專利名稱：一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法，屬于大豆蛋白回收技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大豆乳清廢水是生產(chǎn)大豆蛋白(大豆?jié)饪s蛋白或分離蛋白)時所排出的工藝廢水。大豆?jié)饪s蛋白和分離蛋白生產(chǎn)都是以低溫脫脂豆粕為原料，大豆?jié)饪s蛋白的生產(chǎn)一般經(jīng)過酸沉、醇沉、熱處理等工藝過程實現(xiàn)蛋白沉淀分離，生產(chǎn)大豆分離蛋白的生產(chǎn)一般采用堿溶酸沉法。所產(chǎn)生的工藝廢水即大豆乳清廢水中含有0. 4 0. 6%的蛋白質(zhì)，且主要是高水溶性的大豆乳清蛋白和大豆乳清球蛋白。目前大多數(shù)大豆蛋白生產(chǎn)企業(yè)的大豆乳清被作為廢水排放。隨著我國大豆蛋白加工企業(yè)的快速成長，上規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致大豆乳清廢水的排放量越來越大。有資料表明，國內(nèi)大豆分離蛋白企業(yè)每生產(chǎn)ι噸大豆分離蛋白，約排放出60 80m3的乳清廢水，若年產(chǎn)4萬噸大豆分離蛋白，排放的大豆乳清廢水量高達200萬噸，其中所含有的蛋白總量竟高達8000噸以上。而且由于這部分蛋白質(zhì)的存在，使得所排放的大豆乳清廢水的 COD值高達15000 22000mg/L，超出國家規(guī)定的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的100多倍，且極易腐敗，因此必須對大豆乳清廢水進行有效的處理和利用。目前，對于大豆乳清廢水的處理方法是直接進行厭氧和好氧生物處理以降低廢水中的COD及BOD值，利用微生物來降解廢水中的有機物質(zhì)。這樣處理后雖然達到國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，但是廢水中的大量的有用物質(zhì)卻被處理掉了，從資源利用方面來說，無疑是一個很大的浪費。而且，廢水處理設(shè)施投資巨大，運行管理費用高昂。因此，從乳清廢水中回收有用物質(zhì)，既能保證廢水的安全排放又能實現(xiàn)資源的充分利用，具有重要的現(xiàn)實意義。目前關(guān)于乳清廢水中蛋白質(zhì)回收利用方面的研究和發(fā)明主要集中在膜過濾法 (超濾膜、納濾膜、反滲透膜、無機陶瓷復(fù)合膜等)、脫鹽濃縮、噴霧干燥等方面。其中，中國專利申請?zhí)枮?00910210536. 5，名稱為“從大豆乳清廢水中提取大豆乳清粉工藝”、專利申請?zhí)枮?00510019238. X，名稱為“大豆乳清廢水處理方法”和專利號為ZL200610141U6. 6， 名稱為“大豆乳清廢水的處理方法及其所得產(chǎn)物”分別公開了從大豆乳清廢水中提取大豆乳清蛋白的方法，但上述方法尚存在著一定的問題1、膜分離法確有其不可比擬的優(yōu)勢，如分離精度高、回收率高等，但是無法回避的問題是膜表面的極化問題。過濾起始階段是非常理想的，但僅需十幾分鐘的時間就會出現(xiàn)膜通量快速下降，過濾截留分子量快速變小的情形，導(dǎo)致工藝過程無法繼續(xù)。膜的反復(fù)清洗再生，又會導(dǎo)致能耗增加和原料浪費。2、脫鹽濃縮工藝和噴霧干燥法都存在分離精度低下，多種物質(zhì)混雜(如低聚糖、 黃酮、大豆皂甙、植酸、植酸鹽、酚酸等)，使得產(chǎn)品純度低下，經(jīng)濟效益和利用價值均不高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決膜分離法僅需十幾分鐘的時間就會出現(xiàn)膜通量快速下降， 過濾截留分子量快速變小，導(dǎo)致工藝過程無法繼續(xù)；脫鹽濃縮工藝和噴霧干燥法都存在分離精度低下，多種物質(zhì)混雜、產(chǎn)品純度低下的問題，進而提供一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法一、首先將大豆乳清廢水進行預(yù)凈化，在攪拌罐內(nèi)用NaOH溶液調(diào)節(jié)大豆乳清廢水的pH值為5 7，靜置2小時后采用臥式離心機在分離因素10000的條件下進行分離，去除大豆乳清廢水中的大顆粒雜質(zhì)；二、將離心液導(dǎo)入離子交換柱進行脫鹽，去除其中的狗3+、Si2+和Cu2+，然后泵入反應(yīng)罐，按照每克大豆蛋白添加0. 1 1. OU轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的比例加入酶，保持恒溫35 45°C，保溫時間為2 6小時；三、經(jīng)板式換熱器將料液冷卻到5 10°C，用管式離心機在分離因素12000 20000的條件下離心分離，收集沉淀物和重液，輕液經(jīng)檢驗蛋白含量低于0. 即可排放至污水池， 進行再處理；四、重液重新泵入反應(yīng)罐，加入經(jīng)預(yù)凈化后的廢水，控制其蛋白含量在0.6 1.0%，再次加酶處理，如此循環(huán)；五、最后的重液與前述的蛋白沉淀混合后，調(diào)節(jié)蛋白濃度為12 16%，經(jīng)噴霧干燥即得大豆蛋白粉。本發(fā)明利用了大豆蛋白的氨基酸組成中賴氨酸、谷氨酸和天門冬氨酸含量較高的特點，其中谷氨酸和天門冬氨酸有1/2以酰胺形式存在，這就給轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶發(fā)揮其聚合作用提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(E. C. 2. 3. 2. 13 Transglutatinase,TGase)是一種專一性催化蛋白質(zhì)中賴氨酸上的ε-氨基和谷氨酸上Y-羥酰胺基之間的結(jié)合反應(yīng)， 通過轉(zhuǎn)谷氨酰胺作用形成共價化合物的聚合酶。本發(fā)明廢水中蛋白的回收率可達87%以上。經(jīng)干燥后制得的蛋白粉的蛋白含量大于90%。本發(fā)明是一種采用酶化學(xué)方法、作用條件溫和、分離效率高的大豆乳清蛋白的提取方法。本發(fā)明對于提高大豆蛋白生產(chǎn)企業(yè)的綜合效益、降低大豆乳清廢水的環(huán)境污染程度具有深遠的意義。本發(fā)明回收的蛋白可望在乳品行業(yè)和飲料行業(yè)發(fā)揮重要作用。
具體實施例方式本發(fā)明一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法實施方式如下整體工藝分為若干循環(huán)。第一循環(huán)10噸大豆乳清廢水泵入10噸攪拌罐內(nèi)后用NaOH溶液調(diào)節(jié)大豆乳清廢水的 PH值為6. 0，靜置2小時，然后用臥式離心機在分離因素10000的條件下進行分離，去除大豆乳清廢水中的大顆粒雜質(zhì)。然后以2噸/小時流速將離心液導(dǎo)入離子交換柱進行脫鹽處理。離子交換柱采用玻璃鋼材質(zhì)，樹脂為強酸性陽離子交換樹脂001 X 7，柱床體積Im3 (D = 800mm，H= 2000mm)，濕樹脂用量約為800千克。離子交換處理后的廢水泵入反應(yīng)罐。然后加入400g轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的比活力為150U/g，控制恒溫為40°C，保溫3小時。 然后經(jīng)板式換熱器將料液降溫到5°C，并保持1小時。用管式離心機在分離因素12000的條件下離心分離，收集沉淀和重液。沉淀物濕質(zhì)量為19. 6千克，輕液總量6. 9噸，經(jīng)檢驗蛋白含量約0. 046%，重液總量3. 0噸，經(jīng)檢驗蛋白含量約為1. 04%。輕液經(jīng)泵輸送進入污水池，進行再處理。
第二循環(huán)3噸重液重新泵入反應(yīng)罐，再加入3噸經(jīng)預(yù)凈化后的廢水，再次加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶500g，控制恒溫為40°C，保溫3小時。然后經(jīng)板式換熱器將料液降溫到5°C，并保持1小時。用管式離心機在分離因素12000的條件下離心分離，收集沉淀和重液，沉淀物濕質(zhì)量為32. 6千克，輕液2. 88噸，經(jīng)檢驗蛋白含量約0. 047 %，重液3噸，經(jīng)檢驗蛋白含量約為 1.05%。輕液經(jīng)泵輸送進入污水池，進行再處理。第三循環(huán)及后續(xù)循環(huán)的操作同第二循環(huán)，所得沉淀物濕質(zhì)量基本為32. 6千克， 輕、重液體積和蛋白含量也恒定。即自第二循環(huán)開始，每循環(huán)新加入預(yù)凈化后的廢水3噸。若一個正常處理周期以50噸計，則需14個循環(huán)。最終收集濕沉淀物443. 4千克， 然后加水1噸，進行噴霧干燥。控制進風(fēng)溫度180士5°C，出口溫度80°C，塔內(nèi)微負壓狀態(tài)， 進行噴霧干燥。所得蛋白粉232千克，其中蛋白含量為90. 5%，水分含量約為4. 1%，灰分約為4.6%。
權(quán)利要求
1.一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法，其特征在于，一、首先將大豆乳清廢水進行預(yù)凈化，在攪拌罐內(nèi)用NaOH溶液調(diào)節(jié)大豆乳清廢水的pH值為5 7，靜置2小時后采用臥式離心機在分離因素10000的條件下進行分離，去除大豆乳清廢水中的大顆粒雜質(zhì)；二、將離心液導(dǎo)入離子交換柱進行脫鹽，去除其中的狗3+、Si2+和Cu2+，然后泵入反應(yīng)罐，按照每克大豆蛋白添加0. 1 1. OU轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的比例加入酶，保持恒溫35 45°C，保溫時間為 2 6小時；三、經(jīng)板式換熱器將料液冷卻到5 10°C，用管式離心機在分離因素12000 20000的條件下離心分離，收集沉淀物和重液，輕液經(jīng)檢驗蛋白含量低于0. 即可排放至污水池，進行再處理；四、重液重新泵入反應(yīng)罐，加入經(jīng)預(yù)凈化后的廢水，控制其蛋白含量在 0.6 1.0%，再次加酶處理，如此循環(huán)；五、最后的重液與前述的蛋白沉淀混合后，調(diào)節(jié)蛋白濃度為12 16%，經(jīng)噴霧干燥即得大豆蛋白粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法，其特征在于，用l%NaOH 溶液調(diào)節(jié)大豆乳清廢水的PH值為6. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法，其特征在于，經(jīng)板式換熱器將料液降溫到5°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的比活力為150U/g。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從大豆乳清廢水中回收蛋白的方法，首先將大豆乳清廢水進行預(yù)凈化，將離心液導(dǎo)入離子交換柱進行脫鹽，去除其中的Fe3+、Zn2+和Cu2+，經(jīng)板式換熱器將料液冷卻到5～10℃，最后的重液與前述的蛋白沉淀混合后，調(diào)節(jié)蛋白濃度為12～16％，經(jīng)噴霧干燥即得大豆蛋白粉。大豆蛋白中谷氨酸和天門冬氨酸有1/2以酰胺形式存在，這就給轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶發(fā)揮聚合作用提供了重要的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶是一種專一性催化蛋白質(zhì)中賴氨酸上的ε-氨基和谷氨酸上γ-羥酰胺基之間的結(jié)合反應(yīng)，通過轉(zhuǎn)谷氨酰胺作用形成共價化合物的聚合酶。本發(fā)明廢水中蛋白的回收率可達87％以上，經(jīng)干燥后制得的蛋白粉的蛋白含量大于90％。
文檔編號C12P21/00GK102559817SQ20111045717
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉穎, 張毅方, 韓春然, 馬永強 申請人:哈爾濱商業(yè)大學(xué)