一种蛋白废水中的蛋白质回收的方法与流程

本发明属于生化分离领域，涉及一种蛋白废水中的蛋白质回收的方法。

背景技术：

高浓度蛋白废水大多采用传统的生物处理方法，但无论是好氧处理还是厌氧处理，都存在着污泥污染物和恶臭的产生、处理周期长、操作复杂等问题。特别是生物方法不仅不能有效地回收高蛋白废水中的蛋白质，而且还会产生二次污染物，造成资源浪费。因此，在处理高蛋白废水，许多研究人员尝试各种方法来回收蛋白质，如膜分离法、絮凝沉淀法和欧姆热处理法等。但存在膜污染、处理时间长及成本高等问题难以工业化应用。工业上应用最广泛的方法是等电沉淀法，因为它操作简单，节省时间，成本低，蛋白质回收相对纯净。在传统的等电沉淀过程中，存在着ph调节不准确、局部过酸化、引入盐二次污染和蛋白质回收率低等问题。

cn102659233a公开了一种富蛋白废水中蛋白质的去除方法，经过下列步骤：(1)将待处理的富蛋白废水所含蛋白质成分进行等电点分析，并依据分析结果按蛋白质等电点自大至小确定分组分级处理方案；(2)将步骤(1)中待处理的富蛋白废水预处理后转入反应釜；(3)向步骤(2)转入富蛋白废水的反应釜内充入挥发性弱酸气体作为酸性调节剂，在反应釜内该挥发性弱酸气体压力与废水ph值构成对应关系，调节富蛋白废水ph值达到分组分级中相对较大蛋白质等电点，并使该等电点处的蛋白质充分沉淀，得到蛋白质等电点相对较大的蛋白质沉淀和上清液；(4)将步骤(3)中所得到的蛋白质等电点相对较大的蛋白质沉淀和上清液进行固液分离，去除蛋白质等电点相对较大的蛋白质沉淀，然后将分离所得的上清液再次转入反应釜；(5)依次重复上述步骤(3)、(4)，继续向反应釜内充入挥发性弱酸气体，逐级降低溶液ph值，依次获得相应各级蛋白质沉淀和最终净化的上清液；(6)将所得的最终净化的上清液中的挥发性弱酸气体释放，回收。但是此方法优选的co2却存在ph值调节可控性较差的缺陷，无法实现多级等电沉淀，更为至关重要的是，co2为代表的挥发性弱酸气体所获得的ph值必须在保压情况下才能保持稳定，因此沉淀分离需要在高压下才能实现，不符合工业化大量废水快速、简便、低成本处理的需求。

cn106007107a公开了一种高浓度蛋白废水中蛋白质的回收方法，所述的方法是利用加压的氮气循环时所携带的乙酸实现高浓度蛋白废水中来调节ph变化，从而分级等电沉淀回收废水中的蛋白。但是此方法在蛋白回收过程中，存在回收成本高、处理装置复杂且全封闭(系统全程耐高压达10atm以上)、压缩氮气不易获得、氮气始终需要循环造成能耗过高等诸多问题，同样很难实现大规模的工业放大。

因此，如何开发一种操作简单、成本低、蛋白质的回收率高和利于工业化推广的回收高浓度蛋白废水的方法，对于实际的蛋白回收利用具有重要意义和价值。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种蛋白废水中的蛋白质回收的方法，以解决现有技术中存在的调酸能力有限、回收成本较高、工艺复杂不利于工业化的问题。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种蛋白废水中的蛋白质回收的方法，所述方法包括：使用空气携带挥发性酸通入蛋白废水中调节ph值至蛋白质等电点，沉淀回收，实现从蛋白废水中回收蛋白质。

本发明提供的回收方法，通过以空气携带挥发性酸作为调酸手段，通过空气的压力、携带温度、携带时间等使高蛋白浓度的废水ph值在较低压力下(不高于正常大气压2atm)即可调至各蛋白质的等电点，分别沉淀去除废水中不同等电点的蛋白质，提高了蛋白质的去除率，蛋白的总回收率可达到95％左右甚至更高。

目前，现有方法中主要是通过加压氮气的循环来实现乙酸的携带，原因是从分子间相互作用及热力学的角度上来看，加压氮气对于乙酸具有特定的高携带效率。但是使用加压氮气循环进行乙酸携带时，需要保持在携带釜和调酸釜均保持较高的压力下进行等电点的调节，对整套设备的耐压性要求较高，并且调酸能力有限，无法达到更低的ph值，技术成本较高。并且由于加压氮气循环携带乙酸的工艺设想存在，每次从调酸釜获得沉淀蛋白均需要释放氮气减压等系列操作，工艺操作复杂度较高。

此外，本发明所述空气在较低压力下(不高于正常大气压2atm)即可实现比加压循环氮气更高的挥发性酸携带效率，这是因为空气成分中除了含有78％的氮气成分以外，还含有氧气、二氧化碳等促进多种酸类物质在较低压力下挥发的成分，在常压下即可实现包括挥发性酸在内的多种挥发性气体的携带。从实际效果上看，空气可直接从大气中获取，使用的成本极低；改用空气后携酸釜操作压力出现了大幅降低(所保持的高于大气压的压力值主要目的在于对抗调酸釜的水压，保证气体顺利溢出)；改用空气后调酸釜直接采用常压操作即可，设备及操作成本大幅下降；整个反应过程精确易控制，可操作性强，无任何有害残留，生产安全性高。

优选地，空气携带挥发性酸通入蛋白质废水前，还包括等电点分析和去除固形物的步骤。

优选地，所述等电点分析为将蛋白废水中所含有的蛋白质成分进行等电点分析，然后依据分析结果按蛋白质等电点的大小确定所要调节的梯度ph值。

优选地，所述去除固形物为将蛋白废水中的固形物去除后，转入调酸釜中。

优选地，所述蛋白废水中的蛋白含量不少于7mg/ml。

优选地，所述空气存放于钢瓶中，所述挥发性酸置于携酸釜中，所述钢瓶依次与携酸釜、调酸釜连通。

优选地，所述携酸釜中的挥发性酸为纯挥发性酸或任意浓度的挥发性酸水溶液。

本发明所述挥发性酸可以是乙酸、丙酸、丁酸等等，一般优选为乙酸；也可以是乙酸的水溶液，任意浓度的丙酸水溶液等等。

本发明中的挥发性酸不限于乙酸，但考虑到乙酸在食品等多方面的安全性问题，仍优选使用乙酸，这可以使整个系统的ph调节精度更高，控制调酸釜中ph值的变化速度。例如，在5.5-7的高ph值酸化阶段，当调酸釜中ph值下降速度过快时，可在携酸釜中一定浓度的乙酸水溶液，将ph值下降的速度降低，更有利于提升沉淀的效率。

优选地，所述携酸釜的绝对压力为1-3atm，例如可以是1atm、1.01atm、1.05atm、1.1atm、1.5atm、1.8atm、2atm、2.2atm、2.5atm或3atm等，优选为1～2atm。

优选地，所述携酸釜的温度为10～70℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃等，优选为20～30℃。

优选地，所述调酸釜的压力为常压。

优选地，所述调酸釜与大气相通。

在本发明中，调酸釜为常压容器，可降低设备耐压的要求，并且扩大了调酸的范围，相比于使用氮气循环回收蛋白的方法，对于同浓度的蛋白废水ph值的调节下限最低可降低至3.0甚至更低，可更好的适用于不同等电点废水中蛋白的调节，并且流出的空气可直接排放于大气中，无污染，避免了加压循环流通的装置使用，更有利于工业化生产和应用。

优选地，所述调酸釜的温度为10～60℃；例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等，优选为20～30℃。

在本发明中，调酸釜在常温常压条件下，例如1atm，25℃条件下就可以调到蛋白等电点，可以减少系统供热需求，进一步节约了设备和操作成本。

优选地，调节ph值至蛋白质等电点后，停止通入携带挥发性酸的空气，使得蛋白质充分沉淀后，放空调酸釜压力进行固液分离，沉淀回收得到蛋白质，将分离得到的上清液再次转入调酸釜。其中通过关闭携酸釜和调酸釜间的阀门的方式停止通入空气。

其中得到的沉淀，直接分离回收；而得到的上清液则可进一步进行沉淀。

优选地，重复进行沉淀回收蛋白和分离上清液转入调酸釜的步骤，逐级降低ph值，直至获得各级蛋白质沉淀和净化的上清液。

在本发明中，所述重复进行沉淀回收蛋白和分离上清液转入调酸釜的步骤，实质上就是进行多级分级沉淀，按照等电点分析的结果，梯度调节ph值，梯度沉淀，精确沉淀，提升沉淀效率。

本发明所述钢瓶一般为稳压钢瓶。

优选地，所述方法包括如下步骤：

(1)将蛋白废水中所含有的蛋白质成分进行等电点分析，然后依据分析结果按蛋白质等电点的大小确定所要调节的梯度ph值，并将蛋白废水中的固形物去除后转入调酸釜中；

(2)在携酸釜中加入挥发性酸，打开携酸釜和调酸釜放空阀，同时关闭携酸釜和调酸釜间阀门，将空气通过稳压钢瓶或稳压气泵后通过携酸釜；

(3)关闭携酸釜和调酸釜的放空阀门，打开钢瓶，调节携酸釜的压力至1～3atm，携酸釜的温度为10～70℃，调酸釜与大气相通，调酸釜的温度为10～60℃；

其中，步骤(3)中优选通过逐步关闭携酸釜的放空阀门，同时逐步打开携酸釜和调酸釜间阀门方法，在绝对压力1-3atm范围内调节携酸釜的压力至调酸釜气体可以稳定溢出，携酸釜的温度为10～70℃，调酸釜与大气相通，调酸釜的温度为10～60℃；

(4)待携酸釜的压力恒定后，关闭携酸釜放空阀，将空气携带挥发性酸通入蛋白废水中，调节ph值至蛋白质等电点时，打开携酸釜放空阀，同时关闭携酸釜和调酸釜间阀门，停止通入空气，使得蛋白质充分沉淀，将沉淀和上清液进行固液分离，回收沉淀，将上清液再次转入调酸釜中；

(5)重复步骤(4)，逐级降低ph值，直至获得各级蛋白质沉淀和净化的上清液。

其中回收设备包括依次连接的稳压钢瓶(或稳压气泵)、携酸釜和调酸釜。钢瓶与携酸釜连接的管道上设置有阀门，携酸釜和调酸釜之间的管道上设置有阀门和气体流量计，并且携酸釜上可设置有放空阀、安全阀和压力表，调酸釜上设置有放空阀门。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以空气携带的挥发性酸作为酸性调节手段，通过空气的压力、携带温度、携带时间等使高蛋白浓度的废水ph值在较低压力下(不高于正常大气压2atm，保证调酸釜气体正常溢出即可)即可调至各蛋白质的等电点，分别沉淀去除废水中不同等电点的蛋白质，提高了蛋白质的去除率，蛋白的回收率可达到95％左右甚至更高。

(2)调酸釜为常压容器，降低设备对耐压的要求，且扩大了调酸的范围，相比于使用氮气循环回收蛋白的方法，对于同浓度的蛋白废水，ph调节下限最低可降到3.0甚至更低；同时采用挥发性酸水溶液等原料使系统在5.5-7的高ph范围内也能实现ph值的精确调节。可更好适用于不同等电点废水中蛋白的多级等电沉淀调节，更易于工业化实现和推广。

(3)空气直接从大气中获取，使用成本极低。整个反应过程精确易控，可操作性强，无任何有害残留，生产安全性高。

(4)本发明使用的挥发性酸作为一种饲料、食品领域允许添加的原料，使回收蛋白可以直接用于上述领域。同时由于分级等电沉淀同时还具有对蛋白成分的选择性分离效果，这将使所分离蛋白具有更高的产品附加值。

附图说明

图1是本发明从蛋白废水中回收蛋白质的装置示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明所提供的仅仅是一种回收蛋白质的装置示意图，其中挥发性酸以乙酸为例，但并不仅限于使用此酸；此外在实际进行回收时，装置可根据实际情况进行改动或连接，不仅仅限于该结构形式。

实施例1

本实施例通过以下方法从蛋白废水中回收蛋白质：

选取一种狭鳕鱼糜加工后产生的废水，该鱼糜废水初始ph值约为7.0左右，经蛋白质成分分析发现，该废水经离心预处理后蛋白质浓度为7.6mg/ml，等电点比较密集地集中在6.40、5.10和4.30附近内，依据该分析结果按蛋白质等电点自大至小确定分成三级。其中回收设备如图1所示。

一级等电沉淀，在携酸釜中加入乙酸，将空气通过压力缓冲钢瓶，向携酸釜中通入空气，携酸釜安全阀保持为绝对压力1.5atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，调酸釜ph值达到6.40±0.05。关闭两釜间连通阀，静置沉淀20min，然后将高浓度蛋白废水离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为5.1mg/ml。

然后对上述上清液进行二次调酸，实现二级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.5atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，调酸釜ph达到5.10±0.02附近。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清液，此时测得上清液中蛋白含量为3.4mg/ml。

然后对上述上清液进行三次调酸，实现三级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.5atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜常温常压，调酸釜ph值达到4.30±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为0.5mg/ml。经过三级等电沉淀，总蛋白回收率达到93.4％。

实施例2

本实施例通过以下方法从蛋白废水中回收蛋白质：

选取一种蓝鳕鱼糜加工后产生的废水，该鱼糜废水初始ph值约为7.2左右，经蛋白质成分分析发现，该废水经离心预处理后蛋白质浓度为7.1mg/ml，等电点比较密集地集中在6.45、5.20和3.25附近内，依据该分析结果按蛋白质等电点自大至小确定分成三级。

一级等电沉淀，在携酸釜中加入乙酸，将空气通过压力缓冲钢瓶，向携酸釜中通入空气，携酸釜安全阀保持为绝对压力1.2atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，调酸釜ph值达到6.45±0.05。调酸釜气体放空后，关闭两釜间连通阀，静置沉淀30min，然后将高浓度蛋白废水离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为5.5mg/ml。

然后对上述上清液进行二次调酸，实现二级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.2atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，通气时间1.8min时，调酸釜ph达到5.20±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清液，此时测得上清液中蛋白含量为3.52mg/ml。

然后对上述上清液进行三次调酸，实现三级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.2atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜常温常压，通气时间达到7.5min时，调酸釜ph值达到3.25±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为0.4mg/ml。经过三级等电沉淀，总蛋白回收率达到94.4％。

实施例3

本实施例通过以下方法从蛋白废水中回收蛋白质：

选取一种混合鱼糜加工后产生的废水，该鱼糜废水初始ph值约为7.2左右，经蛋白质成分分析发现，该废水经离心预处理后蛋白质浓度为8.9mg/ml，等电点比较密集地集中在6.40、5.15、4.30和3.25附近内，依据该分析结果按蛋白质等电点自大至小确定分成三级。

一级等电沉淀，在携酸釜中加入乙酸，将空气通过压力缓冲钢瓶，向携酸釜中通入空气，携酸釜安全阀保持为绝对压力1.3atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，调酸釜ph值达到6.40±0.05。调酸釜气体放空后，关闭两釜间连通阀，静置沉淀30min，然后将高浓度蛋白废水离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为5.8mg/ml。

然后对上述上清液进行二次调酸，实现二级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.3atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，通气时间1.8min时，调酸釜ph达到5.15±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清液，此时测得上清液中蛋白含量为3.8mg/ml。

然后对上述上清液进行三次调酸，实现三级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.3atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜常温常压，通气时间达到7.5min时，调酸釜ph值达到4.20±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为1.7mg/ml。

然后对上述上清液进行四次调酸，实现四级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.3atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜常温常压，通气时间达到7.5min时，调酸釜ph值达到3.25±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为0.3mg/ml。经过三级等电沉淀，总蛋白回收率达到96.6％。

实施例4

本实施例通过以下方法从蛋白废水中回收蛋白质：

选取一种淡水鱼糜加工后产生的废水，该鱼糜废水初始ph值约为7.5左右，经蛋白质成分分析发现，该废水经离心预处理后蛋白质浓度为9.1mg/ml，等电点比较密集地集中在6.25、5.00和3.85附近内，依据该分析结果按蛋白质等电点自大至小确定分成三级。

一级等电沉淀，在携酸釜中加入乙酸，将空气通过压力缓冲钢瓶，向携酸釜中通入空气，携酸釜安全阀保持为绝对压力1.2atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，通气时间为1.2min时，调酸釜ph值达到6.25±0.05。调酸釜气体放空后，静置沉淀30min，然后将高浓度蛋白废水离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为5.0mg/ml。

然后对上述上清液进行二次调酸，实现二级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.2atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜保持常温常压，通气时间1.5min时，调酸釜ph达到5.00±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清液，此时测得上清液中蛋白含量为2.88mg/ml。

然后对上述上清液进行三次调酸，实现三级等电沉淀。此时携酸釜安全阀保持为绝对压力1.2atm，携酸釜温度为25℃，调酸釜常温常压，通气时间达到7.1min时，调酸釜ph值达到3.85±0.02。调酸釜气体放空后，静置沉淀20min，然后将经二级等电沉淀后的蛋白废水再次离心，获得沉淀蛋白和上清，此时测得上清液中蛋白含量为0.5。经过三级等电沉淀，总蛋白回收率达到94.5％。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：本对比例使用压缩氮气通入携酸釜。

对比的结果可知：

1、在设备结构方面，实施例1所采用的设备更加简洁，无氮气循环往复结构，调酸过程操作方便，同时沉淀分离过程不再有释放氮气的减压需求。

2、从设备耐压性能来看，实施例1中调酸釜可为敞口设备，携酸釜也只需有3atm以内的耐压能力即可，而对比例需要携酸釜和调酸釜均具有30atm的耐压能力。

3、从操作灵活性和成本看，对比例仅限于使用乙酸，而本实施例则采用任意符合生产要求的挥发性酸均可。对比例中所采用的加压循环氮气在沉淀时有部分释放损失，循环回去的加压氮气也需要专有设备对其进行相应净化处理后再循环使用。实施例1空气中则直接从周围免费获取。因此，对比例整体操作成本明显比实施例1高。

4、从调酸精确度来看，实施例1不论在气体流通平稳度还是在携酸精确度方面，均有较精确的控制手段。无论在高ph值(5.5-7.0)范围，还是低ph值(3.0-5.5)范围，均可达到±0.05以内的调节精度，这也保障了实施例1在多级等电沉淀过程中的ph调节精度。而对比例中则未体现出调酸过程在ph值调节精度上所具有的精确程度，这与其较高的操作压力也有一定关系。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的蛋白废水中的蛋白质回收的方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。