CN1257185C - 制备水处理用促凝剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备蛋白质的方法，该蛋白质能够作为污水处理和净化中有效的促凝剂。本发明具体涉及从辣木科树木的种子中提取促凝剂蛋白质衍生物的方法。本发明还涉及根据上述方法制备的促凝蛋白质制剂，以及这种制剂在污水处理和净化中的用途。

Description

制备水处理用促凝剂的方法

本发明涉及一种用于制备蛋白质的方法，该蛋白质能够在污水处理和净化中作为有效的初级促凝剂。具体地0，本发明涉及从辣木科(Moringaceae)树木，特别是那些 辣木( Moringa oleifera)Lam(syns Moringa pterygospermaGaertn.)的种子中提取促凝剂蛋白质衍生物的方法。

辣木Lam(在下文中称为辣木)的种子主要用于获得食用油，该油是利用机械压力机提取的。这种提取方法中的残留物被称为滤饼。已经发现 辣木种子包含水溶性的低分子量高碱性蛋白质，该蛋白质能够用作污水处理中的初级促凝剂。已经发现压碎的/粉末状的种子悬浮物和滤饼，它们是油提取过程后剩余的，可以作为有效的促凝剂，但是其缺点是产生了大量需要处理的残存的不溶材料。

本发明的目的是提供一种从辣木种子中获得最大产量的促凝蛋白质的提取方法。该提取方法应该优选适用于不发达国家，由此提供用于水处理的便宜的促凝剂蛋白质。

根据本发明的一个方面，提供了一种由辣木种子制备促凝蛋白质的方法，该方法包括如下步骤：

1.处理辣木种子滤饼和/或包含壳的整个种子以产生均匀分散的颗粒

粉末，该粉末具有例如0.5至2.5mm直径的颗粒尺寸；和

2.为了从粉末中浸提蛋白质，将颗粒粉末加入到络盐溶液中，优选是

含氯化钙(典型地为0.5-1.5g/l)，氯化镁(典型地为3.0-5.0g/l)，氯化钾(典型地为0.5-1.0g/l)和氯化钠(典型地为20-30g/l)的水溶液；和

3.将蛋白质溶液与剩余的固体分离；和

4.通过加热溶液，沉淀出包括蛋白质、酶和糖类的一些有机化合物；

和

5.从溶液中去除沉淀物并且去除过量的水以浓缩产品蛋白质，优选蛋白质是固体悬浮物的形式。

该方法优选包括的附加步骤为干燥蛋白质料浆至其含湿量为15％或更低，优选10％或更低，最优选5％或更低。

该提取方法是一系列的单元操作，每一项操作的设置是为了在由辣木Lam树木种子提取蛋白质并且将其转换成实际应用状态的过程中能进行一个基本步骤。

参考下面的附图将进一步描述本发明的方法，附图中：以及

图1是本发明方法第一部分的示意图；以及

图2是本发明方法第二部分的示意图。

本发明方法的单元操作按顺序进行。

尺寸减少

收集的滤饼是尺寸不均匀的、无规团聚的颗粒材料。

该操作过程为在控制速率下将滤饼从进料斗(1)输送到研磨机(2)中，该研磨机的设计原理适合于滤饼。

在离开研磨机时，已经将滤饼转变为具有典型的0.5至2.5mm直径的颗粒尺寸，优选1至2mm直径的颗粒尺寸的均匀分散的颗粒粉末，并且具有最小量的能降低后续分离操作效率的非常细的颗粒。

将研磨过的产品收集到接收料斗(3)中，该料斗配有用于排出研磨机产生气流的排气管。接收料斗具有例如回转阀的装置以便于将产品排放到容器中或传送带(4)上以运送到提取操作中。

提取

该过程由一个或多个加工容器(5)和设备(7)组成，用于提供络盐溶液，也就是，典型地为包含氯化钙(1g/l)、氯化镁(4g/l)、氯化钾(0.75g/l)和氯化钠(24g/l)的水溶液。

典型的加工容器是底部倾斜至排放口的垂直圆柱形罐，而且安装的混合器(6)使用了叶片式或分散式的旋转搅拌器。

在操作中，将络盐溶液充满容器，同时将颗粒粉末以指定的比例，典型的为20％w/w，加入到其中，并完全分散。

接着在室温条件下连续搅拌络盐溶液足够的时间以从分散的粉末中浸提蛋白质。然而时间也可变化以适应粉末的性质，已发现大约1小时是有效的。

在浸提操作完成时，容器中的内容物是料浆的形式，其中含有悬浮在络盐和提取物的溶液中的废滤饼固体。

使用正排量泵(8)将料浆输送至滗析离心机或压滤机，最有效的是后者，从而将废粉末固体与溶液分离。废粉末具有例如15-30％范围内的含湿量。将回收的溶液收集在接收容器(10)中。

蛋白质的分离

用泵(11)将络盐和提取物的溶液从接收容器(10)输送到热交换器系统(12)中，在该系统中将其温度升至70℃以上，通常达95℃持续0.5至1分钟。提供水压或机械装置进行充分的搅拌以确保沉淀的材料不会在容器的表面烧焦。热交换器的主要部分可使用蒸汽作为间接加热介质，具有用于溶液的适宜的温度控制系统。通过使用流出的热溶液来间接加热流入的冷溶液而在热交换器的最初部分达到最佳能量效率。

在将溶液温度升至70℃以上的操作中，一些有机化合物(包括蛋白质，酶和糖类)沉淀而在溶液中形成固体悬浮物。这些材料是副产品，通过分离器(13)，通常为用于叠盘设计的连续操作的离心机，将悬浮物从热交换器中排出。将沉淀的材料收集成稠浆或饼，并在压力下将净化的溶液从离心机中直接排放到接收容器(14)中。

浓缩

将溶液从接收容器(14)输送到进行去除过量水的操作。这可以采取多级真空蒸发器或优选的通常被称为超滤机(15)的选择性膜滤器的形式。当考虑到要从溶液中去除除了水以外的低分子量溶质时使用后面的方法，而且该方法使用标称孔尺寸通常为5,000千道尔顿的膜并且通常在20psi差压下进行。整个操作通常使产品蛋白质的浓度增加10倍。浓缩的产品以饱和溶液中固体悬浮物的形式排出，输送至接收容器(16)中。

可以将容器(16)中接收的浓缩产品包装并配给以供直接使用(作为絮凝剂)。或者，通过泵(17)从容器(16)送入干燥操作中进行脱水。

干燥

如果上述方法能方便安排，可以直接使用稠浆状的蛋白质(作为水处理助剂)。然而，应当承认大规模高效形式的工厂会远离使用蛋白质的各位置。出于这一主要目的，将蛋白质的状态转变为干粉末，这样能耐降解同时适宜储存，运输和使用。

该操作包括的系统用于将稠浆干燥至优选为15％或更低的含湿量并且生产出方便使用的细分形式的蛋白质。

冷冻干燥是将蛋白质干燥成破碎为细小颗粒态的易碎固体的方法。优选的方法是喷雾干燥法，该方法干燥蛋白质而不会有不希望的降解同时将其转变成细小粉末。

喷雾干燥器(18)由一腔室组成，通过可变容量正排量泵(17)在控制速率下将料浆送入该腔室。利用雾化器喷嘴或雾化器旋转盘在腔室中将料浆分散成非常小的液滴形式。同时引入大量空气，该空气通常已经被加热到200℃。该方法实现了快速蒸发料浆中的水分而不会将产品的温度升高到破坏水平，对于该蛋白质来说排出温度限制在100℃或更低，优选80-90℃，最优选84-87℃。

将最终产品在两个适宜的位置(20)处通过旋转阀从喷雾干燥系统中排出，或者利用类似的方法将蛋白质直接装入用于运输的容器中或输送传送系统中而输送至填充过程。

在使用时，通常将液体浓缩物在清水中稀释至2∶1，对于便携水处理根据将要处理的水的性质一次施加的剂量为1-20mg/l(当量的蛋白质含量)。对于污水中应用来说，剂量范围在5至50mg/l之间(当量蛋白质含量)。

将干产品制备成在清水中为5％(w/v)的储备溶液，并且根据实际应用以基于当量蛋白质含量的相似用量作为液体浓缩物投料。

Claims (13)

1.一种由辣木科树种制备促凝剂蛋白质的方法，该方法包括如下步骤：

处理种子滤饼和/或整个种子以产生均匀分散的颗粒粉末；

将颗粒粉末加入含有氯化钙、氯化镁、氯化钾和氯化钠的盐溶液中以从粉末中浸提蛋白质；

将蛋白质溶液与剩余的固体分离；

通过加热溶液沉淀一定的有机化合物；和

从溶液中去除沉淀物并且去除过量的水以浓缩产品蛋白质。

2.根据权利要求1的方法，它包括将浓缩后的产品蛋白质干燥至含湿量为15％或更低的附加步骤。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述种子源自Moringa oleifera Lam。

4.根据权利要求1或2的方法，其中颗粒粉末具有0.5至2.5mm直径的颗粒尺寸。

5.根据权利要求4的方法，其中颗粒粉末具有1至2mm直径的颗粒尺寸。

6.根据权利要求1或2的方法，其中盐溶液包括含有0.5-1.5g/l氯化钙、3.0-5.0g/l氯化镁、0.5-1.0g/l氯化钾和20-30g/l氯化钠的水溶液。

7.根据权利要求1或2的方法，其中将络盐和提取物的溶液的温度升至70℃以上。

8.根据权利要求1或2的方法，其中利用离心作用来分离蛋白质溶液和沉淀的材料。

9.根据权利要求1或2的方法，其中利用过滤来浓缩蛋白质溶液。

10.根据权利要求2的方法，其中喷雾干燥蛋白质溶液。

11.根据权利要求2的方法，其中冷冻干燥蛋白质溶液。

12.一种促凝蛋白质制剂，该制剂由权利要求1至11任一项的方法来制备时适用于水的净化。

13.根据权利要求12的蛋白质制剂在污水处理和净化中的用途。

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