專利名稱：：一種膜分離回收豆腐黃漿水中蛋白質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種膜分離回收豆腐黃漿水中蛋白質(zhì)的方法，尤其是一種酶促豆腐廢水蛋白交聯(lián)、超濾分離的方法。(二)
背景技術(shù)：
：我國傳統(tǒng)的大豆制品年消費(fèi)量接近900萬噸，以加工每噸大豆產(chǎn)生8-10噸廢水計，豆制品加工企業(yè)每年約有近千萬噸高濃有機(jī)廢水需處理、排放，其COD、BOD分別高達(dá)15200mg/L、7700mg/L給環(huán)境帶來了巨大的壓力，更成為限制豆制品工業(yè)發(fā)展的瓶頸。如何處理巨大的污染，是亟帶解決的重要難題。豆腐廢水即豆腐黃漿水，是豆制品點(diǎn)腦凝固后，壓榨成型時流出的廢水，色黃、微綠，pH為6左右。豆腐黃漿水中作為COD、BOD的主要來源的蛋白質(zhì)、碳水化合物含量分別為0.5%、0.7%。由于含量偏低，使得黃漿水的開發(fā)利用較長時間沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前脫除黃漿水中蛋白質(zhì)的方法主要由三種即以化學(xué)絮凝為主的吸附法；以膜技術(shù)、離子交換交換技術(shù)為手段的回收法及以厭氧、曝氣及其組合處理為特征的生物降解法?；瘜W(xué)大分子聚合物可脫除廢水中5070%的蛋白質(zhì)，但得到的蛋白質(zhì)只能作飼料用，附加值不高。過高的絮凝劑添加量(0.15~0.3%)還會造成二次污染。生物法是目前采用最廣泛的污水處理方法，可有效降低COD、BOD實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。但污水處理廠占地面積大，在現(xiàn)代寸土寸金的城市處理廠只能建立在市郊，豆制品企業(yè)規(guī)模小、分布散，無形中增加了廢水集中處理的難度，同時也不利于食品企業(yè)的生產(chǎn)衛(wèi)生。離子交換分3離法清潔、高效，但廢水量巨大，而廢水中蛋白含量又偏低，需要大量的離子交換樹脂，不經(jīng)濟(jì)。以超濾為代表的膜分離技術(shù)似乎是最有前途的豆腐廢水蛋白回收方法。ZL200510019238.X介紹了采用10kDa的無機(jī)陶瓷膜分離大豆乳清蛋白，濃縮約15倍，蛋白截留率85%，由于膜過濾面積未給出，因此膜通量未知。CN1954689A公開了動態(tài)膜分離大豆乳清蛋白的方法，但膜分離技術(shù)數(shù)據(jù)(膜截留分子量、乳清成分含量、濃縮倍數(shù))未給出。CN1364765A公開了一種超濾提取乳清蛋白的方法，膜為聚醚砜、聚砜及聚偏氟乙烯，截餾分子量10kDa30kDa,總濃縮倍數(shù)約9-15倍，濃縮采用二級超濾，雖然蛋白截留率增加，但額外增加的稀釋水會增加下游工序(低聚糖回收)的處理量及難度。超濾膜的選擇十分重要，MWCO30kDa、100kDa膜通量高，但蛋白截留率低(30%~50%),5kDa、10kDa蛋白截留率高(50%-90%)，但通量低，易污染；因此實(shí)際選膜時只能折中考慮。另外，膜濃縮時濃縮倍數(shù)(以體積計)至關(guān)重要，2-5倍濃縮，耗時短，蛋白截留率高，但濃縮液的數(shù)量仍然龐大；高倍濃縮(10-20倍)，濃縮液體積顯著降低，然而蛋白截留率明顯降低，雖然可采用濃縮-稀釋-濃縮的多步循環(huán)實(shí)現(xiàn)低蛋白損失的高倍濃縮，但此操作會大大額外增加廢水的數(shù)量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種蛋白回收率高，雜質(zhì)少，低聚糖透過率高，處理量大，膜組件不易污染的膜分離回收豆腐黃漿水中蛋白質(zhì)的方法。本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是一種膜分離回收豆腐黃漿水中蛋白質(zhì)的方法，所述方法包括將豆腐黃漿水溫度控制在4055。C，加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，所述轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量以豆腐黃漿水中含有的乳清蛋白總量計為20~100U/g乳清蛋白，攪拌4反應(yīng)l5h后，滅酶，過濾，濾液過超濾膜進(jìn)行超濾處理，于截留液中得到乳清蛋白。本發(fā)明關(guān)鍵是從豆腐黃漿水中分離出來，從截留液中純化得到乳清蛋白的操作可按照本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行。優(yōu)選的，所述超濾膜為截留分子量30100kDa的聚砜膜。優(yōu)選的，所述超濾處理參數(shù)如下進(jìn)口壓力IOPSI、出口壓力15PSI,進(jìn)樣流速2mL/min。具體的，所述方法如下取新鮮壓榨的豆腐黃漿水降溫至4055。C加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，所述轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量以豆腐黃漿水中含有的乳清蛋白總量計為20100U/g乳清蛋白，攪拌反應(yīng)l5h后，滅酶，過濾，濾液采用截留分子量30100kDa的聚砜膜進(jìn)行超濾處理，超濾器進(jìn)口壓力IOPSI、出口壓力15PSI，進(jìn)樣流速2mL/min，于截留液中得到乳清蛋白。本發(fā)明方法超濾前采用酶處理，使小分子的大豆乳清蛋白聚合形成多聚體(均聚體、雜聚體)，然后采用大孔徑、高通量的超濾膜分離聚合的乳清蛋白。該方法具有工藝筒單、操作方便，蛋白回收率高，處理量大，膜組件不易污染、易工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。酶處理過程不需加熱僅利用豆腐黃漿水余熱即可，保持黃漿水自然的pH、和離子強(qiáng)度，無需調(diào)整。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在本發(fā)明以豆腐黃漿水原料，自然條件下，采用微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶生物催化小分子的大豆乳清蛋白聚合形成蛋白聚合體，擴(kuò)大其與小分子的低聚糖的分子量，然后采用大孔徑、高通量的超濾膜分離，實(shí)現(xiàn)乳清蛋白高效分離，具有蛋白回收率高，雜質(zhì)少，低聚糖透過率高，處理量大，膜組件不易污染等優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例1:500mL豆腐黃漿水(蛋白含量3mg/mL,總糖含量32mg/mL),加入Millipore杯式超濾器中室溫超濾，超濾膜為聚砜膜，截留分子量為5kDa,進(jìn)口壓力10PSI，出口壓力，15PSI,進(jìn)樣流速2mL/min.每濃縮2倍(體積)(即原液體積為所得濃縮液體積的2倍，表1中標(biāo)記為2V)，5倍(即原液體積為所得濃縮液體積的5倍，表1中標(biāo)記為5V),10倍(即原液體積為所得濃縮液體積的10倍，表1中標(biāo)記為10V),20倍(即原液體積為所得濃縮液體積的20倍，表1中標(biāo)記為20V),分別取濃縮液、透過液，記錄時間，檢測蛋白質(zhì)(福林酚法)和低聚糖(蒽酮法)含量，計算蛋白截留率和低聚糖的透過率及膜通量，數(shù)據(jù)列于表l中(A)。實(shí)施例2:500mL豆腐黃漿水(蛋白含量3mg/mL,總糖含量32mg/mL)，加入Millipore杯式超濾器中室溫超濾，超濾膜為聚砜膜，截留分子量為10kDa,進(jìn)口壓力10PSI,出口壓力，15PSI,進(jìn)樣流速2mL/min.每濃縮2倍(體積)，5倍，10倍，20倍，分別取濃縮液、透過液，記錄時間，4企測蛋白質(zhì)和低聚糖含量，計算蛋白截留率和低聚糖的透過率及膜通量，數(shù)據(jù)列于表l中(B)。實(shí)施例3:500mL豆腐黃漿水(蛋白含量3mg/mL,總糖含量32mg/mL),加入Millipore杯式超濾器中室溫超濾，超濾膜為聚砜膜，截留分子量為30kDa，進(jìn)口壓力10PSI,出口壓力，15PSI,進(jìn)樣流速2mL/min.每濃縮2倍(體積)，5倍，10倍，20倍，分別取濃縮液、透過液，記錄時間，檢測蛋白質(zhì)和低聚糖含量，計算蛋白截留率和低聚糖的透過率及膜通量，數(shù)據(jù)列于表l中(C)。實(shí)施例4:500mL豆腐黃漿水(蛋白含量3mg/mL，總糖含量32mg/mL),加入Millipore杯式超濾器中室溫超濾，超濾膜為聚砜膜，截留分子量為100kDa，進(jìn)口壓力10PSI,出口壓力，15PSI,進(jìn)樣流速2mL/min.每濃縮2倍(體積)，5倍，10倍，20倍，分別取濃縮液、透過液，記錄時間，檢測蛋白質(zhì)和低聚糖含量，計算蛋白截留率和低聚糖的透過率及膜通量，數(shù)據(jù)列于表l中(D)。實(shí)施例5~10中黃漿水中乳清蛋白的酶聚合方法如下取1000mL新鮮壓榨的豆腐黃漿水(蛋白含量3mg/mL，總糖含量32mg/mL)降溫至40°C~55°C，添加適量20~100U轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶/g蛋白(以酶活力/g乳清蛋白計)，200r/m攪拌反應(yīng)15h,添力。0.1%滅酶，過濾除雜，濾液進(jìn)行超濾處理。實(shí)施例5:黃漿水酶處理條件為溫度40°C,酶用量為180U，反應(yīng)時間4h,超濾處理采用30kDa超濾膜，其它揭:作同實(shí)例1，所得結(jié)果記為E,見表1。實(shí)施例6:黃漿水酶處理條件為溫度45°C,酶用量為120U,反應(yīng)時間3h，超濾處理采用30kDa超濾膜，其它操作同實(shí)例1，所得結(jié)果記為F,見表1。實(shí)施例7:黃漿水酶處理條件為溫度55°C,酶用量為60U,反應(yīng)時間5h,超濾處理采用30kDa超濾膜，其它操作同實(shí)例1,所得結(jié)果記為G,見表1。實(shí)施例8:黃漿水酶處理條件為溫度50°C,酶用量為300U，反應(yīng)時間lh,超濾處理采用100kDa超濾膜，其它操作同實(shí)例l,所得結(jié)果記為H,見表1。實(shí)施例9:黃漿水酶處理條件為溫度45。C,酶用量為240U，反應(yīng)時間2h,超濾處理采用100kDa超濾膜，其它操作同實(shí)例1,所得結(jié)果記為I,見表1。實(shí)施例10:黃漿水酶處理條件為溫度50°C,酶用量為180U,反應(yīng)時間2h，超濾處理采用100kDa超濾膜，其它操作同實(shí)例l,所得結(jié)果記為J,見表1。表l:不同操作條件下乳清蛋白的回收率<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表l數(shù)據(jù)顯示，未經(jīng)酶前處理的對照組(AD)隨著濃縮倍數(shù)的增加，蛋白回收率明顯降低，膜截留分子量越大，此趨勢越明顯。當(dāng)膜截留分子量增加從5kDa增至1OOkDa時，雖然膜通量有所增加(3倍)，但蛋白回收率下降明顯，由73.96%降至41.39%?？傮w來講，原料未經(jīng)前處理時，蛋白揮收率(20V濃縮)均較低(41%~74%)。對于本發(fā)明采用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶預(yù)處理組(E~J),采用較大截留分子量的超濾膜(30kDa，lOOkDa),20V濃縮后蛋白回收率明顯改善，尤其100kDa超濾膜，蛋白回收率均高于72%，明顯高于對照組(41.39%)。在保證一定蛋白回收率的前提下，低聚糖透過率和膜通量也改善明顯。最佳酶處理條件如下溫度55°C,酶用量為20U/g蛋白，反應(yīng)時間5h,超濾處理采用30kDa超濾膜，20V濃縮后蛋白回收率為85.28%，低聚糖透過率93.46，膜通量65.32L/m2.h。權(quán)利要求1.一種膜分離回收豆腐黃漿水中蛋白質(zhì)的方法，所述方法包括將豆腐黃漿水溫度控制在40℃～55℃，加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，所述轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量以豆腐黃漿水中含有的乳清蛋白總量計為20～100U/g乳清蛋白，攪拌反應(yīng)1～5h后，滅酶，過濾，濾液過超濾膜進(jìn)行超濾處理，于截留液中得到乳清蛋白。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述超濾膜為截留分子量30100kDa的聚砜膜。3.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述超濾膜為截留分子量30kDa的超濾膜。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述超濾處理參數(shù)如下進(jìn)口壓力IOPSI、出口壓力15PSI，進(jìn)樣流速2mL/min。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法如下取新鮮壓榨的豆腐黃漿水降溫至4055。C加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，所述轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量以豆腐黃漿水中含有的乳清蛋白總量計為20~100U/g乳清蛋白，攪拌反應(yīng)l5h后，滅酶，過濾，濾液采用截留分子量30100kDa的聚石風(fēng)膜進(jìn)行超濾處理，超濾器進(jìn)口壓力IOPSI、出口壓力15PSI,進(jìn)樣流速2mL/min,于截留液中得到乳清蛋白。6.如權(quán)利要求15之一所述的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量20U/g乳清蛋白，反應(yīng)溫度55。C,反應(yīng)時間5h。全文摘要本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的超濾分離回收豆腐黃漿水中蛋白質(zhì)的方法。本發(fā)明方法在超濾前對豆腐廢水采用酶法預(yù)處理，使小分子的大豆乳清蛋白聚合形成多聚體(均聚體、雜聚體)，擴(kuò)大其與小分子的低聚糖的分子量，然后采用大孔徑、高通量的超濾膜分離聚合的乳清蛋白。酶處理過程無需加熱僅利用豆腐黃漿水余熱即可，保持黃漿水自然的pH、和離子強(qiáng)度，無需調(diào)整。該蛋白分離方法具有工藝簡單、操作方便，蛋白回收率高，處理量大，膜組件不易污染、易工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號A23J3/16GK101473887SQ20091009565公開日2009年7月8日申請日期2009年1月15日優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日發(fā)明者何晉浙,孫培龍,孟祥河,張安強(qiáng)申請人:浙江工業(yè)大學(xué)