鱼糜漂洗水中蛋白的分级等电沉淀和絮凝回收工艺研究

摘要

目前水产品加工产业中，水产加工废水，尤其是鱼糜漂洗水，排放量巨大。这类废水富含蛋白质等营养物质，排放到环境中，不仅会造成优质蛋白质的大量浪费，而且还会造成环境污染。然而，对于废水中蛋白的回收，传统的等电点沉淀技术和膜处理技术等都面临着许多问题，回收蛋白的应用性能和废水处理成本都很不理想。基于上述背景，本文面向产业化，提出加压气体携带挥发性酸分级等电沉淀结合壳聚糖絮凝回收蛋白质的工艺技术，并以阿拉斯加狭鳕为原料，对上述工艺技术进行了系统研究，具体结果如下。
　　首先，对阿拉斯加狭鳕模拟鱼糜漂洗水的组成成分进行了详尽分析，结果显示废水中初始COD值约为9000mg/L，蛋白含量约7mg/mL，脂肪含量约为0.4％，pH值约为7，微量元素以Fe、Ze为最高，Ca/P为2.0，蛋白质等电点主要分布于4.3和5.5两部分。
　　随后，通过对加压挥发性酸等电沉淀技术的研究，结果表明单纯使用加压二氧化碳法时，当压力达到5Mpa，废水体系的pH可降到最低值4.86。温度降低会带来体系pH降低的效应，但仍无法到达pH4.3的预定目标;蛋白质浓度增加会导致pH上升以及pH调控范围的缩小。二氧化碳携带乙酸法实验结果显示，室温下压力为5Mpa时，体系pH可降至4.56;携带温度增加对乙酸携带量有一定促进效果，至70℃时，体系pH降至4.36，仍未达到第二组蛋白的等电点，4.3。加压氮气循环携带乙酸实验结果表明，通过携带时间(0-60min)、携带温度(20-80℃)、携带压力(0-3Mpa)的操作条件控制，可以将蛋白浓度在0-10mg/mL范围内的鱼糜废水pH从7精确、稳定地调节至4以下，且与二氧化碳携带乙酸体系比较，该技术不存在减压后的pH反升现象，因此具有明显的工业可行性;最后采用加压氮气携带乙酸，本研究实现了鱼糜漂洗水的分级等电沉淀，一级沉淀操作条件是50℃，0.5 Mpa，循环45 min，pH值为5.52，蛋白回收率为63.5％;二级沉淀操作条件是70℃，0.25Mpa，循环45 min，pH值是4.28，蛋白总回收率为77.7％，SDS-PAGE分析结果表明大部分肌浆蛋白被沉淀出来。
　　进而，对经分级等电沉淀处理后的低浓度蛋白废水本研究采取壳聚糖絮凝技术进一步进行蛋白质回收。单因素实验结果表明，絮凝过程pH为8.0，絮凝温度为20℃，絮凝时间为90min时，絮凝结果较佳;壳聚糖脱乙酰度宜尽量较高（本论文采用脱乙酰度为95％）;Box-Benhnken优化结果表明絮凝最佳条件为:pH值8.04，壳聚糖用量369mg/L，反应温度19.6℃时，此时蛋白质总回收率达到94.75％，同时废水COD的去除率达66.1％。
　　最后，对分级等电沉淀和壳聚糖絮凝回收的蛋白分别进行了应用性能评价，并分析了本文所开发工艺的经济性。结果表明，两种方法的回收蛋白质均远远超过一级鱼粉标准，且其中钠、钾离子和微量元素含量丰富;氨基酸组成均衡，氨基酸评分可达91分，该回收蛋白应用性能极好。该系列工艺技术的经济分析结果表明，合计运行成本为56.70元/吨水，附加产品值1.5×104元/吨产品，毛利可达43.01元/吨水。
　　上述结果表明，在水产品加工领域，采用加压氮气携带乙酸实现鱼糜漂洗水的分级等电点沉淀是技术可行的;该分级等电沉淀技术结合壳聚糖絮凝技术所形成的工艺具有充分回收废水蛋白和废水净化的双重经济可行性。本研究为水产品加工行业水的循环利用提供了技术理论支持，对于其他富蛋白废水的有效利用同样具有技术支持意义。

目录

声明

摘要

0 前言

0．1 鱼糜制品及鱼糜漂洗水

0．2 常用蛋白分离沉淀技术

0．2．1 盐析法沉淀分离蛋白技术

0．2．2 有机溶剂沉淀分离技术

0．2．3 等电沉淀法沉淀分离蛋白技术

0．2．4 絮凝法沉淀分离蛋白技术

0．2．5 电阻加热法沉淀分离蛋白技术

0．3 鱼糜漂洗水蛋白的回收

0．3．1 膜分离回收蛋白

0．3．2 絮凝剂法回收蛋白

0．3．3 等电点沉淀法回收蛋白

0．4 鱼糜加工废水中回收蛋白的利用

0．5 研究意义和主要内容

0．5．1 研究意义

0．5．2 主要研究内容

0．5．3 研究的创新点

1 加压CO2酸化沉淀回收鱼糜漂洗水蛋白

1．1 材料与仪器

1．1．1 实验材料

1．1．2 实验设备

1．1．3 鱼糜漂洗水的实验室模拟

1．1．4 模拟废水成分分析

1．1．5 鱼糜漂洗水中水溶性蛋白等电点分析

1．1．6 加压二氧化碳对废水体系pH值的影响

1．1．7 温度对体系pH值的影响

1．1．8 废水蛋白浓度对体系pH值的影响

1．2 结果与分析

1．2．1 鱼糜漂洗水基本成分组成分析

1．2．2 废水中金属元素组成分析

1．2．3 废水中水溶性蛋白等电点分布分析

1．2．4 加压二氧化碳对废水体系pH值的影响

1．2．5 废水蛋白浓度对体系pH值的影响

1．2．6 温度对体系pH值的影响

1．3 总结

2 气体携带乙酸等电沉淀回收鱼糜漂洗水蛋白

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 测定方法

2．1．3 实验设备与仪器

2．1．4 加压CO2携带乙酸对体系pH的影响

2．1．5 携带时间与N2携带酸后体系pH的关系

2．1．6 携带温度与N2携带酸后体系pH的关系

2．1．7 蛋白含量与N2携带酸后体系pH的关系

2．1．8 分级等电沉淀回收废水蛋白

2．1．9 上清液蛋白SDS-PAGE分析

2．2 结果和分析

2．2．1 加压CO2挟带酸时体系pH的变化

2．2．2 挟带温度与CO2携带酸体系pH的关系

2．2．3 挟带时间对N2携带酸减压后体系pH的影响

2．2．4 挟带温度对N2携带酸减压后体系pH的影响

2．2．5 蛋白浓度对N2携带酸减压后体系pH的影响

2．2．6 分级等电沉淀回收蛋白结果分析

2．2．7 蛋白提取后上清液SDS-PAGE分析结果

2．3 总结

3 壳聚糖絮凝回收分级等电沉淀后的鱼糜漂洗水中蛋白质

3．1 材料与方法

3．1．1 试剂与仪器

3．1．2 絮凝时间对蛋白质回收率的影响

3．1．3 壳聚糖对蛋白质回收率的影响

3．1．4 溶液环境对蛋白质回收率的影响

3．1．5 蛋白质回收热力学影响因素的响应面分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 絮凝时间对壳聚糖絮凝沉淀蛋白过程的影响

3．2．2 内因——壳聚糖的影响

3．2．3 外因——环境条件的影响

3．2．4 蛋白质回收热力学影响因素的响应面分析

3．3 总结

4 回收蛋白产品分析

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 回收蛋白基本成分分析

4．1．3 氨基酸组成分分析

4．2 结果与分析

4．2．1 回收蛋白的基本成分分析

4．2．2 矿质元素的分析

4．2．3 回收蛋白产品的氨基酸组成分析

4．2．4 分级等电沉淀+絮凝技术经济性分析

4．3 总结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果