[发明专利]一种蛋白质分离回收扩张床吸附系统

说明书

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，涉及一种蛋白质分离回收扩张床吸附系统，主要用于马铃薯、甘薯、木薯、大米、玉米、高粱、小麦、豌豆等农产品加工成淀粉产生的淀粉加工分离汁水中蛋白质的分离回收，也可用于微生物液态发酵生产蛋白质的分离。

背景技术

马铃薯、甘薯、木薯、大米、玉米、高粱、小麦、豌豆等农产品加工成淀粉时产生的淀粉加工分离汁水富含蛋白质等营养物质，分离汁水的任意排放对加工企业所在地区的环境污染和农业生产安全构成了巨大危害。若对这些分离汁水采用常规生化法处理，存在投资大、运行成本高、环境温度太低，处理装置不易启动和无法常年运转等难题，而且直接进行生化处理也导致了资源浪费。若将分离汁中的水蛋白质回收以后再进行生化处理可以实现淀粉厂加工副产物的资源化利用，也能降低废水处理难度。

为了从淀粉厂工艺水中得到既营养又安全的食品级（药品级）天然蛋白，近年来研究了一些新的分离纯化方法，如乙醇沉淀法、羧甲基纤维素络合法、扩张床吸附法和膜分离法等。其中，扩张床吸附和膜分离技术是最有可能实现从淀粉加工分离汁水中工业化回收天然活性蛋白的方法。但是由于淀粉厂排放的工艺水当中除了蛋白质，还含有丰富的B淀粉、细纤维、果胶等多糖，因此直接用膜分离会导致膜孔的堵塞。通过微生物进行液态发酵也是生产蛋白质的一种重要方法。液态发酵后发酵液中除了蛋白质还有大量细胞颗粒或细胞碎片及供给微生物的营养原料，因此直接用膜分离也会导致膜孔的堵塞。

扩张床吸附（Expand Bed Adsorption）技术是近年来出现的一种生物化工分离纯化技术。它将固液分离、吸附分离、浓缩等集成为一个过程，简化了纯化工艺，有效地提高了产品回收率，是一项应用前景广阔的生物化工新技术。但是，到目前为止，尚未有用于马铃薯等农产品加工成淀粉时产生的淀粉加工分离汁水中蛋白质的分离回收的扩张床吸附系统。

发明内容

本发明的目的是针对淀粉厂排放的工艺水当中回收蛋白质问题以及微生物液态发酵蛋白质的分离的特点，提供一种蛋白质分离回收扩张床吸附系统。

本发明的蛋白质分离回收用扩张床吸附系统，包括原料液贮罐、平衡缓冲液贮罐、洗脱液贮罐，填料再生液贮罐，目标蛋白液贮罐，废液贮罐，扩张床吸附装置以及检测控制系统。其中原料液贮罐、平衡缓冲溶液贮罐通过四通球阀及管线与扩张床吸附装置的底部连接；填料洗脱液贮罐、再生液贮罐通过四通球阀及管线与扩张床吸附装置的顶部连接；目标蛋白液贮罐、废液贮罐通过四通球阀及管线与扩张床吸附装置的底部连接。所述扩张床吸附装置包括层析柱及吸附床，层析柱的外顶部设置有转换接头以实现从层析柱底部和顶部进料的切换。所述检测控制系统包括设置在原料液贮罐、平衡缓冲液贮罐、洗脱液贮罐，填料再生液贮罐输出管线上的流量计，设置在目标蛋白液贮罐输入管线上的蛋白质浓度检测仪，以及与蛋白质浓度检测仪通过数据线连接的操作界面系统。

相应的，原料液中蛋白质的分离回收工艺及上述扩张床吸附系统的工作过程如下：

1）填料装载：将蛋白吸附填料用自来水清洗后，湿法装入的层析柱，柱床高度为层析柱高度的50~70%；

2）层析柱平衡：打开平衡缓冲液贮罐的阀门，将平衡缓冲液贮罐中的溶液泵入管线；调节四通球阀使控制缓冲液从层析柱的底部进料，顶部流出。控制泵的转速，使层析柱的柱床高度发生膨胀；

3）进料：将原料液泵入管线，调节四通球阀使原料液从层析柱的底部进料。层析柱床处于膨胀状态；

4）清洗：调节四通球阀，使缓冲液贮罐中的溶液从底部进入层析柱，直到层析柱的溶液重新达到平衡；

5）洗脱：清洗过后静置一段时间，层析柱内的填料自然沉降，柱床高度恢复。切换四通球阀使洗脱液贮罐中的溶液从层析柱顶部进料，底部出料。洗脱下来的目标蛋白液进入目标蛋白液贮罐，蛋白液浓度检测仪自带的监控软件上会出现蛋白峰，蛋白溶液完全流出洗脱即可终止；

6）再生：调节四通球阀，使填料再生液从从层析柱顶部进料，清洗层析柱内的填料，使蛋白质吸附填料活化以便扩张床吸附系统的重复利用。

为了便于控制，在原料液贮罐、平衡缓冲溶液贮罐、填料洗脱液贮罐及再生液贮罐的输出管线上分别安装有阀门及泵；在目标蛋白液贮罐，废液贮罐的输入管线上分别安装有阀门。

所述检测控制系统还包括设置在目标蛋白液贮罐，输入管线上的pH计，及电导率测定仪，对管线中液体的pH值和离子强度进行在线监控。

所述的层析柱顶端的转换接头可采用旋转接头，通过旋转可方便的改变层析柱与各种液体的流路，实现从层析柱底部和顶部进料的自由切换，同时可调节柱床的高度。