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酸热絮凝法提取甘薯淀粉分离汁水中的蛋白质

王雪婷 赵博超 罗岷 苑喜男 朱克松 潘涔轩 曾凡逵

王雪婷,赵博超,罗岷,等.酸热絮凝法提取甘薯淀粉分离汁水中的蛋白质[J].环境工程技术学报,2023,13(5):1874-1882 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230026
引用本文: 王雪婷,赵博超,罗岷,等.酸热絮凝法提取甘薯淀粉分离汁水中的蛋白质[J].环境工程技术学报,2023,13(5):1874-1882 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230026
WANG X T,ZHAO B C,LUO M,et al.Tentative study on protein extraction from sweet potato starch processing water by acid-heat flocculation[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(5):1874-1882 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230026
Citation: WANG X T,ZHAO B C,LUO M,et al.Tentative study on protein extraction from sweet potato starch processing water by acid-heat flocculation[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(5):1874-1882 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230026

酸热絮凝法提取甘薯淀粉分离汁水中的蛋白质

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230026
基金项目: 中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室开放基金项目(2022KFF-17);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(2022YSKY-09);国家重点研发计划项目(2020YFC1806302)
详细信息
    作者简介:

    王雪婷(1988—),女,高级工程师,主要从事清洁生产与废物资源化利用研究,wangbeibeiwxt@163.com

    通讯作者:

    潘涔轩(1964—),男,研究员,主要从事清洁生产研究,pancenx@sina.com

  • 中图分类号: X712

Tentative study on protein extraction from sweet potato starch processing water by acid-heat flocculation

  • 摘要:

    甘薯淀粉加工过程产生大量的淀粉分离汁水,其中含有丰富的蛋白质。采用酸热絮凝法从甘薯淀粉分离汁水中提取蛋白质,通过单因素试验,选择pH、温度、离心时间和离心转速为变量,利用正交试验分析影响甘薯淀粉分离汁水蛋白质提取效果的因素主次和较佳工艺,采用集成装置进行工艺模拟试验,检验甘薯淀粉分离汁水蛋白质提取的效果,并分析技术和经济可行性。结果表明:在温度为100 ℃、pH为4.0、离心转速3 500 r/min和离心时间10 min条件下,甘薯淀粉分离汁水的TN和CODCr去除率分别达到76.79%和40.66%;集成装置的蛋白质回收率达到48.86%,回收的粗蛋白质粉的蛋白质含量(以干基计)为73.22%,满足动物饲料原料要求。此外,对于1个大中型甘薯淀粉企业,1 m3甘薯淀粉分离汁水通过回收蛋白质可以创造毛利润20.51元。

     

  • 图  1  蛋白质提取集成装置

    Figure  1.  Integrated device of protein extraction

    图  2  pH和温度对甘薯淀粉分离汁水蛋白质提取效果的影响

    Figure  2.  Effect of pH and temperature on the protein extraction from sweet potato starch processing water

    图  3  离心对甘薯淀粉分离汁水蛋白质提取效果的影响

    Figure  3.  Effect of centrifugation on protein extraction from sweet potato starch processing water

    图  4  甘薯淀粉分离汁水pH随放置时间的变化

    Figure  4.  Changes of pH of sweet potato starch processing water with time

    图  5  甘薯淀粉分离汁水酸热絮凝法蛋白质提取工艺路线

    Figure  5.  Extraction processing of protein from sweet potato starch processing water by acid -heat flocculation

    图  6  集成装置的TN和CODCr去除率

    Figure  6.  TN and CODCr removal rates of the integrated device

    表  1  四因素三水平试验设计

    Table  1.   Factors and levels for the orthogonal experiments

    水平pH
    (因素A)
    温度/℃
    (因素B)
    离心转速/(r/min)
    (因素C)
    离心时间/min
    (因素D)
    16.0803 00010
    24.5903 50015
    34.01004 00020
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    表  2  甘薯(卢选1号)中氨基酸构成

    Table  2.   Proportion of amino acids in sweet potato

    氨基酸组分含量/
    (10−2 g/g)
    相对含
    量/%
    氨基酸组分含量/
    (10−2 g/g)
    相对含
    量/%
    天冬氨酸0.31025.50蛋氨酸0.0090.73
    苏氨酸0.0594.85异亮氨酸0.0514.20
    丝氨酸0.0756.17亮氨酸0.0806.58
    谷氨酸0.14011.52酪氨酸0.0262.14
    脯氨酸0.0443.62苯丙氨酸0.0766.25
    甘氨酸0.0524.28赖氨酸0.0645.27
    丙氨酸0.0635.18组氨酸0.0292.39
    胱氨酸0.0050.37精氨酸0.0524.28
    缬氨酸0.0705.76色氨酸0.0111)0.91
      注:天冬氨酸和谷氨酸为酸性氨基酸;精氨酸、赖氨酸和组氨酸为碱性氨基酸;其余为中性氨基酸。
      1)色氨酸含量单位为%。
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    表  3  正交试验的结果分析

    Table  3.   Results analysis of orthogonal experiments

    试验编号因素水平TN去除
    率/%
    CODCr去除
    率/%
    因素A因素B因素C因素D
    1111162.5032.19
    2122267.8632.50
    3133369.6433.44
    4212366.0733.31
    5223171.4336.00
    6231271.4340.31
    7313269.6233.50
    8321373.2131.88
    9332176.7940.66
    K169.66766.06369.04770.240
    K269.64370.83370.24069.637
    K373.20776.62070.23069.640
    R6.5406.5571.1930.603
    K1'32.71033.00034.79336.283
    K2'36.54033.46035.49035.437
    K3'35.34738.13734.31332.877
    R'3.8305.1371.1773.406
      注:K1、K2、K3为某因素分别在其水平1、水平2和水平3下的3组试验获得的TN去除率的平均值;K1'、K2'、K3'为某因素分别在其水平1、水平2和水平3下的3组试验获得的CODCr去除率的平均值;R为TN去除率的各因素的极差(各因素均值K1、K2、K3中的最大值减去最小值);R'为CODCr去除率的各因素的极差(各因素均值K1'、K2'、K3'中的最大值减去最小值)。
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    表  4  集成装置的蛋白质回收率

    Table  4.   Protein recovery rate of the integrated device

    批次甘薯淀粉分离
    汁水处理
    量/L
    蛋白质滤饼
    烘干后
    质量/g
    蛋白质滤饼烘干后
    主要成分含量/%
    蛋白质回
    收率/%
    水分蛋白质(以
    干基计)
    225243.5410.673.0457.50
    325161.298.4075.4440.56
    425299.887.7475.1156.31
    925224.455.3369.2941.09
    平均值73.2248.86
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    表  5  甘薯淀粉分离汁水酸热絮凝法蛋白质提取成本构成

    Table  5.   Cost structure of protein extraction from sweet potato starch processing water by acid-heat flocculation

    项目年成本/
    万元
    占总成本
    比例/%
    备注
    原料费 0 0 原料为甘薯淀粉分离汁水
    燃料动力费 188.352 53.29 功率480 kW/h,电价0.725元/(kW·h);蒸汽消耗6 t/h,蒸汽费160元/t
    工人工资费 21.600 6.11 需操作工人6人,每人工资3 000
    元/月,以年计
    福利费 3.024 0.86 按工人工资的14%估算
    折旧费 110 31.12 设备总投资660万元,以折旧年限6 a估算
    修理费 5.500 1.56 以折旧费的5%估算
    其他费用 25 7.07 财务费用、摊销费等
    总成本 353.476 100
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  • 收稿日期:  2023-01-09

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