一种采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法
【专利摘要】本发明涉及陶瓷膜分离技术提取蝇蛆动物蛋白的方法，新鲜蝇蛆经过清洗、破碎、热处理、酶解、灭酶等步骤后，用陶瓷膜分离技术对酶解液进行分离和纯化，然后经浓缩以及喷雾干燥等步骤，在酶解液中，先经过粗过滤器去除大颗粒物质，再分别采用陶瓷微滤膜和超滤膜去其中的大分子胶体、油脂，并将分解后的蛋白质与多肽、氨基酸分离，浓缩液喷雾干燥后制得蛋白质粉，再用纳滤浓缩、干燥后获得多肽、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。该方法可以有效地获得蝇蛆蛋白质，并降低提取产品的苦味，提取效率高，同时可以分离出多肽、氨基酸小分子蛋白质。
【专利说明】一种采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种从蝇蛆中提取蛋白质的方法，特别是一种将酶水解和陶瓷膜法耦合提取蝇蛆动物蛋白的工艺，属于生物技术酶解蝇蛆蛋白及膜分离【技术领域】。
[0003]
【背景技术】
[0004]随着饲养业和饲料业的快速发展，我国对动物蛋白的需求量也在不断增加。目前，我国动物蛋白质的主要来源是鱼粉，国产鱼粉满足不了市场的需求，因此每年还需进口大量的鱼粉。蝇蛆干基含粗蛋白54%飞5%，脂肪10%~14%，甲壳素8%~?Ο%和丰富的维生素、微量元素等，营养成分较全面，其氨基酸总量是鱼粉的2.3倍，蛋氨酸、赖氨酸分别是鱼粉的2.7倍和2.6倍。另外，苍蝇的繁殖能力很强，据测算，一对苍蝇4个月可繁殖2660亿个蝇蛆，重量可达600吨以上。因此，蝇蛆蛋白质完全可以作为优质蛋白质饲料，替代鱼粉。
[0005]据研究，蝇蛆蛋白粉具有抗菌、抗病毒、清除自由基等作用。利用蝇蛆开发蛋白粉及氨基酸产品，可以满足需补充高品质蛋白或氨基酸的特定人群的需要，同时也可能成为重要的蛋白质来源。因而研究蝇蛆蛋白产品深加工技术、提高产品的附加值，是非常必要而且具有实际意义的工作。
[0006]中国专利CN1415757A公布了一种用酶水解法从蝇蛆中提取蛋白质和甲壳素及用甲壳素制备壳聚糖的方法，通过将蝇蛆清洗、胶磨破碎、酶解后得到滤液和滤渣，滤液经增香、浓缩、喷雾干燥后得到蛋白质，该方法提取的蛋白质收率高于60%。专利CN1377898A公布了一种提取甲壳素和生物蛋白粉的方法，通过加碱浸泡、过滤、加酸浸泡、水洗及烘干后得蛋白质粉。上述的方法提取的蛋白质虽然保留了其生物活性，但都是用滤布进行过滤，过滤精度不高，成品中含有很多无效杂质成分，因此纯度不高，此外，都是对蝇蛆内的全部蛋白进行提取，但是并不是所有的蛋白都能被人体吸收，因此要开发一种纯度高，并且能提取易被人体吸收的蛋白质的方法。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种蝇蛆蛋白的提取纯化方法，需要提高提取蛋白的含量和纯度、降低分离出蛋白质的苦味，且操作简单、污染小、适用于大规模生产。主要是通过陶瓷膜微滤和超滤膜集成进行分离纯化操作，采用的具体技术方案如下:
一种采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，包括如下步骤:
第一步、将蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末；
第二步、将蝇蛆粉通过酶解法进行水解处理后，再灭酶；
第三步、将水解液通过粗过滤器进行过滤后，滤液由陶瓷微滤膜进行过滤；第四步、将微滤膜的透过液通过陶瓷超滤膜进行过滤；
第五步、将超滤膜的浓缩液进行干燥，得到蝇蛆蛋白；
第六步、将超滤膜的渗透液用纳滤膜浓缩再干燥后，得到多肽、氨基酸和小分子蛋白质。
[0009]本发明的提取方法主要是通过酶解的作用将蝇蛆的蛋白质大分子水解，使其更易被分离、提纯、而且更易人体吸收，另外，由于在水解过程中会产生一部分多肽和氨基酸，这一部分的水解物具有其特定的用途，而且这一部分的水解物具有较明显的苦味，需要将其从蛋白质中分离，提高产物的品质，本发明通过纳滤浓缩、干燥将其提取。水解工艺的参数包括有酶的类型、酶的用量、水解温度和水解时间等，水解工艺的不同会影响到蛋白质的水解程度、苦味的有无和大小、微滤和超滤的工艺参数、产物的收率等。如果水解程度较高，会导致水解物的苦味较重、蛋白质过多的被水解而收率低；相反，如果水解程度不够，则会导致蛋白质不能完全水解、较多的蛋白质会对微滤膜和超滤膜产生污染，而且水解的工艺参数与陶瓷膜的选择也密切相关，需要确定最优的陶瓷膜类型以适应不同的水解工艺。较为优选的水解参数是:蝇蛆粉与水的质量比优选是1:20~1:30 ;水解使用的酶优选是胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶中的一种，水解温度45~55°C，水解时间50~70分钟。
[0010]第三步中，水解物首先需要通过粗过滤器去除其中的大颗粒杂质，这主要是蝇蛆皮，可以防止微滤膜的污染、提高产品纯度，粗过滤器可以是常规的滤布、砂滤等。微滤膜进一步地对滤液进行过滤，除去水解液中的胶质、油脂等，可以提高产物的纯度、减小产物中的油脂含量、灰分；由于陶瓷膜的表面性质亲水性非常强，水解后物料中的带有的油脂与陶瓷膜的表面有较强的排斥力，不易透过膜层、截留率高、而且不易在表面形成污染、易清洗、再生。经过大量试验摸索，微滤膜的平均孔径的优选范围是200~500nm，如果孔径太大，会导致产物的纯度下降，灰分、油脂等杂质含量偏高，如果孔径太小，会使过滤通量降低，而且会使一部分蛋白质被截留，导致产品得率降低。陶瓷微滤膜的材质优选是氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种。在微滤过程中，跨膜压差的选择与微滤膜的平均孔径、过滤通量、产物纯度都有着相互影响的关系，如果跨膜`压差过大，会导致一部分胶体受压后穿过膜孔达到渗透侧，影响产品纯度，如果跨膜压差过滤，则会导致过滤通量过小，经过大量试验的摸索，优选的跨膜压差范围是0.05~0.3MPa。过滤过程中的pH的改变会与蛋白产生电荷相互作用，会影响到蛋白存在的形态，进而会影响到过滤通量和蛋白的截留率，优选的PH范围是
6.0~7.0。膜面流速会影响到过滤通量，优选的范围是I~5m/s。过滤温度优选是40~500C，浓缩比优选是料液浓缩6~8倍。
[0011]第四步中，超滤的作用是实现水解蛋白的浓缩并与多肽、氨基酸的分离，由于多肽、氨基酸带有一定的苦味，因此需要对超滤的工艺参数进行优化，如果超滤膜的平均孔径过大，会导致蛋白质不能被完全截留，导致产物回收率的损失，如果超滤膜的平均过小，不仅会导致过滤通量太小，没有工业实用价值，而且会导致多肽、氨基酸等组分被截留，会使回收蛋白产生苦味；超滤的跨膜压差也是需要进行大量试验摸索，超滤膜的平均孔径优选是20~50nm，陶瓷超滤膜的材质选氧化锆、氧化钛中的一种。在超滤的过程中，跨膜压差对产物的收率、含量也有影响，由于蛋白质是具有一定受压性的大分子物质，如果跨膜压差过大时，会有一部分大分子蛋白质透过膜孔进入到渗透侧，如果跨膜压差过小，过滤通量则会偏小，经过大量试验摸索，跨膜压差优选0.2~0.4MPa。过滤过程中的pH的改变会与蛋白产生电荷相互作用，会影响到蛋白质、多肽存在的形态，进而会影响到过滤通量和蛋白的截留率、多肽的透过率，优选的PH范围是5.0~6.0。膜面流速会影响到过滤通量，由于超滤蛋白质过程中，陶瓷膜表面的污染主要是由吸附污染、膜孔阻塞污染为主，膜面流速对过滤通量的影响相对较小，因此过大的膜面流速对于通量的提高有限，优选的范围是I~3m/s。过滤温度优选是40~50°C，浓缩比优选是料液浓缩5~7倍。
[0012]作为本发明方法的优选，第五步中采用的是喷雾干燥，操作时间短，可以保证蛋白质在干燥的过程中不会被破坏。
[0013]作为本发明方法的优选，所述的第六步中，纳滤工艺是:操作压力为0.8~I MPa，循环流量为2.0~3.0m3 /h,浓缩倍数是7~10倍。
[0014]作为本发明方法的优选，所述的第六步中，干燥方法是真空干燥。
[0015]有益效果
本发明提供了一种陶瓷膜法提取蝇蛆水解蛋白的方法，采用酶解和膜分离耦合，操作简单、提取率高，产品保留的活性成分更多，可有效去蝇蛆中的杂质、油脂，将可以将蛋白与产生苦味的多肽、氨基酸分离，工艺简单，效率高，能耗低，适用于工业生产。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]实施例1
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与20kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解60分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进 行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是500 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.05Mpa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩6倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化锆，平均孔径是20 nm,调节料液的pH至5.0，跨膜压差0.2 MPa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩5倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为0.8MPa，循环流量为3.0m3/h，浓缩倍数是8倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0018]实施例2
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与20kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解60分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是200 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.1Mpa,膜面流速lm/s，过滤温度40°C，将料液浓缩6倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化锆，平均孔径是20nm，调节料液的pH至5.0，跨膜压差0.2MPa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩5倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为1.0 MPa,循环流量为2.0m3/h，浓缩倍数是7倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0019]实施例3取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与30kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解55分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是200 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.3Mpa，膜面流速5 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩8倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化锆，平均孔径是20 nm,调节料液的pH至6.0，跨膜压差0.4 MPa,膜面流速3 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩5倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为0.9 MPa，循环流量为2.5m3/h，浓缩倍数是10倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。 [0020]实施例4
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与30kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解65分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是500 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.2 Mpa,膜面流速3 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩8倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化钛，平均孔径是20 nm，调节料液的pH至6.0，跨膜压差0.2 MPa,膜面流速3 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩5倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为
0.9MPa，循环流量为2.3m3/h，浓缩倍数是10倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0021]实施例5
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与20kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解60分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是200 nm,材质是氧化锆，调节料液的pH至7.0左右，微滤过程跨膜压差0.2 Mpa,膜面流速2 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩7倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化钛，平均孔径是20 nm，调节料液的pH至5.0，跨膜压差0.1 MPa,膜面流速3 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩7倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为
0.9MPa，循环流量为2.8m3/h，浓缩倍数是10倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0022]实施例6
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与20kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解60分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是400 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.4 Mpa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩6倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化钛，平均孔径是30nm，调节料液的pH至5.0，跨膜压差0.3 MPa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩5倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为
1.0MPa，循环流量为3.0m3/h，浓缩倍数是7倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0023]实施例7
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与25kg水的混合均匀后，升温至45°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解65分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是200 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.2 Mpa,膜面流速2 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩6倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化锆，平均孔径是30 nm,调节料液的pH至6.0，跨膜压差0.2 MPa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩6倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为0.8MPa，循环流量为2.0m3/h，浓缩倍数是10倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0024]实施例8
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与25kg水的混合均匀后，升温至45°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解55分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是500 nm,材质是氧化锆，调节料液的pH至7.0左右，微滤过程跨膜压差0.3 Mpa,膜面流速I m/s，过滤温度4`0°C，将料液浓缩6倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化锆，平均孔径是30 nm,调节料液的pH至6.0，跨膜压差0.4 MPa,膜面流速I m/s，过滤温度40°C，将料液浓缩7倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为0.9MPa，循环流量为2.1m3/h，浓缩倍数是9倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0025]实施例9
取蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末，用Ikg的蝇蛆粉与30kg水的混合均匀后，升温至50°C，加入50g胰蛋白酶进行水解，水解55分钟，料液进入灭酶装置，升温到75°C进行灭酶5分钟。将水解液送入砂滤器进行过滤，滤液送入陶瓷微滤膜进行微滤，陶瓷微滤膜的平均孔径是500 nm,材质是氧化铝，调节料液的pH至6.0左右，微滤过程跨膜压差0.4 Mpa,膜面流速5 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩8倍后，停止微滤。将微滤的渗透液送入超滤膜进行过滤，陶瓷超滤膜的材质采用氧化锆，平均孔径是50nm，调节料液的pH至6.0，跨膜压差0.2 MPa,膜面流速3 m/s,过滤温度40°C，将料液浓缩5倍后，停止超滤。将超滤的浓缩液进行喷雾干燥后，得到提取的蝇蛆蛋白，再将超滤的渗透液送入纳滤膜浓缩，操作压力为
0.9MPa，循环流量为2.0m3/h，浓缩倍数是8倍，得到多肽类、氨基酸和小分子蛋白质的混合物。
[0026]性能评价
1.提取蛋白质的含量:采用凯式定氮法测定。[0027]2.脂肪的含量:采用索氏提取法测定。
[0028]3.灰分:照GB/T5009.4-2003灼烧恒重法测定。
[0029]4.水分:照GB/T5009.4-2003直接干燥法测定。
[0030]5.苦味:采用感观评定法，随机选取10名参评人员(均为不吸烟者)，取待测液1-2 ml于口中，5秒后吐出。待测液是将提取所得的蛋白按重量比1:20混合于水中制得。将待测液的苦味设定为4个级别:无苦味、苦味小、苦味一般、苦味重。
[0031]6.收率:提取的蛋白质重量/蝇蛆粉的重量X 100%。
[0032]试验结果如表1所示。
[0033]表1实施例1~实施例9的性能评价
【权利要求】
1.一种采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，包括如下步骤: 第一步、将蝇蛆洗净、烘干、研磨成粉末； 第二步、将蝇蛆粉通过酶解法进行水解处理后，再灭酶； 第三步、将水解液通过粗过滤器进行过滤后，滤液由陶瓷微滤膜进行过滤； 第四步、将微滤膜的透过液通过陶瓷超滤膜进行过滤； 第五步、将超滤膜的浓缩液进行干燥，得到蝇蛆蛋白； 第六步、将超滤膜的渗透液用纳滤膜浓缩再干燥后，得到多肽、氨基酸和小分子蛋白质。
2.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于:所述的第二步中，水解步骤参数是:蝇蛆粉与水的质量比是1:20~1:30 ;水解使用的酶是胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶中的一种；水解温度45~55°C，水解时间50~70分钟。
3.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于:所述的第三步中，陶瓷微滤膜平均孔径的范围是200~500nm，陶瓷微滤膜的材质是氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种。
4.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于:所述的第三步中，微滤步骤中，将料液的pH调节至6.0~7.0，微滤的跨膜压差范围是0.05~0.3MPa，膜面流速范围是I~5m/s，过滤温度是40~50°C，浓缩比是料液浓缩6~8倍。
5.根据权利要求1所述`的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于:所述的第四步中，陶瓷超滤膜平均孔径的范围是20~50nm，陶瓷超滤膜的材质是氧化锆、氧化钛中的一种。
6.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于:所述的第四步中，超滤步骤中，将料液的pH调节至5.0~6.0，超滤的跨膜压差范围是0.2~0.4MPa，膜面流速范围是I~3m/s，过滤温度是40~50°C，浓缩比是料液浓缩5~7倍。
7.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于:所述的第五步中采用的是喷雾干燥。
8.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于，所述的第六步中，纳滤工艺是:操作压力为0.8~I MPa，循环流量为2.0~3.0m3/h，浓缩倍数是7~10倍。
9.根据权利要求1所述的采用陶瓷膜提取蝇蛆蛋白的方法，其特征在于，所述的第六步中，干燥方法是真空干燥。
【文档编号】C07K1/34GK103555798SQ201310509107
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】彭文博, 张桂花, 寇琴, 熊福军, 张宏, 范克银 申请人:江苏久吾高科技股份有限公司