基本信息
- 項目名稱：
- 湖北省特色資源—小龍蝦殼制備甲殼素/殼聚糖的清潔生產(chǎn)工藝
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 殼聚糖是甲殼素脫乙?；a(chǎn)物，具有十分重要的利用價值和經(jīng)濟價值。本研究以小龍蝦蝦殼為原料，通過鼠李糖乳桿菌發(fā)酵蝦殼脫鈣，再以米曲霉固態(tài)發(fā)酵蝦殼脫蛋白，得到甲殼素，最后以脫乙酰酶處理甲殼素，得到殼聚糖。這種以固態(tài)發(fā)酵工藝替代傳統(tǒng)化學工藝實現(xiàn)甲殼素/殼聚糖的清潔生產(chǎn)過程，徹底解決了環(huán)境污染問題，為蝦殼資源的有效利用提供了新方法。
- 詳細介紹：
- 小龍蝦是湖北省的特色資源，它的年產(chǎn)量達60萬噸，經(jīng)過加工后剩下的廢棄物約占70%，近42萬噸。 蝦殼由30%—40%的蛋白質、30%—40%的鈣鹽、5%—7%的脂肪、4%—5%的色素、20%—30%的幾丁質組成。要得到殼聚糖需要去色素和脂肪，由于色素易分解，脂肪含量少，本試驗不著重研究，而注重于脫蛋白，脫鈣鹽，脫乙酰基的研究。 甲殼素是一種天然高分子聚合物,屬線性多糖類。由于甲殼素及其衍生物具有良好的吸濕性、成膜性、氣透性、降解性、生物相容性、無毒副作用等諸多優(yōu)良性能,在環(huán)保、食品、醫(yī)藥、制作功能材料、農(nóng)林業(yè)、輕紡工業(yè)等方面被廣泛應用，具有十分重要的利用價值和經(jīng)濟價值，被譽為“人類第六生命要素”?？梢灶A計，甲殼素將會成為本世紀具有十分誘人前景的產(chǎn)業(yè)。 甲殼素是地球上僅次于纖維素的第二大生物多糖，也是地球上唯一大量存在的天然堿性多糖，它廣泛存在于甲殼綱動物蝦、蟹的甲殼，昆蟲的甲殼，真菌（包括酵母、霉菌等）的細胞壁、藻類及植物的細胞壁中。 殼聚糖是甲殼素脫乙?；a(chǎn)物，一般把脫乙酰度大于55%的甲殼素稱為殼聚糖。殼聚糖分子結構中含有氨基、羥基、氧橋以及富含電子的吡喃環(huán)等活性基團，能進行多種化學改性反應，使其具有獨特的物理、化學性質及生理功能，在醫(yī)藥、食品、功能材料、化妝品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保及生物技術等領域顯示出廣闊的應用前景，有望形成甲殼素化學最具活力的新型產(chǎn)業(yè)。 本研究測得蝦殼的脫鈣率為99.6%、脫蛋白率為84%、脫乙酰率為63%。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：本研究以固態(tài)發(fā)酵工藝實現(xiàn)甲殼素/殼聚糖的清潔生產(chǎn)；提高甲殼素/殼聚糖的品質；替代傳統(tǒng)化學工藝徹底解決環(huán)境污染問題，為蝦殼資源的有效利用提供新方法。 基本思路：以小龍蝦蝦殼為原料，通過鼠李糖乳桿菌發(fā)酵蝦殼脫鈣，再以米曲霉固態(tài)發(fā)酵蝦殼脫蛋白，得到甲殼素，最后以脫乙酰酶處理甲殼素，得到殼聚糖。 創(chuàng)新點：1. 在國內(nèi)率先采用固態(tài)發(fā)酵技術發(fā)酵蝦殼制備甲殼素的工藝，系統(tǒng)研究了固態(tài)發(fā)酵過程的工藝方法及參數(shù)，實現(xiàn)了蝦殼脫鈣、脫蛋白制備甲殼素的清潔生產(chǎn)過程；2. 較深入的研究了短柄梨孢帚酶甲殼素脫乙酰酶的酶學特性及對甲殼素脫乙酰基制備殼聚糖的工藝參數(shù)，為甲殼素制備殼聚糖的清潔生產(chǎn)過程及提高殼聚糖品質奠定了基礎；3. 為以生物工藝替代傳統(tǒng)的化學工藝生產(chǎn)甲殼素/殼聚糖，徹底解決環(huán)境污染建立了新方法。 技術關鍵：高效脫鈣微生物選育及發(fā)酵條件優(yōu)化；高效脫蛋白微生物選育及發(fā)酵條件優(yōu)化；脫乙酰酶脫乙酰基制殼聚糖的條件優(yōu)化。 主要技術指標：發(fā)酵后測得蝦殼的脫鈣率為99.6%、脫蛋白率為84%、脫乙酰率為63%。
科學性、先進性
- 先進性：本研究以生物工藝替代傳統(tǒng)化學工藝實現(xiàn)甲殼素/殼聚糖的清潔生產(chǎn)過程，徹底解決了環(huán)境污染問題，為蝦殼資源的有效利用提供了新方法；制備的產(chǎn)品殼聚糖產(chǎn)品的分子量（ 600-1120 kDa）比傳統(tǒng)工藝的分子量（ 280-600 kDa）大幅提高，拓寬了殼聚糖的應用范圍；還有效回收了蝦殼中的蛋白質及碳酸鈣，形成了具有廣泛用途的復合氨基酸（肽）及L-乳酸鈣產(chǎn)品。本技術的脫鈣率和脫蛋白率與國內(nèi)外同類研究對比，均處于領先水平。 科學性：本試驗通過高產(chǎn)L-乳酸菌株篩選、高產(chǎn)蛋白酶菌株篩選、高產(chǎn)甲殼素脫乙酰酶菌株篩選，再經(jīng)過發(fā)酵條件優(yōu)化、發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化、分階段微生物發(fā)酵、混合微生物發(fā)酵等研究后選取最適條件，用鼠李糖乳桿菌和米曲霉進行固態(tài)發(fā)酵對蝦殼脫鈣鹽、脫蛋白，得到甲殼素，再以脫乙酰酶處理甲殼素，得到殼聚糖。本研究實驗數(shù)據(jù)檢測都采用標準測試方法，可靠性高；所得產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜初步驗證檢測結構與商品用甲殼素/殼聚糖一致。
獲獎情況及鑒定結果
- 本作品屬于《構巢曲霉甲殼素脫乙酰酶酶學特性動力學研究》的后期研究，該研究已經(jīng)于2009年12月在湖北省科學技術廳取得了結題表，網(wǎng)上編號為YSZS000692，后期主要工作集中在以蝦殼為原料得到甲殼素/殼聚糖的清潔生產(chǎn)工藝的研究。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 利用生物工程技術清潔生產(chǎn)甲殼素/殼聚糖，整個生產(chǎn)過程中不使用酸堿等化學試劑，環(huán)境友好，拓寬了產(chǎn)品的使用面。副產(chǎn)物中主要為氨基酸，多肽，蛋白質和有機酸的鈣鹽等，可一起回收作為高檔和特種飼料添加劑，也可單獨回收各種有用組分，其中的鈣鹽也可用于人類的補鈣產(chǎn)品。洗產(chǎn)品的廢水可以進入下一輪發(fā)酵，故無生產(chǎn)廢水產(chǎn)生，少量的場地沖洗廢水，可進入沼氣或化糞池。為甲殼素/殼聚糖生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展和促進社會，經(jīng)濟，環(huán)境三大效益的協(xié)調發(fā)揮重要作用。 甲殼素/殼聚糖在環(huán)保、食品、醫(yī)藥、制作功能材料、農(nóng)林業(yè)、輕紡工業(yè)等方面被廣泛應用，具有十分重要的利用價值和經(jīng)濟價值。我國主要是作為甲殼素、殼聚糖等初級產(chǎn)品的供應國，國內(nèi)外對其需求量較大，而且本研究降低了甲殼素/殼聚糖的生產(chǎn)成本，制備的殼聚糖品質更好?？梢灶A計，甲殼素/殼聚糖產(chǎn)業(yè)將會獲得良好的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 由于利用蝦蟹殼制備甲殼素/殼聚糖的化學生產(chǎn)方法成本高，而且會造成嚴重的環(huán)境污染，微生物發(fā)酵法具有反應條件溫和、可控制性強、而且環(huán)境污染小等優(yōu)點，因此許多同類研究以微生物發(fā)酵法替代傳統(tǒng)的化學生產(chǎn)方法。 1、生物法處理蝦殼脫鈣的研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng)的甲殼素制備過程中需使用大量的強酸來處理蝦殼脫鈣，但使用強酸產(chǎn)生的廢液很難處理，給環(huán)境造成了很大的破壞。目前，研究微生物發(fā)酵蝦殼脫鈣制備甲殼素已有一些相關報道，如：Sorokulova（2009）， Xu（2008），Bhaskar （2007），Sini（2007），Rao（2005）等分別使用了菌株E. acetylicum 3、B. cereus 8-1、乳酸菌（Lactobacillus casei MRS1）、球菌（Pediococcus acidolactici CFR2182）、芽孢桿菌（Bacillus subtilis ACC No.*121）、乳酸菌（Lactobacillus plantarum 541）進行發(fā)酵蝦殼脫鈣，脫鈣率為63%-99%。 2、生物法處理蝦殼脫蛋白的研究現(xiàn)狀 目前研究利用微生物來脫蝦殼中的蛋白質制備甲殼素已經(jīng)很多例子。如Jen-Kuo Yang（1998），San-Lang Wang（1997），Theruvathil K.Sini（2007）等分別選育了一株枯草桿菌(Bacillus subtilis Y-108)、Bacillussubtilis CCRC 10029、Pseudomonasmaltophilia CCRC 10737、Pseudomonas aeruginosa K-187、B.subtilis進行發(fā)酵蝦殼脫蛋白，脫蛋白率為48%-88%。 3、生物法脫乙酰基的研究現(xiàn)狀 Vadake從城市下水道的污泥中分離得到了一株具有產(chǎn)甲殼素脫乙酰酶活力的細菌；蔡俊等人采用固體平板培養(yǎng)和液體發(fā)酵篩選產(chǎn)生甲殼素脫乙酰酶的真菌，確定了構巢曲霉和藍色犁頭霉兩株產(chǎn)酶活較高的菌株；Cai 等人從甲殼素生產(chǎn)廠家周圍的泥土和蝦、蟹養(yǎng)殖基地的污泥中分離得到了17株菌株具有產(chǎn)甲殼素脫乙酰酶的能力，篩選之后得到了一株產(chǎn)酶能力最高的菌株，經(jīng)鑒定，該菌株為Scopulariopsis brevicaulis（短柄梨孢帚霉）。
