一种蛋白质的生产方法、系统和产品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体废弃物资源化技术领域，涉及一种从有机固体废弃物中生产蛋白质的方法、所用到的生产系统以及得到的相应蛋白质产品。
【背景技术】
[0002]固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃圾”。根据其性质，固体废弃物可分为有机物和无机物，即有机固体废弃物和无机固体废弃物，其中，有机固体废弃物含水率高，同时富含易被生物降解的蛋白质、多糖等有机物，因此，易腐败变质，污染环境。目前，有机固体废弃物的处理方法主要有产沼气、堆肥、热解、焚烧、填埋、海洋倾倒等。针对富含蛋白质的有机固体废弃物，采用物理、化学和生物的方法使其蛋白质释出进入溶液进而回收，可在实现废弃物资源化的同时，实现废弃物的无害化、减量化和稳定化，符合可持续的发展理念，具有良好的应用前景。
[0003]所述物理法主要有热解、超声和高压爆破，化学法主要有碱法、酸法，生物法主要有酶法，也有采用碱与超声、酶与超声联合处理的报道。上述方法可不同程度的促进蛋白质释出，进而实现废弃物资源化，但存在处理时间较长、处理效果不佳、能耗高、对设备的要求较高、成本高、产生二次污染和实用性差等问题。
[0004]蛋白质是由103到113个氨基酸组成的一条肽链，肽链折叠成特定空间构象成为具有相应活性和生物学功能的蛋白质，相对分子量约为12000?13000Da。强酸、强碱、高温、剧烈搅拌、超声及酶等均可使蛋白质降解为多肽、氨基酸甚至挥发性脂肪酸(VFAs)和氨氮，或结构丢失变性，失去原有功能。此外，当体系中存在单糖、双糖等还原糖时，可与蛋白质发生非酶褐变反应，即美拉德反应，生成棕色甚至黑色的大分子物质，称为类黑精或拟黑素。
[0005]因此，前述蛋白质释出方法均存在使目标蛋白质分解的风险，最终获得的是否是蛋白质、其组成和性质如何，是否满足使用要求，已有研究报道中均未提及。同时，已有从废弃物中提取蛋白质的报道中，大多是对蛋白质溶出液进行不同程度地浓缩，能耗高，且几乎没有后续纯化过程，所得蛋白质产品中含有大量伴随蛋白质释出而溶解的物质，包括糖类、重金属等，不仅影响蛋白质的使用功能，也存在一定的安全隐患。
【发明内容】
[0006]本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有从有机固体废弃物中提取蛋白质存在的问题，提出了本发明。
[0008]因此，本发明其中的一个目的是克服现有技术存在的不足，提供一种从有机固体废弃物生产蛋白质产品的方法，该方法高效、实用、低成本且无安全隐患，可高效实现有机固体废弃物的资源化利用。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:一种蛋白质的生产方法，其包括，将有机固体废弃物加水调节为10?100g/L的混合液;将所述混合液水解，添加质量百分比0.5 %?5 %的酶，酶解I?3h，然后将混合液加热至55?100°C，调节pH值至10?13，热碱水解I?3h，破胞使微生物蛋白质溶出得到第一蛋白质溶出液;将所述第一蛋白质溶出液进行固液分离，得到第一清液和残渣;将所述第一清液沉淀，得到蛋白质产品和第二清液。
[0010]作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中:还包括，将所述第二清液与所述残渣混合，然后一同返回水解，得到第二蛋白质溶出液后与所述第一蛋白质溶出液合并，再次进行固液分离，得到第三清液，最后将所述第三清液沉淀，循环利用得到蛋白质广品。
[0011]作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中:所述酶为木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶或糖甘酶组成的复合酶，其以质量百分比1:0.5?12复合。
[0012]作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中:所述酶为α-葡萄糖苷酶。
[0013]作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中:所述沉淀，调节所述第一清液pH值为3.5，且降温至4°C?15°C进行等电点沉淀。
[0014]作为本发明所述的蛋白质的生产方法的一种优选方案，其中:还包括，将部分所述第二清液与所述残渣混合，然后一同返回水解，得到第二蛋白质溶出液后与所述第一蛋白质溶出液合并，再次进行固液分离，得到第三清液，最后将所述第三清液沉淀，循环利用得到蛋白质产品;将余下所述第二清液进入沼气发酵装置，回收甲烷能源。
[0015]本发明的另一个目的是提供一种蛋白质生产系统，构成该系统的各个装置大多为本领域内相对成熟的设备，其结构简单，无需耐高温高压，固定投资少。
[0016]为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:一种蛋白质的生产系统，其包括，储存装置，所述储存装置与水解装置相连接;水解装置，包括反应设备和配药设备，所述反应设备与分离装置相连接;分离装置，所述分离装置与提取装置相连接；以及，提取装置，包括蛋白质提取设备和蛋白质收集设备，收集得到蛋白质产品。
[0017]作为本发明所述的蛋白质的生产系统的一种优选方案，其中:所述反应设备与分离装置之间设置有热交换装置，所述热交换装置一方面对所述反应设备中得到的蛋白质溶出液降温，另一方面与所述储存装置相连接，将热交换产生的热水用于与有机固体废弃物的混合。
[0018]作为本发明所述的蛋白质的生产系统的一种优选方案，其中:所述蛋白质提取设备与储水装置相连接，所述储水装置与所述水解装置的反应设备相连接。
[0019]作为本发明所述的蛋白质的生产系统的一种优选方案，其中:所述储存装置和所述分离装置皆与废气收集装置相连接，所述废气收集装置与废气处理装置相连接，对生产过程中的废气进行收集处理。
[0020]本发明的再一个目的是提供一种从有机固体废弃物中提取的蛋白质产品。
[0021]为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:所述蛋白质产品中，含有质量百分比至少40%的粗蛋白质，低于25mg/kg的铅，低于50mg/kg的络。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]1、本发明的蛋白质生产方法，是将有机固体废弃物进行两阶段水解，通过温和酶解过程，初步破坏细胞壁，有效缩短后续热碱水解的时间和降低碱解温度，不仅缓解设备腐蚀问题，降低了长时间高温水解带来的能耗和高成本，同时也可防止溶出蛋白质的分解，以及多糖高温水解生成还原糖进而引发美拉德反应，保证产品质量，工艺简单，管理方便，易实现。
[0024]2、本发明的蛋白质生产系统所采用的装置大多是行业内相对成熟的设备，其结构简单，无需耐高温高压，固定投资少。
[0025]3、本发明所得蛋白质产品质量高，同时，通过调整第二段热碱水解的条件，使粗蛋白质继续水解为分子量分布和氨基酸含量均不同的系列蛋白质产品，满足不同应用领域的使用需求。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0027]图1为本发明一个实施方式中所述蛋白质的生产系统的结构示意图。
[0028]图2为本发明另一个实施方式中所述蛋白质的生产系统的结构示意图。
[0029]图3为有机固体废弃物含水量对蛋白质回收率以及对蛋白质产品的纯度影响示意图。
[0030]图4为污泥热碱水解过程中VFAs浓度随水解温度的变化情况示意图。
[0031 ]图5为污泥热碱水解过程中VFAs浓度随水解时间的变化情况示意图。
[0032]图6为污泥热碱水解过程中UV254随水解温度的变化情况示意图。
[0033]图7为污泥热碱水解过程中UV254随水解时间的变化情况示意图。
图8为蛋白质回收率随等电点沉淀温度的变化情况示意图。
图9为不同种类的酶对蛋白质溶出率的影响示意图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0035]在下