CN107027953A - 一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法 - Google Patents

一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法，该方法包括如下步骤：(1)制糖米渣前处理；(2)加入复合表面活性剂；(3)板框压滤，板框滤饼经后续干燥处理得成品蛋白粉，收集板框滤液即生产废水；(4)废水加入复合絮凝剂、卧螺离心，上清液经过活性炭处理后，再经过板框过滤，所得滤液即可作为生产过程中的中水进行回用。本发明在弱碱性条件下以复合表面活性剂处理物料，反应条件温和，对生产设备要求不高，普通生产设备即可满足需求，生产成本较低，且重金属脱除效果显著，提高了该技术的可推广性。

Description

一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法
技术领域
本发明涉及重金属处理技术领域，尤其是涉及一种通过表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法。
背景技术
制糖米渣是以大米为原料的味精厂、葡萄糖厂、酒厂、麦芽糊精厂等在利用完大米淀粉之后的副产物。米渣中主要成分是蛋白质和碳水化合物，其中蛋白质含量很高，是良好的蛋白质资源，但是这些米渣大部分用于动物饲料，未能得到良好的开发，造成了极大的浪费。
一般按照米中蛋白含量8％计，精制到大米蛋白重金属一般会富集到原料米中重金属的10倍左右。国内目前大米中重金属的污染现象还是较为严重的，尤其在湖南、江西等地区由于土壤问题，重金属镉的问题尤其突出；关于重金属铅，文献报道铅与蛋白结合较镉更为紧密，故大米蛋白中铅污染的情况也是比较普遍的现象。为了达到成品的重金属达标要求，需要增加去除重金属的步骤。
解决大米蛋白中重金属超标的问题，可以缓解重金属超标大米的库存压力，将超标大米通过深加工处理技术转化为米粉或是附加值更高的大米蛋白，这是解决问题地区的粮食库存较为快速的手段，也可以为问题地区食品加工企业提供新的工艺革新路线，生产符合国家标准的安全食品。
目前现有技术在处理重金属问题上，多采用复合酸法的技术，该技术利用金属离子在强酸性条件下发生解离，原本与蛋白结合紧密的金属离子以更为活泼的离子形态游离出来，进入溶液体系中，再通过物理方法将物料与金属离子分离的手段，进行重金属的脱除工艺。该技术有以下缺陷，首先，在强酸性条件下，对脱除重金属工艺所需的后续设备要求较高，需要耐强酸腐蚀。其次，强酸性条件下生物大分子物质发生水解反应，影响了最终产物的品质，同时得率也较低。还有，酸法反应后需要通过大量碱中和，最终影响产品的口感。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法。本发明在弱碱性条件下以复合表面活性剂处理物料，反应条件温和，对生产设备要求不高，普通生产设备即可满足需求，生产成本较低，且重金属脱除效果显著，提高了该技术的可推广性。
本发明的技术方案如下：
一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法，该方法包括如下步骤：
(1)制糖米渣前处理：以制糖米渣为初始原料，加入50～80℃热水调浆，加入碱液调节浆液pH至7.2～8.0，浸泡0.5～1.5h；
(2)在经过步骤(1)处理的浆液中加入复合表面活性剂，经过高强度的粉碎处理，粉碎后物料在反应罐内40～70℃保温反应1～3h；
(3)将经过步骤(2)处理的物料进行板框压滤破除乳化液稳定状态，板框滤饼经后续干燥处理得成品蛋白粉，收集板框滤液即生产废水；
(4)调整步骤(3)制得废水的pH，加入复合絮凝剂处理1～3h，再通过卧螺离心，重相即为富含重金属的固体废渣，实现重金属的固化处理；上清液经过活性炭处理后，再经过板框过滤，所得滤液即可作为生产过程中的中水进行回用。
步骤(1)中所述浆液中制糖米渣干粉所占的质量分数为5～20％；所述碱液为食品级氢氧化钠溶液。
步骤(2)中所述复合表面活性剂的添加量为浆液的0.05～0.5wt％；所述复合表面活性剂的组成为：十二烷基硫酸钠50～60wt％，蔗糖脂肪酸酯35～40wt％，氯化钠5～10wt％。
步骤(2)中所述粉碎过程采用的粉碎机频率为30～60Hz，通过粉碎机的物料经过筛分，筛下物细度达到80～100目，筛上物返回调浆罐再进行粉碎。
步骤(3)中所述板框压滤的压力为0.4～1.0MPa；所述板框滤饼的水分含量为55～70％。
步骤(3)所述的脉冲式气流干燥装置的进口温度是130-150℃，出口温度低于60℃。
步骤(4)中所述废水的pH为7.5～9.0；所述复合絮凝剂的用量为废水中干物质1～10wt％的复合型絮凝剂；所述复合絮凝剂的组成为：聚氯化铝60～80wt％，聚环氧乙烷20～40wt％。
步骤(4)中所述活性炭用量为上清液干物质的30～50wt％，活性吸附时间为0.5～1.5h吸附反应。
本发明有益的技术效果在于：
1、本发明方法以制糖米渣为原料，米渣中蛋白与脂肪小分子结合较为紧密，重金属离子被包裹在蛋白分子内部，不易脱除，经过表面活性剂结合粉碎处理，表面活性剂在油水界面上发生吸附，形成界面膜，同时表面活性剂按分子极性发生定向排列，两方相互作用，降低界面张力，经过离心固液分离达到除去脂肪的目的；结合在蛋白分子上的脂肪小分子解离后，重金属离子与蛋白的结合力也减弱，同时由于表面活性剂的功能基团可以通过静电吸引、络合作用与重金属离子结合，实现蛋白中重金属的有效脱除。
2、本发明方法采用热水调制制糖米渣浆液，米渣溶胀后，物料pH下降0.2～0.8，调节pH的碱为食品级氢氧化钠，降低外源性重金属污染的可能性。
3、本发明采用高强度的粉碎处理，可以将蛋白与重金属充分解离，同步实现降低脂肪的效果；板框压滤破除乳化液稳定状态，同步实现蛋白与重金属离子的有效分离。
4、本发明方法以复合表面活性剂的方法对大米蛋白中重金属铅、镉实现有效脱除，同步对生产废水中的重金属进行固化处理。其中，十二烷基硫酸钠是阴离子表面活性剂，具有硫酸根官能基团，通过静电吸引、络合作用与重金属离子结合；蔗糖脂肪酸酯是一种HLB值为15的非离子型表面活性剂，非离子表面活性剂通过疏水基与阴离子表面活性剂之间产生范德华力而形成混合胶束，增加了形成的胶束量，临界胶束浓度CMC下降；在离子型表面活性剂中一般添加有相同离子的无机盐，不仅可以降低表面活性剂溶液的表面张力，而且还可以降低表面活性剂的临界胶束浓度CMC，达到全面增效的效果，故复配的配方可以大幅降低溶液的最低表面张力，更利于蛋白溶液中蛋白分子与脂肪小分子的解离，同时达到脱除重金属的目的。
5、本发明对含有重金属的板框滤液废水进行处理，废水中的重金属分子与表面活性剂以及蛋白分子成分结合，通过调整物料pH，破除前期反应形成的胶束体系，复合絮凝剂破坏了蛋白表面电子层的稳定状态，蛋白分子通过分子间作用力聚集沉淀，同步将重金属离子包裹起来，通过物理方法离心所得重相即为富含重金属的固体废渣。上清经过处理可以作为生产过程中的中水进行回用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法，该方法包括如下步骤：
(1)制糖米渣前处理：以日本米制糖米渣为初始原料，加入50℃热水调浆(米渣干粉的质量分数20％)，加入食品级氢氧化钠碱液调节浆液pH至7.2，浸泡0.5h；
(2)溶胀后的米渣浆液中加入复合表面活性剂(用量为浆液的0.05wt％)(组成为：十二烷基硫酸钠50wt％，蔗糖脂肪酸酯40wt％，氯化钠10wt％)，经过高强度的粉碎处理(粉碎机频率为30Hz)，通过粉碎机的物料经过筛分，筛下物细度达到80目，筛上物返回调浆罐再进行粉碎，粉碎后物料在反应罐内40℃保温反应3h；
(3)将经过步骤(2)处理的物料进行板框压滤(压力为0.4MPa)破除乳化液稳定状态；板框滤饼(水分含量为70％)经后续干燥处理(脉冲式气流干燥装置的进口温度是150℃，出口温度50℃)得成品蛋白粉，收集板框滤液即生产废水；
(4)调整步骤(3)制得废水的pH为7.5，加入复合絮凝剂(用量为废水中干物质的1wt％)(聚氯化铝60wt％，聚环氧乙烷40wt％)处理1h，再通过卧螺离心，重相即为富含重金属的固体废渣，实现重金属的固化处理；上清液经过活性炭(用量为上清液干物质的30wt％)吸附处理0.5h再经过板框过滤，所得滤液即可作为生产过程中的中水进行回用。
实施例2
一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法，该方法包括如下步骤：
(1)制糖米渣前处理：以云南米制糖米渣为初始原料，加入70℃热水调浆(米渣干粉的质量分数10％)，加入食品级氢氧化钠碱液调节浆液pH至7.5，浸泡1h；
(2)溶胀后的米渣浆液中加入复合表面活性剂(用量为浆液的0.2wt％)(组成为：十二烷基硫酸钠55wt％，蔗糖脂肪酸酯40wt％，氯化钠5wt％)，经过高强度的粉碎处理(粉碎机频率为45Hz)，通过粉碎机的物料经过筛分，筛下物细度达到90目，筛上物返回调浆罐再进行粉碎，粉碎后物料在反应罐内60℃保温反应2h；
(3)将经过步骤(2)处理的物料进行板框压滤(压力为0.7MPa)破除乳化液稳定状态；板框滤饼(水分含量为60％)经后续干燥处理(脉冲式气流干燥装置的进口温度是140℃，出口温度45℃)得成品蛋白粉，收集板框滤液即生产废水；
(4)调整步骤(3)制得废水的pH为8.5，加入复合絮凝剂(用量为废水中干物质的5wt％)(聚氯化铝70wt％，聚环氧乙烷30wt％)处理2h，再通过卧螺离心，重相即为富含重金属的固体废渣，实现重金属的固化处理；上清液经过活性炭(用量为上清液干物质的40wt％)吸附处理1h再经过板框过滤，所得滤液即可作为生产过程中的中水进行回用。
实施例3
一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法，该方法包括如下步骤：
(1)制糖米渣前处理：以湖南米制糖米渣为初始原料，加入80℃热水调浆(米渣干粉的质量分数5％)，加入食品级氢氧化钠碱液调节浆液pH至8.0，浸泡1.5h；
(2)溶胀后的米渣浆液中加入复合表面活性剂(用量为浆液的0.5wt％)(组成为：十二烷基硫酸钠60wt％，蔗糖脂肪酸酯35wt％，氯化钠5wt％)，经过高强度的粉碎处理(粉碎机频率为60Hz)，通过粉碎机的物料经过筛分，筛下物细度达到100目，筛上物返回调浆罐再进行粉碎，粉碎后物料在反应罐内70℃保温反应1h；
(3)将经过步骤(2)处理的物料进行板框压滤(压力为1.0MPa)破除乳化液稳定状态；板框滤饼(水分含量为55％)经后续干燥处理(脉冲式气流干燥装置的进口温度是130℃，出口温度50℃)得成品蛋白粉，收集板框滤液即生产废水；
(4)调整步骤(3)制得废水的pH为9.0，加入复合絮凝剂(用量为废水中干物质的10wt％)(聚氯化铝80wt％，聚环氧乙烷20wt％)处理3h，再通过卧螺离心，重相即为富含重金属的固体废渣，实现重金属的固化处理；上清液经过活性炭(用量为上清液干物质的50wt％)吸附处理1.5h再经过板框过滤，所得滤液即可作为生产过程中的中水进行回用。
测试例
分别对实施例1～3所用制糖米渣原料及制得的成品蛋白粉中的重金属含量进行检测，测试结果分别见表1、2、3所示。
表1
表2
表3
由表1、2、3中数据可以看出，不同产地来源米的制糖米渣原料，其初始重金属污染程度不同，经过本发明的表面活性剂工艺处理后，所得蛋白成品的重金属含量均符合国家标准，具有显著的脱除重金属效果。

Claims (8)

1.一种表面活性剂脱除大米蛋白中重金属的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)制糖米渣前处理：以制糖米渣为初始原料，加入50～80℃热水调浆，加入碱液调节浆液pH至7.2～8.0，浸泡0.5～1.5h；
(2)在经过步骤(1)处理的浆液中加入复合表面活性剂，经过高强度的粉碎处理，粉碎后物料在反应罐内40～70℃保温反应1～3h；
(3)将经过步骤(2)处理的物料进行板框压滤破除乳化液稳定状态，板框滤饼经后续干燥处理得成品蛋白粉，收集板框滤液即生产废水；
(4)调整步骤(3)制得废水的pH，加入复合絮凝剂处理1～3h，再通过卧螺离心，重相即为富含重金属的固体废渣，实现重金属的固化处理；上清液经过活性炭处理后，再经过板框过滤，所得滤液即可作为生产过程中的中水进行回用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述浆液中制糖米渣干粉所占的质量分数为5～20％；所述碱液为食品级氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述复合表面活性剂的添加量为浆液的0.05～0.5wt％；所述复合表面活性剂的组成为：十二烷基硫酸钠50～60wt％，蔗糖脂肪酸酯35～40wt％，氯化钠5～10wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述粉碎过程采用的粉碎机频率为30～60Hz，通过粉碎机的物料经过筛分，筛下物细度达到80～100目，筛上物返回调浆罐再进行粉碎。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述板框压滤的压力为0.4～1.0MPa；所述板框滤饼的水分含量为55～70％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的脉冲式气流干燥装置的进口温度是130-150℃，出口温度低于60℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述废水的pH为7.5～9.0；所述复合絮凝剂的用量为废水中干物质1～10wt％的复合型絮凝剂；所述复合絮凝剂的组成为：聚氯化铝60～80wt％，聚环氧乙烷20～40wt％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述活性炭用量为上清液干物质的30～50wt％，活性吸附时间为0.5～1.5h吸附反应。
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