一种高浓度有机废水资源化再利用新方法
【专利摘要】本发明利用生物酶解和现代生物分离技术，提供一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其优势在于：通过梯次分离和超声波辅助二次酶解协同制备工艺，将小麦深加工产生的高浓度有机废水中的蛋白和多糖等功能活性物质充分分离出来，并进行生物改性得到功能活性更好的蛋白肽、戊聚糖等产品。在该工艺条件下，有机废水实现了达标排放，每吨废水可节约污水治理成本200元以上，具有较好的环保效益。
【专利说明】
一种高浓度有机废水资源化再利用新方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，属于粮食加工副产物综合利用技术领域。
【背景技术】
[0002]小麦作为我国主粮作物，除了大量转化为面粉以及面制品外，随着我国粮食产量逐年递增，越来越多的小麦被用于深加工转化，最典型的应用是制取小麦淀粉和谷朊粉(小麦蛋白粉)，小麦淀粉进一步生物发酵生产酒精。目前国内外在小麦淀粉、谷朊粉加工通常采用两种工艺，一是传统的面团洗面筋法(即马丁法)，另一是面浆分离法(三相卧螺法)。不论采取何种方法，因是湿法分离，必然要产生大量的加工废水，尤其是国内普遍应用的面团洗面筋法，每生产I吨淀粉平均要产生5-10吨废水。这些废水中仍含有淀粉、蛋白质、戊聚糖(或称阿拉伯木聚糖)、不可溶膳食纤维、植酸等物质，C0D、B0D值达高达十几甚至上百万，如果不作任何处理难以达到排放标准。国内部分企业采取将此洗面筋废水与淀粉浆混合继续发酵生产酒精的工艺解决了其中大部分淀粉的转化问题，但绝大部分的蛋白质和非淀粉多糖类物质仍存在于废水中。目前国内部分企业通过沉淀、浓缩、干燥等工艺直接将此废水中的不溶物蛋白、膳食纤维等物质沉渣干燥生产低附加值的饲料加以转化利用。但是，在上清层废液中仍存在丰富的可溶性蛋白和多糖物质难以回收利用，只能作为废水排放，后续污水治理成本仍然较高。随着国内对于环保要求的提高，小麦淀粉、酒精深加工厂因污水治理的成本和生存环境越来越艰难。根据国内外研究报道此部分废水中所含有的可溶性多糖-阿拉伯木聚糖其实是一种具有免疫调节、降血脂以及润肠通便等多种生理功能，附加值极高的活性多糖。美国、日本等国于上世纪九十年代即从米糠中曾提取类似活性多糖(B1bran,或称MGN3)，市场价值不菲(约3万元/kg)。国内尚未有类似产品开发。另从废水中蛋白资源的利用来看，欧美等国家因小麦较玉米缺乏经济性、面筋蛋白过敏人群普遍等，在小麦蛋白的深加工转化方面产业化程度并不高，其研究关注点多集中在如何降低小麦及谷朊粉的过敏性方面，鲜见有从废弃物中提取此类蛋白的研究报道，其饲料行业的市场需求亦主要由从中国进口来满足。另有研究表明小麦蛋白经过特定生物酶的转化，可生成对生物体具有良好促进肠道损伤修复和营养功能的活性肽-谷氨酰胺肽。此产品荷兰DMV公司在国外有售，主要市场面向健身人群，市场售价较高(200-300元/kg)，因价位较高在国内目前仍缺乏市场。而国内饲料行业中，尤其是乳猪饲料生产上对此类肽有较大的需求，但是目前供应产品受原料处理、生物酶选取以及工艺控制所限，产品质量与功效难以保障，市场上缺乏高谷氨酰胺含量的肽产品。
[0003]另从国内公开的专利中，小麦淀粉废水处理的报道和专利申请较为少见。已公开的“制作面筋剩余的淀粉水的再利用方法(201110027334)”中仅是将废水中的淀粉再利用制作一种特色食品-酿皮；“一种小麦淀粉及酒精废水BYSB-p Ius专用配水器(201120353476)”、“一种小麦淀粉及酒精废水BYSB-plus专用装配式三相分离器(201120353893)”为两例废水处理装置的实用新型专利。总体看来，此部分副产物资源的经济、社会及生态效益尚未得到充分体现。
【发明内容】
[0004]本发明针上述问题，利用生物酶解和现代生物分离技术，提供一种高浓度有机废水资源化再利用新方法。
[0005]本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现的:
本发明提供一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其特征在于具体包括以下步骤:
(1)废水预处理:调节废水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降将废水中大分子不溶性物质分离出来；
(3)离心:利用转速不低于3000r/min的离心机将沉降后的上清液进行离心，去除植酸；
(4)超声波辅助酶解:向离心后的上清液中加入废水质量比I?2%的风味蛋白酶、I?2%的木瓜蛋白酶，在超声波辅助条件下酶解20?30min，酶解温度50?60°C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(5)浓缩:将酶解液浓缩至原体积的1/2?2/3;
(6)等电点沉淀:根绝目的蛋白质、多肽的等电点利用等电点法进行沉淀分离；
(7)分离:将等电点沉淀后的固液进行分离，固体即为蛋白肽；
(8)超声波辅助酶解:向等电点沉淀分离后的上清液中质量比I?2%的非淀粉多糖酶，在超声波辅助条件下酶解20?30min，酶解温度40?50 °C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(9)浓缩:将酶解后的酶解液浓缩至原体积的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀；
(11)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦多糖产品。
[0006]本发明提供一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其优势在于:通过梯次分离和超声波辅助二次酶解协同制备工艺，将小麦深加工产生的高浓度有机废水中的蛋白和多糖等功能活性物质充分分离出来，并进行生物改性得到功能活性更好的蛋白肽、戊聚糖等产品。试验结果表明在该工艺条件下蛋白提取率达到95%以上，多糖提取率达到92%以上，分离后的蛋白中多肽占总产品含量的80%以上，谷氨酰胺含量多23%(占蛋白总量)；分析分离多糖的组成主要为戊聚糖及部分木聚糖。此外，试验结果表明改变工艺条件或参数会显著降低产品提取率和有机废水资源化综合利用率(P〈0.01);在该工艺条件下，有机废水实现了达标排放，每吨废水可节约污水治理成本200元以上，具有较好的环保效益，目前该专利已在公司实现了产业化转化应用，年增经济效益3000万元以上。
【具体实施方式】
[0007]实施例1:
一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其特征在于具体包括以下步骤:
(1)废水预处理:调节废水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降将废水中大分子不溶性物质分离出来；
(3)离心:利用转速不低于3000r/min的离心机将沉降后的上清液进行离心，去除植酸； (4)超声波辅助酶解:向离心后的上清液中加入废水质量比2%的风味蛋白酶、2%的木瓜蛋白酶，在超声波辅助条件下酶解20min，酶解温度50?60 V，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(5)浓缩:将酶解液浓缩至原体积的1/2?2/3;
(6)等电点沉淀:根绝目的蛋白质、多肽的等电点利用等电点法进行沉淀分离；
(7)分离:将等电点沉淀后的固液进行分离，固体即为蛋白肽；
(8)超声波辅助酶解:向等电点沉淀分离后的上清液中质量比2%的非淀粉多糖酶，在超声波辅助条件下酶解20min，酶解温度40?50 °C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(9)浓缩:将酶解后的酶解液浓缩至原体积的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀；
(11)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦多糖产品。
[0008]实施例2:
一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其特征在于具体包括以下步骤:
(1)废水预处理:调节废水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降将废水中大分子不溶性物质分离出来；
(3)离心:利用转速不低于3000r/min的离心机将沉降后的上清液进行离心，去除植酸；
(4)超声波辅助酶解:向离心后的上清液中加入废水质量比1%的风味蛋白酶、1%的木瓜蛋白酶，在超声波辅助条件下酶解30min，酶解温度50?60 V，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(5)浓缩:将酶解液浓缩至原体积的1/2?2/3;
(6)等电点沉淀:根绝目的蛋白质、多肽的等电点利用等电点法进行沉淀分离；
(7)分离:将等电点沉淀后的固液进行分离，固体即为蛋白肽；
(8)超声波辅助酶解:向等电点沉淀分离后的上清液中质量比1%的非淀粉多糖酶，在超声波辅助条件下酶解30min，酶解温度40?50 °C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(9)浓缩:将酶解后的酶解液浓缩至原体积的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀；
(11)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦多糖产品。
[0009]实施例3:
一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其特征在于具体包括以下步骤:
(1)废水预处理:调节废水pH至6.5?7.0；
(2)沉降:利用自然沉降将废水中大分子不溶性物质分离出来；
(3)离心:利用转速不低于3000r/min的离心机将沉降后的上清液进行离心，去除植酸；
(4)超声波辅助酶解:向离心后的上清液中加入废水质量比1.5%的风味蛋白酶、1.5%的木瓜蛋白酶，在超声波辅助条件下酶解25min，酶解温度50?60°C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(5)浓缩:将酶解液浓缩至原体积的1/2?2/3;
(6)等电点沉淀:根绝目的蛋白质、多肽的等电点利用等电点法进行沉淀分离；
(7)分离:将等电点沉淀后的固液进行分离，固体即为蛋白肽；
(8)超声波辅助酶解:向等电点沉淀分离后的上清液中质量比1.5%的非淀粉多糖酶，在超声波辅助条件下酶解25min，酶解温度40?50°C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
(9)浓缩:将酶解后的酶解液浓缩至原体积的1/3;
(10)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀；
(11)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦多糖产品。
[0010]本发明提供一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，通过动物试验研究多糖的功能性，重点研究了多糖在防止便秘、降低胆固醇、保护肝脏等方面的功效，结果表明:(I)便秘小鼠模型试验表明制得的多糖具有润肠通便功能，经口给予小鼠不同剂量的多糖后，各剂量组均能明显增加小鼠的小肠推进运动，缩短便秘小鼠的首次排便时间，增加便秘小鼠的排便粒数和排便重量，而且在试验过程中各剂量组均未见腹泻现象，说明小鼠给予剂量合理，粪便的形态均为黑褐色颗粒状，与对照组小鼠粪便相比粪便稍软，表面湿润，粪便湿润程度适中，感官正常；(2)通过给小鼠喂食高脂饲料，建立高脂血症小鼠模型，以进行试验研究。试验结果表明，空白对照组与模型对照组血脂水平在统计学上的差异可以确定造模成功。试验组与模型对照组相比能极显著降低TC、TG、LDL-c、水平(P〈0.01); (3)通过对高脂血症小鼠血糖值的测定，由空白对照组与模型对照组比较，说明小鼠血糖模型成立，试验结果表明，多糖对小鼠有较好的降血糖功能，与模型对照组差异显著(P〈0.01)。
[0011]以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种高浓度有机废水资源化再利用新方法，其特征在于具体包括以下步骤: (1)废水预处理:调节废水pH至6.5?7.0； (2)沉降:利用自然沉降将废水中大分子不溶性物质分离出来； (3)离心:利用转速不低于3000r/min的离心机将沉降后的上清液进行离心，去除植酸； (4)超声波辅助酶解:向离心后的上清液中加入废水质量比I?2%的风味蛋白酶、I?2%的木瓜蛋白酶，在超声波辅助条件下酶解20?30min，酶解温度50?60°C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌； (5)浓缩:将酶解液浓缩至原体积的1/2?2/3; (6)等电点沉淀:根绝目的蛋白质、多肽的等电点利用等电点法进行沉淀分离； (7)分离:将等电点沉淀后的固液进行分离，固体即为蛋白肽； (8)超声波辅助酶解:向等电点沉淀分离后的上清液中质量比I?2%的非淀粉多糖酶，在超声波辅助条件下酶解20?30min，酶解温度40?50 °C，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌； (9)浓缩:将酶解后的酶解液浓缩至原体积的1/3; (10)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀； (11)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦多糖产品。
【文档编号】C12P19/04GK106047972SQ201610588547
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610588547.7, CN 106047972 A, CN 106047972A, CN 201610588547, CN-A-106047972, CN106047972 A, CN106047972A, CN201610588547, CN201610588547.7
【发明人】张志强, 罗建华, 张志军, 王涛, 李怀健
【申请人】滨州中裕食品有限公司