一种角蛋白废弃物的处理方法 |
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| 申请号 | CN202311586432.0 | 申请日 | 2023-11-24 | 公开(公告)号 | CN117695199A | 公开(公告)日 | 2024-03-15 |
| 申请人 | 广东省科学院生物与医学工程研究所; | 发明人 | 王春凤; 李清心; 吴金川; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及废弃物资源化处理技术领域，公开了一种 角 蛋白废弃物的处理方法。一种角蛋白废弃物的处理方法，包括以下步骤：1)将角蛋白废弃物与盐和 水 混合，加热，得到降解液；2)所述降解液经过干燥得到降解产物。本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法，操作简单，用时短，降解效率高，降解效果好；使用的化学 试剂 仅有盐，成本低且无毒无污染；反应副产物可以通过渗析或者脱盐的方式去除，无二次污染，能耗低，适于工业实用；可以回收降解产物 水溶性 角蛋白肽和 氨 基酸等，并应用于 表面活性剂 添加剂、 化妆品 添加剂、 洗涤剂 添加剂、 有机肥 添加剂中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种角蛋白废弃物的处理方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种角蛋白废弃物的处理方法技术领域[0001] 本发明涉及废弃物资源化处理技术领域，特别涉及一种角蛋白废弃物的处理方法。 背景技术[0002] 畜禽养殖业集约化迅速发展的过程中，产生了大量的角蛋白废弃物，其中羽毛废弃物产量最多。除了少量羽毛废弃物被用作保暖服装填充物和动物饲料添加剂外，80％以上的角蛋白废弃物都被当作废弃物处理。传统的焚烧和填埋等羽毛废弃物处理方式，不仅造成资源浪费，还会造成环境污染。 [0003] 羽毛的粗蛋白含量约在90％以上，是一类不溶于水的纤维硬蛋白，是仅次于纤维素、壳聚糖的第三大天然高分子原料，是宝贵的天然可再生资源，其氨基酸含量在70％以上，还含有微量元素、维生素以及一些未知生长因子。由于氨基酸可用于食品添加剂、饲料添加剂、医药、化妆品及表面活性剂等领域，且需求量的日益增大，使得氨基酸原料(蛋白质)的短缺尤为严重。 [0004] 目前羽毛角蛋白的处理方法主要有化学物理水解法和微生物酶水解法，生物水解法具有反应条件温和、环境友好、可节省能源等优点，但是所用的生物酶通常成本较高，处理周期较长，因而难以实现工业化。化学法一般分为酸碱处理法、氧化法和还原法，常用的化学法一般都需要加入甘油、尿素等多种试剂协同提取羽毛角蛋白，而氧化法所用的过氧化物和还原法所有的硫醇等其他试剂通常为有毒有害试剂，因此处理过程中易产生二次污染，产生的废弃物也难以处理。因此，亟需开发一种简单高效、成本低、且绿色可持续的角蛋白废弃物处理方法。 发明内容[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种角蛋白废弃物的处理方法；本发明的目的之二在于提供这种处理方法得到的降解产物；本发明的目的之三在于提供这种降解产物的应用。 [0006] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是： [0007] 本发明的第一方面提供了一种角蛋白废弃物的处理方法，包括以下步骤： [0008] 1)将角蛋白废弃物与盐和水混合，加热，得到降解液； [0009] 2)所述降解液经过干燥得到降解产物。 [0010] 优选地，所述角蛋白废弃物为羽毛。 [0011] 优选地，所述羽毛包括鸭毛、鸡毛、膨化鸭毛粉、膨化鸡毛粉中的至少一种。 [0013] 优选地，所述步骤1)中，所述角蛋白废弃物、盐和水的质量比为1：(0.75～1)：(10～12)。 [0014] 优选地，所述步骤1)中，所述角蛋白废弃物的初始浓度为50～150g/L。 [0015] 优选地，所述步骤1)中，所述加热的时间为20～50min；进一步优选地，所述步骤1)中，所述加热的时间为30～40min。 [0016] 优选地，所述步骤1)中，所述加热的温度为90～130℃；进一步优选地，所述步骤1)中，所述加热的温度为100～121℃。 [0017] 优选地，所述步骤2)中，所述干燥为冷冻干燥。 [0018] 优选地，所述步骤2)中，所述干燥的温度为‑50～‑30℃；进一步优选地，所述步骤2)中，所述干燥的温度为‑45～‑35℃。 [0019] 优选地，所述步骤2)中，所述干燥前还包括降解液离心过滤的操作。 [0020] 优选地，所述步骤2)中，所述降解产物包括角蛋白肽、氨基酸中的至少一种。 [0021] 本发明的第二方面提供了根据本发明第一方面所述的处理方法得到的降解产物。 [0022] 优选地，所述降解产物包括羽毛降解液和降解残渣。 [0023] 本发明的第三方面提供了本发明第二方面所述降解产物在化妆品添加剂、个人护理品添加剂、农业添加剂或养殖业添加剂中的应用。 [0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0026] 1)本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法，操作简单，用时短，降解效率高，降解效果好，适于工业实用。 [0027] 2)本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法，添加的化学试剂只有盐，试剂无毒无污染，成本低。 [0028] 3)本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法，反应副产物可以通过渗析或者脱盐的方式去除，无二次污染，能耗低。 [0030] 图1为实施例1～3中鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉降解前后的实物图； [0031] 图2为实施例1中鸡毛降解滤液的GPC常温凝胶色谱图； [0032] 图3为实施例2中鸭毛降解滤液的GPC常温凝胶色谱图； [0033] 图4为实施例3中膨化鸡毛粉降解滤液的GPC常温凝胶色谱图； [0034] 图5为17种氨基酸标准样色谱图； [0035] 图6为实施例1降解液中的17种游离氨基酸色谱图。 具体实施方式[0036] 以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。 [0037] 实施例1 [0038] 取5g鸡毛、4g碳酸钠和50mL去离子水放入干净的三角瓶中，将其移动到灭菌锅内，恒温121℃下静置30min后鸡毛基本完全降解，将水溶液冷却干燥后得到角蛋白肽和氨基酸等有效物质，备用。 [0039] 实施例2 [0040] 取5g鸭毛、4g碳酸钠和50mL去离子水放入干净的三角瓶中，将其移动到灭菌锅内，恒温121℃下静置30min后鸭毛基本完全降解，将水溶液冷却干燥后得到角蛋白肽和氨基酸等有效物质，备用。 [0041] 实施例3 [0042] 取10g膨化鸡毛粉、8g碳酸钠和100mL去离子水放入干净的三角瓶中，将其移动到灭菌锅内，恒温121℃下静置30min后膨化鸡毛粉基本完全降解，将水溶液冷却干燥后得到角蛋白肽和氨基酸等有效物质，备用。 [0043] 羽毛降解率计算： [0044] 1.计算方法： [0045] 实施例1～3中的鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉于灭菌锅内基本完全降解后，得到降解液，离心、过滤得到降解残渣，干燥后称量残渣质量，计算羽毛降解率。 [0046] 2.计算公式： [0047] 羽毛降解率＝(降解前羽毛质量‑降解残渣质量)/降解前羽毛质量。 [0048] 3.计算结果： [0049] 实施例1～3中鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉降解率均>98％。 [0050] 降解液产物检测： [0051] 1.检测方法： [0052] 凝胶渗析色谱法(Gel Permeation Chromatography，GPC)。 [0053] 2.原理： [0054] 分子量低于3000的产物只含有肽和氨基酸，GPC可检测分子量大于0.3KD的肽和蛋白，由于分子量在1000Da以下的均属于小肽，分子量在1000Da到3000Da的为多肽，3000Da到5000Da的都属于大肽，因此，通过GPC检测结果便可以分子量为依据证明大蛋白的消失以及小肽的存在。 [0055] 3.检测结果： [0056] 实施例1～3中鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉降解液GPC检测结果如图2～4所示，图中具体数据分别对应表1～3。 [0057] 图1为实施例1～3中鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉降解前后的实物图。由图1可知，本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法对鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉都有较好的降解作用，鸡毛、鸭毛和膨化鸡毛粉经过灭菌处理得到降解液，降解液过滤后再经冷冻干燥便可得到降解产物，降解产物粉末状。 [0058] 图2为实施例1中鸡毛降解滤液的GPC常温凝胶色谱图，降解产物分子量分布具体数据如表1所示。由图2及表1可知，降解之后的鸡毛水解液中物质分子量均小于3000，大部分在327左右，分子量低于3000的物质只能为肽和氨基酸，因此本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法，能够将鸡毛里面大分子量的角蛋白完全降解为水溶性角蛋白肽和氨基酸，降解效果好。 [0059] 表1实施例1 GPC检测结果 [0060] 峰面积 分子量 百分比(％)A1 2782 13.35 A2 327 86.65 [0061] 图3为实施例2中鸭毛降解滤液的GPC常温凝胶色谱图，降解产物分子量分布具体数据如表2所示。由图3及表2可知，降解之后的鸭毛水解液中物质分子量均小于3000，大部分在316左右，可见本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法能够将鸭毛角蛋白完全降解为水溶性角蛋白肽和氨基酸，降解效果好。 [0062] 表2实施例2 GPC检测结果 [0063]峰面积 分子量 百分比(％) A1 2534 17.41 A2 316 82.59 [0064] 图4为实施例3中膨化鸡毛粉降解滤液的GPC常温凝胶色谱图，降解产物分子量分布具体数据如表3所示。由图4及表3可知，降解之后的膨化鸡毛粉水解液中物质分子量大部分在323左右，因此本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法能够有效降解膨化鸡毛粉角蛋白，大分子蛋白完全消失，产物主要包括水溶性角蛋白肽和氨基酸，降解效果好。 [0065] 表3实施例3 GPC检测结果 [0066] [0067] 图5为17种氨基酸标准样色谱图；图6为实施例1降解液中的17种游离氨基酸色谱图；实施例1中降解液中的17种游离氨基酸及含量如表4所示。结合图5、图6和表4可知，本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法，能够有效降解鸡毛角蛋白获取游离的氨基酸。 [0068] 表4实施例1降解液中的17种游离氨基酸及含量 [0069] [0070] [0071] 可见，本发明提供的角蛋白废弃物的处理方法对鸡毛、鸭毛或膨化鸡毛粉的处理效果都较好，只需添加碳酸钠一种化学试剂，就能使羽毛的降解效率大于98％，方法操作简单、用时短、效率高、无毒无污染、适于工业化使用；还可以回收降解产物水溶性角蛋白肽和氨基酸，并应用于表面活性剂添加剂、化妆品添加剂、洗涤剂添加剂、有机肥添加剂中，实现了羽毛的资源化处理与应用。 |
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