甘蔗糖蜜酒精废液浓缩液提取蛋白质的研究

    本文研究了从糖蜜酒精废液浓缩液回收蛋白质的方法，旨在实现废液的资源化利用。通过有机溶剂沉淀和等电点沉淀法提取蛋白质，试验结果表明：在乙醇浓度80%，乙醇用量40mL／20g，浸取温度50℃，提取时间60min，pH4.0的条件下，分离的蛋白质得率为30.38%，蛋白质含量为75.3%。所得蛋白质的各项理化指标均达到国家饲料卫生标准，有良好的开发前景。欢迎有实力的公司开发应用糖蜜及其关联产品为原料的新产品，广西糖蜜网可以和贵公司合作，为您的成品提供销售渠道的服务。
    关键词：糖蜜酒精废液；蛋白质；提取；浓缩
    糖蜜酒精废液中含有大量的有机物，其中有机质约占70%，灰分约占30%，还含有SO42-、Cl-、有机酸和丰富的蛋白质、多糖、氨基酸、维生素B1、B2、B6、B12、柠檬酸、酒石酸、醋酸、磷脂果胶以及高级醇（如三元醇、四元醇）、微量元素、农肥成分N、P、K等，属于高色度、高浓度、高粘度的酸性有机废水。国内外主要采用固形物分离等方法将这些物质加以分离，主要有三大类，即物化法、化学法、生物法等。废液中的有机物为各种途径的资源化提供了丰富的物质基础。利用酒精废液浓缩液提取饲料工业用蛋白源和微量元素，对于实现废液的资源化利用，治理高浓度有机废液的污染，有着重要的意义；同时，又开发了蛋白饲料资源，可创造最大的经济效益和社会效益。

　　乙醇萃取技术提取蛋白质：与水互溶的有机溶剂（如甲醇、乙醇和丙酮等）能引起蛋白质脱去水化层以及降低介电常数而增加带电质点间的相互作用，致使蛋白质在水中的溶解度显著降低，促进蛋白质分子的聚集和沉淀。蛋白质的溶出率和浸提效果主要受乙醇浓度、乙醇用量、浸提温度、提取时间等因素的影响。按A乙醇浓度、B乙醇用量、C浸取温度、D提取时间4个因素进行单因素实验。
    A乙醇浓度：取20g废液，离心分离后取上清液，分别用50、60、70、80、90、100%的乙醇溶液室温萃取1h，离心后取沉淀，烘干，称重以作比较。B乙醇用量：取20g废液，离心分离后取上清液，分别用10、20、30、40、50、60mL的80%乙醇溶液室温浸取1h，离心后取沉淀，烘干，称重以作比较。C浸取温度：取20g废液，离心分离后取上清液，按上述得出的最优乙醇浓度、乙醇用量，分别选择20、30、40、50、60℃进行萃取分离试验。D提取时间：取20g废液，离心分离后取上清液，按上述得出的最优乙醇浓度、乙醇用量和浸取温度，进行萃取时间与不溶性固形物的关系实验。
    在T=15、30、60、90、120、150、180min的条件下，判断萃取时间对不溶性固形物得率的影响。等电点萃取技术提取蛋白质：蛋白质是带有正电荷和负电荷基团的两性电解质，蛋白质分子的电荷性质和数量则因pH不同而变化。蛋白质处于等电点时，其净电荷为零，由于相邻蛋白质分子之间没有静电斥力而趋于聚集沉淀。因此利用蛋白质在等电点处溶解度最低的原理，可以把蛋白质混合物沉淀出来。等电点沉淀和pH控制：取20g废液，离心分离后取下层沉淀，加入一定量0.5M的氢氧化钠溶液，搅拌，使蛋白质充分溶解。离心后取上清液，加入1M盐酸溶液，调节pH值为3.5、4、4.5、5、6，使蛋白质在等电点处充分沉淀，离心除去上清液，沉淀烘干，称重以作比较。
　　2）分析检测的方法
　　蛋白质含量：微量凯氏定氮法，
　　氨基酸含量：饲料中氨基酸的测定方法
　　脂肪含量：索氏抽提法
　　灰分含量：硫酸灰法
　　无机元素含量：火焰原子吸收光谱法
　　结果与讨论
　　1)乙醇萃取技术提取蛋白质的工艺条件确定

乙醇浓度对不溶性固形物得率的影响

　　由图可知，当乙醇浓度低于60%时，固形物的得率较低，达不到提取的目的；当乙醇浓度在60%～80%时，固形物的得率增长速度较快；当乙醇浓度在80%～100%时，固形物的得率增长速度缓慢，并趋于稳定。这是由于当乙醇水溶液的浓度在65%以后，废液中的蛋白质在醇变性的作用下，可溶性蛋白质的溶解度最低，即蛋白质的分散指数较低，说明废液中的蛋白质结构发生的变化最大，蛋白质原来紧凑的球形变成松散结构，增加了原来与蛋白质结合的非蛋白物质和乙醇水溶液的接触机会，其中的一部分可溶性物质被乙醇水溶液萃取出。故采用80%～100%浓度的乙醇为宜。考虑到成本问题，试验采用80%乙醇。

乙醇用量对不溶性固形物得率的影响

　　由图可知，当乙醇用量低于30mL时，固形物提取率较低，达不到提取目的；当乙醇用量达到40mL时，固形物的提取率较高；当乙醇用量在40～60mL时，固形物的提取率趋于稳定。这说明随着乙醇用量的增加，蛋白质溶出率和浸提效果均可提高。但超过40mL后，不仅加大了后续回收乙醇工艺的难度，而且从经济角度考虑也不适合。故选择40mL乙醇溶液。

温度对固形物的提取率的影响

　　由图可知，固形物的得率随温度上升而增加。在40～50℃，蛋白质变得不稳定并开始变性，在介质中失去溶解力。但当温度上升至60℃以上，物料黏度增大，不仅分离困难，且易使蛋白质严重变性，乙醇挥发加剧。因此最佳浸提温度在50℃左右

萃取时间的影响

　　由图可知，萃取时间在60min以上，不溶性固形物的得率基本保持恒定。这说明浸提时间的长短主要影响到蛋白质含量和溶出率，在一定条件下，浸提时间越长，浸提效果越好。但当浸提时间达到60min后，浸出效果趋于恒定，若再继续下去已失去意义。60min为本次试验的最优条件。
　　2）等电点萃取技术提取蛋白质的工艺确定

　　pH值对固形物的提取率的影响由图可知，pH值在3.5～4之间时，固形物的提取率逐渐提高；当pH值为4～5时，固形物的提取率呈下降趋势；当pH值在5～6之间，下降趋于稳定。说明当pH被调至蛋白质混合物的等电点pH4时，蛋白质的大部分将沉淀下来。在等电点以上或以下的pH时，蛋白质分子携带同种符号的净电荷相互排斥，阻止了单个分子聚集成沉淀，固形物的提取率下降。故选择pH=4为宜。
　　成品的检测
　　按上述的最佳工艺条件提取的蛋白质，外观呈黄褐色，带有蔗糖的香甜味。测定其中的氨基酸组成及含量，钾、钙、镁、铅、砷等的含量，结果见表1、表2。

　　由表1可知，成品中氨基酸的种类丰富，含量高。其中，门冬氨酸的含量最高，占氨基酸总量的38.2%，另外，谷氨酸、丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸的相对含量比较高。成品中含有猪的饲料中特别重要的氨基酸：赖氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、精氨酸。其中具有确定食物口味的丙氨酸、甘氨酸、门冬氨酸和谷氨酸等4种氨基酸，其含量也相对较多，可提高饲料的适口性。由表2可以看出，蛋白质含量高达75.3%，其灰分较少，并含有钙、镁等饲料需要的微量元素，粗蛋白中的有害物质Pb、As的含量低于中华人民共和国饲料卫生标准（GB13078-91）。因此，可作为一种理想的饲料添加剂。

　　结  论
　　一是从糖蜜酒精废液浓缩液中回收蛋白质的最佳条件为：乙醇浓度80%，乙醇用量40mL/20g,浸取温度50℃，提取时间60min，pH＝4。二是从糖蜜酒精废液浓缩液中分离的饲料蛋白质固形物经过烘干、粉碎，为黄褐色粉末，回收率为30.38%，蛋白质含量可达75.3%，氨基酸含量为33.46%，种类丰富，并含有Ca、Mg等饲料所需的微量元素，As，Pb等有害物质含量低于国家饲料卫生标准。因此可作为一种理想的饲料添加剂。三是利用糖蜜酒精废液浓缩液生产饲料蛋白质，能将浓缩废液中的有价物质回收利用，既可得到较高价值的副产品，又可降低废液的COD，减轻其后续处理负荷，对于环境保护和资源合理利用都有重要意义，能创造最大的经济效益和社会效益。（本文搜集整理于网络，如有侵权之处，请联系我们删除。）