[01082072]海洋氨基寡糖提质增效关键技术

该项目属于食品科学技术领域。氨基寡糖是广泛应用于医药、食品、农业、材料等领域的自然界唯一阳离子寡糖，具有抗癌、免疫诱导等重要生理活性，商品氨基寡糖是由海洋甲壳质资源-蟹壳经酸、碱处理制备聚糖后酶解得到。产业面临的瓶颈在于：传统工艺消耗大量酸碱并排放大量高盐废水，处理难度大，环境污染极严重；寡糖产品分子量分布范围宽、成分复杂、质量不稳定、功效不清晰；寡糖稳定性较差、配方产品开发困难。突破上述瓶颈，建立氨基寡糖提质增效关键技术，是推动海洋氨糖产业发展的关键问题。针对上述难题，基于对原料、产物和杂质的分子尺度研究、物料物性及流场调控研究，通过酶催化、膜分离、色谱介质构建和基团修饰等技术，解决了上述难题。主要发明点如下：发明了高密度蒸汽闪爆耦合酶膜氨基多糖高质闭环生产技术。基于对壳结构分子尺度分析，以10MP高密度蒸汽0.0875秒瞬间泄压精准闪爆预处理原料，完全打开壳及甲壳质的致密结晶结构，使得复合酶较完全提取蛋白质并获得分子量分布均匀的氨基多糖，大幅降低了酸碱用量。阐明了膜回收废水过程流道中流场特性与传质效率、流场分布等相关特征关系，基于计算流体动力学模拟实现宏观膜系统和流道微流场特性的实时调控，彻底解决膜污染问题，实现了氨基寡糖生产过程闭环高值综合利用。发明了氨基寡糖单体制备技术和中性氨基寡糖的制备技术。筛选和构建了代谢产生具有高酶活并特异性催化水解氨基寡糖的菌株，优化了与非专一性酶协同增效的水解技术；研究了不同聚合度氨基寡糖的空间构象特性、分子结构特征，通过分子修饰和物料物性调控技术，创建了基于分子修饰和物性调控的氨基寡糖膜分离技术；构建了专用色谱介质和专用离子交换树脂，设计了新型智能化在线反馈调控多尺度过程优化的连续色谱装备，率先实现基于膜及色谱氨基寡糖单体公斤级制备和中性氨基寡糖产业化规模生产。突破多个氨基寡糖稳定性和应用技术难题。开发了连续层析离子置换、定位分子修饰、负压脱氧基团保护等技术，突破了氨基寡糖稳定性问题以及氨基寡糖与化学杀菌剂的复配稳定性问题。基于上述发明，获得具有创新性和自主知识产权的新产品、新工艺，填补了多项技术空白。生产废水排放量<5%，液碱回收率≥95%，蛋白回收率≥95%，碱消耗量减少75%，盐酸消耗量减少30-35%；DP6-8氨基寡糖产业化，产品中DP6-8糖含量≥85%，单糖含量≤3%；实现氨基寡糖单体公斤级制备，单体纯度≥98%；中性氨基寡糖制备收率≥92%，产品pH范围6-8；开发的5%氨基寡糖植物免疫诱导剂，平均提高农作物产量5-15%。通过8项纵项课题，申请发明专利25件(授权12件)；壳寡糖获批新食品原料，获中国第一个壳寡糖生产许可证；获氨基寡糖农药登记证4个；建立国家标准1项。成果自2010年起先后在5家企业实施产业化，因该技术产生的新产品以及清洁生产和综合利用、技术指标提高带来的增值，近三年新增产值达9.43亿元，新增利税2.25亿元，经济和环保效益显著。该技术可广泛推广至轻化工领域更多产品生产中应用。