[发明专利]一种从马铃薯淀粉加工废水中高效回收蛋白质和游离氨基酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及分离纯化技术领域，特别是一种从马铃薯淀粉加工废水中高效回收蛋白质和游离氨基酸的方法。

背景技术

随着我国马铃薯淀粉市场的需求不断增大，其产业发展的同时伴随着环境污染的问题。马铃薯淀粉加工废水中富含蛋白质，其必需氨基酸达总氨基酸含量的33%，蛋白氮含量约占总氮的1/3；非蛋白氮约占总氮的2/3，其中游离氨基酸含量约占75%。淀粉加工中产生的大量含氮废水会促使水体中杂菌的生长繁殖，进而导致水产养殖动物缺氧和死亡。因此，对马铃薯淀粉废水进行有效利用，具有很高的社会、经济和环保效益。

按分子量的不同可以将马铃薯蛋白质分为三大类：马铃薯糖蛋白，分子量为39-45kDa，等电点为4.5-5.2，占总蛋白的30%-40%；蛋白酶抑制剂，分子量为4-25kDa，，等电点在5.1-9.0，约占总蛋白的50%；其它高分子量蛋白约占10%-20%。马铃薯糖蛋白含有5%的中性糖和1%的氨基己糖，马铃薯糖蛋白是磷酸酶A₂，β-1,3-葡聚糖酶，β-1,2木糖苷酶，脂酰基水解酶和酰基转移酶等一系列蛋白质的总称。目前已知该蛋白具有预防心血管系统的脂肪沉积，保持动脉血管的弹性，还可以防止肝脏中结缔组织的萎缩，保持呼吸道和消化道的润滑等多种生理功能。蛋白酶抑制剂包括PI-2，PI-1，天冬氨酸蛋白酶抑制剂，半胱氨酸蛋白酶抑制剂，丝氨酸蛋白酶抑制剂，库尼兹型蛋白酶抑制剂和羧肽酶抑制剂七大类。其中PI-2含量最为丰富，由两个分子量为16.1kDa和4.1kDa的亚基通过二硫键连接。蛋白酶抑制剂具有抗癌，抗肿瘤和抗菌的作用，并具有胰蛋白酶抑制剂活性和胰凝乳蛋白酶抑制剂活性，还可以释放具有高度饱腹感的肠促胰酶肽，作为饥饿抑制剂用于减肥产品的开发。因此，马铃薯蛋白质在食品、医药和生物技术方面具有非常可观的应用前景。

马铃薯淀粉加工废水中游离氨基酸以天冬酰胺和谷氨酰胺所占含量最高，达到47%，两者很有希望应用于医学开发。初始氨基酸液中必需氨基酸含量约为22%，浓缩的混合氨基酸液具有潜在的药用价值，还可以作为营养增强剂，食品风味剂和工业发酵上的营养素。

卡拉胶由硫酸基化的或非硫酸基化的半乳糖和3，6-脱水半乳糖通过α-1，3糖苷键和β-1，4键交替连接而成。在环境pH低于马铃薯蛋白等电点的条件下，作为天然的阴离子型聚电解质，卡拉胶可与带正电的蛋白质通过静电作用力形成不溶性的复合物快速沉降，可用于处理含大量可回收蛋白质的废水。从而，卡拉胶复凝聚提供了一种沉淀马铃薯蛋白质的方法，此外，复凝聚回收条件温和，避免了工业上的酸热处理，保留了马铃薯蛋白的初始性质，为实现高附加值产品生产提供了有利的条件。

离子交换分离是利用离子交换树脂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。001×7苯乙烯树脂属于强酸性阳离子交换树脂，是在苯乙烯-二乙烯苯共聚基体上带有磺酸基（SO₃H）的离子交换树脂。将氨基酸液的pH调至强酸性范围，使得低于氨基酸的等电点，带正电的氨基酸吸附于离子交换树脂上，再用带相同电荷的离子进行交换而洗脱下来，苯乙烯树脂吸附容量大，氨基酸回收率高，所得到的洗脱液经浓缩脱氨即为高纯度的氨基酸液。

发明内容

本发明的目的是提供一种从马铃薯淀粉加工废水中高效回收蛋白质和游离氨基酸的方法。选用复凝聚法，利用天然多糖回收马铃薯淀粉废水中的蛋白质，避免了工业上的酸热处理，最大程度保留了蛋白质的功能性质，并选用离子交换树脂分离得到高纯度的氨基酸液。实现废水蛋白和游离氨基酸的回收利用，并减少了废水对环境造成的污染。

本发明的技术方案：一种从马铃薯淀粉加工废水中高效回收蛋白质和游离氨基酸的方法，以马铃薯淀粉加工过程中产生的蛋白质废水为原料，选择天然阴离子多糖卡拉胶配制成一定浓度的溶液，按一定的蛋白/卡拉胶比例加入到废水中进行复凝聚，调节pH值，离心过滤，沉淀经过复溶、干燥处理，得到马铃薯蛋白产品；上清液以穿透体积过阳离子交换树脂，并用氨水洗脱，洗脱液经浓缩脱氨处理，得到高纯度的氨基酸液。

具体步骤如下：

（1）预处理：取马铃薯淀粉加工废水，0.45μm微孔滤膜过滤；备用；

（2）复凝聚：取卡拉胶，溶解于去离子水中，得到质量浓度为1%的卡拉胶溶液；取步骤（1）中预处理后的废水，在搅拌条件下按照蛋白︰卡拉胶质量比为5-2.5︰1添加卡拉胶溶液，用pH调节剂调节pH至3-4；搅拌10min，静置30min， 25℃下以2500-4000g的速度离心10-15min，过滤；所得沉淀为蛋白-卡拉胶复合物；