[发明专利]一种物理分离和生物酶解的甲壳素清洁生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于甲壳素加工领域，涉及一种有效减少污染的甲壳素清洁生产工艺。

背景技术

甲壳素（chitin）又叫几丁质、甲壳质，是除了纤维素以外的又一大类重要天然高分子多糖聚合物。甲壳素脱乙酰基后的产物被称为壳聚糖（chitosan）。甲壳素和壳聚糖是一类可再生和可生物降解的物质，其在食品、化工、医药、农业等领域中有着广泛的应用。

  传统工艺一般采用采用水泥池敞开式高浓度（10～12%）盐酸溶液去除甲壳动物壳中的钙、磷等矿物质，用水冲洗至中性；然后用氢氧化钠溶液水解壳内和壳上的蛋白质等成分，用水冲洗至中性，最后脱水干燥而成甲壳素产品。使用酸碱处理时，虽然方法简单、应用性强，但是产生废水量很大，特别是碱水中的蛋白质无法有效去除，存在严重的环境污染。通常生产一吨甲壳素要投入2.5-2.8吨氢氧化钠，8-9吨盐酸，约350吨水，排放含强酸、强碱和有机质的工业污水250吨左右。传统方法导致甲壳素生产工艺污染严重，同时大量有用资源被浪费。以日产1吨甲壳素计，每年要向环境水体排放7～8万吨污水，而且这类污水发黑发臭，对水环境带来严重威胁。目前在甲壳素生产废水的治理中，主要采用单纯的末端治理方式，经济投入大，而且难以达到排污标准。如果能将污染物在源头进行去蛋白去脂肪处理，则其综合排放废水可通过一些比较经济合理的处理（比如UASB-好氧工艺处理）达到GB-1996污水排放标准。

   现有的有关甲壳素清洁生产工艺方面，主要有舟山市普陀新展望水产饲料有限公司提出的甲壳素生产工艺（公开号 CN 1865291 A），其过程是先以物理方法对甲壳原料进行挤压，使包含在甲壳原料中的肌肉、内脏以及其他组织被挤出压碎，与甲壳原料分离出来，在采用化学方法对甲壳原料进行处理得到甲壳素。该技术表明通过物理方法处理使进入化学方法处理的物料量只剩下原来的35～40%，从而可减少盐酸用量40%以上，氢氧化钠用量70%以上、清洗用水量50%以上，排放到环境中去的污水量则不足原来的30%。但是采用该方法甲壳原料依旧带有大量的生物质，导致化学处理后酸碱液里含有大量的生物质，特别是碱液中的生物质，非常难去除，无法达到排污标准。国家海洋局第二海洋研究所提出的甲壳素清洁生产工艺（公开号 CN 1526739A），其过程是以虾蟹壳为原料，先采用较低浓度盐酸喷洒虾蟹壳，使虾蟹壳软化，然后用中性蛋白酶酶解虾蟹壳中的蛋白质，滤除蛋白酶解后的固形物用3～5mol/L 盐酸于40℃~50℃浸泡1～2h，彻底脱出钙等矿物质，经自来水清洗，晒干获得甲壳素产品。该方法虽然无强酸强碱污染，但是只采用酶法脱蛋白，需要的酶量太大，不经济，而且由于没有采用强酸强碱，故得到的甲壳素纯度不高。

  显然，要从根本上治理甲壳素生产过程中所产生的废水，必须对生产工艺进行改革，采用新的清洁生产工艺。

发明内容

   本发明的目的是针对上述缺陷，提出一种物理分离和生物酶解的甲壳素清洁生产工艺。  

本发明技术方案是：将新鲜虾蟹壳挤压后采用蛋白酶进行酶解，取酶解后的固形物经盐酸封闭浸泡处理，然后取固形物再以碱液封闭加热处理，再经洗涤、干燥取得甲壳素产品。

本发明针对传统甲壳素生产工艺中存在的问题，提出了一种先联合采用物理分离和生物酶提取进行预处理，再采用酸碱化学处理进行生产的工艺，对虾蟹壳进行综合利用。能进一步降低酸碱消耗，使后续的化学处理酸碱量大大减少，产品得率高。酶解后取得的酶解液可经静置沉淀，离心，干燥等工艺过程，获得蛋白产品，可添加于饲料中。

本发明中，先通过挤压去除并可回收新鲜虾蟹壳中的蛋白、脂肪等生物质。再将挤压后的虾蟹壳浸泡在蛋白酶中酶解以去除蛋白，将酶解后虾蟹壳加入食用盐酸溶液，碱液封闭加热处理是在封闭罐内进行曝气处理以去除钙、再脱脂。

封闭进行盐酸浸泡的优点是：一是减少盐酸雾弥散空气中；二是曝气装置减少用酸量，三是缩短浸泡时间。

封闭进行碱液加热处理的优点是：一是加热保温节能；二是减少煮碱沸腾的碱性热气污染环境；三是操作安全。

另外，本发明酶解采用的蛋白酶为枯草芽孢杆菌中性蛋白酶或胰蛋白酶中至少任意一种，酶解的温度条件为40℃～60℃，酶解时间为2.0～4.0 h。本酶解蛋白工艺的效果好、价格低、成本少。

将蛋白酶先置于2～3倍质量的水中，然后加入挤压后的虾蟹壳进行加热40℃—60℃酶解。

为了酶解彻底，又不浪费蛋白酶，蛋白酶与挤压后虾蟹壳的质量比为0.2～1.0︰100。