蛋殼殼膜分離技術(shù)的研究

李逢振

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，湖南衡陽(yáng) 421005）

蛋殼是禽蛋的重要組成部分，從外向內(nèi)主要分為石灰質(zhì)真殼和殼下膜2 個(gè)部分，真殼部分的主要成分為CaCO3，是一種天然優(yōu)質(zhì)的綠色鈣源，將其適當(dāng)處理后可轉(zhuǎn)化制得乳酸鈣、葡萄糖酸鈣、乙酸鈣等生物有機(jī)鈣產(chǎn)品，可用作醫(yī)用鈣強(qiáng)化劑和食品添加劑；殼下膜主要由蛋白膜和蛋殼內(nèi)膜組成，是位于蛋殼與蛋清之間的纖維狀薄膜。殼下膜中含有N -乙酰氨基葡萄糖半乳糖、葡萄糖醛酸、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、氨基酸等可溶性高分子化合物，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和護(hù)膚用品。研究表明，殼下膜還可用作生物吸附劑[1]、酶生物傳感器固定化膜[2]、生物礦化調(diào)控基質(zhì)[3]、新型藥物控釋及醫(yī)用包扎材料[4]等。當(dāng)前，我國(guó)上海、北京、深圳等地已開始實(shí)行垃圾分類處理，如果能將屬于濕垃圾的蛋殼進(jìn)行資源化利用，對(duì)其殼膜進(jìn)行有效分離，使其物盡所用，不僅可以消除廢棄蛋殼對(duì)環(huán)境造成的污染，而且可以充分挖掘蛋殼這種天然無毒生物組織中潛藏的利用價(jià)值，從而達(dá)到保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境的目的。

1 蛋殼殼膜分離方法

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)蛋殼進(jìn)行殼膜分離主要是將收集的蛋殼經(jīng)過清洗、干燥、粉碎處理后，分別采用物理法、化學(xué)法[5]或生物酶法對(duì)其進(jìn)行處理，使蛋殼膜和真殼發(fā)生脫離，再進(jìn)行分類回收，從而達(dá)到殼膜分離的目的。

1.1 物理法

由于蛋殼的石灰質(zhì)真殼和殼下膜具有不同質(zhì)量比例和機(jī)械強(qiáng)度，可以將其粉碎后加入水中，通過攪拌使殼膜發(fā)生分離，然后靜置分層，干燥后分別獲取蛋殼粉和蛋膜粉，這就是物理法殼膜分離。李濤等人[6]研究了水對(duì)雞蛋殼與蛋膜分離的影響，并分別以蛋殼收率和蛋膜收率為指標(biāo)摸索出了最佳分離條件，取得較好的殼膜分離效果。王瑞環(huán)等人[7]將蛋殼粉碎后過80 目分樣篩，再利用水對(duì)蛋殼細(xì)粉進(jìn)行浮選分離，最終蛋膜得率達(dá)到2.20%，回收的蛋膜粉中鈣殘留率為3.30%。遲媛等人[8]設(shè)計(jì)制造了一種機(jī)械攪拌式雞蛋殼膜分離裝置，通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)以膜回收率最大化為指標(biāo)時(shí)，得到了該種殼膜分離裝置在攪拌轉(zhuǎn)速168 200 r/min，攪拌時(shí)間8.515 min，料液比1∶120，溫度20 ℃時(shí)的膜回收率可達(dá)68%以上。采用物理法進(jìn)行殼膜分離具有條件簡(jiǎn)單、污染小等優(yōu)點(diǎn)，但膜回收率不高，且回收的蛋膜中還殘留了部分蛋殼，對(duì)其后續(xù)的利用造成影響。

1.2 化學(xué)法

通過掃描電鏡可以發(fā)現(xiàn)，蛋殼膜與真殼的連接主要是因?yàn)檎鏆げ糠肿顑?nèi)層的乳頭層上的乳頭核心與蛋殼膜纖維連接并嵌于蛋殼膜纖維網(wǎng)中，只要破壞了二者的連接關(guān)系就能使蛋殼殼膜發(fā)生有效分離。化學(xué)法殼膜分離就是利用化學(xué)試劑作用于乳頭層中的碳酸鈣，使其發(fā)生溶解，破壞乳頭核心與蛋殼膜纖維的連接，從而達(dá)到殼膜分離的目的。仝其根等人[9]采用酸浸法進(jìn)行殼膜分離，取得了較好的效果，研究發(fā)現(xiàn)將20 mL 濃鹽酸加入300 mL 水和100 g 蛋殼的混合體中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢琛⒔?0 min，干燥后殼與膜的收率分別可達(dá)到85.1%和92.6%。徐紅華等人[10]系統(tǒng)研究了乳酸、鹽酸、醋酸、檸檬酸、氫氧化鈉和碳酸氫鈉等6 種化學(xué)試劑的殼膜分離效果，最終確定選擇醋酸作為殼膜分離劑可以達(dá)到較理想的殼膜分離效果。聶珍媛等人[11]將蛋殼置于水中，通過機(jī)械碾壓、篩選進(jìn)行初分，再采用稀酸處理，使黏附在初分后蛋殼膜上的少量石灰殼溶解分離。采用該方法得到蛋殼膜回收率可達(dá)79.0%，蛋膜中鈣殘存量小于0.29%；石灰殼回收率達(dá)93%，石灰殼中膜殘存量小于0.48%。王巖等人[12]采用鹽酸溶液作為殼膜分離劑對(duì)雞蛋殼膜進(jìn)行分離，并引入響應(yīng)面分析方法對(duì)分離工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，通過建立回歸模型分析顯示鹽酸濃度對(duì)蛋殼回收率的影響最大。蘇彥文等人[13]研究了強(qiáng)酸、弱酸、中性和強(qiáng)堿等化學(xué)試劑對(duì)殼膜分離提取效果的影響，結(jié)果表明采用鹽酸濕式機(jī)械粉碎鮮蛋殼的方法最適宜高效、快速、分離、提取殼下膜。采用化學(xué)法進(jìn)行殼膜分離大大提高了蛋膜的回收率，降低了回收蛋膜中蛋殼的殘留量，但添加的化學(xué)試劑不僅增加了分離成本，反應(yīng)產(chǎn)生的殘液還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。

1.3 生物酶法

蛋殼殼下膜中主要成分中90%為蛋白質(zhì)，此外還含有少量的脂類、碳水化合物和無機(jī)物。因此，可以利用各種生物蛋白酶對(duì)殼下膜進(jìn)行生物酶解，使殼下膜與真殼相連的糖蛋白微細(xì)纖維發(fā)生水解，降低它們之間的結(jié)合力[14-15]，從而達(dá)到殼膜分離的目的。趙玉紅等人[16]采用酶法從雞蛋殼膜中提取透明質(zhì)酸，研究了各因素對(duì)透明質(zhì)酸提取量影響，確定了胰蛋白酶提取透明質(zhì)酸的最佳工藝條件。李逢振[17]選用了堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶進(jìn)行酶法殼膜分離，并與物理法、化學(xué)法進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，使用等量的蛋殼原料進(jìn)行殼膜分離，酶法回收的蛋膜量最多。汪寶歡等人[18]專門針對(duì)蛋膜蛋白酶法改性后溶解性能的變化進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并分析水解物的其他功能特性。胡徐登等人[19]采用雙酶水解的方法對(duì)鴨蛋內(nèi)膜進(jìn)行水解，并從中提取黏多糖，取得了較好的試驗(yàn)效果。牛明福等人[20]用蛋白酶對(duì)雞蛋殼內(nèi)膜進(jìn)行酶解，并對(duì)酶解液的抑菌效果進(jìn)行了測(cè)定，通過響應(yīng)面法進(jìn)一步優(yōu)化了酶解工藝條件。由此可見，采用生物酶法進(jìn)行殼膜分離是完全可行的，選用不同蛋白酶對(duì)蛋殼殼膜進(jìn)行酶解分離，還可以根據(jù)酶解液中所含的物質(zhì)進(jìn)行回收利用，充分挖掘了殼下膜的利用價(jià)值，但是生物酶法對(duì)試驗(yàn)反應(yīng)條件要求高，且各種蛋白酶的價(jià)格普遍比較高，從而增加了殼膜分離的生產(chǎn)成本。

2 結(jié)語

對(duì)蛋殼殼膜進(jìn)行有效分離，有利于對(duì)蛋殼真殼和殼下膜進(jìn)行分類利用，兩者轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的生物有機(jī)鈣、硫酸軟骨素、抗氧化多肽等產(chǎn)品具有成本低、價(jià)值高、應(yīng)用前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。有利于充分挖掘蛋殼中潛在的利用價(jià)值，使其變廢為寶，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。綜上所述，物理法、化學(xué)法和生物酶法均能對(duì)蛋殼殼膜進(jìn)行有效的分離，但各自都存在一些優(yōu)點(diǎn)和不足之處。因此，需要進(jìn)一步開拓思路，深入研究創(chuàng)新殼膜分離方法，提高殼膜分離效果。