一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法
【專利摘要】本發明利用生物酶解和現代生物分離技術，提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其優勢在于：通過梯次分離和超聲波輔助二次酶解協同制備工藝，將小麥深加工產生的高濃度有機廢水中的蛋白和多糖等功能活性物質充分分離出來，并進行生物改性得到功能活性更好的蛋白肽、戊聚糖等產品。在該工藝條件下，有機廢水實現了達標排放，每噸廢水可節約污水治理成本200元以上，具有較好的環保效益。
【專利說明】
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，屬于糧食加工副產物綜合利用技術領域。
【背景技術】
[0002]小麥作為我國主糧作物，除了大量轉化為面粉以及面制品外，隨著我國糧食產量逐年遞增，越來越多的小麥被用于深加工轉化，最典型的應用是制取小麥淀粉和谷朊粉(小麥蛋白粉)，小麥淀粉進一步生物發酵生產酒精。目前國內外在小麥淀粉、谷朊粉加工通常采用兩種工藝，一是傳統的面團洗面筋法(即馬丁法)，另一是面漿分離法(三相臥螺法)。不論采取何種方法，因是濕法分離，必然要產生大量的加工廢水，尤其是國內普遍應用的面團洗面筋法，每生產I噸淀粉平均要產生5-10噸廢水。這些廢水中仍含有淀粉、蛋白質、戊聚糖(或稱阿拉伯木聚糖)、不可溶膳食纖維、植酸等物質，C0D、B0D值達高達十幾甚至上百萬，如果不作任何處理難以達到排放標準。國內部分企業采取將此洗面筋廢水與淀粉漿混合繼續發酵生產酒精的工藝解決了其中大部分淀粉的轉化問題，但絕大部分的蛋白質和非淀粉多糖類物質仍存在于廢水中。目前國內部分企業通過沉淀、濃縮、干燥等工藝直接將此廢水中的不溶物蛋白、膳食纖維等物質沉渣干燥生產低附加值的飼料加以轉化利用。但是，在上清層廢液中仍存在豐富的可溶性蛋白和多糖物質難以回收利用，只能作為廢水排放，后續污水治理成本仍然較高。隨著國內對于環保要求的提高，小麥淀粉、酒精深加工廠因污水治理的成本和生存環境越來越艱難。根據國內外研究報道此部分廢水中所含有的可溶性多糖-阿拉伯木聚糖其實是一種具有免疫調節、降血脂以及潤腸通便等多種生理功能，附加值極高的活性多糖。美國、日本等國于上世紀九十年代即從米糠中曾提取類似活性多糖(B1bran,或稱MGN3)，市場價值不菲(約3萬元/kg)。國內尚未有類似產品開發。另從廢水中蛋白資源的利用來看，歐美等國家因小麥較玉米缺乏經濟性、面筋蛋白過敏人群普遍等，在小麥蛋白的深加工轉化方面產業化程度并不高，其研究關注點多集中在如何降低小麥及谷朊粉的過敏性方面，鮮見有從廢棄物中提取此類蛋白的研究報道，其飼料行業的市場需求亦主要由從中國進口來滿足。另有研究表明小麥蛋白經過特定生物酶的轉化，可生成對生物體具有良好促進腸道損傷修復和營養功能的活性肽-谷氨酰胺肽。此產品荷蘭DMV公司在國外有售，主要市場面向健身人群，市場售價較高(200-300元/kg)，因價位較高在國內目前仍缺乏市場。而國內飼料行業中，尤其是乳豬飼料生產上對此類肽有較大的需求，但是目前供應產品受原料處理、生物酶選取以及工藝控制所限，產品質量與功效難以保障，市場上缺乏高谷氨酰胺含量的肽產品。
[0003]另從國內公開的專利中，小麥淀粉廢水處理的報道和專利申請較為少見。已公開的“制作面筋剩余的淀粉水的再利用方法(201110027334)”中僅是將廢水中的淀粉再利用制作一種特色食品-釀皮；“一種小麥淀粉及酒精廢水BYSB-p Ius專用配水器(201120353476)”、“一種小麥淀粉及酒精廢水BYSB-plus專用裝配式三相分離器(201120353893)”為兩例廢水處理裝置的實用新型專利。總體看來，此部分副產物資源的經濟、社會及生態效益尚未得到充分體現。
【發明內容】
[0004]本發明針上述問題，利用生物酶解和現代生物分離技術，提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法。
[0005]本發明上述目的是通過以下技術方案予以實現的:
本發明提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預處理:調節廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質分離出來；
(3)離心:利用轉速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸；
(4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質量比I?2%的風味蛋白酶、I?2%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度50?60°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質量比I?2%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產品。
[0006]本發明提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其優勢在于:通過梯次分離和超聲波輔助二次酶解協同制備工藝，將小麥深加工產生的高濃度有機廢水中的蛋白和多糖等功能活性物質充分分離出來，并進行生物改性得到功能活性更好的蛋白肽、戊聚糖等產品。試驗結果表明在該工藝條件下蛋白提取率達到95%以上，多糖提取率達到92%以上，分離后的蛋白中多肽占總產品含量的80%以上，谷氨酰胺含量多23%(占蛋白總量)；分析分離多糖的組成主要為戊聚糖及部分木聚糖。此外，試驗結果表明改變工藝條件或參數會顯著降低產品提取率和有機廢水資源化綜合利用率(P〈0.01);在該工藝條件下，有機廢水實現了達標排放，每噸廢水可節約污水治理成本200元以上，具有較好的環保效益，目前該專利已在公司實現了產業化轉化應用，年增經濟效益3000萬元以上。
【具體實施方式】
[0007]實施例1:
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預處理:調節廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質分離出來；
(3)離心:利用轉速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸； (4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質量比2%的風味蛋白酶、2%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解20min，酶解溫度50?60 V，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質量比2%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解20min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產品。
[0008]實施例2:
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預處理:調節廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質分離出來；
(3)離心:利用轉速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸；
(4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質量比1%的風味蛋白酶、1%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解30min，酶解溫度50?60 V，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質量比1%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解30min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產品。
[0009]實施例3:
一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟:
(1)廢水預處理:調節廢水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質分離出來；
(3)離心:利用轉速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸；
(4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質量比1.5%的風味蛋白酶、1.5%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解25min，酶解溫度50?60°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3;
(6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離；
(7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽；
(8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質量比1.5%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解25min，酶解溫度40?50°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌；
(9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀；
(11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產品。
[0010]本發明提供一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，通過動物試驗研究多糖的功能性，重點研究了多糖在防止便秘、降低膽固醇、保護肝臟等方面的功效，結果表明:(I)便秘小鼠模型試驗表明制得的多糖具有潤腸通便功能，經口給予小鼠不同劑量的多糖后，各劑量組均能明顯增加小鼠的小腸推進運動，縮短便秘小鼠的首次排便時間，增加便秘小鼠的排便粒數和排便重量，而且在試驗過程中各劑量組均未見腹瀉現象，說明小鼠給予劑量合理，糞便的形態均為黑褐色顆粒狀，與對照組小鼠糞便相比糞便稍軟，表面濕潤，糞便濕潤程度適中，感官正常；(2)通過給小鼠喂食高脂飼料，建立高脂血癥小鼠模型，以進行試驗研究。試驗結果表明，空白對照組與模型對照組血脂水平在統計學上的差異可以確定造模成功。試驗組與模型對照組相比能極顯著降低TC、TG、LDL-c、水平(P〈0.01); (3)通過對高脂血癥小鼠血糖值的測定，由空白對照組與模型對照組比較，說明小鼠血糖模型成立，試驗結果表明，多糖對小鼠有較好的降血糖功能，與模型對照組差異顯著(P〈0.01)。
[0011]以上實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對被發明進行了詳細的說明，但對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而對這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種高濃度有機廢水資源化再利用新方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)廢水預處理:調節廢水pH至6.5?7.0； (2)沉降:利用自然沉降將廢水中大分子不溶性物質分離出來； (3)離心:利用轉速不低于3000r/min的離心機將沉降后的上清液進行離心，去除植酸； (4)超聲波輔助酶解:向離心后的上清液中加入廢水質量比I?2%的風味蛋白酶、I?2%的木瓜蛋白酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度50?60°C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌； (5)濃縮:將酶解液濃縮至原體積的1/2?2/3; (6)等電點沉淀:根絕目的蛋白質、多肽的等電點利用等電點法進行沉淀分離； (7)分離:將等電點沉淀后的固液進行分離，固體即為蛋白肽； (8)超聲波輔助酶解:向等電點沉淀分離后的上清液中質量比I?2%的非淀粉多糖酶，在超聲波輔助條件下酶解20?30min，酶解溫度40?50 °C，超聲功率300W，期間采用攪拌機勻速攪拌； (9)濃縮:將酶解后的酶解液濃縮至原體積的1/3; (10)醇析:向溶液中逐步加入等體積比的95%乙醇進行沉淀； (11)烘干粉碎:將獲得的沉淀烘干粉碎后即得小麥多糖產品。
【文檔編號】C12P19/04GK106047972SQ201610588547
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610588547.7, CN 106047972 A, CN 106047972A, CN 201610588547, CN-A-106047972, CN106047972 A, CN106047972A, CN201610588547, CN201610588547.7
【發明人】張志強, 羅建華, 張志軍, 王濤, 李懷健
【申請人】濱州中裕食品有限公司