CN105505776A - 一种蛋白质的生产方法、系统和产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蛋白质的生产方法、系统和产品，该方法包括，将有机固体废弃物加水调节为10～100g/L的混合液；将所述混合液水解，添加质量百分比0.5％～5％的酶，酶解1～3h，然后将混合液加热至55～100℃，调节pH值至10～13，热碱水解1～3h，破胞使微生物蛋白质溶出得到第一蛋白质溶出液；将所述第一蛋白质溶出液进行固液分离，得到第一清液和残渣；将所述第一清液沉淀，得到蛋白质产品和第二清液。本发明工艺简单，管理方便，易实现。

Description

一种蛋白质的生产方法、系统和产品

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化技术领域，涉及一种从有机固体废弃物中生产蛋白质的方法、所用到的生产系统以及得到的相应蛋白质产品。

背景技术

固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃圾”。根据其性质，固体废弃物可分为有机物和无机物，即有机固体废弃物和无机固体废弃物，其中，有机固体废弃物含水率高，同时富含易被生物降解的蛋白质、多糖等有机物，因此，易腐败变质，污染环境。目前，有机固体废弃物的处理方法主要有产沼气、堆肥、热解、焚烧、填埋、海洋倾倒等。针对富含蛋白质的有机固体废弃物，采用物理、化学和生物的方法使其蛋白质释出进入溶液进而回收，可在实现废弃物资源化的同时，实现废弃物的无害化、减量化和稳定化，符合可持续的发展理念，具有良好的应用前景。

所述物理法主要有热解、超声和高压爆破，化学法主要有碱法、酸法，生物法主要有酶法，也有采用碱与超声、酶与超声联合处理的报道。上述方法可不同程度的促进蛋白质释出，进而实现废弃物资源化，但存在处理时间较长、处理效果不佳、能耗高、对设备的要求较高、成本高、产生二次污染和实用性差等问题。

蛋白质是由103到113个氨基酸组成的一条肽链，肽链折叠成特定空间构象成为具有相应活性和生物学功能的蛋白质，相对分子量约为12000～13000Da。强酸、强碱、高温、剧烈搅拌、超声及酶等均可使蛋白质降解为多肽、氨基酸甚至挥发性脂肪酸(VFAs)和氨氮，或结构丢失变性，失去原有功能。此外，当体系中存在单糖、双糖等还原糖时，可与蛋白质发生非酶褐变反应，即美拉德反应，生成棕色甚至黑色的大分子物质，称为类黑精或拟黑素。

因此，前述蛋白质释出方法均存在使目标蛋白质分解的风险，最终获得的是否是蛋白质、其组成和性质如何，是否满足使用要求，已有研究报道中均未提及。同时，已有从废弃物中提取蛋白质的报道中，大多是对蛋白质溶出液进行不同程度地浓缩，能耗高，且几乎没有后续纯化过程，所得蛋白质产品中含有大量伴随蛋白质释出而溶解的物质，包括糖类、重金属等，不仅影响蛋白质的使用功能，也存在一定的安全隐患。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有从有机固体废弃物中提取蛋白质存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是克服现有技术存在的不足，提供一种从有机固体废弃物生产蛋白质产品的方法，该方法高效、实用、低成本且无安全隐患，可高效实现有机固体废弃物的资源化利用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种蛋白质的生产方法，其包括，将有机固体废弃物加水调节为10～100g/L的混合液；将所述混合液水解，添加质量百分比0.5％～5％的酶，酶解1～3h，然后将混合液加热至55～100℃，调节pH值至10～13，热碱水解1～3h，破胞使微生物蛋白质溶出得到第一蛋白质溶出液；将所述第一蛋白质溶出液进行固液分离，得到第一清液和残渣；将所述第一清液沉淀，得到蛋白质产品和第二清液。

作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中：还包括，将所述第二清液与所述残渣混合，然后一同返回水解，得到第二蛋白质溶出液后与所述第一蛋白质溶出液合并，再次进行固液分离，得到第三清液，最后将所述第三清液沉淀，循环利用得到蛋白质产品。

作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中：所述酶为木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶或糖甘酶组成的复合酶，其以质量百分比1：0.5～12复合。

作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中：所述酶为α-葡萄糖苷酶。

作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中：所述沉淀，调节所述第一清液pH值为3.5，且降温至4℃～15℃进行等电点沉淀。

作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中：还包括，将部分所述第二清液与所述残渣混合，然后一同返回水解，得到第二蛋白质溶出液后与所述第一蛋白质溶出液合并，再次进行固液分离，得到第三清液，最后将所述第三清液沉淀，循环利用得到蛋白质产品；将余下所述第二清液进入沼气发酵装置，回收甲烷能源。

本发明的另一个目的是提供一种蛋白质生产系统，构成该系统的各个装置大多为本领域内相对成熟的设备，其结构简单，无需耐高温高压，固定投资少。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种蛋白质的生产系统，其包括，储存装置，所述储存装置与水解装置相连接；水解装置，包括反应设备和配药设备，所述反应设备与分离装置相连接；分离装置，所述分离装置与提取装置相连接；以及，提取装置，包括蛋白质提取设备和蛋白质收集设备，收集得到蛋白质产品。

作为本发明所述的蛋白质的生产系统的一种优选方案，其中：所述反应设备与分离装置之间设置有热交换装置，所述热交换装置一方面对所述反应设备中得到的蛋白质溶出液降温，另一方面与所述储存装置相连接，将热交换产生的热水用于与有机固体废弃物的混合。

作为本发明所述的蛋白质的生产系统的一种优选方案，其中：所述蛋白质提取设备与储水装置相连接，所述储水装置与所述水解装置的反应设备相连接。

作为本发明所述的蛋白质的生产系统的一种优选方案，其中：所述储存装置和所述分离装置皆与废气收集装置相连接，所述废气收集装置与废气处理装置相连接，对生产过程中的废气进行收集处理。

本发明的再一个目的是提供一种从有机固体废弃物中提取的蛋白质产品。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：所述蛋白质产品中，含有质量百分比至少40％的粗蛋白质，低于25mg/kg的铅，低于50mg/kg的铬。

本发明的有益效果：

1、本发明的蛋白质生产方法，是将有机固体废弃物进行两阶段水解，通过温和酶解过程，初步破坏细胞壁，有效缩短后续热碱水解的时间和降低碱解温度，不仅缓解设备腐蚀问题，降低了长时间高温水解带来的能耗和高成本，同时也可防止溶出蛋白质的分解，以及多糖高温水解生成还原糖进而引发美拉德反应，保证产品质量，工艺简单，管理方便，易实现。

2、本发明的蛋白质生产系统所采用的装置大多是行业内相对成熟的设备，其结构简单，无需耐高温高压，固定投资少。

3、本发明所得蛋白质产品质量高，同时，通过调整第二段热碱水解的条件，使粗蛋白质继续水解为分子量分布和氨基酸含量均不同的系列蛋白质产品，满足不同应用领域的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施方式中所述蛋白质的生产系统的结构示意图。

图2为本发明另一个实施方式中所述蛋白质的生产系统的结构示意图。

图3为有机固体废弃物含水量对蛋白质回收率以及对蛋白质产品的纯度影响示意图。

图4为污泥热碱水解过程中VFAs浓度随水解温度的变化情况示意图。

图5为污泥热碱水解过程中VFAs浓度随水解时间的变化情况示意图。

图6为污泥热碱水解过程中UV₂₅₄随水解温度的变化情况示意图。

图7为污泥热碱水解过程中UV₂₅₄随水解时间的变化情况示意图。

图8为蛋白质回收率随等电点沉淀温度的变化情况示意图。

图9为不同种类的酶对蛋白质溶出率的影响示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

如图1所示，图1提供了一种实施方式中蛋白质的生产系统的结构示意图。在这一实施例中，该生产系统包括储存装置100、水解装置200、分离装置300以及提取装置400。用于调节有机固体废弃物含水量的储存装置100通过泵向水解装置200进行输送特定含水比例的有机固体废弃物，水解装置200包括反应设备201和配药设备202，配药设备202通过泵向水解装置200中的反应设备201输送用于水解的酶或热碱，水解装置200的出料口通过泵与分离装置300的进料口连接，分离装置300的出液端通过泵与提取装置400的一个进料口相连接，提取装置400也可以设置有配药设备，其通过泵向提取装置400提供用于调节pH值的物料，提取装置400包括蛋白质提取设备401和蛋白质收集设备402，蛋白质提取设备401的出渣端与蛋白质收集设备402连接。在这一实施方式中，分离装置300可以选用为离心机。

利用如图1所示系统进行蛋白质的生产：将城市污水处理厂剩余污泥(含水80％)和水一同加入储存装置100中，调节为75g/L(干物质)的混合液，加热至65℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶，总添加量为4％，酶解3h，然后将混合液加热至70℃，火碱调节pH值至10，热碱水解3h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用硫酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液。

所得蛋白质产品为泥状，含水率为47％，粗蛋白质回收率为48％，粗蛋白质含量为36％(干重)，铅(以Pb计)含量为25mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为44mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占30％，介于10000～3000Da的占25％，介于3000～1000Da的占32％，氨基酸含量为6％，5％产品水溶液的发泡倍数为115倍，可用于建材用蛋白质发泡剂。

实施例1

将城市污水处理厂剩余污泥(含水80％)和来自热交换装置500的预热水一同加入储存装置100中，调节为75g/L(干物质)的混合液，加热至65℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶，总添加量为4％，酶解3h，然后将混合液加热至70℃，采用火碱调节pH值至10，热碱水解3h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用硫酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，进一步采用普通烘箱烘干，获得蛋白质粉状产品。取1/3蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在4℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的2/3蛋白质提取后的第二清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为粉状，含水率为小于10％，粗蛋白质回收率为56％，粗蛋白质含量为40％(干重)，铅(以Pb计)含量为20mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为32mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占31％，介于10000～3000Da的占28％，介于3000～1000Da的占39％，氨基酸含量为8％，5％产品水溶液的发泡倍数为122倍，可用于建材用蛋白质发泡剂。

实施例2

将城市污水处理厂剩余污泥(含水80％)和来自热交换装置500的预热水一同加入储存装置100中，调节为50g/L(干物质)的混合液，加热至45℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶，总添加量为5％，酶解2h，然后将混合液加热至100℃，采用生石灰调节pH值至12.5，热碱水解1h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用硫酸调节pH值至3.5，在15℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，取1/2蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在15℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的1/2蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为泥状，含水率为45％，粗蛋白质回收率为56％，粗蛋白质含量为51％(干重)，铅(以Pb计)含量为22mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为43mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占32％，介于10000～3000Da的占21％，介于3000～1000Da的占18％，氨基酸含量为26％，5％产品水溶液的发泡倍数为25倍，可用于氨基酸水溶肥料。

实施例3

将城市污水处理厂剩余污泥(含水80％)和来自热交换装置500的预热水一同加入储存装置100中，调节为30g/L(干物质)的混合液，加热至55℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和α-葡萄糖苷酶，总添加量为1.5％，酶解2h，然后将混合液加热至80℃，采用火碱调节pH值至12.5，热碱水解1h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用盐酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，进一步采用喷雾干燥，获得粉状的蛋白质产品。取1/4蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在4℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的3/4蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为粉状，含水率为小于10％，粗蛋白质回收率为61％，粗蛋白质含量为52％(干重)，铅(以Pb计)含量为24mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为39mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占31％，介于10000～3000Da的占39％，介于3000～1000Da的占22％，氨基酸含量为8％，5％产品水溶液的发泡倍数为53倍，可用于蛋白饲料添加剂。

实施例4

将城市污水处理厂剩余污泥(含水80％)和来自热交换装置500的预热水一同加入储存装置100中，调节为30g/L(干物质)的混合液，加热至55℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和α-葡萄糖苷酶，总添加量为1％，酶解2h，然后将混合液加热至100℃，采用火碱调节pH值至13，热碱水解3h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用硫酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，进一步采用普通烘箱烘干，获得粉状的蛋白质产品。取2/3蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回水解装置200中的反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在10℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的1/3蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为粉状，含水率为小于10％，粗蛋白质回收率为57％，粗蛋白质含量为52％(干重)，铅(以Pb计)含量为24mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为39mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占32％，介于10000～3000Da的占22％，介于3000～1000Da的占17％，氨基酸含量为38％，5％产品水溶液的发泡倍数为22倍，可用于氨基酸水溶肥料。

实施例5

将城市污水处理厂浓缩池污泥(含水97％)加入储存装置100中，搅拌均匀，获得30g/L(干物质)的混合液，加热至55℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和α-葡萄糖苷酶，总添加量为2％，酶解2h，然后将混合液加热至80℃，采用火碱调节pH值至12.5，热碱水解1h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用盐酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，进一步采用真空干燥，获得粉状的蛋白质产品。取1/3蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回水解装置200中的反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在4℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的2/3蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为粉状，含水率为小于10％，粗蛋白质回收率为62％，粗蛋白质含量为54％(干重)，铅(以Pb计)含量为12mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为44mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占42％，介于10000～3000Da的占39％，介于3000～1000Da的占11％，氨基酸含量为13％，5％产品水溶液的发泡倍数为18倍，可用于蛋白质饲料添加剂。

实施例6

将酱油酿造工业废弃菌丝体(含水11％)和来自热交换装置500的预热水一同加入储存装置100中，调节为100g/L(干物质)的混合液，加热至55℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和α-葡萄糖苷酶，总添加量为5％，酶解3h，然后将混合液加热至100℃，采用熟石灰调节pH值至13，热碱水解3h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用硫酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，进一步采用真空干燥，获得粉状的蛋白质产品。取1/3蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回水解装置200中的反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在6℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的2/3蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为粉状，含水率为小于10％，粗蛋白质回收率为55％，粗蛋白质含量为50％(干重)，铅(以Pb计)含量为16mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为12mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占39％，介于10000～3000Da的占19％，介于3000～1000Da的占40％，氨基酸含量为11％，其5％水溶液的发泡倍数为159倍，可用于蛋白质泡沫灭火剂。

实施例7

将太湖蓝藻藻泥(含水99％)加入储存装置100中，搅拌混匀，获得10g/L(干物质)的混合液，加热至55℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加1:1的木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶，总添加量为1％，酶解1h，然后将混合液加热至100℃，采用生石灰调节pH值至12.5，热碱水解2h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用盐酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液。取1/3蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回水解装置200中的反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在4℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的2/3蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为泥状，含水率为小于45％，粗蛋白质回收率为59％，粗蛋白质含量为48％(干重)，铅(以Pb计)含量为24mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为45mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占42％，介于10000～3000Da的占15％，介于3000～1000Da的占9％，氨基酸含量为36％，5％产品水溶液的发泡倍数为19倍，可用于氨基酸饲料添加剂。

实施例8

将城市污水处理厂剩余污泥(含水79％)和来自热交换装置500的预热水一同加入储存装置100中，调节为30g/L(干物质)的混合液，加热至55℃，将上述预热的混合液泵送入水解装置200中的反应设备201，在此进行两阶段水解，首先添加α-葡萄糖苷酶，总添加量为1％，酶解5h，然后将混合液加热至100℃，采用火碱调节pH值至13，热碱水解1h，获得第一蛋白质溶出液，将上述第一蛋白质溶出液通过热交换装置500降温，然后进行固液分离，得到第一清液和残渣；热交换产生的热水用于制备废弃物混合液，将上述固液分离的第一清液泵送入提取装置400中的蛋白质提取设备401，采用硫酸调节pH值至3.5，在4℃下进行等电点沉淀，获得泥状的蛋白质产品和第二清液，进一步采用普通烘箱烘干，获得粉状的蛋白质产品。取2/3蛋白质提取后的第二清液，与第一蛋白质溶出液固液分离所得残渣一同返回水解装置200中的反应设备201，搅拌混匀，洗出残渣夹带的蛋白质即第二蛋白质溶出液，再次进行固液分离，残渣外运，所得分离第三清液与降温的第二蛋白质溶出液合并，一同进入蛋白质提取设备401，调节pH值至3.5并在10℃下进行等电点沉淀循环利用，以提高蛋白质回收率，剩余的1/3蛋白质提取后的清液进入污水处理厂沼气发酵装置，回收甲烷能源。

所得蛋白质产品为粉状，含水率为小于10％，粗蛋白质回收率为41％，粗蛋白质含量为50％(干重)，铅(以Pb计)含量为20mg/kg(干重)，铬(以Cr计)含量为28mg/kg(干重)，粗蛋白质中分子量大于10000Da的占42％，介于10000～3000Da的占33％，介于3000～1000Da的占7％，氨基酸含量为9％，5％产品水溶液的发泡倍数为17倍，可用于蛋白质饲料添加剂。

实施例1～8采用如图2所示的蛋白质的生产系统，其包括储存装置100、

水解装置200、分离装置300、提取装置400、热交换装置500、储水装置600、废气收集装置700以及废气处理装置800。

用于调节有机固体废弃物含水量的储存装置100通过泵向水解装置200进行输送特定含水比例的有机固体废弃物，水解装置200包括反应设备201和配药设备202，配药设备202通过泵向水解装置200中的反应设备201输送水解物料，水解装置200的出料口通过管路与热交换装置500的进料口连接，热交换装置500的出料口通过泵与分离装置300的进料口连接，分离装置300的出渣端与残渣外运装置900连接，分离装置300的出液端通过管路与滤液储存装置的进液口连接，滤液储存装置的出液口通过泵与提取装置400的一个进料口相连接，提取装置400也设置有配药设备，其通过泵向提取装置400提供用于调节pH值的用品，提取装置400包括蛋白质提取设备401和蛋白质收集设备402，蛋白质提取设备401的出渣端与蛋白质收集设备402连接，蛋白质提取设备401的出液端通过泵与储水装置600的进液口连接，储水装置600的出液口通过泵与水解装置200相连接，储存装置100、分离装置300的上方设置有废气收集装置700，通过管路与废气处理装置800连接，在这一实施方式中，热交换装置500可以选用为管壳间壁式热交换器，分离装置300可以选用为离心机。

由图3分析可知，有机固体废弃物含水量会降低蛋白质回收率，但对蛋白质产品的纯度影响不明显。有机固体废弃物的含水率过低，反应后物料黏性较大,流动性很差，不能完成固液分离；有机固体废弃物的含水率过高,分离后上清液中的蛋白质浓度较低,直接影响后续的蛋白质浓缩过程,增加了蛋白质浓缩的能量消耗,并且降低了水解装置的处理能力。

温度从130℃升高到190℃热水解2h后，由蛋白质分解产生的氨基酸继续分解为VFAs和氨氮，分子量大于10000Da的蛋白质比例从91％降低到64％，相应地，VFAs产量从0.5mg-HAc/g-protein提高到4.0mg-HAc/g-protein，氨氮产量从73mg-NH₄-N/g-protein增加到162mg-NH₄-N/g-protein。在热碱水解过程中，由于强碱环境，蛋白质能耐受地水解温度更低，本发明实验结果表明，热碱水解pH值为12.5及水解2h条件下，当水解温度从55℃增加到100℃时，VFAs浓度从625mg/L增加到847mg/L，而随着水解温度从100℃增加到130℃，VFAs浓度从847mg/L跃增到1420mg/L，同时，热碱水解pH值为12.5及水解温度为80℃条件下，当水解时间从3h延长到4h时，VFAs浓度从795mg/L跃增到1298mg/L，可见，随热碱水解温度增高及水解时间延长，蛋白质分解现象更为明显。其中，图4为污泥热碱水解过程中VFAs浓度随水解温度的变化情况示意图，图5为污泥热碱水解过程中VFAs浓度随水解时间的变化情况示意图。

通常，有机固体废弃物含有蛋白质的同时，也含有大量多糖，多糖在上述物理、化学和生物方法处理过程中，均易水解为单糖、双糖等还原糖，引发美拉德反应并生成类黑精，从而使蛋白质失去原有功能。本发明实验结果表明，热碱水解pH值为12.5及水解2h条件下，当水解温度从55℃增加到100℃时，UV₂₅₄吸光度从31.4增加到43.1，而随着水解温度从100℃增加到130℃，UV₂₅₄吸光度从43.1跃增到64.3，同时，热碱水解pH值为12.5及水解温度为80℃条件下，当水解时间从3h延长到4h时，UV₂₅₄吸光度从58.9跃增到89.2，可见，随热碱水解温度增高及水解时间延长，蛋白质与还原糖之间的美拉德反应增强。其中，图6为污泥热碱水解过程中UV₂₅₄随水解温度的变化情况示意图，图7为污泥热碱水解过程中UV₂₅₄随水解时间的变化情况示意图。

此外，如图8和图9所示，本发明所选用的提取蛋白质的方法，对温度条件的要求不高，节约能源成本更适宜工业化生产。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种蛋白质的生产方法，其特征在于：包括，

将有机固体废弃物调节为10～100g/L的混合液；

将所述混合液水解，添加质量百分比0.5％～5％的酶，酶解1～3h，然后将混合液加热至55～100℃，调节pH值至10～13，热碱水解1～3h，破胞使微生物蛋白质溶出得到第一蛋白质溶出液；

将所述第一蛋白质溶出液进行固液分离，得到第一清液和残渣；

将所述第一清液沉淀，得到蛋白质产品和第二清液。

2.如权利要求1所述的蛋白质的生产方法，其特征在于：还包括，

将所述第二清液与所述残渣混合，然后一同返回水解，得到第二蛋白质溶出液后与所述第一蛋白质溶出液合并，再次进行固液分离，得到第三清液，最后将所述第三清液沉淀，循环利用得到蛋白质产品。

3.如权利要求1或2所述的蛋白质的生产方法，其特征在于：所述酶为木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶或糖甘酶组成的复合酶，其以质量百分比1：0.5～12复合。

4.如权利要求1或2所述的蛋白质的生产方法，其特征在于：所述酶为α-葡萄糖苷酶。

5.如权利要求4所述的蛋白质的生产方法，其特征在于：所述沉淀，调节所述第一清液pH值为3.5，且降温至4℃～15℃进行等电点沉淀。

6.如权利要求1所述的蛋白质的生产方法，其特征在于：还包括，将部分所述第二清液与所述残渣混合，然后一同返回水解，得到第二蛋白质溶出液后与所述第一蛋白质溶出液合并，再次进行固液分离，得到第三清液，最后将所述第三清液沉淀，循环利用得到蛋白质产品；将余下所述第二清液进入沼气发酵装置，回收甲烷能源。

7.一种蛋白质的生产系统，其特征在于：包括，

储存装置(100)，所述储存装置(100)与水解装置(200)相连接；

水解装置(200)，包括反应设备(201)和配药设备(202)，所述反应设备(201)与分离装置(300)相连接；

分离装置(300)，所述分离装置(300)与提取装置(400)相连接；以及，

提取装置(400)，包括蛋白质提取设备(401)和蛋白质收集设备(402)，收集得到蛋白质产品。

8.如权利要求7所述的蛋白质的生产系统，其特征在于：所述反应设备(201)与分离装置(300)之间设置有热交换装置(500)，所述热交换装置(500)一方面对所述反应设备(201)中得到的蛋白质溶出液降温，另一方面与所述储存装置(100)相连接，将热交换产生的热水用于与有机固体废弃物的混合。

9.如权利要求7或8所述的蛋白质的生产系统，其特征在于：所述蛋白质提取设备(401)与储水装置(600)相连接，所述储水装置(600)与所述水解装置(200)的反应设备(201)相连接。

10.一种如权利要求1、2、5或6任一所述的蛋白质的生产方法做得到的蛋白质产品，其特征在于：所述蛋白质产品中，含有质量百分比至少40％的粗蛋白质，低于25mg/kg的铅，低于50mg/kg的铬。