CN101473887B

CN101473887B - 一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法

Info

Publication number: CN101473887B
Application number: CN2009100956531A
Authority: CN
Inventors: 孟祥河; 孙培龙; 张安强; 何晋浙
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Hangzhou Hongguang Surf Bean Industry Food Co Ltd
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: CN101473887A

Abstract

本发明提供了一种改进的超滤分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法。本发明方法在超滤前对豆腐废水采用酶法预处理，使小分子的大豆乳清蛋白聚合形成多聚体(均聚体、杂聚体)，扩大其与小分子的低聚糖的分子量，然后采用大孔径、高通量的超滤膜分离聚合的乳清蛋白。酶处理过程无需加热仅利用豆腐黄浆水余热即可，保持黄浆水自然的pH、和离子强度，无需调整。该蛋白分离方法具有工艺简单、操作方便，蛋白回收率高，处理量大，膜组件不易污染、易工业化生产等优点。

Description

一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法，尤其是一种酶促豆腐废水蛋白交联、超滤分离的方法。

(二)背景技术

我国传统的大豆制品年消费量接近900万吨，以加工每吨大豆产生8-10吨废水计，豆制品加工企业每年约有近千万吨高浓有机废水需处理、排放，其COD、BOD分别高达15200mg/L、7700mg/L给环境带来了巨大的压力，更成为限制豆制品工业发展的瓶颈。如何处理巨大的污染，是亟带解决的重要难题。

豆腐废水即豆腐黄浆水，是豆制品点脑凝固后，压榨成型时流出的废水，色黄、微绿，pH为6左右。豆腐黄浆水中作为COD、BOD的主要来源的蛋白质、碳水化合物含量分别为0.5％、0.7％。由于含量偏低，使得黄浆水的开发利用较长时间没有实现产业化。目前脱除黄浆水中蛋白质的方法主要由三种：即以化学絮凝为主的吸附法；以膜技术、离子交换交换技术为手段的回收法及以厌氧、曝气及其组合处理为特征的生物降解法。化学大分子聚合物可脱除废水中50～70％的蛋白质，但得到的蛋白质只能作饲料用，附加值不高。过高的絮凝剂添加量(0.15～0.3％)还会造成二次污染。生物法是目前采用最广泛的污水处理方法，可有效降低COD、BOD实现达标排放。但污水处理厂占地面积大，在现代寸土寸金的城市处理厂只能建立在市郊，豆制品企业规模小、分布散，无形中增加了废水集中处理的难度，同时也不利于食品企业的生产卫生。离子交换分离法清洁、高效，但废水量巨大，而废水中蛋白含量又偏低，需要大量的离子交换树脂，不经济。以超滤为代表的膜分离技术似乎是最有前途的豆腐废水蛋白回收方法。ZL200510019238.X介绍了采用10kDa的无机陶瓷膜分离大豆乳清蛋白，浓缩约15倍，蛋白截留率85％，由于膜过滤面积未给出，因此膜通量未知。CN 1954689A公开了动态膜分离大豆乳清蛋白的方法，但膜分离技术数据(膜截留分子量、乳清成分含量、浓缩倍数)未给出。CN 1364765A公开了一种超滤提取乳清蛋白的方法，膜为聚醚砜、聚砜及聚偏氟乙烯，截馏分子量10kDa～30kDa，总浓缩倍数约9-15倍，浓缩采用二级超滤，虽然蛋白截留率增加，但额外增加的稀释水会增加下游工序(低聚糖回收)的处理量及难度。

超滤膜的选择十分重要，MWCO 30kDa、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；因此实际选膜时只能折中考虑。另外，膜浓缩时浓缩倍数(以体积计)至关重要，2-5倍浓缩，耗时短，蛋白截留率高，但浓缩液的数量仍然庞大；高倍浓缩(10-20倍)，浓缩液体积显著降低，然而蛋白截留率明显降低，虽然可采用浓缩-稀释-浓缩的多步循环实现低蛋白损失的高倍浓缩，但此操作会大大额外增加废水的数量。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种蛋白回收率高，杂质少，低聚糖透过率高，处理量大，膜组件不易污染的膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法。

本发明采用的技术方案是：

一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法，所述方法包括：将豆腐黄浆水温度控制在40～55℃，加入转谷氨酰胺酶，所述转谷氨酰胺酶添加量以豆腐黄浆水中含有的乳清蛋白总量计为20～100U/g乳清蛋白，搅拌反应1～5h后，灭酶，过滤，滤液过超滤膜进行超滤处理，于截留液中得到乳清蛋白。本发明关键是从豆腐黄浆水中分离出来，从截留液中纯化得到乳清蛋白的操作可按照本领域常规方法进行。

优选的，所述超滤膜为截留分子量30～100kDa的聚砜膜。

优选的，所述超滤处理参数如下：进口压力10PSI、出口压力15PSI，进样流速2mL/min。

具体的，所述方法如下：取新鲜压榨的豆腐黄浆水降温至40～55℃加入转谷氨酰胺酶，所述转谷氨酰胺酶添加量以豆腐黄浆水中含有的乳清蛋白总量计为20～100U/g乳清蛋白，搅拌反应1～5h后，灭酶，过滤，滤液采用截留分子量30～100kDa的聚砜膜进行超滤处理，超滤器进口压力10PSI、出口压力15PSI，进样流速2mL/min，于截留液中得到乳清蛋白。

本发明方法超滤前采用酶处理，使小分子的大豆乳清蛋白聚合形成多聚体(均聚体、杂聚体)，然后采用大孔径、高通量的超滤膜分离聚合的乳清蛋白。该方法具有工艺简单、操作方便，蛋白回收率高，处理量大，膜组件不易污染、易工业化生产等优点。酶处理过程不需加热仅利用豆腐黄浆水余热即可，保持黄浆水自然的pH、和离子强度，无需调整。

本发明的有益效果主要体现在：本发明以豆腐黄浆水原料，自然条件下，采用微生物转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体，扩大其与小分子的低聚糖的分子量，然后采用大孔径、高通量的超滤膜分离，实现乳清蛋白高效分离，具有蛋白回收率高，杂质少，低聚糖透过率高，处理量大，膜组件不易污染等优点。

(四)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

500mL豆腐黄浆水(蛋白含量3mg/mL，总糖含量32mg/mL)，加入Millipore杯式超滤器中室温超滤，超滤膜为聚砜膜，截留分子量为5kDa，进口压力10PSI，出口压力，15PSI，进样流速2mL/min.每浓缩2倍(体积)(即原液体积为所得浓缩液体积的2倍，表1中标记为2V)，5倍(即原液体积为所得浓缩液体积的5倍，表1中标记为5V)，10倍(即原液体积为所得浓缩液体积的10倍，表1中标记为10V)，20倍(即原液体积为所得浓缩液体积的20倍，表1中标记为20V)，分别取浓缩液、透过液，记录时间，检测蛋白质(福林酚法)和低聚糖(蒽酮法)含量，计算蛋白截留率和低聚糖的透过率及膜通量，数据列于表1中(A)。

实施例2：

500mL豆腐黄浆水(蛋白含量3mg/mL，总糖含量32mg/mL)，加入Millipore杯式超滤器中室温超滤，超滤膜为聚砜膜，截留分子量为10kDa，进口压力10PSI，出口压力，15PSI，进样流速2mL/min.每浓缩2倍(体积)，5倍，10倍，20倍，分别取浓缩液、透过液，记录时间，检测蛋白质和低聚糖含量，计算蛋白截留率和低聚糖的透过率及膜通量，数据列于表1中(B)。

实施例3：

500mL豆腐黄浆水(蛋白含量3mg/mL，总糖含量32mg/mL)，加入Millipore杯式超滤器中室温超滤，超滤膜为聚砜膜，截留分子量为30kDa，进口压力10PSI，出口压力，15PSI，进样流速2mL/min.每浓缩2倍(体积)，5倍，10倍，20倍，分别取浓缩液、透过液，记录时间，检测蛋白质和低聚糖含量，计算蛋白截留率和低聚糖的透过率及膜通量，数据列于表1中(C)。

实施例4：

500mL豆腐黄浆水(蛋白含量3mg/mL，总糖含量32mg/mL)，加入Millipore杯式超滤器中室温超滤，超滤膜为聚砜膜，截留分子量为100kDa，进口压力10PSI，出口压力，15PSI，进样流速2mL/min.每浓缩2倍(体积)，5倍，10倍，20倍，分别取浓缩液、透过液，记录时间，检测蛋白质和低聚糖含量，计算蛋白截留率和低聚糖的透过率及膜通量，数据列于表1中(D)。

实施例5～10中黄浆水中乳清蛋白的酶聚合方法如下：

取1000mL新鲜压榨的豆腐黄浆水(蛋白含量3mg/mL，总糖含量32mg/mL)降温至40℃～55℃，添加适量20～100U转谷氨酰胺酶/g蛋白(以酶活力/g乳清蛋白计)，200r/m搅拌反应1～5h，添加0.1％灭酶，过滤除杂，滤液进行超滤处理。

实施例5：

黄浆水酶处理条件为：温度40℃，酶用量为180U，反应时间4h，超滤处理采用30kDa超滤膜，其它操作同实例1，所得结果记为E，见表1。

实施例6：

黄浆水酶处理条件为：温度45℃，酶用量为120U，反应时间3h，超滤处理采用30kDa超滤膜，其它操作同实例1，所得结果记为F，见表1。

实施例7：

黄浆水酶处理条件为：温度55℃，酶用量为60U，反应时间5h，超滤处理采用30kDa超滤膜，其它操作同实例1，所得结果记为G，见表1。

实施例8：

黄浆水酶处理条件为：温度50℃，酶用量为300U，反应时间1h，超滤处理采用100kDa超滤膜，其它操作同实例1，所得结果记为H，见表1。

实施例9：

黄浆水酶处理条件为：温度45℃，酶用量为240U，反应时间2h，超滤处理采用100kDa超滤膜，其它操作同实例1，所得结果记为I，见表1。

实施例10：

黄浆水酶处理条件为：温度50℃，酶用量为180U，反应时间2h，超滤处理采用100kDa超滤膜，其它操作同实例1，所得结果记为J，见表1。

表1：不同操作条件下乳清蛋白的回收率

由表1数据显示，未经酶前处理的对照组(A～D)随着浓缩倍数的增加，蛋白回收率明显降低，膜截留分子量越大，此趋势越明显。当膜截留分子量增加从5kDa增至100kDa时，虽然膜通量有所增加(3倍)，但蛋白回收率下降明显，由73.96％降至41.39％。总体来讲，原料未经前处理时，蛋白挥收率(20V浓缩)均较低(41％～74％)。

对于本发明采用转谷氨酰胺酶预处理组(E～J)，采用较大截留分子量的超滤膜(30kDa，100kDa)，20V浓缩后蛋白回收率明显改善，尤其100kDa超滤膜，蛋白回收率均高于72％，明显高于对照组(41.39％)。在保证一定蛋白回收率的前提下，低聚糖透过率和膜通量也改善明显。最佳酶处理条件如下：温度55℃，酶用量为20U/g蛋白，反应时间5h，超滤处理采用30kDa超滤膜，20V浓缩后蛋白回收率为85.28％，低聚糖透过率93.46，膜通量65.32L/m²·h。

Claims

1.一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法，所述方法包括：将豆腐黄浆水温度控制在40℃～55℃，加入转谷氨酰胺酶，所述转谷氨酰胺酶添加量以豆腐黄浆水中含有的乳清蛋白总量计为20～100U/g乳清蛋白，搅拌反应1～5h后，灭酶，过滤，滤液过超滤膜进行超滤处理，于截留液中得到乳清蛋白；所述超滤膜为截留分子量30～100kDa的聚砜膜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述超滤膜为截留分子量30kDa的聚砜膜。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法如下：取新鲜压榨的豆腐黄浆水降温至40～55℃加入转谷氨酰胺酶，所述转谷氨酰胺酶添加量以豆腐黄浆水中含有的乳清蛋白总量计为20～100U/g乳清蛋白，搅拌反应1～5h后，灭酶，过滤，滤液采用截留分子量30～100kDa的聚砜膜进行超滤处理，超滤器进口压力10PSI、出口压力15PSI，进样流速2mL/min，于截留液中得到乳清蛋白。

4.如权利要求1～3之一所述的方法，其特征在于所述转谷氨酰胺酶添加量20U/g乳清蛋白，反应温度55℃，反应时间5h。