CN102948810A

CN102948810A - 一种咸蛋清的脱盐方法

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Publication number: CN102948810A
Application number: CN2011104098433A
Authority: CN
Inventors: 何慧; 董华伟; 赵宁宁
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: CN102948810B

Abstract

本发明属于蛋品加工技术领域，具体涉及一种咸蛋清的脱盐方法，其特征在于采用电渗析法。本发明将咸蛋清作为电渗析器淡室液，将自来水作为电渗析器浓室液，将氯化钠溶液作为电渗析器极室液，在一定膜对电压、流量、温度下进行电渗析脱盐操作。其特征在于，在主要操作参数中，淡室中咸蛋清为原液体积稀释5～20倍，将其pH调至3～11，极室中氯化钠溶液的浓度为20～40g/L；淡室中咸蛋清的流量调至30～80L/h，浓室中自来水流量调至30～80L/h，极室中氯化钠溶液的流量调节至30～50L/h；电渗析器膜对电压调节为0.5～1.5V；电渗析器工作环境温度调节为10～40℃。在优选条件下，脱盐率能够达到95％以上，蛋清蛋白损失率在10％以下。本发明能有效脱除咸蛋清中的盐分。

Description

一种咸蛋清的脱盐方法

技术领域

本发明属于蛋品加工技术领域，具体涉及一种咸蛋清的脱盐方法。本发明如电渗析法有关。

背景技术

蛋清蛋白因具有多种独特的功能性质，如胶凝性、起泡性、乳化性、热变性、粘附性、持水性等常作为食品原料或配料用于食品的加工，如面包、饼干、糕点、布丁等。鸭蛋清蛋白的化学组成及组成模式与鸡蛋清蛋白相似(鸡蛋清中的蛋白质主要有卵白蛋白(54％)、卵转铁蛋白(12％)、卵类粘蛋白(11％)、卵粘蛋白(3.5％)以及溶菌酶(3.4％)等，这些蛋白质以白蛋白和球蛋白为主，具有较高的消化吸收率和生物学效价。)均含有人体所需的8种必需氨基酸，尤其是含硫氨基酸较多，并且能提供大量的维生素和矿物质，是一种能提供全价蛋白的优质食物源，广泛应用于食品工业。

咸蛋是我国传统的蛋制品，据初步估算，我国90％的鸭蛋以咸鸭蛋制品消费。每年有上百亿枚咸蛋黄用于制作月饼、粽子及其他菜肴的制作中，因其优良的质地和风味而备受消费者青睐，但同时每年将遗留上万吨咸蛋清，尤其是咸鸭蛋清。咸鸭蛋清中蛋白质含量约为8.8～12％，食盐含量约为7～10％。目前，咸蛋清仅有少量被用于饲料、饼干及面条等面制品的加工，绝大部分都被遗弃，此外，咸蛋清不易保存，极易发酵分解及腐败，容易对周围环境造成污染，严重影响企业经济效益。

近年来，咸蛋清的应用与研究逐渐引起了广大学者的关注。如在咸蛋清中溶菌酶的提取、咸蛋清的酶解处理、咸蛋清的直接利用等方面取得了一些研究成果，但是咸蛋清液中含盐约10％、咸蛋清蛋白粉含盐量甚至高达35％左右，高含盐量极大地限制了咸蛋清在食品工业中的应用，造成资源浪费。因此，对咸蛋清进行脱盐处理是咸蛋清综合利用的关键所在。

目前，国内对咸鸭蛋清的脱盐研究较少，见诸报道的主要是使用超滤和纳滤等膜分离方法进行初步的探究。因蛋清具有较大的粘性，并且由于其高营养价值容易滋生微生物，虽然上述方法具有高效、能较好保持原料功能性质，但同时存在生产成本高、膜易污染、回收率低等弊端，很难在工业生产中应用。也有人利用蛋白质可逆变性和复性的原理，经过过滤、巴氏杀菌、pH值调节等电点、加热保凝、水洗、离心脱盐以及杀菌处理后得到脱盐咸蛋清，但此方法操作复杂、蛋白质回收率低、操作不具备连续性，因此也很难工业化扩大生产。

电渗析技术是一种电化学的膜分离过程，是利用离子交换膜对阴阳离子的选择透过性，在直流电场作用下，是阴阳离子发生定向迁移，使之与溶液分离，达到提纯和浓缩的目的。研究表明，电渗析分离技术因具有操作连续、无污染环境、成本低廉、回收率高等优点广泛应用于食品、医药、化工等领域。目前，电渗析法应用于大豆低聚糖、氨基酸发酵液等食品加工过程中，脱盐率可达到95％左右，脱盐效果良好，而对咸蛋清采用电渗析技术进行脱盐尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服咸蛋清现有脱盐方法的缺陷，提供一种咸蛋清的脱盐方法，其特征在于采用电渗析法。

本发明包括以下步骤：

1)本发明采用一种传统电渗析装置。所述装置由直流整流器1、极室罐2a、浓室罐2b、淡室罐2c、玻璃转子流量计3a、3b、3c，磁力驱动循环泵4a、4b、4c，电渗析器5组成，其连接方式为：由极室罐2a、磁力驱动循环泵4a、玻璃转子流量计3a、极室a依次通过水管连接形成极室回路；由极室罐2b、磁力驱动循环泵4b、玻璃转子流量计3b、浓室b依次通过水管连接形成浓室回路；由极室罐2c、磁力驱动循环泵4c、玻璃转子流量计3c、淡室c依次通过水管连接形成淡室回路；直流整流器1正负两极分别连接到电渗析器5的阳极和阴极；

2)回收工业化生产咸蛋黄的副产物——咸蛋清进行预处理，以除去咸蛋清中残余的蛋黄及杂质；

3)将咸蛋清作为电渗析器的淡室液，将自来水作为电渗析器的浓室液，将氯化钠溶液作为电渗析器的极室液；

4)开启连通淡室罐2c的磁力驱动循环泵4c，使咸蛋清液在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计3c调节咸蛋清的流量；开启连通浓室罐2b的磁力驱动循环泵4b，使自来水在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计3b调节自来水的流量；开启连通极室罐2a的磁力驱动循环泵4a，使氯化钠溶液在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计3a调节氯化钠溶液的流量；

5)开启直流整流器1，调节电渗析器膜对电压，以及调节电渗析器的工作环境温度，使电渗析器开始工作；

其中：

步骤1)中的电渗析器5为常规电渗析器，由钛涂钌电极、聚丙烯无回路隔板、离子交换膜堆、夹紧装置等主要部件组成，膜堆由40对阴离子交换膜(A)、阳离子交换膜(C)成对交替排列组成；

步骤2)中回收的咸蛋清的蛋白质含量为70～120g/L，盐分含量为30～50g/L，电导率为6000～9000μS/cm；所述的预处理步骤为：将咸蛋清在4℃低温环境下静置1h后使用多层(三层)纱布过滤两次，以除去咸蛋清中残余的蛋黄及杂质；

步骤3)中的咸蛋清蛋清稀释液的制备时将咸蛋清稀释至其体积的5～25倍，再使用盐酸(1mol/L)或氢氧化钠溶液(1mol/L)调其pH值至3～11；所述极室液为20～40g/L的氯化钠溶液；

步骤4)中咸蛋清的流量为30～80L/h，自来水的流量为30～80L/h，氯化钠溶液的流量为30～50L/h；

步骤5)中的电渗析器膜对电压为0.5～1.5V，电渗析器工作环境温度调节为10～40℃。

在一个优选的实施方案中，上述技术参数和优化步骤如下所示：

将步骤3)中的咸蛋清按体积计稀释10～20倍，其pH值为5～9；极室液中的氯化钠溶液为25～35g/L。

控制步骤4)中咸蛋清的流量为40～60L/h，自来水的流量为40～60L/h，氯化钠溶液的流量为35～45L/h；

控制步骤5)中的电渗析器膜对电压为0.75～1.25V，电渗析器工作环境温度调节为20～30℃。

试验证明，使用本发明的脱盐方法，能够有效脱除咸蛋清中的盐分，为咸蛋清的增值利用提供了新的技术方案，可较方便地、有效地进行工业化放大生产。在优选条件下，咸蛋清的脱盐率能够达到95％以上，蛋清蛋白损失率在10％以下。

附图说明

图1：是本发明所用的电渗析装置的示意图。

图中编号说明：1为直流整流器(商购产品，该整流器能够调节电压并记录电流)；2a为极室罐，(2b)为浓室罐，2c为淡室罐；3a、3b、3c分别为调节极室、浓室、淡室的玻璃转子流量计；4a、4b、4c分别为控制极室罐、浓室罐、淡室罐的磁力驱动循环泵；5为电渗析器。图中英文字母A、C分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，为成对使用。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

本发明所使用的电渗析设备主要包括直流整流器1，极室罐2a，浓室罐2b，淡室罐2c，玻璃转子流量计3a、3b、3c，磁力驱动循环泵4a、4b、4c和电渗析器5(电渗析器购自浙江天球环保水处理有限公司产品，其他部件为市购，其中直流整流器最大电压为60V，极室罐、浓室罐、淡室罐最大容量为10L，玻璃转子流量计最大流量为100L/h，磁力驱动循环泵最大扬程2.4m、最大流量为108L/h)。其中，电渗析器5由钛涂钌电极、聚丙烯无回路隔板、阳离子交换膜C、阴离子交换膜A、夹紧装置等主要部件组成，结构为立式压滤型；膜堆由40对阴、阳离子交换膜对(单膜面积为200×120mm²)交替组成，结构为一级两段型。

电渗析装置连接方式为：由极室罐2a、磁力驱动循环泵4a、玻璃转子流量计3a、极室a依次通过水管连接形成极室回路；由极室罐2b、磁力驱动循环泵4b、玻璃转子流量计3b、浓室b依次通过水管连接形成浓室回路；由极室罐2c、磁力驱动循环泵4c、玻璃转子流量计3c、淡室c依次通过水管连接形成淡室回路；直流整流器1正负两极分别连接到电渗析器5的阳极和阴极。

本发明采用的直流整流器为江苏苏州韦特克斯电子科技有限公司产品(产品型号为RLD-6003；见：http://www.goepe.com/apollo/prodetail-wtks2005-1232315.html)。

本发明采用的离子交换膜由浙江千秋环保水处理有限公司生产的产品，是一种耐酸碱的异相离子交换膜。表1显示了该离子交换膜的部分理化特性。

表1阴阳离子交换膜的部分理化特性

本发明所采用的咸蛋清是湖北神丹健康食品有限公司生产咸鸭蛋黄的副产物——咸鸭蛋清废液，其蛋白质含量为70～120g/L，氯化钠含量为30～50g/L，电导率为6000～9000μS/cm为了表述方便，本发明称上述含量鸭蛋清为咸蛋清。

在咸蛋清电渗析脱盐操作过程中，膜对电压、浓室罐2b中自来水的流量，淡室罐2c中咸蛋清的流量、初始电导率、以及pH值是十分关键的操作参数，通过计算实际脱盐过程中脱盐率来衡量脱盐效果。本发明通过计算咸蛋清经过电渗析脱盐160min后的脱盐率来比较不同脱盐条件下的脱盐效果，并确定上述几个参数的最佳范围。

本发明通过以下实施案例来确定上述参数范围。

实施例1：膜对电压对咸蛋清脱盐率的影响

在本实施例中，通过试验组1-5，分别将电压设置为10V、20V、30V、40V、50V，使膜对电压分别为0.25V、0.50V、0.75V、1.00V、1.25V，保持其他条件一致，研究膜对电压对咸蛋清脱盐率的影响。

试验组1：

1)本试验采用的咸蛋清废液在4℃低温环境下静置1h后，使用3层纱布过滤2次，除去咸蛋清表面的残余蛋黄及杂质，得到的咸蛋清电导率为6500μS/cm左右，pH值为6.8左右；

2)将步骤1)中所得的咸蛋清用自来水稀释其体积的10倍，测得其电导率为1468μS/cm，然后用氢氧化钠溶液(1mol/L)调节pH至7后备用；

3)在淡室罐2c中装入经过步骤1)、2)处理后的咸蛋清6L，浓室罐2b中装入自来水6L，极室罐2a中装入浓度为30g/L的氯化钠溶液(测得其电导率为5000μS/cm)6L；

4)开启连通淡室罐2c的磁力驱动循环泵4c，使咸蛋清液在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计3c调节咸蛋清的流量至50L/h；开启连通浓室罐2b的磁力驱动循环泵4b，使自来水在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计3b调节自来水的流量至50L/h；开启连通极室罐2a的磁力驱动循环泵4a，使氯化钠溶液在电渗析器中循环，通过玻璃转子流量计3a调节氯化钠溶液的流量至40L/h，循环10min。

5)开启直流整流器1的电源，调节电压至10V，使得膜对电压为0.25V，调节电渗析器工作环境温度为25℃，使电渗析器开始工作；

6)电渗析器运行160min后，关闭直流整流器1的电源，关闭磁力驱动循环泵4a、4b、4c，测定淡室罐2c中脱盐后蛋清的电导率。

操作结束后，计算出试验1条件下咸蛋清脱盐率为58.65％。

试验组2-5中，试验步骤同试验1。除改变步骤5)中膜对电压，分别将电压设置为10V、20V、30V、40V、50V，使得膜对电压分别为0.25V、0.50V、0.75V、1.00V、1.25V外，其他参数和条件保持不变。在电渗析器运行160min后，分别测定淡室罐2c中脱盐后蛋清的电导率，计算出相应条件下的脱盐率。试验组1-5所得的数据如表2所示。

表2膜对电压对咸蛋清脱盐率的影响

注：极室流量设置为40L/h，淡室和浓室流量设置为50L/h。

由表2可以看出，在一定范围内，随着膜对电压的增加，咸蛋清的脱盐率呈较大幅度增加；但随着膜对电压的进一步增加，脱盐率又呈缓慢下降趋势。在膜对电压为0.75V时，脱盐率达到最大。膜对电压在0.75～1.25V之间时，脱盐率均在95％之上，表现出较好的脱盐效果。电压是电渗析过程的主要推动力，是影响脱盐效果的主要因素。在电压较低时，电驱动力不足，离子移动较慢，电导率下降速率缓慢，因此脱盐率较低；而电压过高时，随着脱盐的进行，离子强度不断降低，当离子强度不足以提供足够的电流，导致部分水发生解离产生H⁺和OH^-，来弥补离子强度的不足，因膜两侧高的浓度差，促使H⁺或OH^-通过膜，产生浓差极化，使电流效率降低，脱盐率下降。因此，电渗析操作电压不宜过高，也不宜过低。试验结果表明，在实施例1条件下，膜对电压在0.75～1.25V之间时，脱盐效果较好。

试验组1-5步骤2)中，咸蛋清稀释至其体积的10倍后，测定的初始电导率略有不同，属于正常的误差现象，对后续咸蛋清的脱盐影响不大。

实施例2：浓室流量和淡室流量对咸蛋清脱盐率的影响

在本实施例中，通过试验组6-10，分别将浓室罐2b中自来水和淡室罐2c中咸蛋清的流量分别设置为20L/h、30L/h、40L/h、50L/h、60L/h，保持其他条件一致，研究浓、淡室流量对咸蛋清脱盐率的影响。

试验组6-10中，试验步骤同试验1。除改变步骤5)中调节电压为30V，使得膜对电压保持为0.75V；改变步骤4)中淡室罐2c中咸蛋清和浓室罐2b中自来水的流量，将流量分别设置为20L/h、30L/h、40L/h、50L/h、60L/h，保持其他参数和条件不变。在电渗析器运行160min后，分别测定淡室罐2c中脱盐后蛋清的电导率，计算出相应条件下的脱盐率。试验组6-10所得的数据如表3所示。

表3浓、淡室流量对咸蛋清电渗析脱盐率的影响

注：膜对电压设置为0.75V，极室流量设置为40L/h。

由表3可以看出，在其他条件一定的情况下，随着流量的增加，脱盐率增加，在流量为50L/h时，脱盐率达到最大；当流量继续增大时，脱盐率有所降低。在较低流量时，流体处于非湍流状态，此时离子的电流密度较小，移动速率较慢，但料液在电极间停留时间较长，此时，因非湍流占主要地位，脱盐率较低；随着流量的增加，离子电流密度增加，脱盐率升高；但当流量过大时，虽料液形成湍流，剪切力和湍流程度增大，离子迁移速率增大，但因离子停留时间过短，脱盐效率也会下降。实验结果表明，在实施例2条件下，流量在40～60L/h之间时，脱盐效果较好。

实施例3：淡室中咸蛋清的初始电导率对咸蛋清脱盐率的影响

在本实施例中，通过试验组11-14，将经过预处理后的咸蛋清分别稀释其体积的5倍、10倍、15倍、20倍后作为淡室液，保持其他条件一致，研究淡室中咸蛋清的初始电导率对咸蛋清脱盐率的影响。

在试验组11-14中，试验步骤同试验1。除改变步骤5)中调节电压为30V，使得膜对电压保持为0.75V；改变步骤2)中将步骤1)中所得的咸蛋清用自来水稀释的倍数，分别稀释其体积的5倍、10倍、15倍、20倍(测得电导率分别为3075μS/cm，1472μS/cm，1221μS/cm，946μS/cm)，保持其他参数和条件不变。在电渗析器运行160min后，分别测定淡室罐2c中脱盐后蛋清的电导率，计算出相应条件下的脱盐率。试验组11-14所得的数据如表4所示。

表4淡室初始电导率对咸蛋清电渗析脱盐过程的影响

注：膜对电压设置为0.75V，极室流量设置为40L/h，淡室和浓室流量设置为50L/h。

从表4可以看出，咸蛋清稀释倍数较高，即初始电导率较低时有较高的脱盐率。但初始电导率过低，也易发生浓差极化，导致脱盐率下降，并且咸蛋清浓度过低，也不利于工业化生产，降低产品得率。咸蛋清浓度较高，即电导率较高时，能提高产品得率，尽管可以通过增加脱盐时间来提高脱盐率，但因高浓度蛋清粘度较大，容易对膜造成污染。实验结果表明，咸蛋清稀释其体积的10～20倍时脱盐效果较好，并且能降低浓度过高时对膜造成的污染。

实施例4：淡室咸蛋清的pH值对咸蛋清脱盐率的影响

在本实施例中，通过试验组15-19，将淡室罐2c中咸蛋清的pH值分别调节，保持其他条件一致，研究淡室罐2c中咸蛋清的pH对咸蛋清脱盐率的影响。

试验组15-19中，试验步骤实同试验1。除改变步骤5)中调节电压为30V，使得膜对电压保持为0.75V；改变步骤2)中将步骤1)中所得的咸蛋清的pH，分别用氢氧化钠(1mol/L)溶液调节pH至7、9、11，用盐酸(1mol/L)溶液调节pH至为3、5，保持其他参数和条件不变。在电渗析器运行160min后，分别测定淡室罐2c中脱盐后蛋清的电导率，计算出相应条件下的脱盐率。试验组15-19所得的数据如表4所示。

表5淡室pH值对咸蛋清脱盐率的影响

由表5可以看出，随着淡室咸蛋清pH值的降低，咸蛋清脱盐率升高。在淡室pH为5时，脱盐率最高，为98.42％。在酸性条件下咸蛋清的脱盐率高于碱性条件下时的脱盐率，这是因为蛋清的等电点(pI)处在酸性(pI＝3.9～6.6)。当淡室pH为5时，部分蛋清蛋白分子达到电中性从蛋清液中沉淀下来，特别是一些卵粘蛋白，因此淡室蛋清粘度降低，离子迁移速率变大，脱盐率升高。当淡室咸蛋清在强酸或强碱条件下，容易造成蛋清蛋白质变性，并且易降低膜的使用寿命。实验结果表明，当淡室pH在5～9之间时，脱盐效果较好，并且能够防止蛋清蛋白变性，增加离子交换膜的使用寿命。

通过上述实施案例证明，采用合适的参数范围，用电渗析法除去咸蛋清中盐分能够达到明显的效果，在优选条件下，脱盐率能够达到95％以上。用凯氏定氮法测定脱盐前后蛋清蛋白质含量，可以计算出在优选条件下蛋白质损失率在10％以下。

Claims

1.一种咸蛋清的脱盐方法，其特征在于采用电渗析法，该方法包括使用一种电渗析装置和采用如下的步骤完成咸蛋清的脱盐：

1)所述的电渗析装置由直流整流器(1)，极室罐(2a)，浓室罐(2b)，淡室罐(2c)，玻璃转子流量计(3a、3b、3c)，磁力驱动循环泵(4a、4b、4c)和电渗析器(5)组成；其连接方式为：由极室罐(2a)，磁力驱动循环泵(4a)，玻璃转子流量计(3a)，极室(a)依次通过水管连接形成极室回路；由极室罐(2b)，磁力驱动循环泵(4b)，玻璃转子流量计(3b)和浓室(b)依次通过水管连接形成浓室回路；由极室罐(2c)，磁力驱动循环泵(4c)，玻璃转子流量计(3c)和淡室(c)依次通过水管连接形成淡室回路；所述的直流电源装置(应为开关)(1)的正负两极分别连接到所述的电渗析器(5)的阳极和阴极上；

2)将来自于禽蛋加工厂的蛋清废液即蛋白质含量为70～120g/L，盐分含量为30～50g/L，电导率为6000～9000μS/cm的咸蛋清在4℃低温下静置1h后用纱布过滤，除去咸蛋清中残余的蛋黄及杂质；

3)将咸蛋清稀释其体积的5～25倍，用1mol/L盐酸溶液或1mol/L氢氧化钠溶液调其pH值至3～11即为咸蛋清稀释液，以该咸蛋清稀释液作为电渗析器的淡室液，将自来水作为电渗析器的浓室液，将20～40g/L的氯化钠溶液作为电渗析器的极室液；

4)开启连通淡室罐(2c)的磁力驱动循环泵(4c)，使咸蛋清稀释液在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计(3c)调节咸蛋清稀释液的流量为30～80L/h；开启连通浓室罐(2b)的磁力驱动循环泵(4b)，使自来水在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计(3b)调节自来水的流量为30～80L/h；开启连通极室罐(2a)的磁力驱动循环泵(4a)，使氯化钠溶液在电渗析装置中循环，通过玻璃转子流量计(3a)调节氯化钠溶液的流量为30～50L/h；

5)开启直流整流器(1)，调节电渗析器膜对电压为0.5～1.5V，调节电渗析器的工作环境温度为10～40℃，使电渗析器开始工作；

其中：

步骤1)中的电渗析器(5)由钛涂钌电极，聚丙烯无回路隔板，离子交换膜堆和夹紧装置组成，其中离子交换膜堆由40对阴离子交换膜(A)、阳离子交换膜(C)成对交替排列组成；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤3)中的咸蛋清稀释倍数为10～20倍，咸蛋清稀释液的pH为5～9；极室内的氯化钠溶液浓度为25～35g/L；

步骤4)中咸蛋清稀释液的流量为40～60L/h，自来水的流量为40～60L/h，氯化钠溶液的流量为35～45L/h；

步骤5)中的电渗析器膜对电压为0.75～1.25V，电渗析器工作环境温度调节为20～30℃。