一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法及设备技术

本发明专利技术提供一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法及设备，方法包括：(1)向淀粉作物加工废水中投加改性二氧化硅纳米颗粒，通入气体产生泡沫，将泡沫干燥后制备成粉末，得蛋白粗提物粉末，改性二氧化硅纳米颗粒由二氧化硅纳米颗粒经过十二烷基二甲基甜菜碱改性得到；(2)对蛋白粗提物粉末进行摩擦带电处理使其中的蛋白带正电荷，其他成分不带电或带负电荷，通过电荷差异进行蛋白回收。本发明专利技术通过改性二氧化硅将淀粉作物加工废水制成泡沫，再制成粉末，并通过摩擦带电的方式使粉末中各成分带上不同电荷后收集，蛋白回收率达84％以上，回收的粉末中蛋白含量可达91.2％，同时有效保持其溶解性、乳化性和生物活性成分。

A method and equipment for recovering protein from starch crop processing wastewater

【技术实现步骤摘要】
一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法及设备
本专利技术涉及废水处理领域，尤其涉及一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法及设备。
技术介绍
淀粉作物在生产淀粉的过程中伴随着产生大量有机废水，例如马铃薯，平均每生产1吨淀粉将排放20吨左右的废水，从马铃薯淀粉加工生产线上的水力旋流器(旋流站)分离出来的汁水中蛋白质含量达0.9％～2.1％。淀粉作物蛋白具有良好的起泡和乳化性质，在食品工业中具有良好的应用前景。因此，从改善环境和实现资源充分利用考虑，对淀粉作物淀粉废水蛋白进行提取和利用，都已成为淀粉作物淀粉生产工业亟待解决的问题。目前，淀粉作物淀粉加工废水中提取蛋白主要有浓缩、絮凝、沉淀、离子交换层析、酶解、超滤、透析等方法。马铃薯淀粉废水中提取蛋白质的设备及技术(申请公布号：CN200510053212.7A)公开了采用沸石粉、石膏粉作为沉淀剂，以化学法为主分离获得蛋白粉。因其中加入大量的絮凝剂，蛋白无法回收利用，仅能作为后续水处理工艺的预处理使用。热絮凝法提取马铃薯蛋白的工艺(申请公布号：CN105230964A)、一种马铃薯蛋白生产工艺(申请公布号：CN105111276A)、从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法(申请公布号：CN101220078A)、一种土豆淀粉生产废水中蛋白处理方法(申请公布号：CN105565543A)、从马铃薯淀粉制取后废水中回收蛋白质的方法(申请公布号：CN1217890A)和从马铃薯淀粉生产的废水中提取蛋白质的方法及设备(申请公布号：CN200610003857.4)分别采用热絮凝或酸热絮凝的方法进行蛋白质分离沉淀，获得马铃薯蛋白提取物，过程复杂繁琐，化学助剂使用量大，回收的蛋白发生变性，纯度低，一般用作动物饲料。一种从马铃薯汁水中分离制备马铃薯蛋白粉的方法(申请公布号：CN102504011A)通过不同截留分子量的分离膜将马铃薯加工淀粉工艺水分离获得马铃薯蛋白粉，但是膜成本昂贵、通透量较低、易堵塞、清洗太频繁。
技术实现思路
本专利技术提供一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法及设备，通过使得淀粉作物蛋白带电后进行作物蛋白的收集克服现有技术淀粉作物废水中蛋白质回收过程中难以保持生物活性、成本高的问题。第一方面，本专利技术提供一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法，包括：(1)向淀粉作物加工废水中投加改性二氧化硅纳米颗粒，通入气体产生泡沫，将所述泡沫干燥后制备成粉末，得蛋白粗提物粉末，所述改性二氧化硅纳米颗粒由二氧化硅纳米颗粒经过十二烷基二甲基甜菜碱改性得到；(2)对所述蛋白粗提物粉末进行摩擦带电处理使其中的蛋白带正电荷，其他成分不带电或带负电荷，通过电荷差异进行蛋白回收。淀粉作物加工废水为淀粉作物在加工成淀粉的过程中产生的废水，其中含有蛋白、淀粉、纤维素及其他杂质，将其以泡沫分离的方式制成泡沫状，通过十二烷基二甲基甜菜碱改性的二氧化硅纳米颗粒具有较强的疏水活性，其作为泡沫稳定剂可以提高淀粉作物蛋白的界面吸附作用，可以使得在泡沫产生过程中对于蛋白质和淀粉、纤维素及其他杂质有效分离，可以加强泡沫排水效率和淀粉作物蛋白回收效率，对后续的蛋白粗提物粉末的进一步分离效果也有积极的影响。进一步地，所述二氧化硅纳米颗粒的改性方法为：将二氧化硅颗粒分散在十二烷基二甲基甜菜碱溶液中，pH调至4.5～5.5，进行搅拌、离心和冷冻干燥；所述二氧化硅颗粒和所述十二烷基二甲基甜菜碱摩尔比为2:1～2.5:1。在二氧化硅改性过程中，pH值会较大的影响改性效果，过高的pH值导致在OH-的作用下，SiO2与H2O结合生成Si(OH)4，降低二氧化硅与十二烷基二甲基甜菜碱的结合作用，使得形成泡沫的过程中，无法有效分离蛋白质和淀粉、纤维素及其他杂质。而pH值过低时，十二烷基二甲基甜菜碱呈阳离子性，不易于SiO2进行缩聚反应。进一步地，所述改性二氧化硅纳米颗粒浓度为300～500mg/L，所述通入气体的流速为250～350mL/min。二氧化硅纳米颗粒浓度在一定的流速的空气作用下，可以与马铃薯蛋白充分作用，提高蛋白分离的效率。进一步地，所述摩擦带电具体步骤如下：利用干燥气体携带所述蛋白粗提物粉末进入摩擦带电管，所述蛋白粗提物粉末和所述摩擦带电管管壁摩擦后，其中蛋白成分带正电，淀粉及其他成分携带负电或不带电荷。更进一步，所述干燥气体为干燥空气，流速为5～7L/min，优选为5L/min。蛋白粗提取物粉末在流化床的作用下悬浮于运动的空气流体之中，接着干燥空气以一定的流速携带蛋白粗提物粉末进入摩擦带电管中，通过控制粉末颗粒的流速，使其与带电管管壁充分摩擦接触后，蛋白部分带上正电荷，淀粉及其他成分携带负电或不带电荷，通过它们电荷的差异可以实现蛋白的分离。进一步地，所述蛋白粗提物粉末粒径为50nm～200nm。淀粉作物泡沫在消泡、喷雾干燥制粉后经超微粉碎得到蛋白粗提物粉末，其粒径大小对于蛋白的回收效率也有较大影响，粒径过大的颗粒在之后的收集过程中由于其自身重力的影响，会导致难以被带电铜板收集，进而使得蛋白回收效率下降。进一步地，所述将所述泡沫制成蛋白粗提物粉末的步骤具体为：将所述泡沫超声消泡，喷雾干燥后进行超微粉碎，所述喷雾干燥条件为：进风温度为110～120℃，出风温度为55～65℃，进料流量为5～8mL/min，进料浓度为15～20g/100g。更进一步，超声消泡的处理时间为15～20min，功率为40～60W。更进一步，超微粉碎破碎的气流压力为0.80～0.95MPa，气流温度为5～10℃，变频电机转速10000～15000r/min。进一步地，所述淀粉作物加工废水为淀粉作物被用来生产淀粉的过程中排出的废水，所述淀粉作物为马铃薯或甘薯，优选为马铃薯。在本专利技术一个优选实施方式中，所述从淀粉作物加工废水中提取蛋白的方法具体包括以下步骤：(1)将二氧化硅颗粒分散在十二烷基二甲基甜菜碱溶液中，pH调至4.5～5.5，进行搅拌、离心和冷冻干燥；二氧化硅颗粒和十二烷基二甲基甜菜碱摩尔比为2:1～2.5:1；(2)向淀粉作物加工废水中投加步骤(1)得到的改性二氧化硅纳米颗粒，通入气体产生泡沫，其中，改性二氧化硅纳米颗粒浓度为300～500mg/L，通入气体的流速为250～350mL/min；(3)将步骤(2)产生的泡沫超声消泡，喷雾干燥，再超微粉碎，超微粉碎后的蛋白粗提物粉末粒径为50nm～200nm；(4)将超微粉碎后的蛋白粗提物粉末通过摩擦带电使蛋白质带正电，淀粉及其他成分带负电，通过电荷差异进行蛋白质的回收。第二方面，本专利技术提供一种应用于上述方法的从淀粉作物加工废水中回收蛋白的设备，包括：通过管路连接的气泡分离单元、喷雾干燥和粉碎单元以及气动静电摩擦单元；所述气动静电摩擦单元包括流化床和摩擦带电管；所述流化床的底部设有搅拌叶片表面涂覆聚四氟乙烯层的搅拌器，所述流化床的顶部出气口与所述摩擦带电管相连；其中，所述蛋白粗提物粉末通过管路从所述喷雾干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法，其特征在于，包括：/n(1)向淀粉作物加工废水中投加改性二氧化硅纳米颗粒，通入气体产生泡沫，将所述泡沫干燥后制备成粉末，得蛋白粗提物粉末，所述改性二氧化硅纳米颗粒由二氧化硅纳米颗粒经过十二烷基二甲基甜菜碱改性得到；/n(2)对所述蛋白粗提物粉末进行摩擦带电处理使其中的蛋白带正电荷，其他成分不带电或带负电荷，通过电荷差异进行蛋白回收。/n

【技术特征摘要】
1.一种从淀粉作物加工废水中回收蛋白的方法，其特征在于，包括：
(1)向淀粉作物加工废水中投加改性二氧化硅纳米颗粒，通入气体产生泡沫，将所述泡沫干燥后制备成粉末，得蛋白粗提物粉末，所述改性二氧化硅纳米颗粒由二氧化硅纳米颗粒经过十二烷基二甲基甜菜碱改性得到；
(2)对所述蛋白粗提物粉末进行摩擦带电处理使其中的蛋白带正电荷，其他成分不带电或带负电荷，通过电荷差异进行蛋白回收。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒的改性方法为：将二氧化硅颗粒分散在十二烷基二甲基甜菜碱溶液中，pH调至4.5～5.5，进行搅拌、离心和冷冻干燥，即得；所述二氧化硅颗粒和所述十二烷基二甲基甜菜碱摩尔比为2:1～2.5:1。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述改性二氧化硅纳米颗粒浓度为300～500mg/L，所述通入气体的流速为250～350mL/min。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述摩擦带电具体步骤如下：
利用干燥气体携带所述蛋白粗提物粉末进入摩擦带电管，所述蛋白粗提物粉末和所述摩擦静电管管壁摩擦后，其中蛋白成分带正电，淀粉及其他成分携带负电或不带电荷。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干燥气...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，胡宏海，张泓，张良，刘倩楠，樊月，徐芬，
申请(专利权)人：中国农业科学院农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11