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酸法和碱法制备明胶的研究
发布时间:2022-04-10 21:11:05 来源:ob欧宝娱乐在线登录 作者:ob欧宝娱乐app下载地址

  摘要:为建立利用制革固体废弃物清洁制备明胶的方法,本研究对比了酸法、碱法、酶法 和热-酶结合法制备明胶的差异,并对最优的热-酶结合法进行了酶解工艺参数的优化,最 终建立了热-酶法处置制革固废制备明胶的方法。具体工艺路线为前处理、热处理、固废 酶解、酶灭活处理、提胶及后处理制备明胶。热-酶法制备明胶工艺的建立,有利于提高 制革固废污染的清洁、资源化处置水平。

  明胶(Gelatin)呈白色或淡黄色,通常是由猪、牛等动物的骨、皮、肌腱或膜等结缔组织 的胶原蛋白经降解而成。明胶具有原料广泛,环保可降解等诸多优点,被誉为“工业味 精”,在食品加工、医药、化妆品、化工等许多领域都有广泛的应用

  传统的明胶制备工艺主要包括酸法和碱法,通常使用硫酸、磷酸、石灰、氢氧化钠或纯碱 等对明胶生产原料进行预处理,然后在明胶提取和纯化过程中需用到大量的水进行清洗及 溶出,然后再将水排除

  牛皮废料(制革鞣制工艺前裁剪的皮边角废料)来自无极景森皮革制品有限公司;胃蛋白酶 (3000U/g)购自北京博奥拓达科技有限公司;中性蛋白酶(5 万 U/g)、碱性蛋白酶(20 万 U/g)、酸性脂肪酶(4000U/g)、脂肪酶(4000U/g)、碱性脂肪酶(4000U/g)购自沧州夏盛酶 生物技术有限公司;蛋白 Marker(40~300kDa)购自北京聚合美生物科技有限公司;盐酸、 氢氧化钠等购自北京化工厂。

  蛋白电泳仪(君意公司);凝胶成像仪(天能公司);旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂);数字 粘度计(上海佑科仪器仪表有限公司);高速万能粉碎机(北京市永光明医疗仪器厂);电热恒 温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司)。

  皮废料的水解处理:酸法、碱法、酶法和热-酶法水解废料(表 1)。其中复合酶解处理工艺 温度 35℃,酶解 8h, 酶的添加量 1020U/g(酶/皮重=1%)。

  将预处理后的皮废料放置于烧杯中,加入 2 倍的蒸馏水,70℃水浴 1h。冷却至室温备用。

  本研究采用的是蛋白酶与脂肪酶混合制成的复合酶制剂,其中蛋白酶与脂肪酶的酶活比例 为 50∶1。三种酶制剂组成分别为复合酶 1:胃蛋白酶与酸性脂肪酶,最适 pH 为 3;复合酶 2:中性蛋白酶与脂肪酶,最适 pH 为 7;复合酶 3:碱性蛋白酶与碱性脂肪酶,最适 pH 为 9。 分别采用三种复合酶处置皮废料,复合酶的添加量为 1%,以产率及明胶粘度为评价指标, 筛选出最佳复合酶。

  在筛选到最适的酶制剂种类后,对酶解反应过程中应控制温度、时间、加酶量等参数进行 优化,以便发挥酶的最佳催化活性,同时保证胶原适度降解。

  在酶解温度 35℃,酶解时间 8h 的条件下,探究不同加酶量 0.5%、0.75%、1.00%、1.25%、 1.5%对制备明胶的影响。

  在酶解时间 8h, 加酶量 1.00%的条件下,探究不同酶解温度 30℃、35℃、40℃、45℃、50℃ 对制备明胶的影响。

  在酶解温度 35℃,加酶量 1.00%的条件下,探究不同酶解时间 4h、6h、8h、10h、12h 对制 备明胶的影响。

  在单因素试验的基础上,以产率和粘度为评价指标,以酶解温度、酶解时间、加酶量为影 响因素,每个因素取三水平,选用 L

  将酶解工艺的皮废料进行酶灭活处理后,在 pH 5、60℃的条件下提胶 7h, 将酶解所引起 的化学变化显示出来,溶出胶原蛋白分子的三角螺旋结构而成为明胶溶液。然后采用真空 旋转蒸发在线r/min 的条件下浓缩明胶溶液。胶液浓 缩后通过干燥、粉碎即可获得明胶。

  粘度测定:明胶的粘度是明胶应用的重要指标,将配置成 6.67%的溶液,在 60℃条件下采 用数字粘度计对明胶粘度进行测定。

  分子量测定:配制成 2%的明胶溶液用 SDS-PAGE 方法测量明胶分子量。

  依据 GB 6783—2013《国家食品安全标准 食品添加剂 明胶》对明胶的性状进行评定,同 时依据该标准对明胶的水分和重金属含量进行测定。

  对制革鞣制前的牛皮边角废料的成分进行分析测定,发现其含有的主要成分为水、粗蛋白 和粗脂肪,如表 3 所示。其中粗蛋白含量为 20%-25%,是其最有价值的组分,后续对其蛋白 组分进行再利用。

  本试验分别采用酸法、碱法、酶法、热—酶法制备明胶,比较所得明胶的产率及粘度结果 如表 4 所示。使用酸法制备明胶,产率最高;使用碱法制备明胶,所得明胶粘度最大;而 酶法制备明胶的产率最低,明胶粘度介于酸法和碱法之间。酶法制备明胶的产率较低是限 制酶法推广的重要原因。热—酶法与酶法相比,明胶产率及粘度均有提高。因此,选用热 —酶法对制备明胶的工艺进行优化,以进一步提高明胶的产率和粘度。

  分别用三种复合酶按照酶解及后处理工艺制备明胶,所得明胶的产率和粘度如表 5 所示。 复合酶 3 与复合酶 1、2 相比,在明胶产率和粘度上均最高。因此,选用复合酶 3,即碱性 蛋白酶与碱性脂肪酶应用在明胶制备工艺中。



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