【正文】 1 2020 年自治區(qū)重點技術創(chuàng)新項目 資金申請報告 項目名稱 ： 和田墨玉縣 牛 明膠 生產關鍵技術與 中試 示范 項目 類別 ： 產學研聯(lián)合開發(fā)專項 申報 單位 ： 通訊地址 ： 郵政編碼 ： 聯(lián) 系 人 ： 聯(lián)系電話 ： 項目主持單位 ： XX天迪洋陽養(yǎng)殖有限公司 申報日期 ： 2020 年 02 月 08 日 自治區(qū)經濟和信息化委員 會 2 一、 項目建設的必要性和意義 明膠 (gelatin)是由動物的皮、骨、筋、腱等結締組織中含有的膠原經適度水解、提取而獲得的蛋白質產品，廣泛應用于食品、醫(yī)藥及化妝工業(yè)。在工業(yè)傳統(tǒng)方法生產主要是以牛、豬等動物的皮、骨為原料，經酸、堿處理后，加熱水萃取而制得。傳統(tǒng)堿法生產明膠工藝由于周期長、衛(wèi)生條件難以控制、設備改進困難 ,以及對環(huán)境 造成污染等原因 ,難以滿足日益增長的明膠市場的系統(tǒng)需求 ,迫切需要改進。酶法制備明膠從二十世紀五十年代被嘗試引進到明膠制備工藝中的半個多世紀以來 ,國內外研究者已經取得了不少的成果。到目前為止 ,雖然還沒有大規(guī)模應用于明膠生產中 ,但其潛在的生產周期短、設備易于控制及環(huán)境污染少等優(yōu)勢正逐漸顯現(xiàn)出來。 （一） 國外相關產品與技術發(fā)展的概況，其代表產品、技術和公司 酶解膠原的實驗室研究開始得很早 ,但并未應用于制取明膠的生產中。 CA(美國化學文摘 )在 1912年就收錄了 Grover Tracy和 Willian研究 蛋白酶對卷曲膠原蛋白影響的文章。 1927年 牛皮的影響。他們發(fā)現(xiàn)胰蛋白酶可以攻擊浸灰皮料 ,當溫度從 35℃升高至 40℃時 ,皮料降解速率迅速增高 。 , 3 皮料降解速率最大。 Vernon在 1939年發(fā)現(xiàn) ,通過使用自然存在的酶 ,經過幾個過程可以產生明膠 ,并將此研究專利轉讓給帝國化學公司 (Imperial Chemical Industry)。之后又有一些酶降解膠原的研究 ,但由于當時明膠制造業(yè)的條件限制 ,并沒有將這些研究成果真正引進到酶解制備明膠的 工藝中來。 較早的酶法制備明膠的應用方法發(fā)表于 1954年。 Keil等人于 1959年獲得最初的酶法制膠專利 ,并轉讓給 Armour公司。 Armour公司采用微生物酵母 (Mycoderma)和球擬酵母(Torulopsis)處理豬皮 ,并加入糖類作為酵母培養(yǎng)基?！?21天后由于微生物的分解達到一個階段 ,而后將 pH由 到 ,微生物分解作用中斷”。當時認為 ,微生物的作用實質上是受到了從其他皮料來的接種培養(yǎng)的加速。六十年代初期 ,日本 Leather公司較早地將酶解膠原引進到制膠工藝中 ,為酶法生產明膠奠定了基礎。 七、八十年代大量可溶解膠原的微生物蛋白酶被發(fā)現(xiàn) ,人們開始篩選出適宜酶種來取代酵母 ,并將其引入到制膠工藝中來。由于微生物蛋白酶多數不是單一酶活的酶種 ,往往具有幾種酶活功。微生物酶的引入 ,進一步提高了膠原降解的速度。 1975年 ,酶水解骨膠原制取明膠的方法。該明膠平均分子量在 63400 4 左右 ,特性黏度值 ,含 %的羥脯氨酸 ,%游離糖。控制一定條件 ,這種方法的制備與其他方法比較 ,結果并無差別。 1977年 ,Hinterwalder報道了用胃蛋白酶和鏈 霉蛋白酶配合化學處理的方法 ,使 A型明膠的生產效率提高 ,生產時間縮短。同年 ,Petersen和 Yates用非致病菌分泌的蛋白水解酶取代發(fā)酵有機物制備明膠 ,為此獲得更為先進的生產工藝 ,并將此專利轉讓給 Novo公司。 1989年 Makmen所發(fā)現(xiàn)的胞外金屬內肽酶 ,可以專一性水解膠原端部的非螺旋區(qū) ,非常適用于明膠的制備工藝。 1996年 , ,采用 50000U/g堿性蛋白酶 ,酶用量 ,進行水解獲得 5%10%的膠 ,進一步進行純化處理獲得了食用明膠。美國的,皮料轉變?yōu)橛杏玫拿髂z產品。 1997年 ,他們研究了胃蛋白酶和胰蛋白酶對從含鉻皮屑中分離所得明膠的化學、物理性質的影響。一年后 ,他們發(fā)表了采用堿性蛋白酶在溫和條件下對含鉻皮屑的作用研究 ,獲得了明膠及其它的膠原水解產物。 1999年 ,他們將制革行業(yè)中含鉻的廢料通過堿法或酶法提取明膠 ,并將得到的明膠用于微膠囊包裝中。 2020年 ,他們將胰蛋白酶酶法制備引進到鉻皮屑的處理中 ,他們發(fā)現(xiàn)反應受酶濃度和溫度所決定 ,當溫度達到 70℃時酶活幾乎最低 , 5 當酶濃度低于或等于 %時 ,可以獲得較高質量的明膠。酶濃度不同時所獲得的明膠凍力不同 ,當初始酶濃度越高時 ,所得明膠產物低分子量組分越多。該研究獲得了一套較為完整的酶解工藝流程 ,所得明膠產品主要是食用明膠。另外 ,將明膠進行酶修飾化 ,或者將明膠用有機試劑進行連接以強化明膠凍力 ,從而開拓明膠這種高分子材料的其他用途。與此同時 ,美國的 技術取得專利。他們將低濃度的酶添加到脫礦后的骨膠原中去增溶骨膠原 ,生產出 %6%比重的可溶性明膠 ,并達到了預定黏度。 從上面的文獻介紹中可以看 出 ,國外酶法制膠研究的對象主要是制革行業(yè)的副產品皮料 ,并且正在逐步形成較為成熟的明膠生產工藝 ,所得明膠應用廣泛。 （二）國內相關產品與技術現(xiàn)狀，國內已取得的最新階段成果和達到的技術水平 二十世紀九十年代以前 ,國內進行過一些酶法制備明膠的實驗研究 ,但未能進入工業(yè)化應用。 1966 年中國科學院微生物所和青島明膠廠協(xié)作以骨素為原料探索了酶解制膠工藝。 1970 年沈陽食品發(fā)酵研究所和沈陽皮膠廠協(xié)作以豬皮為原料研究了酶解制膠技術。 1980 年肖亦、韓文正、康允昌等在酶代浸灰的研究基礎上對酶解制膠進行了實驗。 1988 年出 6 版的 《明膠的生產及應用技術》中介紹的酶法制膠工藝 ,主要是用蛋白酶將膠原蛋白水解為明膠朊后加入稀酸使明膠朊溶解 ,然后用丙酮、硫酸鈉或氯化鈉使明膠朊沉淀析出 ,獲得明膠 。 進入二十世紀九十年代 ,隨著我國在微生物酶種篩選提取技術的提高 ,我國科研工作者在酶法制備明膠方面也取得了很大的進步。九十年代前期 ,主要的研究工作是針對各種皮料的酶解工藝研究。 1990 年 ,王潤成發(fā)明“皮料酶法制備食用明膠的工藝方法”。該方法將預處理后的皮料切碎 ,加入脂肪酶、酶激活劑 (用量 :310g/百萬 U 酶活量 )、堿性蛋白酶 4萬 60萬 U/kg(干皮 ),在 3642℃下間斷攪拌進行酶解。再于底物中加入氫鍵斷裂劑、交聯(lián)斷裂劑或是用堿處理法進行膠解 ,于 ,6575℃溶膠。此法生產周期僅13天 ,與堿法制膠工藝相比 ,明膠率提高 30%以上。 1991 年 ,王潤成等申請專利“鉻鞣皮廢料酶法制備食用明膠的工藝方法”。該工藝采用稀硫酸浸泡脫鉻和過氧化氫氧化脫鉻相結合的脫鉻方法 ,用 U/kg(干皮 )中性或堿性蛋白酶及 14 g/kg(干皮 )的解旋劑進行酶浴 ,并經殺酶、脫水和高溫縮膠 ,速冷后于 ,6085℃溶膠。 1990 年 ,王遠亮就酶法制備明膠中的若干問題做了綜述。認為酶法制備明膠前景光明 ,社會效益和經濟效益都十分顯著。其技術難點在于解決酶種的選擇和適應酶法生產的 7 設備。之后 ,他又就應用于明膠工業(yè)中的生物技術做了綜述 ,進一步指出酶法制膠的關鍵問題在于酶的性質 ,即酶的作用選擇和作用強度 ,而不在于酶屬堿性、酸性或是中性的。 1992年侯國泉、王璋研究了中性蛋白酶從豬皮中提取食用明膠的工藝過程和控制條件。 1993 年 ,韓應昌等應用響應曲面分析優(yōu)化了的中性蛋白酶降解骨粉制取照相明膠的工藝條件 ,所得明膠的理化性能和照相性能均符合國標惰 iv 型 照相明膠標準。 1996 年王方國在研究了用酶提取羊皮制革腳料中的水解蛋白的基礎上 ,對酶在皮制革腳料中的應用做了闡述 ,研究了中性蛋白酶和堿性蛋白酶對降解皮制革腳料制取食用明膠的酶解條件。 與此同時 ,研究酶法制備骨料制取明膠的報道開始增多。 1996 年 ,韓應昌、楊帆采用氨基酸分析和凝膠過濾色譜技術對酶法制備骨明膠的理論進行了初步的探討。他們用中性蛋白酶進行酶解制膠 ,發(fā)現(xiàn)這種酶并非完全作用于膠原末端肽 ,對