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基本信息
- 項(xiàng)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(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 殼聚糖是甲殼素脫乙?；a(chǎn)物，具有十分重要的利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)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(xué)工藝實(shí)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(xì)介紹：
- 小龍蝦是湖北省的特色資源，它的年產(chǎn)量達(dá)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(zhì)、30%—40%的鈣鹽、5%—7%的脂肪、4%—5%的色素、20%—30%的幾丁質(zhì)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(yàn)不著重研究，而注重于脫蛋白，脫鈣鹽，脫乙?；难芯?。 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(yīng)用，具有十分重要的利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，被譽(yù)為“人類第六生命要素”?？梢灶A(yù)計(jì)，甲殼素將會(huì)成為本世紀(jì)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(dòng)物蝦、蟹的甲殼，昆蟲的甲殼，真菌（包括酵母、霉菌等）的細(xì)胞壁、藻類及植物的細(xì)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(jié)構(gòu)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(tuán)，能進(jìn)行多種化學(xué)改性反應(yīng)，使其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)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(shù)等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景，有望形成甲殼素化學(xué)最具活力的新型產(chǎn)業(yè)。 本研究測(cè)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(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：本研究以固態(tài)發(fā)酵工藝實(shí)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(zhì)；替代傳統(tǒng)化學(xué)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(diǎn)：1. 在國內(nèi)率先采用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)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(shí)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(xué)特性及對(duì)甲殼素脫乙?；苽錃ぞ厶堑墓に噮?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(zhì)奠定了基礎(chǔ)；3. 為以生物工藝替代傳統(tǒng)的化學(xué)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(shù)關(guān)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(shù)指標(biāo)：發(fā)酵后測(cè)得蝦殼的脫鈣率為99.6%、脫蛋白率為84%、脫乙酰率為63%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 先進(jìn)性：本研究以生物工藝替代傳統(tǒng)化學(xué)工藝實(shí)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(yīng)用范圍；還有效回收了蝦殼中的蛋白質(zhì)及碳酸鈣，形成了具有廣泛用途的復(fù)合氨基酸（肽）及L-乳酸鈣產(chǎn)品。本技術(shù)的脫鈣率和脫蛋白率與國內(nèi)外同類研究對(duì)比，均處于領(lǐng)先水平。 科學(xué)性：本試驗(yàn)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(jìn)行固態(tài)發(fā)酵對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)都采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，可靠性高；所得產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜初步驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)構(gòu)與商品用甲殼素/殼聚糖一致。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品屬于《構(gòu)巢曲霉甲殼素脫乙酰酶酶學(xué)特性動(dòng)力學(xué)研究》的后期研究，該研究已經(jīng)于2009年12月在湖北省科學(xué)技術(shù)廳取得了結(jié)題表，網(wǎng)上編號(hào)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(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 利用生物工程技術(shù)清潔生產(chǎn)甲殼素/殼聚糖，整個(gè)生產(chǎn)過程中不使用酸堿等化學(xué)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(zhì)和有機(jī)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(dú)回收各種有用組分，其中的鈣鹽也可用于人類的補(bǔ)鈣產(chǎn)品。洗產(chǎn)品的廢水可以進(jìn)入下一輪發(fā)酵，故無生產(chǎn)廢水產(chǎn)生，少量的場(chǎng)地沖洗廢水，可進(jìn)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(jìn)社會(huì)，經(jīng)濟(jì)，環(huán)境三大效益的協(xié)調(diào)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(yīng)用，具有十分重要的利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我國主要是作為甲殼素、殼聚糖等初級(jí)產(chǎn)品的供應(yīng)國，國內(nèi)外對(duì)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(zhì)更好?？梢灶A(yù)計(jì)，甲殼素/殼聚糖產(chǎn)業(yè)將會(huì)獲得良好的經(jīng)濟(jì)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(xué)生產(chǎn)方法成本高，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，微生物發(fā)酵法具有反應(yīng)條件溫和、可控制性強(qiáng)、而且環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，因此許多同類研究以微生物發(fā)酵法替代傳統(tǒng)的化學(xué)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(qiáng)酸來處理蝦殼脫鈣，但使用強(qiáng)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(guān)報(bào)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(jìn)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(zhì)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(jìn)行發(fā)酵蝦殼脫蛋白，脫蛋白率為48%-88%。 3、生物法脫乙?；难芯楷F(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(xì)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(gòu)巢曲霉和藍(lán)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）。
