获得植物蛋白的方法

获得植物蛋白的方法
【专利摘要】在从含水液体富集植物蛋白的方法中，在液体中产生由含氢气体构成的气泡并由此形成的泡沫，其中富集植物蛋白并借此得以提取。有利地，气泡电化学地产生。该方法特别适于从具有很低乙二醇生物碱含量的液体比如马铃薯果汁获得天然蛋白。
【专利说明】获得植物蛋白的方法
[0001] 本发明涉及从含水液体富集、回收或除去植物蛋白的方法，和氢气或含氢气的气 体混合物在用于从液体回收植物蛋白、纯化液体或从液体耗尽植物蛋白的方法中的用途。
[0002] 马铃薯含有具有平衡非常良好的氨基酸成分的蛋白，其类似鸡蛋蛋白质的成分。 在淀粉生产期间大量聚集的马铃薯果汁（Kartoffelfruchtwasser)含有约0. 5至2. 5重量 百分比的蛋白。很有意义的是，从所述液体回收蛋白加以利用。
[0003] 从马铃薯果汁分离和隔离蛋白而不变化或变性是困难的。新鲜马铃薯果汁是蛋 白、残余淀粉、矿物、毒性配糖生物碱和单体或聚合的高反应性酚类化合物的复杂混合物。 这些酚类化合物的空气氧化导致马铃薯果汁的快速着色，其颜色变为褐色与黑色之间的颜 色。在该氧化过程期间，蛋白可以发生反应、发生连接和形成不希望的副产物。
[0004] 通过在凝结后沉淀实现蛋白分离的过程是常见的。凝结通过热和/或改变PH引 起。上述方法描述于例如DE102006050620 A1。所述过程仅获得变性蛋白，其无法用于营 养目的和因此不适于食品生产和药物应用。此外，必须除去可能加入的辅剂比如有机酸或 盐。以该方式获得的蛋白因变性而失去有用的功能特性，比如溶解度、乳化能力、起泡能力、 结合水和热成凝胶的能力。更温和的过程是膜过程（超滤），其具有高效率和已经用于其它 技术意图。然而，这些方法是劳动密集型的。
[0005] 从马铃薯果汁回收蛋白质的又一方法描述于DE660992 C1。借助气体比如二氧化 碳产生泡沫，其中富集蛋白质并且能够随泡沫除去。富集和分离包括蛋白的表面活性物质 的所述过程描述于DE960239 C1。在泡沫中富集已溶解的表面活性化合物的方法称为〃吸 附性气泡分离〃（德语"ZerschSiummg"或nZerschSumungsanalyse")。
[0006] 通过提及的方法获得的马铃薯蛋白质含有通常无法忍受量的配糖生物碱，这阻止 其食品应用。
[0007] 因此，希望的过程允许回收天然蛋白而不含毒性杂质。
[0008] 来自处理植物和植物部分、特别是马铃薯淀粉生产的废水中的高含量有机物质是 个问题。通过动物摄食或喷雾灌溉于农业土地上的废物治理实践是不再允许的。因此，在 马铃薯处理和其它过程中需要开发降低废水中的有机载量和废水量的方法。
[0009] 因此，本发明目的是提供替代方法，用于从含植物蛋白的液体，尤其是从来自植物 产品处理的工业用水和废水制备纯的、非变性的天然蛋白。又一目的是提供替代方法，用于 降低植物处理的废水或工业用水中的有机物质的量。
[0010] 上述目的通过具有权利要求1所述特征的方法实现。
[0011] 方法用于从含有溶解或乳化的植物蛋白的含水液体富集、回收或除去植物蛋白。 在过程中，在液体中通过电化学气体发生或通过氢气或含氢气的气体混合物产生气泡。在 优选过程中，形成含有溶解植物蛋白的泡沫。植物蛋白在泡沫中富集。泡沫用于提取可溶 的、非变性的植物蛋白。
[0012] 通常，为了获得植物蛋白或含植物蛋白的产品或者为了纯化液体，用适当装置从 液体分离泡沫并且例如通过排放或撇除泡沫而转移。有利地，使用包括管、管状结构或具有 入口和出口的中空体的装置，其中所形成的泡沫能够升起。装置是例如电解池或电解池的 电极室，其连接至轴、导管、管或管状结构，或者包括其中所形成的泡沫能够升起的区域。可 以有利地调节管或类似结构的尺寸，使得其直径是电解池直径的3倍或1/10。起泡和排放 泡沫（在装置中从液体分离泡沫）使得在容器中或在泡沫产生的容器中的液体耗尽植物蛋 白。泡沫排放（泡沫分离）可以通过溢出引起。蛋白质的耗尽也用于液体的纯化。液体的 泡沫处理包括起泡和泡沫排放。
[0013] 在本发明中，术语〃植物蛋白质〃是指植物来源的任何蛋白质，也即包含于植物、 植物部分或其它植物产品的蛋白质。植物产品是例如果实，水果，浆果，坚果，植物的果仁， 种子，块茎，根。含有溶解植物蛋白的液体例如在处理含淀粉的植物产品比如禾谷类和马铃 薯中形成。含有溶解植物蛋白的液体尤其在农业作物或植物或它们的产品的处理中形成。 农业作物或它们的植物产品是例如玉米，稻，大麦，小麦，黑麦，燕麦，小米，大豆，木薯，耶路 撒冷朝鲜蓟，马铃薯和甘薯，天门冬属植物，婆罗门参，甜菜，木薯，木薯，芋类植物，美人蕉 属植物，薯蓣，竹芋（竹芋属植物），野芋，芋头，二粒小麦，油菜，黄瓜，甜瓜，南瓜，坚果，花 生，向日葵籽，甘蔗，甜菜，胡萝卜，卷心菜，球茎甘蓝，苹果或葡萄。
[0014] 在本发明范围内，术语〃蛋白质〃代表包含至少十个氨基酸的任何分子。因此，术 语〃蛋白质〃也包含肽、寡肽和多肽。
[0015] 含有溶解植物蛋白的液体尤其是植物果汁，例如马铃薯果汁。术语"植物果汁" 代表含有溶解的植物材料或溶解的植物物质的任何液体。术语"植物果汁"包含来自处理 植物、植物部分或植物产品的工业用水。植物果汁能够生产自来自农作物的植物废料或植 物或其植物产品，例如植物果皮或植物废料，特别是马铃薯果皮。植物果汁能够通过挤压、 提取或通过洗涤植物物质，尤其是切割或粉碎的植物、植物部分或植物产品而获得。水是优 选溶剂、提取介质或洗涤液体。水可以含有添加剂或其它溶剂。然而，能够使用本领域已知 适于本发明意图的任何溶剂。此外，植物果汁能够通过本领域已知适宜的任何方法制备。
[0016] 所用流体含有例如0. 01至10重量百分比的蛋白，尤其是0. 1至5重量百分比的 蛋白或0.1至3重量百分比的蛋白。具有低蛋白质含量的液体可用于过程之中。一般地， 使用具有〇. 5至3重量百分比的一种或多种蛋白的蛋白质含量的液体。
[0017] 在某些情况下液体的稀释可以是有利的。例如，液体用水1:5或1:10地稀释。液 体的稀释能够改善泡沫处理的产品的纯度。
[0018] 液体尤其是植物果汁例如马铃薯果汁可以含有稳定剂。例如，可以将稳定剂加入 马铃薯果汁以避免在贮藏期间的化学变化比如降解反应。在从含水介质，尤其从含蛋白的 溶液中富集溶解植物蛋白的过程中，使用氢气或含氢气的气体混合物是特别有利的。
[0019] 一种方法称为〃吸附性气泡分离〃（德语" ZerschSumung"），其中在至少一个 步骤中在含有溶解的表面活性物质比如蛋白的含水液体中形成泡沫，其用于产生富集了这 些物质的泡沫。
[0020] 在本发明方法中处理、分离和处理获得的泡沫能够以用于吸附性气泡分离的常规 程序进行。吸附性气泡分离中的泡沫例如通过将气体通入液体而形成。细小气泡可以形成 如下：在压力下用气体使液体饱和，随后松弛即降压。通常，形成的泡沫被分离、除去或排 放。方法能够以间歇过程或连续地操作。其能够用于从液体耗尽溶解植物蛋白，富集植物 蛋白或分离植物蛋白。有利地，允许泡沫在管中升起。形成泡沫柱，其影响植物蛋白质的分 布和可以引起不同植物蛋白之间的分离。由于泡沫柱中的气泡具有吸附特性，该方法称为 吸附性气泡分离。吸附性气泡分离方法描述于例如DE327976 C1，DE660992 Cl和DE960239 C1，通过援引并入本文。本发明方法中的泡沫的处理、分离和加工可以以吸附性气泡分离的 常规过程进行。
[0021] 氢气或含氢气的气体混合物的应用使得产品便于分离和允许更温和的产品回收。 很小的气泡能够用氢气、特别是通过阴极氢发生来产生，其导致植物蛋白在所得泡沫中更 有效的聚集。初步结果的结论是，氢气泡在液体与气体之间的相边界展示有利的吸附特性。 此外，更温和的植物蛋白分离使得氢气和含氢气的气体混合物在富集或提取植物蛋白的起 泡过程比如吸附性气泡分离中有吸引力地作为泡沫产生气体。在氢气起泡期间的还原性条 件保护液体中的产品和物质抗大气氧。对含有氧化敏感的酚基物质（例如多酚）的马铃薯 果汁这是特别有利的，其氧化产物使得液体后处理更为困难和导致液体变黑。因此，通过氢 气吸附性气泡分离获得的产品含有更少的氧化降解或分解杂质。不稳定的蛋白得以回收而 无损害。因此，用于通过起泡富集和分离植物蛋白的氢气或含氢气的气体混合物特别有利 于回收天然蛋白。通常，回收的蛋白保留溶于水的能力。
[0022] 氢气用于起泡的用途能够同时地或按顺序地与一种或多种不同气体相组合。例 如，除了氢之外，还可以使用氮气、氧气、二氧化碳。此外可以使用惰性气体或反应性气体。 例如，起泡可以用氢气开始和可以用其它气体继续。
[0023] 通过起泡获得的含有植物蛋白质的液体产品可以通过额外（单次或多次）泡沫处 理（吸附性气泡分离）进一步富集。
[0024] 通过电化学产生的气体或气体混合物在液体中起泡的过程具有优势，尤其是电化 学产生的氢气或电化学产生的含氢气的气体混合物。在液体中电化学（电解地）产生的气 泡不同于在吸附性气泡分离中常规产生的气泡。电解地产生的气泡通常远小于用气体分布 器产生的气泡并且通常形成有利于富集和分离溶解的植物蛋白的泡沫质地。
[0025] 原则上，阴极氢发生和阳极氧发生可以用于气泡产生。然而，氢气和氧气的吸附行 为有所不同。令人惊讶地发现，在电解地产生氢气泡用于从马铃薯果汁回收蛋白质的情况 下，获得具有低含量配糖生物碱的泡沫。因此，氢气能够用于具有有机毒性污染的液体，用 于产生具有低含量毒性杂质的植物蛋白质产品。此外，如上文所提，氢气阻止氧化反应。氢 气起泡带来更佳的回收植物蛋白的产品品质。阴极氢发生优选用于泡沫产生，特别是用分 开的电化学池。
[0026] 因此，本发明的又一目的是用于从含水液体回收或除去植物蛋白的方法，其中在 液体中产生氢气或含氢气的气体混合物的电化学气泡和形成含有溶解植物蛋白的泡沫，其 中泡沫或其部分从液体分离和获得具有低含量毒性杂质的具有植物蛋白的产品或中间体。 对马铃薯果汁作为液体或含马铃薯蛋白的液体，本方法是特别有利的。此处获得具有植物 蛋白的产品或中间体产品，其具有低含量的配糖生物碱或含有小于IOOppm的配糖生物碱， 优选小于50ppm的配糖生物碱，更优选小于IOppm的配糖生物碱（Ippm是克每IO 6克）。
[0027] 进行用于从含水液体回收或除去植物蛋白而无植物蛋白沉淀。在液体中形成电化 学气泡的方法变型不是电浮选，原因在于电浮选总是用于颗粒的分离。
[0028] 电化学池（电解池）可以是分开的或未分开的池。优选，电化学池包含至少一个 管或管状结构，其中形成的泡沫能够升起。管或管状结构一般垂直地安排在电化学池上或 连接至电化学池。一般来说电化学池是有利的，其包括具有上口和下口的中空件或中空结 构或连接至中空部分，其中形成的泡沫能够升起。
[0029] 其中形成的泡沫能够升起的管或管状结构具有例如至少0. 5m，有利地至少lm，更 有利地至少2m的长度。管或管状结构的上端形成例如溢出口（Oberlauf)。管或管状结构 的长度影响溢流泡沫的质地和组成。
[0030] 能够从溢出口收集样品级分（泡沫样品），用于分馏的植物蛋白质回收。从溢出 口排放的泡沫加以进一步处理，用于植物蛋白质分离。通常，在第一步将泡沫转化为塌缩泡 沫。例如，将溢流泡沫加至消泡器（获得塌缩泡沫的装置）或加入收集容器。将泡沫转化为 具有比初始液体更高的蛋白质含量的液体。该液体产品（蛋白质溶液）能够进一步处理， 用于分离植物蛋白质或获得植物蛋白质浓缩物。用于后处理所述蛋白质溶液的适宜过程是 本领域已知的。
[0031] 通常，氢的很小气泡在氢的电解质产生期间在待处理液体中形成。形成的气泡一 般地具有小于50 μ m的直径。直径小于30 μ m、尤其是低于25 μ m的气泡能够以简单方式制 备。电化学产生的、优选在处理液体中产生的气泡优选具有1至50 μ m，更优选1至30 μ m， 尤其是5至25 μ m的直径。小气泡是很有益的。它们尤其改善泡沫中的蛋白质富集。
[0032] -般地，为了氢气的电化学产生，将具有电极材料的电极用作阴极，其适于阴极氢 发生。它们含有例如钼、镍、铁、铱、钌、钯或导电含碳的物质。阴极材料是例如钼，玻璃碳，石 墨，导电金刚石，尤其是硼掺杂的金刚石（BDD)，或导电含碳材料，尤其是碳纳米管和炭黑。 钼阴极是例如钼包覆的钛电极。例如，石墨以下述形式用作电极：平板结构（例如平板）， 平面微结构化的石墨层，成形体或颗粒。石墨颗粒电极是例如石墨颗粒床。石墨颗粒床的 颗粒直径范围是例如0.1mm至5mm。颗粒电极能够用作固定床或流化床电极。含碳阴极材 料比如石墨、导电金刚石和碳电极是有利的。
[0033] 电解质、尤其是阴极液（阴极室中的电解质）优选具有4至9,更优选4至8. 8,还 更优选4至8. 5,甚至更优选的4. 5至8. 2,特别优选4. 5至8. 0和最优选4. 8至6. 5的pH 值。含有植物蛋白的液体能够一般地直接用作电解质。所用液体例如马铃薯果汁通常具有 pH 4至pH 7的pH值。液体的pH值可以调节至所希望的值。
[0034] 电解质尤其是阴极液的pH值能够在电解期间保持不变或能够变化。在许多情况 中，PH在用未分开的池的间歇操作中保持不变。在起泡期间的pH梯度能够以简单方式实 现：在电解期间在间歇操作的分开的池中采用PH漂移，原因是阴极液在电解期间变得越来 越碱性。
[0035] 气体的量、气泡的量和气体流速能够通过改变阴极的电流密度加以调节。
[0036] 有利地，采用一个或多个分开的电解池，其能够不连续地（间歇操作）或连续地 (流动操作）操作。分开的电解池可以尤其是流动池。
[0037] 电解一般地在(TC至40°C，优选KTC至30°C，尤其是15°C至30°C或15°C至25°C 的温度进行。例如，电解在室温下进行。
[0038] 有利地，调节电解池的尺寸，从而电解池的高度超过电解池宽度或直径的许多倍。 有利地，电极采用大于1的高度：宽度比率（平板电极）或高度：直径比率（圆柱形电极）。 很有利的是，电极的高度：宽度比率或高度：直径比率是至少10。电极的所述尺度构成气 泡沿阴极运动的更长通道。
[0039] 在连续操作的、分开的电解池的情况下，阴极和阳极室通常通过泵从槽供给电解 质。具有在槽与电极室之间循环流的操作有优势。通常液体比如植物果汁、尤其是马铃薯 果汁用作阴极液。所述流体，尤其是在阴极室中泡沫处理和蛋白质除去之后，优选用作阳极 液。可以有利的将其它流体用作阳极液，这取决于选择的阳极反应。
[0040] 例如，阴极反应以5至15mAcnT2的电流密度进行。在间歇操作中，电解时间是例如 2至3小时。
[0041] 阳极的氢的氧化可以替代阳极氧发生或有机物质的阳极氧化。用于泡沫产生的阴 极氢产生与氢的阳极氧化的组合提供量需求方面的优势。优选，使用分开的池。对氢的阳 极氧化特别有利的是气体扩散电极。例如，适宜的气体扩散电极制备如下：在阳离子交换 膜上挤压载钼炭黑和聚四氟乙烯的混合物，其中在阳离子交换膜上产生40至50 μ m厚的包 衣。所述气体扩散电极和氢的阳极氧化描述于EP0800853 A2,通过援引并入本文。将用于 起泡阴极氢产生与氢的阳极氧化组合能够显著降低能耗。
[0042] 因此，本发明的又一目的是方法，其中在电化学池、优选分开的池中，氢气在阴极 产生用于在含植物蛋白的液体例如工业用水或废水中产生泡沫，并且氢在阳极氧化作为平 衡反应。
[0043] 有利地，电解地产生的氢气用于处理电解池之中或之外的流体，其中氢气泡的阴 极产生一般发生在待进行起泡处理的液体中。例如，电化学产生的氢气能够从电解池进行 起泡并且能够以细小气泡形式分别返回电解池或阴极室中，或者返回具有待处理液体的外 部槽中（电解池外的吸附性气泡分离）。氢气的注入或进料能够进行在电解操作或停止时 进行。为了注入或循环氢气，可以使用气泡发生器。一般地，技术人员视为适宜的每一种装 置都可以用作气泡发生器。适宜的装置是释放气泡的金属或玻璃构成的釉料，或可以朝向 挡板的注射器，或文丘里注射器。注射器还可以与静态搅拌器相组合，后者从注射器将气体 流分散为小气泡和尽可能地将其均匀分布。有利地，压力释放能够用于气泡产生。在采用 压力释放的情况下，氢气不需要再循环。
[0044] 阳极氢的氧化优于循环或再使用氢气、尤其是电解产生的氢气，原因在于电解质 气泡产生优于用于气泡产生的其它方法；所述氢气用于在电化学池之中或之外含溶解植物 蛋白的液体的泡沫处理。
[0045] 氢气可以通过在泡沫形成过程中连续地（例如恒电流地或恒电势地）或不连续地 电解而产生，其用于在液体中富集、回收或除去溶解或乳化的植物蛋白。例如，氢气脉冲地 产生，优选在液体中。在上述脉冲操作中，在某些时间段反复地开关电流。所述电流脉冲能 够为恒定持续时间或变化持续时间。有利地，电流脉冲队列通过控制装置或控制单元产生。 控制装置可以是例如脉冲发生器或可编程装置。电流脉冲的长度能够加以控制或用传感器 控制。例如，在泡沫形成达到某些尺寸或液体获得某些特性的情况下，电解电流能够被打 断。所述控制变量是例如管中的泡沫高度，光学特性比如透明性或液体的电导率。电解质 电流的控制可以借助光学传感器（例如光电池，光电二极管，光电晶体管，光敏电阻）或电 传感器（电导率传感器，电容传感器）或其它适宜的传感器来进行。
[0046] 在用于在液体中富集、回收或除去溶解或乳化的植物蛋白的泡沫形成过程中，在 电解质氢气产生期间电流或电流密度可以变化。在连续电解中，电流可以增加、减少或变 化。电流密度可以在电解期间加以控制。控制能够如脉冲操作的描述。电流的变化能够与 脉冲操作相组合。例如，电流脉冲的电流密度可以变化，例如恒定电流的脉冲队列，具有脉 冲与脉冲之间的可变高度；或可变电流的脉冲队列，具有脉冲与脉冲之间的恒定高度；或 可变电流的脉冲队列，具有脉冲与脉冲之间的可变高度。
[0047] 在电解期间，电极可以被污染或覆盖沉积物。因此，可以有利地在电解期间改变电 极的极性1次或多次。对于采用电极极性反转的电解，具有适宜电极或对称结构（相同电 极）的电解池是有利的。例如，用于阴极氢发生和阳极氧发生以及有机物质阳极氧化的具 有钼电极的分开的或未分开的电解池适于反转极性。
[0048] 本发明的又一目的是用于从含水液体富集、回收或除去植物蛋白的方法，其中氢 气电解地产生并且电解进行如下：连续地或不连续地，以恒定或可变电流，受控的，调节的 或程序控制的，脉冲的，具有电流脉冲或具有电极极性反转。
[0049] 在进行蛋白质回收的方法时，80至90百分比的处理液体例如马铃薯果汁的蛋白 质含量得以除去。令人惊讶地，从植物果汁、尤其是马铃薯果汁提取的蛋白也即产品含有很 低量的配糖生物碱。在这方面，本发明方法优于已知方法。分离的蛋白是可溶的。这使得 氢气起泡获得的产品很适于用于食品生产领域。
[0050] 通过起泡、尤其是用电化学产生的泡沫除去液体的植物蛋白能够用于纯化来自植 物产品处理过程的液体。
[0051] 在用于纯化含有有机物质和植物蛋白的液体比如工业用水、废水或植物果汁的过 程中，有利的是液体的有机物质含量通过泡沫处理得以降低而获得的去富集的液体用于进 一步纯化。去富集液体的进一步纯化例如通过阳极氧化进行。有利地，去富集液体在电解 池中用作电解质，尤其是阳极液。通过阴极氢发生起泡从含植物蛋白的液体提取植物蛋白 (阴极泡沫处理）和通过液体（例如来自吸附性气泡分离或来自泡沫处理的去富集液体） 有机组分的阳极氧化的纯化能够有利地在分开的电解池中平行地进行，或较不优选在未分 开的电解池中平行地进行。
[0052] 本发明的又一目的是方法，其中液体的阴极泡沫处理和通过直接或间接电化学氧 化另一液体（例如去富集液体）的纯化得以组合。
[0053] 直接电化学氧化是阳极氧化。间接电化学氧化是通过在阳极形成的氧化剂例如氧 化还原介导物来氧化。氧化还原介导物的使用需要分开的电解池。有利地，阳极是具有导 电金刚石的电极，例如BDD-包覆的电极。
[0054] 通过阴极泡沫处理和随后或平行的阳极氧化，含植物蛋白的液体的CSB和BSB值 能够得到强烈降低（CSB代表化学氧需求，BSB代表生物学氧需求）。
[0055] 分开的池一般用于纯化过程（组合过程）。优选，离子交换膜分隔电极室。 将适于氢发生的电极用作阴极。由具有高氧超电压的电极材料比如含SnO2、平滑钼 (spiegelglattes Platin)或导电金刚石如BDD的电极材料构成的电极优选用作阳极。优 选作为阳极的是导电底物（Nb,Ti,抗腐蚀金属或金属合金；金属基材）构成的电极，其形式 呈用硼掺杂的金刚石包覆的延展金属形式。所述过程使用例如流动池。在该情况中，将液 体例如新鲜马铃薯果汁加入阴极室（阴极液）和将去富集的液体（所用的阴极液）加入阳 极室。在各情况下，这能够通过从储库泵送完成。使用分开的池具有离子交换膜和〃零间隙 (zero-gap)"电极安排（在离子交换膜的两侧直接安排电极比如栅极电极）是很有利的。
[0056] 例如，石墨板充当阴极和包覆导电金刚石（例如BDD，硼掺杂金刚石）的电极充当 阳极。有利地，管紧密地安排在阴极室上（例如〇. 3m，0. 5m，Im或2m长），其中形成的泡沫 能够升起。在降低液体有机物质含量的方法（纯化液体的方法）中，其中液体加以阴极地 和阳极地处理，阴极液的泵速是例如5ml/分和阳极液的泵速是例如11/分。在循环阳极 液例如马铃薯果汁或阴极耗尽的马铃薯果汁充当阳极液的储库中，通常快速获得小于3的 pH。此处有机物质沉淀和溶液澄清。在阴极和阳极处理液体比如植物果汁的流动过程中， 有利地调节电解质的流速，从而阳极液在阳极室中的停留时间小于阴极液在阴极室中的停 留时间。很有利的是，阳极液在阳极室中的停留时间五至十倍、优选十倍地小于阴极液在阴 极室中的停留时间。 实施例
[0057] 1.间歇模式的电解池的蛋白质提取
[0058] 电解池含有用塑料网格作间隔物分开的具有阴极和阳极栅极电极的电极堆（距 离d = Imm)。阴极由不锈钢网构成，阳极是由包覆硼掺杂金刚石的铌构成的延展金属电极。 电解池容器在最简单的情况下是体积2. 5升的玻璃烧杯。单个电极的有效面积是120cm2。 电极堆由两个阳极和三个阴极交替构成。整个阴极表面是360cm 2。
[0059] 将1. 8升马铃薯果汁充入，用磁力搅拌器适度搅拌。间歇电解进行如下：在15°C 的初始温度和在10小时操作之后的22. 5°C的最终温度。恒定电流是3. 6A和平均池电压是 1.7V。pH值调节至pH 5并保持恒定。为了后处理，撇除在液体表面形成的蛋白质泡沫，在 旋转式蒸发仪减压干燥。获得4. 5g黄白色至淡黄色粉末，其通过凯氏氮测试几乎全部是蛋 白质。
[0060] 2.电极极性反转的电解
[0061] 使用简单电解池：玻璃烧杯（带刻度体积：800ml，高度：14cm，直径：11cm)作为电 解容器，和延展且载钼的钛金属的两个电极（高度：6cm，宽度：10cm)作为阴极和阳极。 [0062] 在该实施例中，气泡通过溶液的迁移距离仅仅取决于电极高度。在液体上方形成 泡沫的高度是3. 5cm。
[0063] 将含量1.2重量百分比（％W/w)蛋白质（根据凯氏测试）的马铃薯果汁用作电解 质。将该溶液用蠕动泵从储库（体积：5升）缓慢泵送入烧杯中，用相同泵除去，从而液体 表面保持在电极以上lcm。
[0064] 电极连接至可变的直流电源。电解在0. 9A恒定电流进行。初始池电压是I. 5V。 采用这些设置理论上需要83小时的电解时间。
[0065] pH调节至pH 5和保持恒定。
[0066] 在20小时操作之后，将电压增加250的百分比。原因是电极开始被阻隔（电极上 形成污染物层）。作为应对措施，现在每0.5小时反转电极2分钟。在3小时之后，电压降 至初始值的130百分比并在余下的操作时间期间保持恒定。在50小时的操作时间之后，将 直流电源从电极断开和测定（通过调整的凯氏测试）收集的泡沫的重量及其蛋白质含量。 在电解之前和在电解结束用凯氏测试分析电解质。
[0067] 在该实验中，发现6. 5的富集因子（在泡沫中的蛋白质含量与最初液体中的蛋白 质含量的比率），这意味着蛋白质在泡沫中浓缩6. 5倍。分析结果指出60百分比的初始液 体蛋白质随泡沫回收。
[0068] 3.具有上升泡沫通道的电解池
[0069] 电解池基本上由下述构成：轴（高度：100cm ;基部面积：0. 12cm宽度，5. 5cm深 度），其中放置固定在距离2cm的框架中的延展钛金属电极。延展金属阳极包覆有贵金属氧 化物的混合物。阴极未经包覆。电极面积分别是275cm 2。
[0070] 在用液体灌装电解池之后，保持约0. 5m长的自由通道，其中泡沫能够升起。通过 将电解质从电解池液体的上部区域泵送（蠕动泵）至下部区域实现电解质的混合。
[0071] 在操作期间泡沫升起，取决于其质地约3至IOcm超出容器边沿（轴上端），直至泡 沫在顶部破裂。该泡沫在收集槽中，在25-30°C减压干燥。
[0072] 将体积3. 4升的马铃薯果汁充入电解池。电极连接至整流器（Gleichrichter)。 2. 2A的恒定电流流过，相应于i = 8mA/cm2的电流密度。在4. 7小时电解时间之后，从收集 的泡沫如上文所述真空干燥获得I. 17g粉末，相应于88百分比的蛋白质含量（凯氏测试）。
[0073] 4.在分开的池中用氢气起泡
[0074] 采用电解池（封闭系统），其被阳离子交换膜分隔为阴极室和阳极室，并且配有钼 电极。阳极室填充稀乙酸。阴极室连接至充满PH 5马铃薯果汁的贮藏容器的底部出口。管 从电解池上部延展并且加以安排使得其中的泡沫运输能够从上方落入收集容器。循环液体 用蠕动泵从储库泵送入池下部。气泡移动通过液体（电极上的液体柱），通过与仅电极高度 相比更长的距离。形成的泡沫柱也比先前实施例中的更大。电极长度/液体柱长度/泡沫 柱长度的比率是约I :3. 3 :5。
[0075] 使用相同的钼电极和施加7. 7mA/cm2的电流密度。
[0076] 收集从管顶部浮出的泡沫，如上文所述加以分析。从泡沫制得的干燥物质具有92 百分比的蛋白质含量（凯氏测试）。
[0077] 比较实施例
[0078] 向玻璃量筒（高度：1m，直径：8cm)充入2. 5升马铃薯果汁。通过D3孔隙的釉料 滤器（Fritte)在容器底部喷射空气。这引起高50cm的液体柱和高50cm的泡沫柱。以气 体流速V = 30ml/min进料气体。与先前实验的结果相对，泡沫含有很大气泡且具有很低的 密度。在生产过程的技术条件下泡沫难以处理。干燥物质的含量很低。泡沫具有1.3的蛋 白质富集因子。
【权利要求】
1. 用于从含水液体富集、回收或除去植物蛋白的方法，其中在液体中产生氢气或含氢 气的气体混合物的气泡或电化学产生的气泡，形成含有溶解的植物蛋白的泡沫，并且从液 体分尚泡沫。
2. 根据权利要求1的方法，其中气泡在未分开的或分开的电解池中在液体中电化学地 产生。
3. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中气泡在至少一个含有钼、铱、钌、铱和钌、石 墨、导电碳材料或导电金刚石的电极上产生。
4. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中从分离自液体的泡沫回收液体产品或中间 体产品，其含有比初始液体中更高含量的植物蛋白。
5. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中使用装置，其至少包括管、管状结构、具有 入口和出口的中空体或者所形成的泡沫能够升起的区域，其中所述装置是电解池或具有气 泡产生机构的装置。
6. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中从所述液体产生不含植物蛋白的液体，随 后对其进行直接或间接电化学氧化。
7. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中在分开的电解池中在液体中阴极地产生气 泡以除去植物蛋白和阳极地产生不含植物蛋白的液体或者对含有有机物质的液体进行直 接或间接电化学氧化。
8. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中所用液体是来自植物、植物部分或植物产 品的处理的工业用水或废水或者所用液体是植物果汁或马铃薯果汁。
9. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中气泡在未分开的或分开的电解池中在液体 中电化学地产生，其中在阴极产生氢气和在阳极产生氧气或者阴极地产生氢气和阳极地氧 化氢气。
10. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中液体在气泡产生之初具有PH4至pH7的 pH值并且液体pH保持不变或有变化。
11. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中气泡通过电解电化学地产生并且电解操 作如下：连续地或不连续地、脉冲或至少一次反转电极极性。
12. 氢气或含氢气的气体混合物用于在含有植物蛋白的液体中产生泡沫的用途，用于 在从液体回收植物蛋白、用于纯化液体或用于通过泡沫处理从液体耗尽植物蛋白的方法 中。
13. 根据权利要求12的用途，其中氢气或含氢气的气体混合物在液体中电化学地产 生。
14. 根据权利要求12或13的用途，其中液体是植物果汁或马铃薯果汁。
【文档编号】A23J1/16GK104270956SQ201380022933
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2012年5月2日
【发明者】奥斯卡·利希纳, 托马斯·莱曼 申请人:奥斯卡·利希纳, 托马斯·莱曼