申请日2018.05.14
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号C02F9/04; C07K1/14; C12N9/36; C02F103/32
摘要
本发明提供了一种泡沫分离法分离乳清废水中乳清蛋白的方法，该方法通过对影响牦牛乳清蛋白泡沫分离几个关键因素乳清蛋白浓度、气速、温度及pH的研究，在单因素试验的基础上，通过响应面法进行工艺优化，得出最佳工艺条件组合为：乳清蛋白浓度为100～160μg/mL，气速为250～350mL/min，温度为40～50℃，pH值为3.5～4.5。经验证试验，回收率为75～90%，富集比8～10，该方法适用于青藏高原分散游牧民的生活特点，能有效回收牦牛乳清废水中的乳清蛋白，同时克服了其他技术难以高效分离与富集低浓度乳清废水中乳清蛋白的困难，降低了乳清蛋白的回收成本。
翻译权利要求书
1.一种泡沫分离法分离乳清废水中乳清蛋白的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)去除乳清废水中的脂肪，得到脱脂乳清废水;
(2)将所述脱脂乳清废水中的乳清蛋白浓度稀释至100～160μg/mL，调节稀释后的乳清废水溶液pH值至3.5～4.5、温度至40～50℃;
(3)将步骤(2)得到的乳清废水溶液注入预先恒温的循环水恒温泡沫分离柱中进行泡沫分离，所述泡沫分离柱的进气速度为250～350mL/min，收集泡沫相直到泡沫分离柱顶端无泡沫溢出，将所述泡沫相消泡后得到的消泡液即为富集乳清蛋白液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱脂乳清废水中脂肪含量小于0.45g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：调节乳清废水的pH值为4.0～5.0，在3～10℃条件下5000～11000rpm离心，去除上部的脂肪层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述离心的次数为2～4次，每次离心的时间为5～15min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，用0.5mol/L的NaOH溶液和0.5mol/L的HCl溶液调节稀释后的乳清废水溶液pH值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫分离柱预先恒温的温度为40～50℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫分离柱中，泡沫相部分与液相部分高度之比为1.5～2.0。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消泡后还包括将得到的富集乳清蛋白液浓缩、冷冻干燥，得到乳清蛋白粉。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述浓缩为旋转蒸发浓缩，所述旋转蒸发浓缩的温度为45～55℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乳清废水为牦牛乳清废水。
说明书
一种泡沫分离法分离乳清废水中乳清蛋白的方法
技术领域
本发明属于废水资源回收利用领域，具体为泡沫分离法分离乳清废水中乳清蛋白的方法。
背景技术
乳清蛋白主要包含α-乳白蛋白(α-LA)，β-乳球蛋白(β-LG)、免疫球蛋白(LG)、血清白蛋白(SA)、乳铁蛋白(LF)和溶菌酶(Lys)，由于其较高的营养价值和功能特性已被广泛应用于食品、保健品、化妆品和药物。近年来，随着人类生活水平及健康意识的提高，乳清蛋白的需求量逐年增加。
中国拥有世界上最多的牦牛，占全世界92～95%，它们大多数生活在中国西北部的青藏高原，在当地牧民的生产生活中起着不可或缺的作用。与普通牛乳相比(或其他哺乳动物)，牦牛奶含有更多的蛋白(尤其是乳清蛋白)、必需氨基酸、乳糖和矿物质，是一种具有较高营养价值的天然稀缺资源。但是由于技术条件的限制，过剩的牦牛乳被当地游牧民主要用于生产曲拉、酥油等乳制品，而牦牛乳中大量的乳清蛋白除少量用于动物饲料之外，其余作为乳清废水直接排放，导致大量的资源浪费和环境污染。
目前，乳清蛋白的主要分离方法包括膜分离法、离子交换层析法、超滤联合离子交换层析法、亲和层析法等。然而，这些技术很难实际应用于青藏高原分散游牧牧民的生产生活中。因此，探索一种设备简单、环境适应性强，可有效分离回收牦牛乳清废水中乳清蛋白的方法势在必行。
泡沫分离法是近年来发展较快的一种新型分离技术，它以气泡作为分离介质来实现表面活性物质的浓缩与富集，尤其在处理微量组分时，能收到良好的分离效果。具有设备简单、条件温和、能耗低、环境适用性强、可连续操作等优点。目前，泡沫分离技术不仅被广泛用于矿物浮选、石油污染废水处理，还逐渐被用于蛋白质、多糖等领域。
然而，目前还没有一种适用于游牧民从牦牛乳清废水中回收乳清蛋白的泡沫分离方法，且有关蛋白泡沫分离的研究大多只报道了初始浓度、压力、气速、温度、pH值和设备改进等单因素对蛋白泡沫分离的影响，未进行工艺优化，导致蛋白质泡沫分离效率低下，严重限制了牦牛乳清废水中乳清蛋白的再次利用。
本发明在单因素试验基础上，通过响应面法将影响泡沫分离的几个关键因素乳清蛋白浓度、气速、温度及pH结合在一起进行工艺优化，同时克服了传统蛋白分离技术难以实际应用于青藏高原分散型游牧民对牦牛乳清废水中乳清蛋白的分离与富集问题，及传统泡沫分离乳清蛋白效率低下问题。
发明内容
针对常规乳清蛋白分离提取技术难以实际应用于青藏高原牦牛乳清蛋白废水处理的技术问题，提供了一种设备简单、环境适应性强，可有效分离回收牦牛乳清废水中乳清蛋白的方法。
本发明的技术方案如下：
一种泡沫分离法分离乳清废水中乳清蛋白的方法，包括如下步骤：
(1)去除乳清废水中的脂肪，得到脱脂乳清废水;
(2)将所述脱脂乳清废水中的乳清蛋白浓度稀释至100～160μg/mL，调节稀释后的乳清废水溶液pH值至3.5～4.5、温度至40～50℃;
(3)将步骤(2)得到的乳清废水溶液注入预先恒温的循环水恒温泡沫分离柱中进行泡沫分离，所述泡沫分离柱的进气速度为250～350mL/min，收集泡沫相直到泡沫分离柱顶端无泡沫溢出，将所述泡沫相消泡后得到的消泡液即为富集乳清蛋白液。
优选的，所述脱脂乳清废水中脂肪含量小于0.45g/L。
更优选的，所述步骤(1)具体包括：调节乳清废水的pH值为4.0～5.0，在3～10℃条件下5000～11000rpm离心，去除上部的脂肪层。
进一步的，所述离心的次数为2～4次，每次离心的时间为5～15min。
优选的，步骤(2)中，用0.5mol/L的NaOH溶液和0.5mol/L的HCl溶液调节稀释后的乳清废水溶液pH值。
优选的，所述泡沫分离柱预先恒温的温度为40～50℃。
优选的，所述泡沫分离柱中，泡沫相部分与液相部分高度之比为1.5～2.0。
优选的，所述消泡后还包括将得到的富集乳清蛋白液浓缩、冷冻干燥，得到乳清蛋白粉。
进一步优选的，所述浓缩为旋转蒸发浓缩，所述旋转蒸发浓缩的温度为45～55℃。
进一步优选的，所述干燥为冷冻干燥。
优选的，所述乳清废水为牦牛乳清废水。
现有技术相比，本发明具有以下优点：
基于乳清蛋白是一种表面活性物质，具有良好的起泡性。本发明提供了一种基于泡沫分离法分离乳清废水中乳清蛋白的方法，将乳清废水中的脂肪去除，设置脱脂乳清废水的乳清蛋白浓度为100～160μg/mL，pH值为3.5～4.5，温度为40～50℃，将处理后的乳清废水注入泡沫分离柱中进行泡沫分离，泡沫分离柱的气速为250～350mL/min，收集泡沫相消泡后得到富集乳清蛋白液。本发明的方法能够高效从乳清废水中回收乳清蛋白，显著提高了乳清废水中乳清蛋白的回收率和富集比，回收率达75～90%，富集比达到8～10。
本发明将泡沫分离技术与青藏高原游牧民生活特色相结合，操作简单、设备简易、环境相容性强。能够避免牦牛乳清蛋白资源巨大的浪费和环境污染的发生，降低乳清蛋白生产成本和促进当地牧民增收。