一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法
【專利摘要】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：包含一種模擬移動床裝置，以離子交換柱為操作單元，至少包括進料區(qū)，洗脫區(qū)，陽離子再生區(qū)，陰離子再生區(qū)，平衡區(qū)五個區(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)引入模擬移動床的區(qū)，通過閥門的定期切換，使交換柱在一個工藝循環(huán)中完成吸附、洗脫、再生、平衡的全部過程；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。該方法具有設備結構小、產(chǎn)率高、溶劑消耗少、分離能力強、污染少等優(yōu)點，實現(xiàn)了連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和自動控制。
【專利說明】一種脫除南極磷蝦多肽中氟化物和灰分的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于多肽提取純化【技術領域】，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】
[0002]南極磷蝦是一類海洋無脊椎動物，分布于南極水域。據(jù)統(tǒng)計，南極磷蝦的蘊藏量為
6.5-10億噸，是人類巨大的蛋白資源寶庫。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，通過蛋白酶水解制備磷蝦多肽的過程中，蝦粉中大量的灰分和氟化物會殘留在多肽產(chǎn)品中。同時，酶解過程中需要加入酸或堿來維持體系的酸堿性穩(wěn)定，從而導致磷蝦多肽產(chǎn)品中的灰分含量進一步升高。而磷蝦多肽的高氟化物和高灰分含量，嚴重影響了多肽作為功能性蛋白食品的開發(fā)和應用前景。
[0004]目前，已經(jīng)報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脂法，前三種工藝是在水脫鹽技術的基礎上發(fā)展起來的。多肽為有機物，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。大孔樹脂法的洗脫環(huán)節(jié)需要使用有機溶劑，不易實現(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，但是處理周期長、且會用到較多的酸和堿。
[0005]模擬移動床(SMB)技術是通過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相相對逆向循環(huán)流動，使分離體系獲得較大的傳質(zhì)推動力，高效連續(xù)實行分離操作的一種技術。SMB技術具有設備結構小、產(chǎn)率高、溶劑消耗少、分離能力強、污染少等優(yōu)點。將SMB技術與離子交換連用克服了固定床吸附分離技術存在的間歇操作、溶劑消耗大、產(chǎn)品濃度低的缺點，實現(xiàn)了連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和自動控制。目前SMB技術已應用于生物、手性藥物、精細化學品和食品的分離提純中。
[0006]國外專利EP1106602B1公開了一項采用SMB技術連續(xù)純化氨基酸的方法。國內(nèi)專利CN102050865B公開了一項通過SMB技術層析純化多肽的方法，將免疫反應性化合物與其他非本質(zhì)有機成分分離。國內(nèi)專利CN103787868A公開了一項采用四區(qū)SMB技術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)化技術參數(shù)研究，黑龍江八一農(nóng)墾大學，學位論文，2011年)采用SMB技術連續(xù)分離技術對乳鐵蛋白進行了分離純化，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，并不能達到有效脫除水溶性磷蝦多肽中氟化物和灰分的目的，同時，目前國內(nèi)外尚未見將SMB技術應用于脫除氟化物和灰分的相關報道。


【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，從而彌補現(xiàn)有技術的不足。
[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行水解,水解溫度為40?60°C,水解時間為2?12h ;水解結束后加熱終止酶解反應，離心，得上清液，即為磷蝦多肽水溶液；
[0010]2)制備模擬移動床裝置，模擬移動床裝置包括有進料區(qū)1、洗脫區(qū)i1、陽離子再生區(qū)ii1、陰離子再生區(qū)iv、平衡區(qū)V ;其中，洗脫區(qū)位于陽離子再生區(qū)和進料區(qū)中間；陰離子再生區(qū)位于平衡區(qū)和陽離子再生區(qū)中間；進料區(qū)位于洗脫區(qū)和平衡區(qū)中間；其中進料區(qū)由不少于3根的陽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根的陽離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成，陽離子再生區(qū)由不少于I根的陽離子交換柱組成，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)引入模擬移動床i區(qū)的進口，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iii區(qū)、iv區(qū)和V區(qū)進行再生和平衡處理；離子柱在iii區(qū)和iv區(qū)用再生液進行再生活化，在V區(qū)用平衡液進行平衡清洗；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)中進料區(qū)和洗脫區(qū)的數(shù)目為兩個或以上；
[0015]步驟2)中陽離子交換柱中樹脂為強酸型或弱酸性陽離子交換樹脂，陰離子交換柱中樹脂為強堿性或弱堿性陰離子交換樹脂；
[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:進風溫度為120?160°C，出風溫度為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)明通過閥門的定期切換，使交換柱在一個工藝循環(huán)中完成吸附、洗脫、再生、平衡的全部過程。該方法具有設備結構小、產(chǎn)率高、溶劑消耗少、分離能力強、污染少等優(yōu)點，實現(xiàn)了連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和自動控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1:為本發(fā)明的一種模擬移動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離子交換柱；空白填充的交換柱為陰離子交換柱。

【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明提供了一種操作簡便化、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)明的模擬移動床裝置包括進料區(qū)1、洗脫區(qū)i1、陽離子再生區(qū)ii1、陰離子再生區(qū)iv和平衡區(qū)V五個區(qū)域。模擬移動床裝置中包含兩種類型的離子交換柱(陽離子交換柱和陰離子交換柱)。其中，洗脫區(qū)位于陽離子再生區(qū)和進料區(qū)中間；陰離子再生區(qū)位于平衡區(qū)和陽離子再生區(qū)中間；進料區(qū)位于洗脫區(qū)和平衡區(qū)中間；其中進料區(qū)由不少于3根的陽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根的陽離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成，陽離子再生區(qū)由不少于I根的陽離子交換柱組成，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根的陽離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成。通過不同閥門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，達到脫除多肽原料液中氟化物和灰分的目的。
[0023]當磷蝦多肽原料液流入i區(qū)，可以使有機多肽組分與無機組分(氟化物和灰分)分開。在離子交換柱中，多肽組分的吸附能力較弱，而無機組分中的陰陽離子分別在陰離子交換柱和陽離子交換柱中進行交換。多肽組分先于無機組分流出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)，對離子交換柱進行再生處理，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]當前周期進行切換時(以圖1為例說明)，所有柱子分別向流體流動的相反方向移動兩根，i區(qū)的7、8號柱子進入ii區(qū)；ii區(qū)的5、6號柱子分別進入iii區(qū)和iv區(qū)再生；iii區(qū)和iv區(qū)的4、3號柱子進入V區(qū)進行平衡；V區(qū)的1、2號柱子進入i區(qū)，成為i區(qū)的最后兩根柱子。
[0025]本發(fā)明的方法，可以通過增加部分區(qū)域的重復區(qū)域或部分區(qū)域的交換柱數(shù)目，提高生產(chǎn)量。
[0026]實施例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,在反應爸中恒溫攪拌10h，加熱至100°C終止酶反應，離心，得上清液；通過真空濃縮使上清液的固形物含量達到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 ;切換時間為75min ；
[0030]4)收集i區(qū)流出的高純度產(chǎn)物，噴霧干燥(進風溫度120°C，出風溫度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,在反應爸中恒溫攪拌8h，加熱至100°C終止酶反應，離心，得上清液；通過真空濃縮使上清液的固形物含量達到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)原料液的進料流速為3BV/h，i區(qū)的13?16號柱子流速為3BV/h，17?20號柱子流速為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 ;切換時間為60min ；
[0037]5)收集i區(qū)流出的高純度產(chǎn)物，噴霧干燥(進風溫度130°C，出風溫度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%。結果表明，i區(qū)和?區(qū)增加交換柱后，切換時間縮短了 15min，單位時間內(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行水解，水解溫度為40?60°C,水解時間為2?12h ;水解結束后加熱終止酶解反應，離心，得上清液，即為磷蝦多肽水溶液； 2)制備模擬移動床裝置，模擬移動床裝置包括有進料區(qū)1、洗脫區(qū)?、陽離子再生區(qū)ii1、陰離子再生區(qū)iv、平衡區(qū)V ;其中，洗脫區(qū)位于陽離子再生區(qū)和進料區(qū)中間；陰離子再生區(qū)位于平衡區(qū)和陽離子再生區(qū)中間；進料區(qū)位于洗脫區(qū)和平衡區(qū)中間；其中進料區(qū)由不少于3根的陽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根的陽離子交換柱和不少于I根的陰離子交換柱組成，陽離子再生區(qū)由不少于I根的陽離子交換柱組成，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)引入模擬移動床i區(qū)的進口，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iii區(qū)、iv區(qū)和V區(qū)進行再生和平衡處理；離子柱在iii區(qū)和iv區(qū)用再生液進行再生活化，在V區(qū)用平衡液進行平衡清洗； 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.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟2)中進料區(qū)和洗脫區(qū)的數(shù)目為兩個或以上。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟2)中陽離子交換柱中樹脂為強酸型或弱酸性陽離子交換樹脂，陰離子交換柱的樹脂為強堿性或弱堿性陰離子交換樹脂。
5.如權利要求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:進風溫度為120?160°C，出風溫度為80?120°C。
【文檔編號】C07K1/18GK104263787SQ201410460399
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2014年9月10日
【發(fā)明者】薛長湖, 王彥超, 李兆杰, 薛勇, 常耀光 申請人:中國海洋大學