申請日2017.11.01
公開(公告)日2018.02.09
IPC分類號B01F17/30; B01F17/32
摘要
一種大豆乳清廢水生產(chǎn)表面活性劑的方法，包括如下步驟：(1)向除去不溶性雜質(zhì)的大豆乳清廢水添加中性鹽后，調(diào)整pH為8.0‑9.5;(2)將步驟(1)所得混合液濃縮至固體物占混合液質(zhì)量的28‑40%后固液分離得到的固相凝乳經(jīng)殺菌干燥得到大豆蛋白;(3)將步驟(2)所得液相除去灰分，得到蛋白和低聚糖的混合物;(4)向步驟(3)所得混合物中加入脂肪酸甲酯反應(yīng);(5)將步驟(4)反應(yīng)后物料脫水至含水量為5%以下后冷卻得到所述的表面活性劑。本發(fā)明的方法能夠合理利用乳清廢水，提高大豆資源的利用率，回收水資源，同時得到具有較好的起沫性和乳化性的有商業(yè)價值的表面活性劑。
權(quán)利要求書
1.一種大豆乳清廢水生產(chǎn)表面活性劑的方法，包括如下步驟：
(1)向除去不溶性雜質(zhì)的大豆乳清廢水添加中性鹽后，調(diào)整pH為8.0-9.5;
(2)將步驟(1)所得混合液濃縮至固體物占混合液質(zhì)量的28-40%后固液分離得到的固相凝乳經(jīng)殺菌干燥得到大豆蛋白;
(3)將步驟(2)所得液相除去灰分，得到蛋白和低聚糖的混合物;
(4)向步驟(3)所得混合物中加入脂肪酸甲酯反應(yīng);
(5)將步驟(4)反應(yīng)后物料脫水至含水量為5%以下后冷卻得到所述的表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中大豆乳清廢水為從大豆分離蛋白和/或酸法濃縮蛋白生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的乳清廢水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(1)中大豆乳清廢水的除雜通過多介質(zhì)過濾器進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，步驟(1)中中性鹽的添加量為大豆乳清廢水質(zhì)量的0-2%;
優(yōu)選地，所述中性鹽為氯化鈉、磷酸鈉中的1種或2種以上的組合;
優(yōu)選地，pH調(diào)整為8.2-8.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，步驟(2)中濃縮利用蒸汽低溫濃縮技術(shù)進(jìn)行;
優(yōu)選地，濃縮時的蒸發(fā)溫度為40-90℃，蒸汽壓縮后溫度為60-180℃，真空度為0-94Kpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，步驟(2)中固液分離可采用離心分離。
優(yōu)選地，分離時的分離因數(shù)為2000-15000G;
優(yōu)選地，干燥為滾筒干燥或噴霧干燥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，步驟(3)中通過納濾除去灰分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其特征在于，步驟(4)中脂肪酸甲酯通過如下制得：大豆油經(jīng)精煉、氫化后與甲醇反應(yīng)生成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法，其特征在于，步驟(4)中脂肪酸甲酯與蛋白和低聚糖之和的質(zhì)量比為2-5:1，優(yōu)選為3:1;
優(yōu)選地，反應(yīng)在碳酸鉀催化下加熱至65-75℃，利用多級均質(zhì)泵循環(huán)剪切并輔助微波處理3-6小時;
優(yōu)選地，微波的赫茲為915MHZ，功率為20-90kW。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其特征在于，步驟(5)中脫水在真空度500-1000Pa，溫度60-80℃下進(jìn)行;
優(yōu)選地，冷卻至35℃以下。
說明書
一種大豆乳清廢水生產(chǎn)表面活性劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及表面活性劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大豆乳清廢水生產(chǎn)表面活性劑的方法。
背景技術(shù)
大豆是我國人民膳食中的主要食品之一，利用大豆生產(chǎn)豆腐、豆豉、腐乳等食品已有兩千多年歷史。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過對大豆研究，發(fā)現(xiàn)大豆具有多種特殊功能因子，對大豆綜合開發(fā)利用日益興起。近年來大豆分離蛋白發(fā)展迅速，每噸大豆分離蛋白產(chǎn)生21-31噸乳清廢水，為了不污染環(huán)境，必須建乳清廢水處理場，不僅增加了加工成本，也造成了資源的浪費。具不完全統(tǒng)計，國內(nèi)大豆分離蛋白生產(chǎn)企業(yè)每年大豆乳清廢水的污水處理耗掉費用上億元，同時也排放掉乳清粉達(dá)百萬噸，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億元(乳清粉售價按2萬元)。
目前乳清廢水的主要處理手段為厭氧和好氧發(fā)酵，如CN 103756987A公開了一種同時制備β-淀粉酶和高純度大豆低聚糖的方法，包括以下步驟：(1)調(diào)節(jié)大豆蛋白廢水pH值，加入助濾劑和復(fù)合沉淀劑;(2)加入除鹽水，再加入鈣鹽;(3)采用超濾膜處理;(4)采用超濾膜處理，制得β-淀粉酶;(5)采用電滲析法降電導(dǎo);(6)酵母菌發(fā)酵，超濾;(7)采用模擬移動床進(jìn)行色譜分離，得到大豆低聚糖組分和果糖組分。
上述方法使用助濾劑和復(fù)合沉淀劑，在經(jīng)過pH值調(diào)整后，加入大量的除鹽水和鈣鹽后，通過控制超濾膜處理制得β-淀粉酶。然而，超濾的母液中含有的主要成分為無機(jī)鹽、低聚糖和小分子乳清蛋白，乳清蛋白的分子量在200-13000道爾頓之間，分子量分布極不均勻，并且乳清蛋白屬于粘性和聚集致密度較高的蛋白，超濾不能有效的解決蛋白堵住膜孔的問題，造成膜通量迅速降低，濃縮速度慢，效率低，清洗需要大量的堿水和酸水，造成污染，不能根本解決乳清蛋白合理利用的問題。而且使用色譜分離法投入高，運行成本高;在乳清中含有的蔗糖及其他營養(yǎng)性碳水化合物等仍然需要進(jìn)一步處理�？梢娚鲜龇椒ú粌H需要較大的投入和管理費用，并且不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價值。
發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的是提供一種大豆乳清廢水生產(chǎn)表面活性劑的方法。本發(fā)明利用大豆乳清廢水如大豆分離蛋白或是酸法濃縮蛋白生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的來生產(chǎn)表面活性劑，能夠合理利用乳清廢水，提高大豆資源的利用率，回收水資源，同時得到具有較好的起沫性和乳化性的有商業(yè)價值的表面活性劑。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種大豆乳清廢水生產(chǎn)表面活性劑的方法，包括如下步驟：
(1)向除去不溶性雜質(zhì)的大豆乳清廢水添加中性鹽后，調(diào)整pH為8.0-9.5，通過調(diào)整pH為該范圍，達(dá)到后續(xù)水回收能夠回收蒸餾水，避免回收鹽酸，同時調(diào)整溶液pH值以達(dá)到酯化反應(yīng)的最佳條件;可通過添加堿性pH調(diào)節(jié)劑，如氫氧化鈉、氫氧化鉀，氨水等進(jìn)行調(diào)節(jié);
(2)將步驟(1)所得混合液濃縮至固體物占混合液質(zhì)量的28-40%后固液分離得到的固相凝乳經(jīng)殺菌干燥得到大豆蛋白;
(3)將步驟(2)所得液相除去灰分，得到蛋白和低聚糖的混合物;
(4)向步驟(3)所得混合物中加入脂肪酸甲酯反應(yīng);
(5)將步驟(4)反應(yīng)后物料脫水至含水量為5%以下后冷卻得到所述的表面活性劑。
大豆乳清廢水一般含有20-23%左右的大豆蛋白，21-24%左右的灰分，55-58%左右的低聚糖。大豆低聚糖是大豆中低分子糖類的總稱，其主要成分是水蘇糖、棉子三糖和蔗糖等寡糖。低聚糖富含羥基，能夠與親油基團(tuán)結(jié)合后形成雙親的表面活性劑。本發(fā)明致力于將大豆乳清廢水最大限度的合理利用，回收水資源，提高大豆資源的利用率，充分利用大豆的生物能源價值，生產(chǎn)有商業(yè)價值的表面活性劑。生成的表面活性劑可降低表面張力，具有乳化、濕潤、增溶、潤濕、分散、懸浮、粘度調(diào)節(jié)、控制結(jié)晶、消泡或起泡、淀粉抗老化、抗菌保鮮等作用。
作為優(yōu)選，步驟(1)中的大豆乳清廢水為從大豆分離蛋白和/或酸法濃縮蛋白生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的乳清廢水。
優(yōu)選地，大豆乳清廢水的除雜通過多介質(zhì)過濾器進(jìn)行，以除去其中的固體雜質(zhì)。
優(yōu)選地，中性鹽的添加量為大豆乳清廢水質(zhì)量的0-2%。中性鹽可以不添加，添加的效果更好。
加入中性鹽的目的是在濃縮過程中起到鹽析除去大分子蛋白的作用，優(yōu)選地，所述中性鹽為氯化鈉、磷酸鈉中的1種或2種以上的組合。
優(yōu)選地，pH調(diào)整為8.2-8.5。
作為優(yōu)選，步驟(2)中濃縮利用蒸汽低溫濃縮技術(shù)進(jìn)行。
優(yōu)選地，濃縮時的蒸發(fā)溫度為40-90℃，蒸汽壓縮后溫度為60-180℃，真空度為0-94Kpa。蒸發(fā)溫度是料液加熱的溫度，蒸汽壓縮后的溫度是，蒸發(fā)后的蒸汽經(jīng)過壓縮，溫度升高后的溫度。
優(yōu)選地，固液分離可采用離心分離，例如可采用臥螺式離心分離機(jī)分離，或者采用壓濾、碟式分離機(jī)及其他類型的固液分離機(jī)分離。
優(yōu)選地，分離時的分離因數(shù)為2000-15000G，可確保大分子蛋白更徹底地去除。
優(yōu)選地，干燥為滾筒干燥或噴霧干燥。
作為優(yōu)選，步驟(3)中通過納濾除去灰分。
作為優(yōu)選，步驟(4)中脂肪酸甲酯通過如下制得：大豆油經(jīng)精煉、氫化后與甲醇反應(yīng)生成。
優(yōu)選地，脂肪酸甲酯與蛋白和低聚糖之和的質(zhì)量比為2-5:1，優(yōu)選為3:1。例如脂肪酸甲酯2-5份與1份蛋白和低聚糖之和;最佳為脂肪酸甲酯3份與1份蛋白和低聚糖之和。
優(yōu)選地，反應(yīng)在碳酸鉀催化下加熱至65-75℃，利用多級均質(zhì)泵循環(huán)剪切并輔助微波處理3-6小時。
優(yōu)選地，微波的赫茲為915MHZ，功率為20-90kW。
作為優(yōu)選，步驟(5)中脫水在真空度500-1000Pa，溫度60-80℃下進(jìn)行，可避免蛋白變性。脫水可在攪拌下進(jìn)行。
優(yōu)選地，冷卻至35℃以下。含水量降到5%以下后可轉(zhuǎn)入冷卻罐中進(jìn)行冷卻。
作為優(yōu)選，本發(fā)明的方法包括如下步驟：
a)大豆乳清廢水除去不溶性雜質(zhì)：通過多介質(zhì)過濾器除去大豆乳清廢水中的固體雜質(zhì)，其中的多介質(zhì)過濾器主要是過濾不溶性雜質(zhì)。
b)pH調(diào)整：除去不溶性雜質(zhì)的清液，添加中性鹽0-2%后，通過堿性pH調(diào)節(jié)劑，如氫氧化鈉、氫氧化鉀，氨水等調(diào)整pH在8.0-9.5之間;通過調(diào)整pH，達(dá)到后續(xù)水回收能夠回收蒸餾水，避免回收鹽酸，同時調(diào)整溶液pH值以達(dá)到酯化反應(yīng)的最佳;
c)蒸汽再壓縮技術(shù)濃縮大豆乳清廢水：利用蒸汽低溫濃縮技術(shù)對調(diào)整過pH的進(jìn)行濃縮，蒸發(fā)溫度40-90℃，壓縮后溫度60-180℃，真空度0-94Kpa，濃縮至濃度達(dá)到28%-40%，得到待處理的濃縮液，同時回收蒸餾水用于大豆蛋白分離;
d)離心分離：將步驟c)中的濃縮液進(jìn)行臥螺式離心分離機(jī)分離，分離因數(shù)2000-15000G，分離得到固相凝乳，固相凝乳經(jīng)過殺菌后，滾筒干燥，得到大豆蛋白;
e)調(diào)質(zhì)：將上一步的液相，通過納濾除去灰分，得到蛋白和低聚糖的混合物;
h)酯化：大豆油經(jīng)精煉、氫化，與甲醇反應(yīng)生成脂肪酸甲酯，脂肪酸甲酯也可用市售該物質(zhì);
i)變酯反應(yīng)：將酯化反應(yīng)生成的脂肪酸甲酯與低聚糖和蛋白的混合物，在添加碳酸鉀作為催化劑，加熱至65-75℃，利用多級均質(zhì)泵循環(huán)剪切并輔助微波處理3-6小時，脂肪酸甲酯與蛋白和低聚糖的比例為3:1;
J)脫水：將上述物料真空度500-1000pa，攪拌脫水，脫水溫度控制到60-80℃;當(dāng)含水量降到5%以下時，轉(zhuǎn)入冷卻罐冷卻至35℃以下得到所述表面活性劑。
本發(fā)明具有如下的有益效果：
1、得到了一種低聚糖及蛋白復(fù)合表面活性劑，并回收部分乳清蛋白;
2、回收了70%以上的大豆分離蛋白或濃縮蛋白使用的水，節(jié)約了水資源，實現(xiàn)了水資源的回收利用;
3、得到的表面活性劑是低聚糖酯及小分子蛋白的復(fù)合物具有較好的起沫性和乳化性;
4、降低了大豆分離蛋白及大豆?jié)饪s蛋白的產(chǎn)生的乳清廢水的處理難度，提高了大豆的利用率;
5、便于工業(yè)化生產(chǎn);
6、該工藝實現(xiàn)了大豆乳清廢水的綜合利用，基本達(dá)到了“零”排放，同時過濾的無機(jī)鹽可以作為肥料或是飼料添加劑使用。
