一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法
【專利摘要】本發(fā)明利用生物酶解和現(xiàn)代生物分離技術(shù)，提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其優(yōu)勢在于：通過梯次分離和超聲波輔助二次酶解協(xié)同制備工藝，將小麥深加工產(chǎn)生的高濃度有機廢水中的蛋白和多糖等功能活性物質(zhì)充分分離出來，并進行生物改性得到功能活性更好的蛋白肽、戊聚糖等產(chǎn)品。在該工藝條件下，有機廢水實現(xiàn)了達標排放，每噸廢水可節(jié)約污水治理成本200元以上，具有較好的環(huán)保效益。
【專利說明】
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，屬于糧食加工副產(chǎn)物綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]小麥作為我國主糧作物，除了大量轉(zhuǎn)化為面粉以及面制品外，隨著我國糧食產(chǎn)量逐年遞增，越來越多的小麥被用于深加工轉(zhuǎn)化，最典型的應(yīng)用是制取小麥淀粉和谷朊粉(小麥蛋白粉)，小麥淀粉進一步生物發(fā)酵生產(chǎn)酒精。目前國內(nèi)外在小麥淀粉、谷朊粉加工通常采用兩種工藝，一是傳統(tǒng)的面團洗面筋法(即馬丁法)，另一是面漿分離法(三相臥螺法)。不論采取何種方法，因是濕法分離，必然要產(chǎn)生大量的加工廢水，尤其是國內(nèi)普遍應(yīng)用的面團洗面筋法，每生產(chǎn)I噸淀粉平均要產(chǎn)生5-10噸廢水。這些廢水中仍含有淀粉、蛋白質(zhì)、戊聚糖(或稱阿拉伯木聚糖)、不可溶膳食纖維、植酸等物質(zhì)，C0D、B0D值達高達十幾甚至上百萬，如果不作任何處理難以達到排放標準。國內(nèi)部分企業(yè)采取將此洗面筋廢水與淀粉漿混合繼續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)酒精的工藝解決了其中大部分淀粉的轉(zhuǎn)化問題，但絕大部分的蛋白質(zhì)和非淀粉多糖類物質(zhì)仍存在于廢水中。目前國內(nèi)部分企業(yè)通過沉淀、濃縮、干燥等工藝直接將此廢水中的不溶物蛋白、膳食纖維等物質(zhì)沉渣干燥生產(chǎn)低附加值的飼料加以轉(zhuǎn)化利用。但是，在上清層廢液中仍存在豐富的可溶性蛋白和多糖物質(zhì)難以回收利用，只能作為廢水排放，后續(xù)污水治理成本仍然較高。隨著國內(nèi)對于環(huán)保要求的提高，小麥淀粉、酒精深加工廠因污水治理的成本和生存環(huán)境越來越艱難。根據(jù)國內(nèi)外研究報道此部分廢水中所含有的可溶性多糖-阿拉伯木聚糖其實是一種具有免疫調(diào)節(jié)、降血脂以及潤腸通便等多種生理功能，附加值極高的活性多糖。美國、日本等國于上世紀九十年代即從米糠中曾提取類似活性多糖(B1bran,或稱MGN3)，市場價值不菲(約3萬元/kg)。國內(nèi)尚未有類似產(chǎn)品開發(fā)。另從廢水中蛋白資源的利用來看，歐美等國家因小麥較玉米缺乏經(jīng)濟性、面筋蛋白過敏人群普遍等，在小麥蛋白的深加工轉(zhuǎn)化方面產(chǎn)業(yè)化程度并不高，其研究關(guān)注點多集中在如何降低小麥及谷朊粉的過敏性方面，鮮見有從廢棄物中提取此類蛋白的研究報道，其飼料行業(yè)的市場需求亦主要由從中國進口來滿足。另有研究表明小麥蛋白經(jīng)過特定生物酶的轉(zhuǎn)化，可生成對生物體具有良好促進腸道損傷修復(fù)和營養(yǎng)功能的活性肽-谷氨酰胺肽。此產(chǎn)品荷蘭DMV公司在國外有售，主要市場面向健身人群，市場售價較高(200-300元/kg)，因價位較高在國內(nèi)目前仍缺乏市場。而國內(nèi)飼料行業(yè)中，尤其是乳豬飼料生產(chǎn)上對此類肽有較大的需求，但是目前供應(yīng)產(chǎn)品受原料處理、生物酶選取以及工藝控制所限，產(chǎn)品質(zhì)量與功效難以保障，市場上缺乏高谷氨酰胺含量的肽產(chǎn)品。
[0003]另從國內(nèi)公開的專利中，小麥淀粉廢水處理的報道和專利申請較為少見。已公開的“制作面筋剩余的淀粉水的再利用方法(201110027334)”中僅是將廢水中的淀粉再利用制作一種特色食品-釀皮；“一種小麥淀粉及酒精廢水BYSB-p Ius專用配水器(201120353476)”、“一種小麥淀粉及酒精廢水BYSB-plus專用裝配式三相分離器(201120353893)”為兩例廢水處理裝置的實用新型專利?？傮w看來，此部分副產(chǎn)物資源的經(jīng)濟、社會及生態(tài)效益尚未得到充分體現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針上述問題，利用生物酶解和現(xiàn)代生物分離技術(shù)，提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法。
[0005]本發(fā)明上述目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預(yù)處理:調(diào)節(jié)廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質(zhì)分離出來；
(3)離心:利用轉(zhuǎn)速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸；
(4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質(zhì)量比I?2%的風味蛋白酶、I?2%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度50?60°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質(zhì)、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質(zhì)量比I?2%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產(chǎn)品。
[0006]本發(fā)明提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其優(yōu)勢在于:通過梯次分離和超聲波輔助二次酶解協(xié)同制備工藝，將小麥深加工產(chǎn)生的高濃度有機廢水中的蛋白和多糖等功能活性物質(zhì)充分分離出來，并進行生物改性得到功能活性更好的蛋白肽、戊聚糖等產(chǎn)品。試驗結(jié)果表明在該工藝條件下蛋白提取率達到95%以上，多糖提取率達到92%以上，分離后的蛋白中多肽占總產(chǎn)品含量的80%以上，谷氨酰胺含量多23%(占蛋白總量)；分析分離多糖的組成主要為戊聚糖及部分木聚糖。此外，試驗結(jié)果表明改變工藝條件或參數(shù)會顯著降低產(chǎn)品提取率和有機廢水資源化綜合利用率(P〈0.01);在該工藝條件下，有機廢水實現(xiàn)了達標排放，每噸廢水可節(jié)約污水治理成本200元以上，具有較好的環(huán)保效益，目前該專利已在公司實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化應(yīng)用，年增經(jīng)濟效益3000萬元以上。
【具體實施方式】
[0007]實施例1:
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預(yù)處理:調(diào)節(jié)廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質(zhì)分離出來；
(3)離心:利用轉(zhuǎn)速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸； (4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質(zhì)量比2%的風味蛋白酶、2%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解20min，酶解溫度50?60 V，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質(zhì)、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質(zhì)量比2%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解20min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產(chǎn)品。
[0008]實施例2:
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預(yù)處理:調(diào)節(jié)廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質(zhì)分離出來；
(3)離心:利用轉(zhuǎn)速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸；
(4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質(zhì)量比1%的風味蛋白酶、1%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解30min，酶解溫度50?60 V，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質(zhì)、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質(zhì)量比1%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解30min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產(chǎn)品。
[0009]實施例3:
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預(yù)處理:調(diào)節(jié)廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質(zhì)分離出來；
(3)離心:利用轉(zhuǎn)速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸；
(4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質(zhì)量比1.5%的風味蛋白酶、1.5%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解25min，酶解溫度50?60°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質(zhì)、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質(zhì)量比1.5%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解25min，酶解溫度40?50°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，通過動物試驗研究多糖的功能性，重點研究了多糖在防止便秘、降低膽固醇、保護肝臟等方面的功效，結(jié)果表明:(I)便秘小鼠模型試驗表明制得的多糖具有潤腸通便功能，經(jīng)口給予小鼠不同劑量的多糖后，各劑量組均能明顯增加小鼠的小腸推進運動，縮短便秘小鼠的首次排便時間，增加便秘小鼠的排便粒數(shù)和排便重量，而且在試驗過程中各劑量組均未見腹瀉現(xiàn)象，說明小鼠給予劑量合理，糞便的形態(tài)均為黑褐色顆粒狀，與對照組小鼠糞便相比糞便稍軟，表面濕潤，糞便濕潤程度適中，感官正常；(2)通過給小鼠喂食高脂飼料，建立高脂血癥小鼠模型，以進行試驗研究。試驗結(jié)果表明，空白對照組與模型對照組血脂水平在統(tǒng)計學上的差異可以確定造模成功。試驗組與模型對照組相比能極顯著降低TC、TG、LDL-c、水平(P〈0.01); (3)通過對高脂血癥小鼠血糖值的測定，由空白對照組與模型對照組比較，說明小鼠血糖模型成立，試驗結(jié)果表明，多糖對小鼠有較好的降血糖功能，與模型對照組差異顯著(P〈0.01)。
[0011]以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對被發(fā)明進行了詳細的說明，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而對這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護的技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)廢水預(yù)處理:調(diào)節(jié)廢水pH至6.5?7.0； (2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質(zhì)分離出來； (3)離心:利用轉(zhuǎn)速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸； (4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質(zhì)量比I?2%的風味蛋白酶、I?2%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度50?60°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌； (5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3; (6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質(zhì)、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離； (7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽； (8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質(zhì)量比I?2%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌； (9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3; (10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀； (11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產(chǎn)品。
【文檔編號】C12P19/04GK106047972SQ201610588547
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610588547.7, CN 106047972 A, CN 106047972A, CN 201610588547, CN-A-106047972, CN106047972 A, CN106047972A, CN201610588547, CN201610588547.7
【發(fā)明人】張志強, 羅建華, 張志軍, 王濤, 李懷健
【申請人】濱州中裕食品有限公司