一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸的方法
【專利摘要】一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸的方法，屬于分離純化【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明利用復(fù)凝聚和離子交換原理，將帶有相反電荷的蛋白質(zhì)和聚電解質(zhì)通過靜電作用力形成電中性、不溶性的復(fù)合物；并用陽離子交換樹脂吸附分離游離氨基酸。以所述廢水為原料，選擇天然陰離子多糖卡拉膠配制成溶液，并按一定比例加入到廢水中；沉淀經(jīng)過復(fù)溶、干燥處理得到馬鈴薯蛋白產(chǎn)品；上清液通過離子交換樹脂分離得到高純度的氨基酸液。本發(fā)明用卡拉膠回收了馬鈴薯蛋白質(zhì)，避免了工業(yè)上的酸熱處理，保留了回收蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。此外，游離氨基酸的回收率及氨基酸純度較高，使含氮物質(zhì)充分回收，具有較大的實用價值。
【專利說明】一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基 酸的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分離純化【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋 白質(zhì)和游離氨基酸的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國馬鈴薯淀粉市場的需求不斷增大，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時伴隨著環(huán)境污染的 問題。馬鈴薯淀粉加工廢水中富含蛋白質(zhì)，其必需氨基酸達(dá)總氨基酸含量的33%，蛋白氮含 量約占總氮的1/3 ;非蛋白氮約占總氮的2/3,其中游離氨基酸含量約占75%。淀粉加工中產(chǎn) 生的大量含氮廢水會促使水體中雜菌的生長繁殖，進而導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖動物缺氧和死亡。因 此，對馬鈴薯淀粉廢水進行有效利用，具有很高的社會、經(jīng)濟和環(huán)保效益。
[0003] 按分子量的不同可以將馬鈴薯蛋白質(zhì)分為三大類：馬鈴薯糖蛋白，分子量為 39-45kDa，等電點為4. 5-5. 2,占總蛋白的30%-40% ;蛋白酶抑制劑，分子量為4-25kDa，，等 電點在5. 1-9. 0,約占總蛋白的50% ;其它高分子量蛋白約占10%-20%。馬鈴薯糖蛋白含有 5%的中性糖和1%的氨基己糖，馬鈴薯糖蛋白是磷酸酶A2, 0-1，3-葡聚糖酶，0-1，2木糖 苷酶，脂酰基水解酶和?；D(zhuǎn)移酶等一系列蛋白質(zhì)的總稱。目前已知該蛋白具有預(yù)防心血 管系統(tǒng)的脂肪沉積，保持動脈血管的彈性，還可以防止肝臟中結(jié)締組織的萎縮，保持呼吸道 和消化道的潤滑等多種生理功能。蛋白酶抑制劑包括PI-2，PI_1，天冬氨酸蛋白酶抑制劑， 半胱氨酸蛋白酶抑制劑，絲氨酸蛋白酶抑制劑，庫尼茲型蛋白酶抑制劑和羧肽酶抑制劑七 大類。其中PI-2含量最為豐富，由兩個分子量為16.lkDa和4.lkDa的亞基通過二硫鍵連 接。蛋白酶抑制劑具有抗癌，抗腫瘤和抗菌的作用，并具有胰蛋白酶抑制劑活性和胰凝乳蛋 白酶抑制劑活性，還可以釋放具有高度飽腹感的腸促胰酶肽，作為饑餓抑制劑用于減肥產(chǎn) 品的開發(fā)。因此，馬鈴薯蛋白質(zhì)在食品、醫(yī)藥和生物技術(shù)方面具有非?？捎^的應(yīng)用前景。
[0004] 馬鈴薯淀粉加工廢水中游離氨基酸以天冬酰胺和谷氨酰胺所占含量最高，達(dá)到 47%，兩者很有希望應(yīng)用于醫(yī)學(xué)開發(fā)。初始氨基酸液中必需氨基酸含量約為22%，濃縮的混合 氨基酸液具有潛在的藥用價值，還可以作為營養(yǎng)增強劑，食品風(fēng)味劑和工業(yè)發(fā)酵上的營養(yǎng) 素。
[0005] 卡拉膠由硫酸基化的或非硫酸基化的半乳糖和3,6-脫水半乳糖通過a-1，3糖苷 鍵和0_1，4鍵交替連接而成。在環(huán)境pH低于馬鈴薯蛋白等電點的條件下，作為天然的陰 離子型聚電解質(zhì)，卡拉膠可與帶正電的蛋白質(zhì)通過靜電作用力形成不溶性的復(fù)合物快速沉 降，可用于處理含大量可回收蛋白質(zhì)的廢水。從而，卡拉膠復(fù)凝聚提供了一種沉淀馬鈴薯蛋 白質(zhì)的方法，此外，復(fù)凝聚回收條件溫和，避免了工業(yè)上的酸熱處理，保留了馬鈴薯蛋白的 初始性質(zhì)，為實現(xiàn)_附加值廣品生廣提供了有利的條件。
[0006] 離子交換分離是利用離子交換樹脂與溶液中的離子之間所發(fā)生的交換反應(yīng)進行 分離的方法。〇〇1X7苯乙烯樹脂屬于強酸性陽離子交換樹脂，是在苯乙烯_二乙烯苯共聚 基體上帶有磺酸基（S03H)的離子交換樹脂。將氨基酸液的pH調(diào)至強酸性范圍，使得低于氨 基酸的等電點，帶正電的氨基酸吸附于離子交換樹脂上，再用帶相同電荷的離子進行交換 而洗脫下來，苯乙烯樹脂吸附容量大，氨基酸回收率高，所得到的洗脫液經(jīng)濃縮脫氨即為高 純度的氨基酸液。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基 酸的方法。選用復(fù)凝聚法，利用天然多糖回收馬鈴薯淀粉廢水中的蛋白質(zhì)，避免了工業(yè)上的 酸熱處理，最大程度保留了蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，并選用離子交換樹脂分離得到高純度的氨 基酸液。實現(xiàn)廢水蛋白和游離氨基酸的回收利用，并減少了廢水對環(huán)境造成的污染。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸 的方法，以馬鈴薯淀粉加工過程中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)廢水為原料，選擇天然陰離子多糖卡拉膠 配制成一定濃度的溶液，按一定的蛋白/卡拉膠比例加入到廢水中進行復(fù)凝聚，調(diào)節(jié)pH值， 離心過濾，沉淀經(jīng)過復(fù)溶、干燥處理，得到馬鈴薯蛋白產(chǎn)品；上清液以穿透體積過陽離子交 換樹脂，并用氨水洗脫，洗脫液經(jīng)濃縮脫氨處理，得到高純度的氨基酸液。
[0009]具體步驟如下： (1) 預(yù)處理：取馬鈴薯淀粉加工廢水，0. 45ym微孔濾膜過濾；備用； (2) 復(fù)凝聚：取卡拉膠，溶解于去離子水中，得到質(zhì)量濃度為1%的卡拉膠溶液；取步驟 (1)中預(yù)處理后的廢水，在攪拌條件下按照蛋白：卡拉膠質(zhì)量比為5-2.5 : 1添加卡拉膠溶 液，用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH至3-4 ;攪拌lOmin，靜置30min，25°C下以2500-4000g的速度離 心10-15min，過濾；所得沉淀為蛋白-卡拉膠復(fù)合物； (3) 氨基酸純化：取步驟（2)中所得的上清液；調(diào)節(jié)pH至2. 0-2. 5,以穿透體積通過苯 乙烯離子交換樹脂，流速為l_3mL/min，待上樣完全，用去離子水沖洗，至無紫外檢測信號， 帶負(fù)點的剩余糖不被吸附而沖洗下來；用濃度〇. 5-2mol/L的氨水進行洗脫，出現(xiàn)氨基酸紫 外檢測信號開始收集洗脫液，至紫外檢測信號低于最高峰85%-90%停止洗脫，有效減少洗 脫體積和洗脫時間；所得洗脫液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)(濃縮脫氨）處理后即得回收的氨基酸液； (4) 蛋白質(zhì)干燥：取步驟（2)所得蛋白-卡拉膠復(fù)合物經(jīng)復(fù)溶，在10-25Pa、-5(T-65°C 條件下真空冷凍干燥48-60h，即得回收的馬鈴薯蛋白產(chǎn)品。
[0010] 采用Bradford法測定蛋白含量。
[0011] pH調(diào)節(jié)劑為0.l-4mol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液。
[0012] 采用茚三酮比色法測定游離氨基酸含量。
[0013] 馬鈴薯廢水中的蛋白回收率為97%-100%;馬鈴薯蛋白產(chǎn)品的純度達(dá)到67%-75%， pH7. 0條件下溶解度為95%-98%，乳化活性為120-140m2/g，乳化穩(wěn)定性為30-35min。
[0014] 游離氨基酸的回收率為82%_92%，回收氨基酸液中天冬酰胺和谷氨酰胺含量 達(dá)40%-43%，天冬氨酸和谷氨酸含量達(dá)21%-25%，氨基酸干基含量達(dá)到80%-90%，灰分含量 3%-7%。
[0015]Tricine-SDS-PAGE蛋白組分分析法： 濃縮膠和分離膠的濃度分別為4%和16%，取一定量溶液與蛋白溶解液混合，加入1. 5% 體積的溴酚藍(lán)，2%體積的巰基乙醇溶液，加熱煮沸5min，待冷卻后上樣10-15yL，濃縮膠時 電壓設(shè)定在30mV，至分離膠界面時調(diào)至100mV，電泳跑完后，進行固定，染色，脫色并拍照。 所得電泳圖如圖2所示。
[0016] 蛋白完全回收后上清液組分分析：高效液相色譜法，柱子選用TSKGelG2000， 0.02%疊代鈉溶液沖洗，流動相配置為乙腈：水：三氟乙酸=45 : 55 : 0.1，流速為 0. 5mL/min，柱溫為30°C，時間設(shè)定30min，進樣量為20yL。所得分子量標(biāo)準(zhǔn)曲線為

【權(quán)利要求】
1. 一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸的方法，其特征在于： 以馬鈴薯淀粉加工過程中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)廢水為原料，選擇天然陰離子多糖卡拉膠配制成 一定濃度的溶液，按一定的蛋白/卡拉膠比例加入到廢水中進行復(fù)凝聚；復(fù)凝聚所得的蛋 白-卡拉膠復(fù)合物經(jīng)過復(fù)溶、干燥，得到馬鈴薯蛋白產(chǎn)品；上清液通過陽離子交換樹脂分離 得到高純度的氨基酸液； 具體步驟如下： (1) 預(yù)處理：取馬鈴薯淀粉加工廢水，0. 45 y m微孔濾膜過濾；備用； (2) 復(fù)凝聚：取卡拉膠，溶解于去離子水中，得到質(zhì)量濃度為1%的卡拉膠溶液；取步驟 (1)中預(yù)處理后的廢水，在攪拌條件下按照蛋白：卡拉膠質(zhì)量比為5-2.5 : 1添加卡拉膠溶 液，用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH至3-4 ;攪拌lOmin，靜置30min，25°C下以2500-4000g的速度離 心10-15min，過濾；所得沉淀為蛋白-卡拉膠復(fù)合物； (3) 氨基酸純化：取步驟（2)中所得的上清液；調(diào)節(jié)pH至2. 0-2. 5,以穿透體積通過苯 乙烯離子交換樹脂，流速為l_3mL/min，待上樣完全，用去離子水沖洗，至無紫外檢測信號， 帶負(fù)電的剩余糖不被吸附而沖洗下來；用濃度〇. 5-2mol/L的氨水進行洗脫，出現(xiàn)氨基酸紫 外檢測信號開始收集洗脫液，至紫外檢測信號低于最高峰85%-90%停止洗脫，有效減少洗 脫體積和洗脫時間；所得洗脫液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮脫氨處理后即得回收的氨基酸液； (4) 蛋白質(zhì)干燥：取步驟（2)所得蛋白-卡拉膠復(fù)合物經(jīng)復(fù)溶，在10-25Pa、-5(T-65°C 條件下真空冷凍干燥48-60h，即得回收的馬鈴薯蛋白產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸 的方法，其特征在于：采用Bradford法測定蛋白含量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸 的方法，其特征在于：pH調(diào)節(jié)劑為0. l_4mol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基酸 的方法，其特征在于：采用茚三酮比色法測定游離氨基酸含量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基 酸的方法，其特征在于：馬鈴薯廢水中的蛋白回收率為97%-100%;馬鈴薯蛋白產(chǎn)品的純度 達(dá)到67%-75%，pH 7. 0條件下溶解度為95%-98%，乳化活性為120-140m2/g，乳化穩(wěn)定性為 30_35min〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中高效回收蛋白質(zhì)和游離氨基 酸的方法，其特征在于：游離氨基酸的回收率為82%-92%，回收氨基酸液中天冬酰胺和谷氨 酰胺含量達(dá)40%-43%，天冬氨酸和谷氨酸含量達(dá)21%-25%，氨基酸干基含量達(dá)到80%-90%，灰 分含量3%-7%。
【文檔編號】C07C227/40GK104387443SQ201410689053
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】張彩猛, 華欲飛, 孔令知, 孔祥珍, 陳業(yè)明, 應(yīng)玉桑 申請人:江南大學(xué)