專利名稱：一種從發酵蝦頭殼中提取物質的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用微生物發酵技術從蝦頭提取蝦青素、蛋白質、乳酸鈣和甲殼素的技術領域。
背景技術：
蝦青素，全稱為3，3’_ 二羥基_β胡蘿卜素-4，4’_酮，屬于酮式類胡蘿卜素，呈艷紅色，為脂溶性，具有高效抗氧化、抗癌變、增強免疫及著色等功能。由于兩端的羥基(-0Η) 旋光性原因，蝦青素具有3S-3' S、3R-3, S、3R-3, R(也稱為左旋、消旋、右旋)這3種異構形態。最新的藥理學和生理學研究發現蝦青素具有極強的生物抗氧化性，已被廣泛應用于食品、醫藥、化妝品和飼料等的行業。經過多項人體和動物實驗已證實，天然蝦青素對人體和動物絕對安全。目前蝦青素的生產主要有化學合成途徑、藻類、真菌和甲殼類動物四種來源。(I)化學合成法蝦青素合成過程十分復雜，要經由多步化學和生物催化反應才能完成。人工合成蝦青素為3種結構蝦青素的混合物，極少抗氧化活性，與生物體內的蝦青素(以反式結構3S-3S型為主)截然不同。美國食品與藥物管理局(FDA)僅批準部分人工合成的蝦青素用于水產養殖的添加劑，不允許任何化學合成產品進入保健食品市場。因此， 化學合成的蝦青素在多種食品、飼料、醫藥品及化妝品上的應用受到很大的限制。(2)真菌某些真菌如紅發夫酵母、深紅酵母等也可以合成蝦青素。但據報道酵母菌源的蝦青素是100%右旋(3R-3, R)，有部分抗氧化活性，酵母菌來源蝦青素主要用在非食用動物和物資的著色上。此外，雖然酵母細胞繁殖速度快，生物量高，但細胞蝦青素含量低，為了提高蝦青素產量，需要大量提高碳源和氮源尤其是價格很高的有機氮源(酵母膏和蛋白胨等)的添加量，易造成浪費，增加成本，不利于商業化生產。(3)藻類雖然藻類來源的蝦青素是100%左旋(3S-3, S)結構，具有最強的生物學活性，但是目前已知的這些微藻通常生長速度都比較慢，需要較長的自養培養周期，生物量低，生長條件苛刻，對水質、環境及光的要求很高，大規模生產仍有難度。(4)甲殼類動物在自然界中，蝦青素主要以酯的形式大量存在于水生動物(如蝦及蟹)的殼內，雖然含量低，甲殼中的灰分和蛋白質也限制了蝦青素的提取，但由于目前還沒有找到更好的方法，且國內外的水產加工業每年有1000萬噸的甲殼類廢棄物，資源豐富，因此國外從蝦殼中提取天然蝦青素的方式仍然存在。從甲殼類加工下腳料(蝦頭蝦殼)中提取回收蝦青素是蝦青素生產的主要途徑之一，關于這方面國內外均有較長的研究歷史。但是，甲殼類廢棄物中的石灰質(碳酸鈣)會影響蝦青素的產量，因此在提取時應盡量將其除去。而且蝦青素在這些物質中或以游離的形式存在，或與蛋白質、脂類等結合的形式存在。因此嚴重的影響了蝦青素的提取率。針對蝦青素與碳酸鈣的結合，目前常規的方法是使用酸化處理，破壞蝦殼上蝦青素與碳酸鈣的結合，對甲殼進行去鈣化處理，才能提高蝦青素的提取率。在去鈣化的理論基礎上，挪威海洋漁業工業發展了“青貯法”處理廢棄物的技術。通過青貯過程中加入無機酸或有機酸，來破壞蝦青素與蛋白質或骨骼部分的結合，從而增加蝦青素的釋放量。但是酸的使用一方面使得提取費用較高，而且對環境造成了極大的污染。對于蝦蟹等下腳料中與蝦青素結合的蛋白質，傳統的方法是使用堿溶液來脫蛋白，但是使用化學法脫蛋白同樣也造成了嚴重的環境污染。最近，國內外有很多研究是利用蛋白酶來水解蝦蛋白從而斷裂色素與蛋白的結合，以提高色素回收率。酶解法雖然避免了大量堿試劑的使用，但是商品化的酶制劑成本很高，也限制了從蝦蟹下腳料中提取蝦青素的大規模應用。專利利用微生物從蝦殼中提取蝦青素、蛋白質及甲殼素的方法中提出利用微生物處理蝦頭以提取蝦青素等營養物質。但專利中所使用的方法存在不足(I)其所使用的發酵微生物為革蘭氏陰性桿菌鄰單胞桿菌，該菌為一種條件致病菌，會影響產品安全性。
(2)其發酵溫度為37°C，該溫度為大腸桿菌等致病菌的最適生長溫度，極易染菌，污染發酵后產品。(3)該實驗在發酵前要求對蝦頭滅菌，這樣不僅增加成本，而且會使蝦頭中的內源酶失活，影響水解效率。(4)其發酵過程需要通氧，增加了生產成本，不利于大規模生產。(5) 鄰單胞桿菌發酵過程PH較高，甲殼中的鈣無法有效回收。因此，急需開發一種蝦青素提取率高、生產成本低、便于規模化生產、綠色環保、符合國家可持續發展的政策的蝦青素提取工藝。
發明內容
本發明的目的是提供一種從發酵蝦頭殼中提取物質的方法，以彌補現有技術的不足。本發明的方法包括如下步驟(I)將奸頭,清洗干凈機械粉碎至2mm-10mm ;(2)將嗜熱鏈球菌菌種接入MRS培養基(蛋白胨l.Og、牛肉膏l.Og、酵母膏 O. 5g、葡萄糖2. 0g、磷酸氫二鉀O. 2g、硫酸錳O. 025、檸檬酸二胺O. 2g、硫酸鎂O. 068g、吐溫 800. 1ml、蒸餾水 100ml)，在 37。。_45°C下，活化 15h_65h。(3)將活化好的菌懸液以1-20 %的接種量，接入未滅菌的蝦頭料中，加入 O. 1-20%葡萄糖和固液比I O. 1-20的蒸餾水。(4)發酵降解過程中不需要通氧或攪拌，在30_45°C下發酵12_72h。(5)發酵結束后將(4)中的發酵液經2000-10000r/min離心和/或過濾分離成發酵上清液和沉淀固體。(6)蝦頭發酵液上清液部分進行噴霧干燥得蛋白鈣粉。(7)蝦頭發酵后固體部分用乙醇以固液比I : 3-7在10_60°C下浸泡蝦頭O. 5-10
小時，離心分離。重復上述步驟2-6次，合并液體部分得蝦青素提取液。蝦青素提取液可經噴霧干燥得蝦青素粉末得蝦青素粉末。用乙醇提取后剩下的固體部分可烘干得甲殼素粗品O本發明采用嗜熱鏈球菌發酵蝦頭，嗜熱鏈球菌是一種益生菌，有助于維持人體腸道菌群的平衡。發酵溫度可控制在40°C到45°C，高溫下能夠控制雜菌存活率。發酵前不需要對蝦頭原樣滅菌，這樣既節省了生產成本，又可以保留蝦頭中的內源酶，實驗表明嗜熱鏈球菌發酵過程產生的各種蛋白酶以及蝦頭內的自溶酶共同作用促進了蛋白質的水解，從而
4提高了蝦青素的提取率；而且除蛋白酶外，嗜熱鏈球菌發酵過程可能分泌解脂酶(如脂肪酶和磷脂酶)和纖維素酶等可斷開甲殼素與蝦青素之間的結合，從而有利于蝦青素等脂溶性物質的提取。各種酶之間往往會有協同作用，可在某種程度上達到增效的作用。該技術不需外加蛋白酶，發酵液蝦香濃郁，無腥臭味和苦澀味，可方便地用于生產含鈣的調味品、 水解蛋白制品、保健品等各個領域。
具體實施例方式實例I 將IOg原料蝦頭粗粉碎至2-lOcm，以I : 9固液比加入水，并加入IOg葡萄糖。將在脫脂奶粉培養液中活化24h的液態菌種以1%的比例接種，38°C下降解72h。將發酵液抽濾。液體部分用噴霧干燥得蛋白鈣粉。固體部分使用乙醇以固液比I : 6在45°C提取蝦青素45min，之后于8000r/min離心20分鐘。保留液態部分將固體部分重復上述操作2 次。合并液體部分。將剩余蝦頭殘渣烘干，得甲殼素粗品。最終，獲得的蝦青素油含蝦青素 21. 6 μ g，有機溶劑回收；獲得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉得O. 52g ;獲得甲殼素粗品I. 70g。實例2 將20g原料蝦頭粗粉碎至2-lOcm，以2 : 8固液比加入水，并加入15g葡萄糖。其他操作同實例I。最終，獲得的蝦青素油含蝦青素15. 7μ g，有機溶劑回收；獲得富含乳酸鈣和氣基酸的復合蛋白妝粉得O. 59g ;獲得甲殼素粗品I. 78g。實例3 原料、加水比例及葡萄糖量同實例I。菌種活化24h，5%接種。降解時間72h，其他操作同實例I。最終，獲得的蝦青素油含蝦青素18. 9μ g，有機溶劑回收；獲得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉得O. 64g ;獲得甲殼素粗品I. 97g。實例4 原料、加水比例及葡萄糖量同實例I。菌種活化24h，9%接種。降解時間48h，其他操作同實例I。最終，獲得的蝦青素油含蝦青素15. 39μ g，有機溶劑回收；獲得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉得O. 32g ;獲得甲殼素粗品I. 26g。實例5:將30g原料蝦頭粗粉碎至2-lOcm，以3 : 7固液比加入水，并加入IOg葡萄糖。其他操作同實例I。最終，獲得的蝦青素油含蝦青素16. 7μ g，有機溶劑回收；獲得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉得O. 55g ;獲得甲殼素粗品I. 48g。實例6 降解工藝同實例1，降解結束后將發酵后固體部分浸泡在乙醇以中提取蝦青素。固液比I : 3。在30°C下浸泡Ih.重復上述操作2次。其他操作同實例I。乙醇提得蝦青素 13. 70 μ g0蛋白鈣粉得O. 52g。甲殼素粗品得1.803g。實例7 降解工藝同實例1，降解結束后將發酵后固體部分浸泡在乙醇以中提取蝦青素。固液比I : 9。在60°C下浸泡Ih.重復上述操作2次。其他操作同實例I。乙醇提得蝦青素 21. 70 Ug0富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉得O. 52g。甲殼素粗品得1.63g。
權利要求
1.一種利用微生物從蝦頭中提取蝦青素、蛋白質、乳酸鈣和甲殼素的方法，其特征在于是利用嗜熱鏈球菌在合適的條件下進行蝦頭殼發酵處理后，將發酵上清液和固體殘渣分開。固體殘渣用乙醇浸泡，再經離心，液體部分蒸發回收有機溶劑，得蝦青素；殘余固體部分經干燥得甲殼素粗品；離心上清液經噴霧干燥濃縮得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉。
2.如權利要求I所述的利用嗜熱鏈球菌在合適的條件下進行蝦頭殼發酵處理，其特征在于將活化好的嗜熱鏈球菌懸液以1-20%的接種量，接入未滅菌的蝦頭殼中，加入O.1-20%葡萄糖和固液比I O. 1-20的蒸餾水。
3.如權利要求I所述的利用嗜熱鏈球菌在合適的條件下進行蝦頭殼發酵處理，其特征在于發酵過程中不需要通氧或攪拌，在30-45°C下發酵12-72h。
4.如權利要求I所述的將發酵上清液和固體殘渣分開，其特征在于發酵液通過 2000-10000r/min離心和/或過濾的方式發酵上清液和固體殘渣分離開。
5.如權利要求I所述的蝦青素，其特征在于蝦頭殼發酵后固體殘渣部分用乙醇以固液比I : 3-7在10-60°C下浸泡蝦頭O. 5-10小時，離心分離。重復上述步驟2-6次，合并液體部分得蝦青素提取液。蝦青素提取液可經噴霧干燥得蝦青素粉末。
6.如權利要求I所述的復合蛋白肽粉，其特征在于蝦頭發酵液上清液部分進行噴霧干燥得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉。
7.如權利要求I所述的甲殼素，其特征在于用乙醇提取后剩下的固體部分可烘干得甲殼素粗品。
全文摘要
一種微生物從蝦頭中提取蝦青素、蛋白質、乳酸鈣和甲殼素的方法，是利用嗜熱鏈球菌在合適的條件下進行蝦頭殼發酵處理后，經過離心分別收集上清液和固體沉淀。固體沉淀用乙醇浸泡，再經離心，液體部分蒸發回收有機溶劑，得蝦青素；殘余固體部分經干燥得甲殼素粗品；離心上清液經噴霧干燥濃縮得富含乳酸鈣和氨基酸的復合蛋白肽粉；此工藝具有過程合理、無污染、原料利用完全、產品質量高等優點。
文檔編號C12P21/06GK102586378SQ201210062258
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者張婧, 李鈺金, 林洪, 毛相朝, 胡增淼, 高原松 申請人:中國海洋大學, 泰祥集團技術開發有限公司