一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效提取裙帶菜孢子葉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟：（1）原料預(yù)處理（2）超聲處理（3）纖維酶解（4）蛋白酶解（5）鹽水消化（6）稀釋過(guò)濾（7）脫色（8）CaCl2溶液處理（9）離子交換（10）制褐藻酸鈉（11）制乙醇（12）制裙帶菜孢子葉有機(jī)肥。本發(fā)明以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學(xué)的配比制成復(fù)合酶，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，提高褐藻酸鈉的提取率；同時(shí)利用富含纖維素的裙帶菜孢子葉加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過(guò)程中以充分開發(fā)利用我國(guó)的腐植酸資源，生產(chǎn)出以水為溶劑，富含腐植酸、大量營(yíng)養(yǎng)元素的有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)了裙帶菜孢子葉的高值化綜合利用。
【專利說(shuō)明】一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及裙帶菜孢子葉利用領(lǐng)域，具體涉及一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前世界面臨著能源短缺和環(huán)境污染的巨大壓力，開發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為解決石化資源和能源危機(jī)的重要手段。生物乙醇作為一種清潔燃料及汽油添加劑而受到廣泛關(guān)注。目前，我國(guó)制備燃料乙醇主要側(cè)重于秸桿、甘蔗渣、木屑和木薯等陸源原料，但對(duì)海洋生物資源制備生物乙醇的研究較少，在裙帶菜孢子葉生物質(zhì)能源開發(fā)方面的技術(shù)研究相對(duì)落后。
[0003]海洋面積巨大，蘊(yùn)藏著豐富的裙帶菜孢子葉資源，其種類繁多、光合作用效率高、生長(zhǎng)周期短，每年可通過(guò)光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)總量就達(dá)550x10s噸，是一種巨大的可再生資源，也是產(chǎn)生生物質(zhì)能源的潛在資源。利用富含纖維素、裙帶菜孢子葉多糖、甘露醇的裙帶菜孢子葉加工廢棄物制備燃料乙醇，不僅可使裙帶菜孢子葉加工廢棄物變廢為寶，解決環(huán)境污染問題，還可為制備生物乙醇提供充足和廉價(jià)的原料供應(yīng)，促進(jìn)海洋生物質(zhì)能源的技術(shù)開發(fā)。
[0004]褐藻酸鈉，一種天然多糖，具有藥物制劑輔料所需的穩(wěn)定性、溶解性、粘性和安全性。1881年,英國(guó)化學(xué)家E.C.Stanford首先對(duì)褐色裙帶菜孢子葉中的裙帶菜孢子葉酸鹽提取物進(jìn)行科學(xué)研究。他發(fā)現(xiàn)該褐藻酸的提取物具有幾種很有趣的特性，它具有濃縮溶液、形成凝膠和成膜的能力?；诖?，他提出了幾項(xiàng)工業(yè)化生產(chǎn)的申請(qǐng)。但是，裙帶菜孢子葉酸鹽直到50年之后才進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。商業(yè)化生產(chǎn)始于1927年，現(xiàn)在全世界每年約生產(chǎn)30000噸，其中30%用于食品工業(yè)，剩下的用于其它工業(yè)，制藥業(yè)和牙科。
[0005]目前酶解提取法提取褐藻酸鈉還不夠成熟，往往都只是采用了單一的纖維素酶進(jìn)行水解，但組成植物細(xì)胞壁的有纖維素酶、半纖維素酶、果膠、木質(zhì)素等成分，他們之間的鏈接方式或者鑲嵌，或者抱合，所以用單一的酶很難徹底破解植物的細(xì)胞壁，不能使內(nèi)容物完全釋放。
[0006]腐植酸是動(dòng)植物遺骸，主要是植物遺骸經(jīng)過(guò)微生物的分解和轉(zhuǎn)化以及地球化學(xué)一系列過(guò)程形成和積累起來(lái)的一類成分復(fù)雜的天然高分子有機(jī)化合物，它確確實(shí)實(shí)地以實(shí)體存在。約4億年前有了陸生植物開始大量積累。腐植酸物質(zhì)數(shù)量大的驚人，數(shù)以萬(wàn)億噸計(jì)算。我國(guó)富含腐植酸物質(zhì)的泥炭、褐煤、風(fēng)化煤數(shù)千億噸，極其豐富。腐植酸資源大國(guó)，腐植酸科技和應(yīng)用無(wú)論是深度和廣度來(lái)看，都不太適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的需要，與某些發(fā)達(dá)國(guó)家水平相比也有不小的差距。腐植酸的潛在優(yōu)勢(shì)并未發(fā)揮。
[0007]如何徹底破解植物的細(xì)胞壁，使內(nèi)容物完全釋放。又要避免受到其它人分子物質(zhì)，如果膠、蛋白質(zhì)等的干擾，本發(fā)明考慮以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學(xué)的配比制成復(fù)合酶，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，然后再提取褐藻酸鈉的基礎(chǔ)上，充分利用裙帶菜孢子葉原料生產(chǎn)乙醇。通過(guò)添加磷酸二氫鉀、黃腐酸、尿素、復(fù)硝酚鈉等成分，以充分開發(fā)利用我國(guó)的腐植酸資源，生產(chǎn)出富含腐植酸的有機(jī)肥。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)中存在的技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種高效提取裙帶菜孢子葉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟:
(1)原料預(yù)處理:將裙帶菜孢子葉原料去除泥沙，于60-70°C烘干至水分含量8-10%以下，粉碎至顆粒粒度為1.0-1.5mm以下的粉末作為原料；
(2)超聲處理:向粉末中加入40-60倍重量的水，用400-600W超聲波處理15_20min；
(3)纖維酶解:用4-8mol/L鹽酸調(diào)pH為4_6，加入原料重量0.5_2.0%的由內(nèi)切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.4-0.6%，50-60°C下酶解3-4小時(shí)；
(4)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶55%、木瓜蛋白酶45%組成的蛋白酶0.3-0.4%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.2-0.3%，繼續(xù)酶解4-5h，攪拌，酶解后離心分離；
(5)鹽水消化:向上述離心后的裙帶菜孢子葉中加入13-15倍裙帶菜孢子葉重量的2-3% Na2CO3溶液，在55-65°C水浴中消化2_3h ；
(6)稀釋過(guò)濾:然后加入體積5-7倍55-65°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋1.5_2h，充分稀釋均勻后，通過(guò)280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾；
(7)脫色:濾液加入0.2-0.3%的雙氧水，在55-60°C脫色l_2h，然后升溫到80_90°C保持10-20min,用280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾；
(8)CaCl2溶液處理:濾液緩慢加入體積比2-3%濃度10%的CaCl2溶液，靜置l_2h，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；
(9)離子交換:褐藻酸鈣加入13-15倍的純化水，然后用1.5-2.5倍10% NaCl溶液，在50-60°C水浴中進(jìn)行離子交換,使褐藻酸1丐纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液；
(10)制褐藻酸鈉:然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品；
(11)制乙醇:步驟(4)中的離心濾液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為20-25%，27-35°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)4_8天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇；
(12)制裙帶菜孢子葉有機(jī)肥:稱取蔗糖2-3kg攪拌溶解于20-25kg水中，攪拌下加入
0.5-0.6kg復(fù)硝酚鈉和0.4-0.5kg萘乙酸鈉使之全部溶解，加入步驟(11)蒸餾乙醇后剩余的液體中，稱取黃腐酸20-22kg研磨成粉、尿素14-16kg和磷酸二氫鉀20-25kg混合均勻加入上述混合液，同時(shí)加水30-35kg攪拌溶解即得本液體肥料。
[0009]上述的一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟
(11)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液滅菌后，接入已經(jīng)活化的工業(yè)酵母菌種CICC31447，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。
[0010]上述的一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟
[11]發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液經(jīng)過(guò)活化的酵母菌在30°c下，發(fā)酵培養(yǎng)7天，所獲得的生物乙醇量最大。
[0011]本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明以蛋白酶、果膠酶、纖維素酶按科學(xué)的配比制成復(fù)合酶，避免受到其它人分子物質(zhì)，如果膠、蛋白質(zhì)等的干擾，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，徹底破解植物的細(xì)胞壁，將裙帶菜孢子葉中的纖維素、蛋白質(zhì)等主要成分分離出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為微生物可利用的單糖、寡糖及游離蛋白質(zhì)，有利于提高褐藻酸鈉的提取率；同時(shí)利用富含纖維素的裙帶菜孢子葉加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過(guò)程中剩余的廢液通過(guò)添加磷酸二氫鉀、黃腐酸、尿素、復(fù)硝酚鈉等成分，以充分開發(fā)利用我國(guó)的腐植酸資源，生產(chǎn)出以水為溶劑，富含腐植酸、大量營(yíng)養(yǎng)元素的有機(jī)月巴。實(shí)現(xiàn)了裙帶菜孢子葉的高值化綜合利用，開發(fā)了海洋生物能源。

【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1:
將裙帶菜孢子葉原料去除泥沙，于60°C烘干至水分含量8%以下，粉碎至顆粒粒度為1.0mm以下的粉末作為原料；準(zhǔn)確稱取烘干粉碎后的10kg裙帶菜孢子葉，加入原料重量4000ml的新鮮飲用水，用400W超聲波處理15min ;用4mol/L鹽酸調(diào)pH為4，加入原料重量0.5%的由內(nèi)切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.4%，50 V下酶解3小時(shí)；加入由中性蛋白酶55 %、木瓜蛋白酶45 %組成的蛋白酶0.3%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.2%，繼續(xù)酶解4h，攪拌，酶解后離心分離；
向上述離心后的裙帶菜孢子葉中加入1300kg 2% Na2CO3溶液，在55°C水浴中消化2h ；然后加入體積5倍55°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋1.5h，充分稀釋均勻后，通過(guò)280目的絹網(wǎng)過(guò)濾；濾液加入0.2%的雙氧水，在55°C脫色lh，然后升溫到80°C保持lOmin，用280目的絹網(wǎng)過(guò)濾；濾液緩慢加入體積比2%濃度10%的CaCl2溶液，靜置lh，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入13倍的純化水，然后用1.5倍10% NaCl溶液,在50°C水浴中進(jìn)行離子交換,使褐藻酸|丐纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液；然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品28.3克。
[0013]先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，30°C培養(yǎng)I天，將裙帶菜孢子葉預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，培養(yǎng)結(jié)束后，測(cè)定其中的乙醇濃度約為3.5%，蒸餾后，獲得生物乙醇。
[0014]稱取蔗糖2kg攪拌溶解于20kg水中，攪拌下加入0.5kg復(fù)硝酚鈉和0.4kg萘乙酸鈉使之全部溶解，加入蒸餾乙醇后剩余的液體中，稱取黃腐酸20kg研磨成粉、尿素14kg和磷酸二氫鉀20kg混合均勻加入上述混合液，同時(shí)加水30kg攪拌溶解即得本液體肥料，然后噴干，粉碎，制成裙帶菜孢子葉有機(jī)肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為42%，總有機(jī)質(zhì)的含量為62%。
[0015]實(shí)施例2:
將裙帶菜孢子葉原料去除泥沙，于70°C烘干至水分含量10%以下，粉碎至顆粒粒度為
1.5mm以下的粉末作為原料；準(zhǔn)確稱取烘干粉碎后的10kg裙帶菜孢子葉，加入原料重量4000ml的新鮮飲用水，用600W超聲波處理20min ;用8mol/L鹽酸調(diào)pH為6，加入原料重量2.0%的由內(nèi)切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.6%，60°C下酶解4小時(shí)；加入由中性蛋白酶55%、木瓜蛋白酶45%組成的蛋白酶0.4%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.3%，繼續(xù)酶解5h，攪拌，酶解后離心分離；
向上述離心后的裙帶菜孢子葉中加入1500kg 3% Na2CO3溶液，在65°C水浴中消化3h ;然后加入體積7倍65°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋2h，充分稀釋均勻后，通過(guò)350目的絹網(wǎng)過(guò)濾；濾液加入0.3%的雙氧水，在60°C脫色2h，然后升溫到90°C保持20min，用350目的絹網(wǎng)過(guò)濾；濾液緩慢加入體積比3%濃度10%的CaCl2溶液，靜置2h，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入15倍的純化水，然后用
2.5倍10% NaCl溶液，在50_60°C水浴中進(jìn)行離子交換,使褐藻酸I丐纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液；然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品28.3克。
[0016]先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，30°C培養(yǎng)I天，將裙帶菜孢子葉預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，培養(yǎng)結(jié)束后，測(cè)定其中的乙醇濃度約為3.7%，蒸餾后，獲得生物乙醇。
[0017]稱取蔗糖3kg攪拌溶解于25kg水中，攪拌下加入0.6kg復(fù)硝酚鈉和0.5kg萘乙酸鈉使之全部溶解，加入蒸餾乙醇后剩余的液體中，稱取黃腐酸22kg研磨成粉、尿素16kg和磷酸二氫鉀25kg混合均勻加入上述混合液，同時(shí)加水35kg攪拌溶解即得本液體肥料，然后噴干，粉碎，制成裙帶菜孢子葉有機(jī)肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為55%，總有機(jī)質(zhì)的含量為61%。
【權(quán)利要求】
1.一種高效提取裙帶菜孢子葉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟: (1)原料預(yù)處理:將裙帶菜孢子葉原料去除泥沙，于60-70°C烘干至水分含量8-10%以下，粉碎至顆粒粒度為1.0-1.5mm以下的粉末作為原料； (2)超聲處理:向粉末中加入40-60倍重量的水，用400-600W超聲波處理15_20min； (3)纖維酶解:用4-8mol/L鹽酸調(diào)pH為4_6，加入原料重量0.5_2.0%的由內(nèi)切β-葡聚糖酶40%、外切β-葡聚糖酶35%、β-葡萄糖苜酶25%組成的纖維素酶0.4-0.6%，50-60°C下酶解3-4小時(shí)； (4)蛋白酶解:加入由中性蛋白酶55%、木瓜蛋白酶45%組成的蛋白酶0.3-0.4%，由果膠裂解酶50%、果膠酯酶50%組成的果膠酶0.2-0.3%，繼續(xù)酶解4-5h，攪拌，酶解后離心分離； (5)鹽水消化:向上述離心后的裙帶菜孢子葉中加入13-15倍裙帶菜孢子葉重量的2-3% Na2CO3溶液，在55-65°C水浴中消化2_3h ； (6)稀釋過(guò)濾:然后加入體積5-7倍55-65°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋1.5_2h，充分稀釋均勻后，通過(guò)280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾； (7)脫色:濾液加入0.2-0.3%的雙氧水，在55-60°C脫色l_2h，然后升溫到80_90°C保持10-20min,用280-350目的絹網(wǎng)過(guò)濾； (8)CaCl2溶液處理:濾液緩慢加入體積比2-3%濃度10%的CaCl2溶液，靜置l_2h，然后過(guò)濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)； (9)離子交換:褐藻酸鈣加入13-15倍的純化水，然后用1.5-2.5倍10% NaCl溶液，在50-60°C水浴中進(jìn)行離子交換,使褐藻酸1丐纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液； (10)制褐藻酸鈉:然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品； (11)制乙醇:步驟(4)中的離心濾液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為20-25%，27-35°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)4_8天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇； (12)制裙帶菜孢子葉有機(jī)肥:稱取蔗糖2-3kg攪拌溶解于20-25kg水中，攪拌下加入0.5-0.6kg復(fù)硝酚鈉和0.4-0.5kg萘乙酸鈉使之全部溶解，加入步驟(11)蒸餾乙醇后剩余的液體中，稱取黃腐酸20-22kg研磨成粉、尿素14-16kg和磷酸二氫鉀20-25kg混合均勻加入上述混合液，同時(shí)加水30-35kg攪拌溶解即得本液體肥料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟(11)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液滅菌后，接入已經(jīng)活化的工業(yè)酵母菌種CICC31447，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效提取裙帶菜孢子葉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方法，其特征在于:所述步驟(11)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，酶解液經(jīng)過(guò)活化的酵母菌在30°c下，發(fā)酵培養(yǎng)7天，所獲得的生物乙醇量最大。
【文檔編號(hào)】C08B37/04GK104341233SQ201310341401
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】朱鳳 申請(qǐng)人:青島博研達(dá)工業(yè)技術(shù)研究所(普通合伙)