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馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)回收利用方法

       馬鈴薯是我國(guó)重要的糧食作物，主要食用部位為塊莖。除直接用作蔬菜外，馬鈴薯在淀粉生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)廢水（生產(chǎn)1噸淀粉，產(chǎn)生近20噸廢水）。廢水直排不僅會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)污染（如水體富營(yíng)養(yǎng)化），還浪費(fèi)了大量的有機(jī)資源。本文擬通過(guò)比較馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)回收方法，為回收利用馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)資源提供理論依據(jù)。

       1、馬鈴薯淀粉廢水來(lái)源
       馬鈴薯淀粉生產(chǎn)工藝流程包括原料清洗、淀粉提取和淀粉脫水干燥。原料清洗階段主要對(duì)馬鈴薯表面泥沙進(jìn)行清洗，所產(chǎn)生的廢水通常可通過(guò)三級(jí)沉淀處理，從而循環(huán)利用，不是淀粉廢水的主要來(lái)源。淀粉提取是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的核心工藝，分為破碎（銼磨法）、提取和淀粉精制3個(gè)階段。首先，將清洗的馬鈴薯運(yùn)輸至破碎設(shè)備或采用手工方法進(jìn)行組織破碎。隨后，將充分破碎的組織液轉(zhuǎn)移至離心機(jī)或采用濾膜進(jìn)行固液分離。收集并濃縮得到粗淀粉乳。先后經(jīng)過(guò)靜置沉降和清洗去除淀粉乳中泥沙等顆粒狀雜質(zhì)，制備精制淀粉乳。本工藝流程中產(chǎn)生的廢水不僅量大，而且有機(jī)質(zhì)含量高（蛋白質(zhì)等），即常說(shuō)的淀粉廢水。淀粉脫水干燥是指把精制淀粉乳進(jìn)行真空吸濾和蒸汽干燥，降低其含水量，得到干燥淀粉的過(guò)程。這一工藝流程無(wú)額外用水，回收水較為清潔，可循環(huán)利用。
       馬鈴薯淀粉生產(chǎn)加工過(guò)程中，不同工藝流程均有廢水產(chǎn)生，但原料清洗和脫水干燥階段的廢水可經(jīng)簡(jiǎn)單處理后回收利用。馬鈴薯淀粉廢水主要來(lái)源于提取加工工藝流程。

       2、馬鈴薯淀粉廢水水質(zhì)特性
       研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯塊莖中主要物質(zhì)為水（63-87%），其次是淀粉（8-29%），再依次為蛋白質(zhì)（0.7-4.6%）、糖（0.1-8%）和纖維素（0.2-3.5%）等。經(jīng)過(guò)提取加工工藝，除淀粉和纖維素等主要物質(zhì)均進(jìn)入水中而成為淀粉廢水。因此，馬鈴薯淀粉廢水中既富含蛋白質(zhì)等有機(jī)物，也還有較多纖維素等固體顆粒。馬鈴薯來(lái)源不同、加工工藝不同，其淀粉廢水的水產(chǎn)差異較大。但是淀粉廢水的水質(zhì)參數(shù)如化學(xué)耗氧量（COD）、生化耗氧量（BOD）和可溶性固體顆粒（SS）含量均達(dá)到超高水平，分別可達(dá)20000-45000mg/L，9000-18000mg/L和18000mg/L不等。

       3、回收馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)方法
       回收利用馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)的方法主要有物理法和化學(xué)法等。盡管工藝流程和操作方法不同，但均利用了蛋白質(zhì)等電點(diǎn)和蛋白質(zhì)變性等性質(zhì)進(jìn)行分離和提取。

       3.1 物理法
       物理法是利用馬鈴薯淀粉蛋白質(zhì)固有的物理性質(zhì)及其可變性進(jìn)行分離。比如，根據(jù)蛋白質(zhì)的溶解度、吸附性以及起泡性等性質(zhì)特點(diǎn)，發(fā)展出了泡沫分離法和超濾法。泡沫分離法是根據(jù)氣泡的表面吸附特性，通過(guò)氣泡在上浮過(guò)程中將蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)吸附富集，分離塔排液，達(dá)到提取蛋白質(zhì)的目的。一般認(rèn)為，泡沫分離法回收淀粉廢水中蛋白質(zhì)效能主要受廢水溶液性質(zhì)，如溶質(zhì)溶度和pH（等電點(diǎn)吸附效果最好），和操作特性（溫度、氣流量）的影響。
       超濾法是利用濾膜半透性對(duì)馬鈴薯淀粉廢水進(jìn)行固液分離的一種膜分離技術(shù)。研究認(rèn)為，膜集成超濾技術(shù)是回收馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質(zhì)的較理想的技術(shù)，其粗蛋白可高達(dá)回收率90%以上。但是，超濾膜系統(tǒng)價(jià)格昂貴，并且運(yùn)行過(guò)程中容易堵塞，并不適合在中小企業(yè)推廣。

       3.2 化學(xué)法
       提取淀粉廢水中蛋白質(zhì)的化學(xué)方法有等電位法和絮凝法等。等電位法是指通過(guò)調(diào)節(jié)pH值使溶液達(dá)到等電位點(diǎn)，降低蛋白質(zhì)溶解度，收集蛋白質(zhì)沉淀，從而達(dá)到回收目的。絮凝法包括加熱絮凝和絮凝劑法，前者通過(guò)加熱使蛋白質(zhì)發(fā)生絮凝反應(yīng)，后者通過(guò)添加無(wú)機(jī)或有機(jī)絮凝劑使蛋白質(zhì)絮凝。絮凝回收蛋白工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、回收率高，得到廣泛關(guān)注，但提取產(chǎn)品色澤差、純度低以及絮凝劑混入等問(wèn)題影響了該技術(shù)的發(fā)展。選擇合適的絮凝劑和篩選絮凝與蛋白質(zhì)分離的藥劑是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

       3.3 蛋白回收工藝的選擇
       馬鈴薯淀粉廢水的蛋白回收工藝選擇需綜合考慮多方面因素。既要考慮廢水特性與回收工藝的匹配性，也要考慮回收蛋白質(zhì)的成本以及蛋白質(zhì)開(kāi)發(fā)利用前景。因此，工藝選擇不應(yīng)拘泥于某一種模式，而應(yīng)因地制宜選擇某種回收模式為主體的混合工藝，比如酸熱提取與中空纖維超濾結(jié)合工藝等。

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