本发明涉及一种滤脱黄浆水中蛋白质的方法，尤其的，涉及一种利用酶膜反应器，而进行超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，属于食品生物化学技术领域。
背景技术：
我国是传统豆制品生产大国，豆腐加工过程中，约35～50%的黄浆水在热豆浆凝固、制坯压榨过程中沥出，而大多数黄浆水仅经过简单处理就被排放到环境中，排量巨大，据统计：加工1kg大豆可产生2～5kg黄浆水，在造成环境污染的同时，也导致资源的浪费。黄浆水中含有多种活性成分，其中，最主要的大分子活性成分为大豆乳清蛋白，其含量高达6.5mg/g，而大豆乳清蛋白作为一类酸溶性混合蛋白，是黄浆水净化和利用过程中最难处理的成分。
超滤技术被认为是回收和脱除黄浆水蛋白的有效手段之一，但目前影响超滤技术广泛使用的原因是：黄浆水中的各类球蛋白分子尺寸大小不一，部分小尺寸的球蛋白易于堵塞超滤膜孔，长时间使用，易造成膜污染，导致膜通量急剧降低，而需要定期清洗超滤膜，这直接影响超滤的工作效率。专利文献CN101473887A（一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法，2009.07.08）公开：在超滤前对豆腐废水采用酶预处理，使小分子的大豆乳清蛋白在超滤前聚合形成多聚体，扩大其分子量，从而提高其蛋白回收率和膜通量，但该专利也存在一些不足之处：1）预处理的酶仅对单批次的反应有效，不能实现循环利用；2）酶反应完成后，为防止酶过度反应，需要高温灭酶，增加了处理工序，且不能进行酶的回收利用。
专利文献CN101724555A（一种利用连续型酶膜反应器制备的乳清蛋白降血压肽及其专用装置，2010.06.09）、专利文献CN103233054A（利用酶膜反应器连续制备蚕蛹蛋白抗氧化肽的方法，2013.08.07）、专利文献CN102212600A（一种利用酶膜反应器制备燕麦抗氧化肽的方法，2011年10月12日）以及专利文献CN102559812A（酶膜反应器连续糖化制备麦芽糖浆的方法，2012.07.11）均公开了将原料与对应特异性酶分别加入至酶膜反应器内反应得目标产物，但这不利于对酶、滤膜的回收利用；同时，以上的膜酶反应器中的酶都是分解酶，通过分解酶的分解作用将作用底物（比如：蛋白、淀粉等）分解为小分子物质(比如：肽或寡糖等)，然后使得小分子的肽或寡糖进入滤液中，而被排出。
技术实现要素：
本发明旨在解决现有技术问题，而提出了一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，依靠酶膜反应器而提高超滤回收豆腐黄浆水中蛋白质的效率和质量，并有效提高酶膜循环利用率，同时，减少资源浪费，减少排量，保证环境友好。
为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
1.一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，包括如下步骤：
A．原料预处理
粗过滤：收集豆腐及制品加工过程中产生的黄浆水，采用板框式过滤机进行粗滤，脱除其中尺寸较大的微粒和胶束，得粗滤液，备用；
调pH：将所得粗滤液加热至80～90℃，保持20～30min，然后冷却至40～50℃，用酸调pH值至5～6，得预处理液，备用；
B．超滤酶膜的制备
将膜放入混合液Ⅰ中，在室温下浸泡2～3h，然后用蒸馏水清洗1～2次，得膜Ⅰ；所述混合液Ⅰ包括8～9%甲基丙烯酸、2～3‰过硫酸钾和1～2‰焦亚硫酸钾；
将所得的膜Ⅰ再放入混合液Ⅱ中，在4℃条件下浸泡1.5～2h，然后用蒸馏水清洗1～2次，得膜Ⅱ；所述混合液Ⅱ包括0.8～1.2% N-羟基丁二酰亚胺、0.8～1.2%1-（3-二甲基丙基）-3-乙基碳碳二亚胺盐酸盐和0.8～1.2‰2-（N-马啉基）乙磺酸；
将所得的膜Ⅱ放入混合液Ⅲ中，在室温下浸泡15～20h，然后用磷酸盐缓冲溶液清洗2～3次，得超滤酶膜；所述混合液Ⅲ为含酶的磷酸盐混合溶液；
C．酶膜反应器处理
将步骤B所得超滤酶膜放于反应器内，构成酶膜反应器；然后，将步骤A所得预处理液加入至酶膜反应器中，在40～50℃恒温条件下，保持30～40min，进行超滤脱黄浆水中蛋白质处理，得滤液Ⅲ，即为黄浆水纯化液。
优选的，在步骤A中，所述酸为浓度0.1mol/L的盐酸。
优选的，在步骤B中，所述膜截留分子量为5KD～10KD，包括聚醚砜膜。
优选的，在步骤B中，所述酶为转谷氨酰胺酶或辣根酶。
优选的，在步骤B混合液Ⅲ中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶。
优选的，在步骤B中，所述混合液Ⅲ为pH值为4～6的含酶磷酸盐混合溶液，其中，混合液Ⅲ包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
优选的，在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为4～6，该pH值有效保证酶活性，进而提高超滤脱效率和质量。
优选的，所述磷酸盐缓冲溶液制备方法为：向0.2mol/L的磷酸二氢钠溶液中添加0.1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH值为4～6。
优选的，所述酶膜反应器处理结束后，用磷酸盐缓冲溶液对超滤酶膜反复清洗，然后将超滤酶膜保存在磷酸盐缓冲溶液中。
优选的，在酶膜反应器使用前，将保存在磷酸盐缓冲溶液中的超滤酶膜取出，在40～50℃条件下浸泡20～30min，以恢复酶的活力，便于循环使用。转谷氨酰胺酶反应前置于酶最适的条件下，有利于恢复酶的活力，使酶在工作之前就达到最佳状态，酶在工作后，会经历一段适应过程，影响催化效率。
采用本技术方案，带来的有益技术效果为：
1）在本发明中，依靠酶膜反应器提高超滤回收豆腐黄浆水中蛋白质的效率和质量，并有效提高酶膜循环利用率，同时，减少资源浪费，减少排量，保证环境友好；
2）在本发明中，在超滤酶膜的制备中，将酶固定于膜上，酶可随着超滤膜进行多次使用，提高了酶的使用效率。膜作为酶的固定化载体，可以使酶在类似生物膜的环境中高效发挥作用，且反应产物及时从反应区域移出，消除了不利动力学和热力学，可实现对流传质代替自由扩散，强化了传质速率，提高了反应速率，并实现超滤脱黄浆水中蛋白质工艺连续化、自动控制化。在固定化酶膜反应器中，酶被束缚在膜上，其装填密度高，反应器稳定性和生产力大，产品纯度和质量高，废物生成量少；
3）在进入酶膜反应器前，只需预处理黄浆水样品（包括粗过滤，调pH），不必单独进行酶反应操作，而在酶膜反应器中同时完成酶反应和超滤脱两道工序，也不需要高温灭酶处理，相比于现有成熟技术CN101473887A，简化工序，节约成本，极大的提高生产效率；
4）现有专利CN101473887A中酶反应是在反应器中随机形成大分子蛋白质聚合物，而本发明是定向地在酶膜上进行酶反应，有利于形成大分子的胶状滤饼层，而滤饼层在超滤过程中发挥重要的作用，可显著提高膜通量和蛋白质回收率；
5）在本发明中，磷酸盐缓冲溶液pH为4～6，该pH值的设置有效保证酶活性，进而提高超滤脱效率和质量。
6）在本发明步骤A中，由于黄浆水中的蛋白质多为球蛋白，而酶的催化位点相对较少，通过将所得粗滤液加热至80～90℃，并保持20～30min，使得黄浆水蛋白变性，球状结构变为线状结构，暴露更多的催化位点，促进酶的交联作用，有效增加后序的超滤脱效率和质量。而后冷却至40～50℃，该温度为酶的最适反应温度。
步骤B中，通过成熟的化学法进行膜上固酶，即酶通过化学键的方式固定在膜上，得到稳定、设计合理的膜酶反应器，有效提高黄浆水的纯化处理效率。
步骤C中，在40～50℃恒温条件下，膜酶反应器进行黄浆水的纯化处理，由于该温度为酶的最适反应温度，有效增加膜酶反应器的滤脱质量，提高黄浆水的纯化度。保持30～40min，使得酶作用于黄浆水中的底物蛋白质，并发挥最大的催化作用，形成有效的虑饼层；
7）在本发明中，选用膜为聚醚砜膜，聚醚砜膜相比于其他材料的超滤膜物理、化学性能稳定，有很好的相容性；并且，其孔隙率高、纳污量大、可反冲和高温消毒；耐压性好；除此之外，通过本技术方案中的膜处理过程，有利于转谷氨酰胺酶通过化学键的方式结合在聚醚砜膜上；
8）在本发明中，选用转谷氨酰胺酶或辣根酶，为高效催化黄浆水蛋白交联的酶。其中，转谷氨酰胺酶的反应温度较温和，几乎不需要较大范围的改变催化条件，其安全级别较高。同时，在酶催化的过程中不需要引入其他的辅助物质，转谷氨酰胺酶在聚醚砜膜上结合效率高，稳固性好。
而本发明涉及的膜酶反应器的目的是纯化黄浆水，通过转谷氨酰胺酶的催化作用，使得蛋白质底物进一步交联形成更大的分子结构，而不同于现有技术中的分解作用，所形成的大分子结构有效地避免了蛋白质分子堵塞膜孔，另外还有利于形成孔径较大的滤饼层，有利于提高膜的分离效率；
9）在本发明中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶，该浓度的限定，在保证黄浆水纯化效率的同时，有效节约酶的使用量，降低成本，而又发挥酶最大的催化效率。
附图说明
图1为本发明反应工艺流程图。
具体实施方式
下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例（实施例中所述的百分比，均为质量百分比）。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在酶膜反应器处理后，对黄浆水纯化液进行检测，检测指标：设置黄浆水中蛋白质回收率为A，膜通透量为B。
（1），其中，CR为浓缩黄浆水（经超滤脱而未通过超滤膜的预留部分，为含有大量大分子的浓缩黄浆水）中蛋白质浓度，VR为浓缩黄浆水（经超滤脱而未通过超滤膜的预留部分，为含有大量大分子的浓缩黄浆水）中蛋白质体积，CF为预处理前的初始进料黄浆水中蛋白质浓度，VF为预处理前的初始进料黄浆水中蛋白质体积，A值反应超滤膜截留黄浆水中蛋白质的情况，A值越高，说明截留效果越好，黄浆水中蛋白质脱除率越高，黄浆水纯化液纯化效果好；浓缩黄浆水中蛋白质浓度的检测方法为福林酚法，浓缩黄浆水体积和初始进料黄浆水中蛋白质体积均采用量筒测定。
（2）B=V/t，其中V为黄浆水纯化液的体积，t为超滤的时间。设置t为1小时，B值越高说明膜通透量速率越快，黄浆水纯化液的体积直接采用量筒测定。
实施例1
一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，包括如下步骤：
A．原料预处理
粗过滤：收集豆腐及制品加工过程中产生的黄浆水，采用板框式过滤机过滤，得粗滤液，备用；
调pH：将所得粗滤液加热至80℃，保持20min，然后冷却至40℃，用酸调pH值至5，得预处理液，备用；
B．超滤酶膜的制备
将膜放入混合液Ⅰ中，在室温下浸泡2h，然后用蒸馏水清洗1次，得膜Ⅰ；所述混合液Ⅰ包括8%甲基丙烯酸、2‰过硫酸钾和1‰焦亚硫酸钾；
将所得的膜Ⅰ再放入混合液Ⅱ中，在4℃条件下浸泡1.5h，然后用蒸馏水清洗1次，得膜Ⅱ；所述混合液Ⅱ包括0.8% N-羟基丁二酰亚胺、0.8%1-（3-二甲基丙基）-3-乙基碳碳二亚胺盐酸盐和0.8‰2-（N-马啉基）乙磺酸；
将所得的膜Ⅱ放入混合液Ⅲ中，在室温下浸泡15h，然后用磷酸盐缓冲溶液清洗2次，得超滤酶膜；所述混合液Ⅲ为含酶的磷酸盐混合溶液；
C．酶膜反应器处理
将步骤B所得超滤酶膜放于反应器内，构成酶膜反应器；然后，将步骤A所得预处理液加入至酶膜反应器中，在40℃恒温条件下，保持30min，进行超滤脱黄浆水中蛋白质处理，得滤液Ⅲ，即为黄浆水纯化液。
实施例2
一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，包括如下步骤：
A．原料预处理
粗过滤：收集豆腐及制品加工过程中产生的黄浆水，采用板框式过滤机过滤，得粗滤液，备用；
调pH：将所得粗滤液加热至82℃，保持23min，然后冷却至44℃，用酸调pH值至5.2，得预处理液，备用；
B．超滤酶膜的制备
将膜放入混合液Ⅰ中，在室温下浸泡2.4h，然后用蒸馏水清洗1次，得膜Ⅰ；所述混合液Ⅰ包括8.3%甲基丙烯酸、2.2‰过硫酸钾和1.4‰焦亚硫酸钾；
将所得的膜Ⅰ再放入混合液Ⅱ中，在4℃条件下浸泡1.7h，然后用蒸馏水清洗1次，得膜Ⅱ；所述混合液Ⅱ包括0.9% N-羟基丁二酰亚胺、0.9%1-（3-二甲基丙基）-3-乙基碳碳二亚胺盐酸盐和0.9‰2-（N-马啉基）乙磺酸；
将所得的膜Ⅱ放入混合液Ⅲ中，在室温下浸泡17h，然后用磷酸盐缓冲溶液清洗2次，得超滤酶膜；所述混合液Ⅲ为含酶的磷酸盐混合溶液；
C．酶膜反应器处理
将步骤B所得超滤酶膜放于反应器内，构成酶膜反应器；然后，将步骤A所得预处理液加入至酶膜反应器中，在45℃恒温条件下，保持33min，进行超滤脱黄浆水中蛋白质处理，得滤液Ⅲ，即为黄浆水纯化液。
实施例3
一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，包括如下步骤：
A．原料预处理
粗过滤：收集豆腐及制品加工过程中产生的黄浆水，采用板框式过滤机过滤，得粗滤液，备用；
调pH：将所得粗滤液加热至85℃，保持25min，然后冷却至45℃，用酸调pH值至5.5，得预处理液，备用；
B．超滤酶膜的制备
将膜放入混合液Ⅰ中，在室温下浸泡2.5h，然后用蒸馏水清洗2次，得膜Ⅰ；所述混合液Ⅰ包括8.5%甲基丙烯酸、2.5‰过硫酸钾和1.5‰焦亚硫酸钾；
将所得的膜Ⅰ再放入混合液Ⅱ中，在4℃条件下浸泡1.7h，然后用蒸馏水清洗2次，得膜Ⅱ；所述混合液Ⅱ包括1.0% N-羟基丁二酰亚胺、1.0%1-（3-二甲基丙基）-3-乙基碳碳二亚胺盐酸盐和1.0‰2-（N-马啉基）乙磺酸；
将所得的膜Ⅱ放入混合液Ⅲ中，在室温下浸泡18h，然后用磷酸盐缓冲溶液清洗3次，得超滤酶膜；所述混合液Ⅲ为含酶的磷酸盐混合溶液；
C．酶膜反应器处理
将步骤B所得超滤酶膜放于反应器内，构成酶膜反应器；然后，将步骤A所得预处理液加入至酶膜反应器中，在45℃恒温条件下，保持35min，进行超滤脱黄浆水中蛋白质处理，得滤液Ⅲ，即为黄浆水纯化液。
实施例4
一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，包括如下步骤：
A．原料预处理
粗过滤：收集豆腐及制品加工过程中产生的黄浆水，采用板框式过滤机过滤，得粗滤液，备用；
调pH：将所得粗滤液加热至88℃，保持27min，然后冷却至49℃，用酸调pH值至5.8，得预处理液，备用；
B．超滤酶膜的制备
将膜放入混合液Ⅰ中，在室温下浸泡2.9h，然后用蒸馏水清洗2次，得膜Ⅰ；所述混合液Ⅰ包括8.7%甲基丙烯酸、2.9‰过硫酸钾和1.5‰焦亚硫酸钾；
将所得的膜Ⅰ再放入混合液Ⅱ中，在4℃条件下浸泡1.9h，然后用蒸馏水清洗2次，得膜Ⅱ；所述混合液Ⅱ包括1.1% N-羟基丁二酰亚胺、1.0%1-（3-二甲基丙基）-3-乙基碳碳二亚胺盐酸盐和1.2‰2-（N-马啉基）乙磺酸；
将所得的膜Ⅱ放入混合液Ⅲ中，在室温下浸泡19h，然后用磷酸盐缓冲溶液清洗3次，得超滤酶膜；所述混合液Ⅲ为含酶的磷酸盐混合溶液；
C．酶膜反应器处理
将步骤B所得超滤酶膜放于反应器内，构成酶膜反应器；然后，将步骤A所得预处理液加入至酶膜反应器中，在49℃恒温条件下，保持38min，进行超滤脱黄浆水中蛋白质处理，得滤液Ⅲ，即为黄浆水纯化液。
实施例5
一种利用酶膜反应器超滤脱黄浆水中蛋白质的方法，包括如下步骤：
A．原料预处理
粗过滤：收集豆腐及制品加工过程中产生的黄浆水，采用板框式过滤机过滤，得粗滤液，备用；
调pH：将所得粗滤液加热至90℃，保持30min，然后冷却至50℃，用酸调pH值至6，得预处理液，备用；
B．超滤酶膜的制备
将膜放入混合液Ⅰ中，在室温下浸泡3h，然后用蒸馏水清洗2次，得膜Ⅰ；所述混合液Ⅰ包括9%甲基丙烯酸、3‰过硫酸钾和2‰焦亚硫酸钾；
将所得的膜Ⅰ再放入混合液Ⅱ中，在4℃条件下浸泡2h，然后用蒸馏水清洗2次，得膜Ⅱ；所述混合液Ⅱ包括1.2% N-羟基丁二酰亚胺、1.2%1-（3-二甲基丙基）-3-乙基碳碳二亚胺盐酸盐和1.2‰2-（N-马啉基）乙磺酸；
将所得的膜Ⅱ放入混合液Ⅲ中，在室温下浸泡20h，然后用磷酸盐缓冲溶液清洗3次，得超滤酶膜；所述混合液Ⅲ为含酶的磷酸盐混合溶液；
C．酶膜反应器处理
将步骤B所得超滤酶膜放于反应器内，构成酶膜反应器；然后，将步骤A所得预处理液加入至酶膜反应器中，在50℃恒温条件下，保持40min，进行超滤脱黄浆水中蛋白质处理，得滤液Ⅲ，即为黄浆水纯化液。
实施例6
在实施例1-5的基础上：
在步骤A中，所述酸为浓度0.1mol/L的盐酸。
在步骤B中，所述膜为聚醚砜膜。
在步骤B中，所述混合液Ⅲ是pH为4.5的含酶磷酸盐混合溶液，其中，包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为4.5。
实施例7
在实施例1-5的基础上：
在步骤B中，所述膜为聚醚砜膜。
在步骤B混合液Ⅲ中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶。
在步骤B中，所述混合液Ⅲ是pH为4.8的含酶磷酸盐混合溶液，其中，包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为4.8。
实施例8
在实施例1-5的基础上：
在步骤A中，所述酸为浓度0.1mol/L的盐酸。
在步骤B中，所述膜为聚醚砜膜。
在步骤B中，所述酶为转谷氨酰胺酶。
在步骤B混合液Ⅲ中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶。
在步骤B中，所述混合液Ⅲ是pH为5.6的含酶磷酸盐混合溶液，其中，包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为5.6。
实施例9
在实施例1-5的基础上：
在步骤A中，所述酸为浓度0.1mol/L的盐酸。
在步骤B中，所述膜为聚醚砜膜。
在步骤B中，所述酶为辣根酶。
在步骤B混合液Ⅲ中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶。
在步骤B中，所述混合液Ⅲ是pH为5的含酶磷酸盐混合溶液，其中，包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为5。
所述磷酸盐缓冲溶液制备方法为：向0.2mol/L的磷酸二氢钠溶液中添加0.1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH值为5。
所述酶膜反应器处理结束后，用磷酸盐缓冲溶液对超滤酶膜反复清洗，然后将超滤酶膜保存在磷酸盐缓冲溶液中。
在酶膜反应器使用前，将保存在磷酸盐缓冲溶液中的超滤酶膜取出，在45℃条件下浸泡25min。
实施例10
在实施例1-5的基础上：
在步骤A中，所述酸为浓度0.1mol/L的盐酸。
在步骤B中，所述膜包括聚醚砜膜。
在步骤B中，所述酶为辣根酶。
在步骤B混合液Ⅲ中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶。
在步骤B中，所述混合液Ⅲ是pH值为4的含酶磷酸盐混合溶液，其中，混合液Ⅲ包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为4。
所述磷酸盐缓冲溶液制备方法为：向0.2mol/L的磷酸二氢钠溶液中添加0.1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH值为4。
所述酶膜反应器处理结束后，用磷酸盐缓冲溶液对超滤酶膜反复清洗，然后将超滤酶膜保存在磷酸盐缓冲溶液中。
在酶膜反应器使用前，将保存在磷酸盐缓冲溶液中的超滤酶膜取出，在40℃条件下浸泡20min。
实施例11
在实施例1-5的基础上：
在步骤A中，所述酸为浓度0.1mol/L的盐酸。
在步骤B中，所述膜包括聚醚砜膜。
在步骤B中，所述酶为转谷氨酰胺酶。
在步骤B混合液Ⅲ中，每毫升磷酸盐混合溶液中含有15U酶。
在步骤B中，所述混合液Ⅲ是pH值为6的含酶磷酸盐混合溶液，其中，混合液Ⅲ包括磷酸二氢钠、氢氧化钠及酶。
在步骤B中，所述磷酸盐缓冲溶液pH为6。
所述磷酸盐缓冲溶液制备方法为：向0.2mol/L的磷酸二氢钠溶液中添加0.1mol/L的氢氧化钠溶液，直至pH值为6。
所述酶膜反应器处理结束后，用磷酸盐缓冲溶液对超滤酶膜反复清洗，然后将超滤酶膜保存在磷酸盐缓冲溶液中。
在酶膜反应器使用前，将保存在磷酸盐缓冲溶液中的超滤酶膜取出，在50℃条件下浸泡30min。
实施例12
在实施例1-11的基础上，进行如下操作：
超滤方法：采用平板膜为基础的死端过滤；跨膜压为：0.2MPa；膜截留分子量为：30 kDa；超滤膜面积16cm2；超滤时间1小时，样品处理量100mL3。
对比例：采用专利文献CN101473887A（一种膜分离回收豆腐黄浆水中蛋白质的方法，2009.07.08）中方法。
经检测，得出如下表结果：