申请日2011.12.31
公开(公告)日2012.07.11
IPC分类号C12P21/00
摘要
本发明提供了一种从大豆乳清废水中回收蛋白的方法，首先将大豆乳清废水进行预净化，将离心液导入离子交换柱进行脱盐，去除其中的Fe3+、Zn2+和Cu2+，经板式换热器将料液冷却到5～10℃，最后的重液与前述的蛋白沉淀混合后，调节蛋白浓度为12～16%，经喷雾干燥即得大豆蛋白粉。大豆蛋白中谷氨酸和天门冬氨酸有1/2以酰胺形式存在，这就给转谷氨酰胺酶发挥聚合作用提供了重要的基础。转谷氨酰胺酶是一种专一性催化蛋白质中赖氨酸上的ε-氨基和谷氨酸上γ-羟酰胺基之间的结合反应，通过转谷氨酰胺作用形成共价化合物的聚合酶。本发明废水中蛋白的回收率可达87%以上，经干燥后制得的蛋白粉的蛋白含量大于90%。
权利要求书
1.一种从大豆乳清废水中回收蛋白的方法，其特征在于，一、首先将大豆乳清 废水进行预净化，在搅拌罐内用NaOH溶液调节大豆乳清废水的pH值为5～7，静置2 小时后采用卧式离心机在分离因素10000的条件下进行分离，去除大豆乳清废水中的 大颗粒杂质;二、将离心液导入离子交换柱进行脱盐，去除其中的Fe3+、Zn2+和Cu2+， 然后泵入反应罐，按照每克大豆蛋白添加0.1～1.0U转谷氨酰胺酶的比例加入酶，保持 恒温35～45℃，保温时间为2～6小时;三、经板式换热器将料液冷却到5～10℃，用管 式离心机在分离因素12000～20000的条件下离心分离，收集沉淀物和重液，轻液经检 验蛋白含量低于0.1%即可排放至污水池，进行再处理;四、重液重新泵入反应罐，加 入经预净化后的废水，控制其蛋白含量在0.6～1.0%，再次加酶处理，如此循环;五、 最后的重液与前述的蛋白沉淀混合后，调节蛋白浓度为12～16%，经喷雾干燥即得大豆 蛋白粉。
2.根据权利要求1所述的从大豆乳清废水中回收蛋白的方法，其特征在于，用 1%NaOH溶液调节大豆乳清废水的pH值为6.0。
3.根据权利要求2所述的从大豆乳清废水中回收蛋白的方法，其特征在于，经 板式换热器将料液降温到5℃。
4.根据权利要求3所述的从大豆乳清废水中回收蛋白的方法，其特征在于，转 谷氨酰胺酶的比活力为150U/g。
说明书
一种从大豆乳清废水中回收蛋白的方法
技术领域
本发明涉及一种从大豆乳清废水中回收蛋白的方法，属于大豆蛋白回收技术领域。
背景技术
大豆乳清废水是生产大豆蛋白(大豆浓缩蛋白或分离蛋白)时所排出的工艺废水。 大豆浓缩蛋白和分离蛋白生产都是以低温脱脂豆粕为原料，大豆浓缩蛋白的生产一般 经过酸沉、醇沉、热处理等工艺过程实现蛋白沉淀分离，生产大豆分离蛋白的生产一 般采用碱溶酸沉法。所产生的工艺废水即大豆乳清废水中含有0.4～0.6%的蛋白质，且 主要是高水溶性的大豆乳清蛋白和大豆乳清球蛋白。
目前大多数大豆蛋白生产企业的大豆乳清被作为废水排放。随着我国大豆蛋白加 工企业的快速成长，上规模的生产企业不断涌现，导致大豆乳清废水的排放量越来越 大。有资料表明，国内大豆分离蛋白企业每生产1吨大豆分离蛋白，约排放出60～80m3 的乳清废水，若年产4万吨大豆分离蛋白，排放的大豆乳清废水量高达200万吨，其 中所含有的蛋白总量竟高达8000吨以上。而且由于这部分蛋白质的存在，使得所排放 的大豆乳清废水的COD值高达15000～22000mg/L，超出国家规定的废水排放标准的 100多倍，且极易腐败，因此必须对大豆乳清废水进行有效的处理和利用。
目前，对于大豆乳清废水的处理方法是直接进行厌氧和好氧生物处理以降低废水 中的COD及BOD值，利用微生物来降解废水中的有机物质。这样处理后虽然达到国家 废水排放标准，但是废水中的大量的有用物质却被处理掉了，从资源利用方面来说， 无疑是一个很大的浪费。而且，废水处理设施投资巨大，运行管理费用高昂。因此， 从乳清废水中回收有用物质，既能保证废水的安全排放又能实现资源的充分利用，具 有重要的现实意义。
目前关于乳清废水中蛋白质回收利用方面的研究和发明主要集中在膜过滤法(超 滤膜、纳滤膜、反渗透膜、无机陶瓷复合膜等)、脱盐浓缩、喷雾干燥等方面。其中， 中国专利申请号为200910210536.5，名称为“从大豆乳清废水中提取大豆乳清粉工艺”、 专利申请号为200510019238.X，名称为“大豆乳清废水处理方法”和专利号为 ZL200610141126.6，名称为“大豆乳清废水的处理方法及其所得产物”分别公开了从 大豆乳清废水中提取大豆乳清蛋白的方法，但上述方法尚存在着一定的问题：
1、膜分离法确有其不可比拟的优势，如分离精度高、回收率高等，但是无法回避 的问题是膜表面的极化问题。过滤起始阶段是非常理想的，但仅需十几分钟的时间就 会出现膜通量快速下降，过滤截留分子量快速变小的情形，导致工艺过程无法继续。 膜的反复清洗再生，又会导致能耗增加和原料浪费。
2、脱盐浓缩工艺和喷雾干燥法都存在分离精度低下，多种物质混杂(如低聚糖、 黄酮、大豆皂甙、植酸、植酸盐、酚酸等)，使得产品纯度低下，经济效益和利用价值 均不高。
发明内容
本发明的目的是为解决膜分离法仅需十几分钟的时间就会出现膜通量快速下降， 过滤截留分子量快速变小，导致工艺过程无法继续;脱盐浓缩工艺和喷雾干燥法都存 在分离精度低下，多种物质混杂、产品纯度低下的问题，进而提供一种从大豆乳清废 水中回收蛋白的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种从大豆乳清废水中回收蛋白的方法：一、首先将大豆乳清废水进行预净化， 在搅拌罐内用NaOH溶液调节大豆乳清废水的pH值为5～7，静置2小时后采用卧式离 心机在分离因素10000的条件下进行分离，去除大豆乳清废水中的大颗粒杂质;二、 将离心液导入离子交换柱进行脱盐，去除其中的Fe3+、Zn2+和Cu2+，然后泵入反应罐， 按照每克大豆蛋白添加0.1～1.0U转谷氨酰胺酶的比例加入酶，保持恒温35～45℃，保 温时间为2～6小时;三、经板式换热器将料液冷却到5～10℃，用管式离心机在分离因 素12000～20000的条件下离心分离，收集沉淀物和重液，轻液经检验蛋白含量低于0.1% 即可排放至污水池，进行再处理;四、重液重新泵入反应罐，加入经预净化后的废水， 控制其蛋白含量在0.6～1.0%，再次加酶处理，如此循环;五、最后的重液与前述的蛋 白沉淀混合后，调节蛋白浓度为12～16%，经喷雾干燥即得大豆蛋白粉。
本发明利用了大豆蛋白的氨基酸组成中赖氨酸、谷氨酸和天门冬氨酸含量较高的 特点，其中谷氨酸和天门冬氨酸有1/2以酰胺形式存在，这就给转谷氨酰胺酶发挥其聚 合作用提供了重要的物质基础。转谷氨酰胺酶(E.C.2.3.2.13 Transglutatinase，TGase) 是一种专一性催化蛋白质中赖氨酸上的ε-氨基和谷氨酸上γ-羟酰胺基之间的结合反应， 通过转谷氨酰胺作用形成共价化合物的聚合酶。本发明废水中蛋白的回收率可达87% 以上。经干燥后制得的蛋白粉的蛋白含量大于90%。
本发明是一种采用酶化学方法、作用条件温和、分离效率高的大豆乳清蛋白的提 取方法。本发明对于提高大豆蛋白生产企业的综合效益、降低大豆乳清废水的环境污 染程度具有深远的意义。本发明回收的蛋白可望在乳品行业和饮料行业发挥重要作用。
具体实施方式
本发明一种从大豆乳清废水中回收蛋白的方法实施方式如下：
整体工艺分为若干循环。
第一循环
10吨大豆乳清废水泵入10吨搅拌罐内后用1%NaOH溶液调节大豆乳清废水的pH 值为6.0，静置2小时，然后用卧式离心机在分离因素10000的条件下进行分离，去除 大豆乳清废水中的大颗粒杂质。然后以2吨/小时流速将离心液导入离子交换柱进行脱 盐处理。离子交换柱采用玻璃钢材质，树脂为强酸性阳离子交换树脂001×7，柱床体积 1m3(D=800mm，H=2000mm)，湿树脂用量约为800千克。离子交换处理后的废水泵 入反应罐。然后加入400g转谷氨酰胺酶，转谷氨酰胺酶的比活力为150U/g，控制恒温 为40℃，保温3小时。然后经板式换热器将料液降温到5℃，并保持1小时。用管式 离心机在分离因素12000的条件下离心分离，收集沉淀和重液。沉淀物湿质量为19.6 千克，轻液总量6.9吨，经检验蛋白含量约0.046%，重液总量3.0吨，经检验蛋白含 量约为1.04%。轻液经泵输送进入污水池，进行再处理。
第二循环
3吨重液重新泵入反应罐，再加入3吨经预净化后的废水，再次加入转谷氨酰胺酶 500g，控制恒温为40℃，保温3小时。然后经板式换热器将料液降温到5℃，并保持1 小时。用管式离心机在分离因素12000的条件下离心分离，收集沉淀和重液，沉淀物 湿质量为32.6千克，轻液2.88吨，经检验蛋白含量约0.047%，重液3吨，经检验蛋 白含量约为1.05%。轻液经泵输送进入污水池，进行再处理。
第三循环及后续循环的操作同第二循环，所得沉淀物湿质量基本为32.6千克，轻、 重液体积和蛋白含量也恒定。即自第二循环开始，每循环新加入预净化后的废水3吨。
若一个正常处理周期以50吨计，则需14个循环。最终收集湿沉淀物443.4千克， 然后加水1吨，进行喷雾干燥。控制进风温度180±5℃，出口温度80℃，塔内微负压 状态，进行喷雾干燥。所得蛋白粉232千克，其中蛋白含量为90.5%，水分含量约为 4.1%，灰分约为4.6%。
