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马铃薯淀粉废水中蛋白质回收方法综述
马铃薯的营养丰富,具有丰富的淀粉、蛋白质、维生素和糖等成分.全世界马铃薯的种植面积达到2 000多万公顷,我国马铃薯的种植面积占世界的25%,总产量占世界的20%,种植面积和总产量均居世界首位叫.马铃薯以鲜食为主、加工为辅,我国以马铃薯为原料加工的产品的90%以上是淀粉及其粗加工产品粉条、粉丝等.
目前,只有少数企业将废水中的蛋白质进行回收然后将其用作动物饲料的生产原料,大多数企业都将废水直接排放.蛋白质在生物氧化过程中会大量消耗水中的氧,这将导致环境水体缺氧,对鱼类和其他水生生物的生存以及相关地区的河流和农田等水体环境都造成污染‘3].
1马铃薯蛋白的营养及功能性质
美国农业部的报告指出,马铃薯和全脂奶粉能够提供人体所需要的一切营养素.Pouvreau等‘51和Ba rta等将马铃薯蛋白按不同分子量分三种：马铃薯糖蛋白、蛋白酶抑制剂和其他蛋白质.马铃薯糖蛋白能够预防心血管系统的脂肪沉积,保持动脉血管的弹性,防止动脉粥样硬化的过早发生,还能防止肝脏结缔组织萎缩,保持呼吸道和消化道润滑.
马铃薯蛋白是完全蛋白质,含有19种氨基酸,必需氨基酸占47.87%,非必需氨基酸占52.13%,并且必需氨基酸中的赖氨酸和色氨酸都高于其他谷类作物,含量和比例符合人体需要‘7].必需氨基酸在大豆分离蛋白中占38.5%,在鸡蛋蛋白中占49.7%,可见马铃薯蛋白的营养价值与鸡蛋蛋白接近,高于大豆分离蛋白,远高于FAO/WHO的标准蛋白含量36.0%.
2马铃薯淀粉废水中蛋白质的回收方法
2.1自然沉淀法
使用沉淀池来进行自然沉淀,当沉淀液的pH值下降时,蛋白质发生沉淀,排放上清液后可以回收沉淀的蛋白质.这种方法需要的沉淀时间较长,并且沉淀面积较大,因此在实际操作中应用得不是很广泛.
2.2泡沫分离法
将气体通入淀粉废水,在废水中形成泡沫层,泡沫层会将废水中的表面活性物质聚集,形成气浮体后,由于其密度小于废水,所以通过回收气浮体悬浮物质也可分离蛋白质.单独使用泡沫法回收淀粉废水中蛋白质的研究较少,Weijenberg等用这种分离方法回收了马铃薯淀粉废水中的蛋白质,并研究了废水温度、废水pH值和添加盐对分离效果的影响,得出pH值中性时具有最好的分离效果.
2.3超滤法
超滤法是以压力或浓度作为驱动力,根据半透膜的物理化学性质进行固液分离,或将大分子与小分子进行溶质分级的一种膜分离技术.目前,常用的超滤膜有醋酸纤维素膜、聚砜膜和聚酰胺膜等,超滤装置有板框式、管式、卷式和中空纤维式等.
陈钰等使用聚砜中空纤维内压式超滤膜组件回收蛋白质,得出超滤的最佳条件：操作压力是0.10 MPa,温度是22.C,pH值是5.8,蛋白质回收率达到80.46%,清洗超滤膜的最佳条件是使用0.05%的碱性蛋白酶,其次是0.5%的NaOH水溶液.吕建国等‘101使用平板超滤设备回收马铃薯淀粉废水中的蛋白质并进行了中试研究,他们使用的是相对分子质量为20 kDa的聚乙烯膜,压力是0.2 MPa,温度是25.C,进口流量是160 L/min,结果表明蛋白质回收率可以达到90%以上.顾春雷等‘111使用多种超滤膜处理了废水,使用的是15 kDa和100 kDa相对分子质量的超滤膜,结果表明蛋白质回收率达到97%,并且还有效回收了大部分的低聚糖.
2.4等电点沉淀法
等电点时,蛋白质分子所带正负电荷相等,静电荷为零,分子之间极易聚集形成沉淀,达到从溶液中分离的目的.张文会‘121使用碱提酸沉法提取马铃薯分离蛋白,优化后的提取条件是浸泡温度35.C,浸泡时间l h,pH值9.8,蛋白质得率为0.8 g/100 g,说明温度、时间和溶液pH对马铃薯分离蛋白溶液的流体性能有影响.
因不同蛋白质的等电点不同,等电点要分别调节、蛋白质要多次分离,并且调节等电点时要添加酸、碱,这些都将破坏蛋白质,此外还容易发生化学变化生成新物质,因此等电点沉淀法在环保和安全性方面存在较多弊端.
2.5絮凝剂法
絮凝剂是能使微粒杂质发生凝集沉淀的物质,根据化学组成不同,絮凝剂分为有机絮凝剂和无机絮凝剂,有机絮凝剂包括淀粉、纤维素等多糖衍生物等,无机絮凝剂有铝盐明矾、硫酸铝、铝酸钠和铁盐硫酸铁、硫酸亚铁和氯化铁,而主要的是高分子无机絮凝剂,比如聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝和聚合氯化铁等.蛋白质分子表面有羧基和氨基,这些基团具有亲水作用能够在蛋白质分子表面形成水化层,同时羧基和氨基的离子化作用使蛋白质分子表面具有电荷,蛋白质分子之间因此不会发生凝聚沉淀.Meister等在2002年使用氯化铁作为絮凝剂从马铃薯淀粉废水中分离蛋白质,结果表明当pH值在9.0 -11.5范围时,蛋白质回收率是80%～90%.韩冬等使用该法对马铃薯淀粉废水进行了蛋白质回收,使用的絮凝剂是聚合氯化铝,使用量是5 000 mg/L,使用的助凝剂是聚丙烯酰胺,使用量是3.2 mg/L,研究结果表明,pH值为10,沉降时间为30 min时,蛋白质回收率能够达到40%.Bartova等使用氯化铁作为絮凝剂回收淀粉废水中的蛋白质,添加0.02 g／mL的氯化铁时,蛋白质的回收率是82.7%0 Barta等使用的絮凝剂是三种无机盐硫酸亚铁、氯化铁和氯化锌,蛋白质最佳回收率分别为30.7%、86.4%和25.8%.裴兆意使用的絮凝剂是壳聚糖,壳聚糖的用量是0.05 g/L,pH值为4.5,温度为50.C,初始搅拌80 r]min搅拌10 s,再30 rmin搅拌60 min,的蛋白质回收率为62.7%.
2.6综合处理法
如果将物理方法和化学方法综合使用即为综合处理法.孙红娟等使用气浮、絮凝和厌氧好氧组合工艺处理马铃薯淀粉生产废水,COD去除率可达97.67%.任琼琼等从马铃薯淀粉废水中分离蛋白质时是将酸碱沉淀法和超滤法结合使用的,处理参数是碱沉淀pH值为9.35、时间为59 min,酸沉淀pH值为3.41、时间为10 min,在此条件下的蛋白质回收率是54.24%,再使用10 ku的超滤膜处理酸沉液后,蛋白质回收率可达93.42%.
此外,使用磁性壳聚糖吸附蛋白质是马铃薯淀粉废水综合处理的新方法.壳聚糖是一种碱性氨基多糖,能够与绝大多数带负电荷的蛋白质快速形成沉淀,壳聚糖无毒,因此是处理食品工业废水常用的絮凝剂,但是直接使用壳聚糖后存在回收困难的问题,因此使用磁性壳聚糖微球结合磁分离技术可以弥补这点.
3从马铃薯淀粉废水中回收蛋白质存在的问题及对其未来的展望
从马铃薯淀粉废水中回收蛋白质的技术还有待改进,比如：使用化学法时,将蛋白质沉淀的同时,杂质也会发生沉淀,蛋白质的纯度受到影响,而蛋白质的功能特性也随之受到影响,比如溶解性、发泡性、乳化性等.此外,回收蛋白质以后在干燥过程中,蛋白质由于酶促褐变和非酶促褐变其颜色容易变深.虽然超滤法可以回收到高纯度和高品质的蛋白质,但超滤设备高,回收成本会因此而提高.
蛋白质论文范文结:
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