磷灰石紧密粘结，提取胶原蛋白前处理进行脱钙处理，可以有利于胶原蛋白的溶出，因此本发明开发了使用柠檬酸对鱼鳞和鱼骨进行脱钙的工艺。并且去除了其中的少量脂肪以及杂蛋白，提高了胶原蛋白的纯度。)
本发明所述胶原蛋白提取工艺包括以下步骤：
1)水产品下脚料的初处理：将新鲜的或解冻的冷冻鱼皮分拣，将鱼鳞和鱼骨与鱼皮分离，去除表面的粘性物质及脂肪，去除部分腥味;
2)鱼鳞鱼骨的脱钙：将去除表面粘性物质及脂肪的鱼鳞和鱼骨，清洗沥干后脱钙;
3)处理后下脚料的粉碎：将脱钙后的鱼鳞和鱼骨，清洗后的鱼皮粉碎;
4)酶解发酵：将粉碎后的鱼鳞和鱼骨与粉碎后的鱼皮混合均匀后，用蛋白酶水解;
5)抽滤：将酶解后的产物首先用抽滤槽抽滤，除去未酶解的下脚料滤渣;
6)超滤：将抽滤后得到的滤液通过超滤膜进行超滤，除去分量大于5万道尔顿的杂质，优先选用高通量8040超滤膜;
7)纳滤：将超滤得到的滤液通过纳滤机进行过滤，使水及小分子物质透过滤膜，如氨基酸等分子量大于80道尔顿的物质被截留;
8)沉淀：向纳滤中未透过纳滤膜的溶液添加乙醇，低温沉淀胶原蛋白和氨基酸。
其中所述的水产品下脚料的初处理具体为：将新鲜的或解冻的冷冻鱼皮分拣，将鱼鳞和鱼骨与鱼皮分离;分离后的鱼鳞和鱼骨浸泡在50℃温水中10～30min，去除部分腥味;将去杂后的鱼皮浸入50℃温水中10～30分钟，去除表面的粘性物质及脂肪，去除部分腥味，用清水反复冲洗至无浮液并沥干，将沥干后的鱼皮粉碎;
其中所述的鱼鳞鱼骨的脱钙：用清水反复冲洗至无浮液并沥干，之后用柠檬酸浸泡、振荡脱钙2～4小时，其中柠檬酸的浓度为6～15%鱼鳞和鱼骨与柠檬酸的比例优选1∶12～24(W/V单位为g/ml)，之后用清水冲洗至中性，沥干备用;
其中所述的酶解发酵：将粉碎后的鱼鳞和鱼骨与粉碎后的鱼皮混合均匀后，加水稀释到8%，在搅拌器上预热至50℃，用30%(w/v g/ml)的氢氧化钠调节PH7.0，按下脚料的投料重量的4%加入中性蛋白酶，按下脚料的投料重量的2%加入风味蛋白酶进行水解，恒温50℃左右，在搅拌器搅拌的条件下反应3h，然后加热至80℃反应5min。在灭酶后加入下脚料的投料重量0.5%～1.5%的复合活性炭搅拌40～60min进行脱色脱腥，过滤得脱腥脱色后的鱼胶原蛋白上清液;
所述抽滤：将酶解后的产物首先用抽滤槽抽滤，除去未酶解的下脚料滤渣，抽滤槽其过滤网的孔径为10-15mm。抽滤所得的滤渣可以再次用蛋白酶水解，提高对原料的利用率，同时减少废弃物对环境的污染。
所述超滤：将抽滤后得到的滤液通过超滤膜进行超滤，超滤膜的孔径为0.1-0.2μm，截留的分子量为5-8万道尔顿以上的的杂质。没有透过的超滤膜的上层浓液可以再次用蛋白酶水解，提高对原料的利用率，同时减少废弃物对环境的污染。
所述纳滤：将超滤得到的滤液通过纳滤机进行过滤，使水及小分子物质透过滤膜，如氨基酸等分子量大于80道尔顿的物质被截留。透过纳滤膜的溶液主要为水，还有其他小分子，其水质能够达到5类水的标准。
所述的沉淀为：将步骤7)中未透过纳滤膜的上层溶液中添加乙醇，低温沉淀胶原蛋白和氨基酸24小时以上，离心收集胶原蛋白和氨基酸。
本发明还公开了一种废弃物处理工艺，用于处理提取胶原蛋白过程中产生的污水和废渣，包括以下步骤：
(1)污水分层及蒸馏：将上述提取胶原蛋白工艺所产生的废渣、废液进入回收罐，分层，A蒸馏回收乙醇，回收后的在工艺流程中循环利用;B蒸发浓缩：收集后的水进入水的净化装置，净化后的水可达5类水的标准，可在工艺流程中循环利用。
(2)浓缩后溶液进行酶解及灭活(发酵)：将步骤(1)中蒸馏除去乙醇和部分水的浓缩液，用蛋白酶进行二次水解主要是把蛋白质分子经酶解转化为复合氨基酸。
(3)超滤：将酶解后的产物通过超滤膜进行超滤，除去分量大于5万道尔顿的杂质，优先选用高通量8040超滤膜。
(4)纳滤：将超滤得到的滤液通过纳滤机进行过滤，使水及小分子物质透过滤膜，如氨基酸等分子量大于80道尔顿的物质被截留。收集经纳滤后透过滤膜的溶液，经蒸发浓缩后，获得生物钙;
(5)氨基酸结晶：收集经纳滤后目标溶液(未透过纳滤膜的溶液)，在高速剪切罐中混匀并初步蒸发浓缩后，在结晶沉淀罐中蒸发浓缩，回流结晶，抽滤回收结晶氨基酸，干燥，包装。
(6)氨基酸入库冷藏。
其中所述的乙醇蒸馏回收主要设备工艺参数：
1.蒸馏塔馏分含量要求达到95%V/V，釜残液中乙醇含量应低于2.5%V/V。
2.蒸馏塔操作压力为常压。
3.在沸器加热蒸汽压力(表压)：1.0-1.4×105帕斯卡，相应温度为121-126℃。
4.冷凝器：
物料冷凝温度：成品乙醇含量为95%V/V的相应温度为78℃。
冷凝水温度：进水，通常采用夏季平均水温，设计采用32℃。
出水温度：由水质硬度确定，本设计选用45℃。
5.冷却器：
物料进料温度：即为冷凝器出料温度78℃。
出料温度：设计选为25℃。
冷却水进水温度：设计选为18℃。
出水温度：设计选为25℃。
乙醇蒸馏回收工艺流程：
将乙醇废液泵入蒸馏塔，经转子流量计及提馏段进入蒸馏釜中，边进料边加热，蒸汽压力一般控制为1-1.5×105帕斯卡。随塔压升高，逐步从冷凝器排出口排出不凝性气体。当釜液面达2/3溶剂时，应根据釜温情况决定是否采出釜液或减少、停止进料量，但需始终保持釜内液位为容积的1/2-2/3左右。待上升蒸汽经精馏塔和冷凝器以致使塔顶出现回流时，可进行全回流操作，直至取样分析塔顶馏分含乙醇95%以上，方可调节回流比出料。以恒定馏分乙醇浓度为95%进行出成品乙醇操作(控制回流比和蒸汽压力)。成品乙醇再经冷却器继续冷却至25℃以下流入成品乙醇受器中。随着乙醇不断蒸出，釜底乙醇含量不断降低，为保证成品乙醇含量恒定为95%，应逐渐增大回流比。待蒸至釜温达100℃以上，釜底残液含乙醇量小于2%(W/W)后。停止精馏操作，并将残液放入下水道，将成品乙醇放入成品乙醇贮罐中贮存备用。
上述废弃物处理工艺的步骤(2)所述的二次水解为，将步骤(1)中蒸馏除去乙醇和部分水的浓缩液，用蛋白酶进行二次水解主要是把蛋白质分子经酶解转化为复合氨基酸。按浓缩液重量的5%加入中性蛋白酶，恒温50℃左右，在搅拌器搅拌的条件下反应3h，然后加热至80℃反应5min。在灭酶后加入按浓缩液重量0.5%～1.5%的复合活性炭搅拌40～60min进行脱色脱腥;
上述废弃物处理工艺的步骤(4)中透过纳滤膜的溶液经蒸发浓缩后，获得生物钙;未透过纳滤膜的上层溶液经蒸发浓缩，回流结晶，抽滤回收结晶氨基酸。
纳滤得到的滤液通过纳滤机进行过滤，使水及小分子物质透过滤膜，如氨基酸等分子量大于80道尔顿的物质被截留。透过纳虑膜的溶液主要为水，还有其他小分子，其水质能够达到5类水的标准。
本发明具有以下有益效果：
1、将从提取胶原蛋白工艺中抽滤槽吸取的渣，同提取胶原蛋白工艺中超滤获得的上层浓液混合提取复合氨基酸，能够获得更高的经济收入，同时极大的降低了企业污染。
2、经污水处理可获得4个产品：
1)结晶氨基酸入库冷冻;
2)乙醇蒸馏回收再用;
3)净化后的水可达5类水的标准，其一可在工艺流程中回收循环利用，其二，可用做浇菜、庄稼等利用。
4)获得生物钙可做饲料。