一種汽爆聯合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于中藥現代化領域，涉及一種汽爆聯合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的 方法。
【背景技術】
[0002] 海藻酸，其分子式為（C6H7O6) n，相對分子量在32000~200000左右，是從褐藻類的 海帶或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物，是由1，4-聚-β-D-甘露糖醛酸和a-L-古 洛糖醛酸組成的一種線型聚合物，其衍生物包括海藻酸鈉、海藻酸鈣、海藻酸鋅、海藻酸鐵、 海藻酸鉀、海藻酸鎂、海藻酸銨等。其中海藻酸鈉因其良好的生物降解性和生物相容性，被 廣泛應用于化學、生物、醫藥、食品等領域。
[0003]目前，世界范圍內海藻酸鈉制備方法可分為四種：酸凝酸化法、鈣凝酸化法、鈣凝 離子交換法、酶解提取法。前三種方法為純化學方法，在提取過程中由于較高濃度的碳酸 鈉消化，導致生產出的海藻酸鈉黏度較高，產率一般在20%左右，并且大量的酸堿化學藥 品對環境的污染較大。而酶作為一種特殊的以蛋白質形式存在的生物催化劑，在啤酒、果 汁果酒、紡織、飼料、皮革、酒精等行業得到了廣泛的應用，并以其特異、高效、綠色環保等特 點而備受青睞。我們考慮到海藻酸主要存在于海帶及馬尾藻的細胞壁中，而細胞壁的主 要成分為纖維素、半纖維素及木質素；同時在提取過程中，還要受到其它大分子物質，如果 膠、蛋白質等的干擾，趙巖、吳鵬發明了一種用于海帶前處理的復合生物酶配方及使用方法 (201010292123. 9)，該發明既能顯著降低高海藻酸鈉的粘度，又能降低化學藥品的用量，但 對于海藻酸鈉收率的提高幅度有限。
[0004] 但由于細胞壁中的木質素和半纖維素以共價鍵的方式相結合，果膠以鑲嵌的形式 將木質素、半纖維素和纖維素膠合，纖維素分子被包埋其中，形成一層天然屏障。無論是化 學方法、物理方法，還是生物酶制劑等單一方法作用于細胞壁，都無法完全打開木質素的天 然屏障，只能通過降解果膠，打開一小部分通道，使生物酶制劑與纖維素等大分子接觸。這 就造成我們的發明（201010292123. 9)應用于海藻酸鈉的提取工藝中，需要耗時6h的酶處 理，產率才能提高1倍左右。
[0005] 汽爆技術是將滲進植物組織內部被壓縮的氣體短時間突發性釋放完畢，目的是用 較少的能量將原料按要求分解。汽爆機將容器內的全部原料在毫秒級時間范圍內，以炸散 的形式懸在大氣空間。由于其作用時間短，能量密度高而且集中，氣體分子可以滲透到纖維 素與木質素等大分子之間，充分地在大分子水平上將物料分解。因此，汽爆過程可以將植 物細胞壁果膠鑲嵌的木質素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質素、果膠、半纖維素和 纖維素的分散體，結合生物酶技術徹底攻破植物細胞壁的天然屏障系統。
[0006] 陳洪章等人發明海帶組分分離生物量全利用制備多種產品的方法 (201010120859. 8)，該發明將汽爆技術引入海帶組分分離中，其主要是通過蒸汽汽爆加碳 酸鈉消化來生產海藻酸鈉、膳食纖維、碘、色素等產品，與傳統技術相比節水、節能。但一方 面，與傳統技術相比，單純引入汽爆技術，僅能使植物大部分細胞壁果膠鑲嵌的木質素、半 纖維素和纖維素的共聚體打散為木質素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，這些大分子聚 合物依然存在，仍需要高濃度的碳酸鈉溶液長時間消化，在這些大分子物質降解的過程中， 海藻酸勢必也會隨著降解，碳酸鈉的濃度越高、消化時間越長，海藻酸降解的越多，得到的 海藻酸、海藻酸鈉分子量越低，黏度大大降低，產品質量越差；另一方面，蒸汽汽爆過程中， 由于汽爆介質為超過100°c的水蒸氣，長時間的高溫勢必會破壞海帶中的有效物質，降低產 品質量。
[0007] 本發明正是考慮到空氣汽爆聯用復合酶技術能夠解決以上諸多問題。一方面汽 爆技術可以破壞細胞壁木質素天然屏障系統，將海帶或馬尾藻細胞壁中的果膠鑲嵌的木質 素、半纖維素和纖維素的共聚體打散為木質素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體；另一方 面，由于選用空氣作為汽爆介質，僅以空氣加壓產生汽爆，所以不會出現高溫破壞海帶的有 效物質海藻酸。繼而聯用復合生物酶將木質素、果膠、半纖維素、蛋白質和纖維素等降解為 小分子。從而最大限度的降低海藻酸及海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質對海藻酸提取 的干擾，降低整個工藝的能耗，降低化學試劑的用量，進一步提高海藻酸及其衍生物（海藻 酸鈉等）的產品產率及產品質量。
【發明內容】
[0008] 基于此，有必要提供一種提高海藻酸及海藻酸鈉產率、降低產品粘度、減少化學藥 品使用的海藻酸及海藻酸鈉生產方法。
[0009] -種汽爆聯合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)原料前處理：新鮮海帶或馬尾藻水洗去泥沙等雜質后切成小段，淋去表面水 分；
[0011] (2)空氣汽爆處理：將經過原料前處理的海帶或馬尾藻置于汽爆罐內，以空氣作 為汽爆介質，加壓使爆破裝置中的壓力在〇. 5~I. 5MPa，爆破時間為0. 5~20min ;
[0012] (3)復合生物酶處理：將空氣汽爆后原料以水混懸，加入復合生物酶制劑，定向降 解干擾海藻酸提取的其它大分子物質；
[0013] (4)消化：將經步驟（3)處理得到的物質加入0. 5%~1. 0%碳酸鈉水溶液消化 0· 5~L 0h，反應溫度為30~60°C ;
[0014] (5)海藻酸的制備：將經⑷處理得到的物質過濾，濾液加酸調pHl~4,過濾，沉 淀（海藻酸）備用；
[0015] (6)海藻酸鈉的制備：將經（5)處理得到的海藻酸，用適量碳酸鈉水溶液溶解，加 乙醇沉淀，過濾，沉淀物干燥即得海藻酸鈉。
[0016] 在其中一個實施例中，步驟（1)中，當原料為干海帶或干馬尾藻時，先將其浸泡軟 化后，水洗去泥沙等雜質，切成小段，淋去表面水分；
[0017] 在其中一個實施例中，步驟（2)中，以空氣作為汽爆介質，加壓使爆破裝置中的壓 力在IMPa，爆破時間為lOmin。
[0018] 在其中一個實施例中，步驟（3)中，加入的復合生物酶制劑由以下質量百分比的 各組分組成：纖維素酶10~30 %，木聚糖酶10~30 %，果膠酶10~20 %，漆酶5~15 %， 甘露聚糖酶5~15%，幾丁質酶10~20%，殼聚糖酶5~10%。
[0019] 在其中一個實施例中，步驟（3)中，復合生物酶的作用溫度：15~60°C (或室溫）， pH :4. O~7· 0,作用時間：1~6h，添加量：500g~5000g/噸物料。
[0020] 在其中一個實施例中，步驟（5)中，調節pH用的酸可以為濃鹽酸、濃硫酸、冰醋酸 等酸。
[0021] 在其中一個實施例中，步驟（6)中，沉淀物干燥可以用真空干燥、熱風烘干、減壓 蒸干等多種干燥方式。
[0022] 本發明針對目前以海帶或馬尾藻為原料，生產海藻酸及海藻酸鈉的生產工藝產品 產率低、產品的粘度較低、大量化學藥品對環境的污染，考慮到細胞壁天然屏障系統對海藻 酸提取的干擾，依據實驗數據，發明了空氣汽爆聯用復合生物酶制劑制備海藻酸及海藻酸 鈉的新工藝。本發明從技術原理上有以下顯著特點：
[0023] (1)空氣汽爆技術可以將海帶或馬尾藻細胞壁中的果膠鑲嵌的木質素、半纖維素 和纖維素的共聚體打散為木質素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，從而破壞了復合生物 酶難以迅速降解的木質素天然屏障系統，而對海藻酸沒有任何破壞；
[0024] (2)復合生物酶可以將木質素、果膠、半纖維素、幾丁質和殼聚糖等降解為小分子， 打破海帶和馬尾藻的細胞結構，降低海藻酸及海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質對海藻 酸提取的干擾；
[0025] (3)空氣汽爆技術聯用復合生物酶，以海帶和馬尾藻等為原材料，制備海藻酸及其 衍生物的方法，可以實現最大限度的降低海藻酸鈉制備過程中其它大分子物質對海藻酸提 取的干擾。與傳統工藝相比，能夠大幅度降低生產能耗，降低化學試劑的用量，進一步提高 海藻酸及其衍生物（海藻酸鈉等）的產品產率及產品質量。
【附圖說明】
[0026] 圖1為一實施方式的汽爆聯合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面對本發明的具體實 施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是 本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發 明內涵的情況下做類似改進，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0028] -實施方式的汽爆聯合生物酶制備海藻酸及海藻酸鈉的方法，包括以下步驟：
[0029] 步驟（1)原料前處理：新鮮海帶或馬尾藻水洗去泥沙等雜質后切成小段，淋去表 面水分。
[0030] 步驟（2)空氣汽爆處理：將經過原料前處理的海帶或馬尾藻置于汽爆罐內，以空 氣作為汽爆介質，加壓使爆破裝置中的壓力在〇. 5~I. 5MPa，爆破時間為0. 5~20min。
[0031] 空氣汽爆技術可以將海帶或馬尾藻細胞壁中的果膠鑲嵌的木質素、半纖維素和纖 維素的共聚體打散為木質素、果膠、半纖維素和纖維素的分散體，從而破壞了復合生物酶難 以迅速降解的木質素天然屏障系統，使各種酶解底物的作用位點暴露出來，從而有利于復 合生物酶的作用，而對海藻酸沒有任何破壞。
[0032] 優選的，步驟（2)中，以空氣作為汽爆介質，加壓使爆破裝置中的壓力在IMPa，爆 破時間為IOmin。
[0033] 步驟（3)復合生物酶處理：將空氣汽爆后原料以水混懸20~30°C，按照500g~ 5000g/噸物料加入復合生物酶制劑，定向降解干擾海藻酸提取的其它大分子物質3~5h， 其中，復合生物酶制劑由以下質量百分比的各組分組成：纖維素酶10~30%，木聚糖酶 10~30%，果膠酶10~20%，漆酶5~15%，甘露聚糖酶5~15%，幾丁質酶10~20%， 殼聚糖酶5~10%。
[0034] 發明人在研發過程發現，按照已知海帶、馬尾藻的主要成分加入纖維素酶、木聚糖 酶、果膠酶時，雖然能在一定程度上提高海藻酸和海藻酸鈉的產率，但是作用時間比較長， 而且比理論產率低不少。當加入幾丁質酶和殼聚糖酶時，發明人驚奇的發現，同樣作用條件 下，酶解時間縮短，產