大豆乳清廢水資源化與再回收探討

林之虹

（哈高科大豆食品有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

大豆乳清廢水來(lái)源于酸沉、水洗等工藝，由于其COD、BOD值很高，含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且pH值為4.5-5.5顯酸性，溫度為40℃左右，所以極易腐敗而造成嚴(yán)重污染。目前的處理方法主要是傳統(tǒng)的厭氧、好氧、生物凈化等工藝，雖然在理論上可以將乳清廢水處理到好于國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的水平(COD<100mg/L)，但是仍然存在著諸多的問(wèn)題。一方面，企業(yè)在處理廢水的過(guò)程中耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，這使得一些小型企業(yè)為了追求效益而存在一定的消極現(xiàn)象;另一方面，由于廢水排放量的波動(dòng)、廢水水質(zhì)的波動(dòng)、季節(jié)的變化以及其它工藝方面的原因，排放水質(zhì)超標(biāo)也是一個(gè)常見(jiàn)的現(xiàn)象。為了強(qiáng)化對(duì)大豆乳清廢水的處理，國(guó)內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)一直在積極地進(jìn)行各種廢水處理技術(shù)的有益研究，如固定化細(xì)胞技術(shù)、光合細(xì)菌法、光合細(xì)菌和其它微生物相結(jié)合的方法。這技術(shù)的應(yīng)用從一定程度上改善了大豆乳清廢水的處理效果。

但是，在上述傳統(tǒng)的處理方法中，大豆乳清廢水中的多種生理活性物質(zhì)被浪費(fèi)掉，而同時(shí)廢水處理的成本無(wú)疑也縮小了企業(yè)的效益空間。鑒于此，國(guó)內(nèi)很多大專院校和研究機(jī)構(gòu)正在積極地開(kāi)發(fā)各種技術(shù)以期在處理大豆乳清廢水的過(guò)程中能將這些生理活性物質(zhì)回收。雖然這些技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上尚未得到大規(guī)模的發(fā)展，但是它們已經(jīng)顯示出誘人的開(kāi)發(fā)前景。

1 大豆乳清廢水資源化處理

目前，在我國(guó)已經(jīng)建成了上百家大豆蛋白生產(chǎn)企業(yè)，較大規(guī)模的廠家有數(shù)十家。以我國(guó)目前的技術(shù)水平，生產(chǎn)1t大豆分離蛋白需要排放10t大豆乳清。所以，在大豆蛋白生產(chǎn)迅速發(fā)展的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的大豆乳清廢水。

大豆乳清廢水含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸及氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。廢水中的主要污染物成分為大豆乳清蛋白、胰蛋白酶抑制劑、大豆低聚糖、異黃酮類化合物、大豆皂甙、植酸、植酸鹽以及酚酸等。

由于大豆蛋白生產(chǎn)廠家基本沒(méi)有對(duì)大豆乳清進(jìn)行綜合利用，而是將其作為廢水進(jìn)行直接處理。如果大豆乳清廢水處理以COD20000mg/L計(jì)算，每噸大豆乳清處理運(yùn)行費(fèi)用大約是3.5-4.0元，日排放1t大豆乳清的廢水處理設(shè)施建設(shè)費(fèi)用大約需要1.0-1.5萬(wàn)元，則全國(guó)用于處理大豆乳清的廢水處理設(shè)施的基建費(fèi)和日常的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用將駭人聽(tīng)聞。更何況在我國(guó)有相當(dāng)一部分污水處理很難達(dá)標(biāo)排放以及有的污水處理設(shè)施經(jīng)常不能滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)甚至停機(jī)，所以，大豆乳清的非綜合利用不但浪費(fèi)了富含大豆低聚糖的資源，而且對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成的危害也是驚人的。如果能有效地回收其中的異黃酮和低聚糖，不僅回收了有用資源，而且凈化了污水，減輕了環(huán)境污染的壓力，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

2 大豆乳清廢水的再回收探討

2.1 從大豆乳清廢水中提取大豆乳清蛋白

大豆乳清蛋白是殘存于大豆乳清中不能為酸所沉淀的蛋白質(zhì)，分子量在2萬(wàn)左右，主要成分是球蛋白、白蛋白、胰蛋白酶抑制劑、β-淀粉酶、凝血素等，其分散性好。

從大豆乳清廢水中提取大豆乳清蛋白的主要技術(shù)手段有蒸發(fā)濃縮、膜分離技術(shù)等。采用蒸發(fā)濃縮等傳統(tǒng)方法可回收乳清蛋白，但因蛋白質(zhì)濃度太低、效益太差而無(wú)法得到應(yīng)用。在對(duì)大豆乳清廢水資源化處理的技術(shù)中，膜分離技術(shù)作為一種新型的分離、濃縮、提純及凈化技術(shù)，具有過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性較好，沒(méi)有相變，分離系統(tǒng)較大，節(jié)能，高效，無(wú)二次污染，可在常溫下連續(xù)操作，易于放大，可專一配膜等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于大豆乳清蛋白和低聚糖等高附加值物質(zhì)的提取，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，降低生產(chǎn)成本。

海內(nèi)外學(xué)者曾就大豆分離蛋白和豆制品生產(chǎn)企業(yè)的乳清廢水中的乳清蛋白的回收進(jìn)行過(guò)超濾、反滲透工藝的探討，日本學(xué)者用多種濾膜對(duì)豆制品廠乳清的分離性能做過(guò)評(píng)價(jià)性試驗(yàn)。陳壽鵬1994年曾發(fā)表過(guò)用起濾方法回收豆制品廠乳清廢水中的大豆乳清蛋白的研究，其工藝流程為:先將乳清廢水經(jīng)高速離心沉降去除不溶物，然后采用平板式和管式起濾器對(duì)澄清乳清進(jìn)行循環(huán)濃縮。最后確定了聚硯PS-1萬(wàn)起濾膜和管式組件，在優(yōu)選條件下，截留率R>90%，循環(huán)穩(wěn)定時(shí)間>4h，滲透通量穩(wěn)定在15L·m-2h-1，最后濃縮倍數(shù)V0/V>5，濃縮液蛋白質(zhì)含量>2%，可直接用作酵母培養(yǎng)液。

2.2 大豆乳清廢水中提取大豆低聚糖

存在于廢水中的大豆低聚糖是可溶性寡糖的總稱，由2-10個(gè)單糖分子脫水縮合而成，以糖苷鍵連結(jié)的結(jié)合物，主要成分為水蘇糖、棉子糖、蔗糖，還有一些葡萄糖、果糖、右旋肌醇甲醚、半乳糖肌醇甲醚等，該污染物性能穩(wěn)定，熱值低，親水性強(qiáng)，易溶于水。

日本在大豆低聚糖對(duì)人體的生理作用方面的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)最為活躍，并處于領(lǐng)先地位。1998年，日本卡爾比公司開(kāi)發(fā)出一套從大豆乳清廢水生產(chǎn)大豆低聚糖的工藝其產(chǎn)品已經(jīng)已經(jīng)投向市場(chǎng)，有糖漿、顆粒、粉末等形式。在該工藝中，以大豆乳清(干基含糖量72%)為原料，加水稀釋后加熱處理使殘存大豆蛋白沉淀析出，上清液再經(jīng)過(guò)濾處理以進(jìn)一步濾出殘存的大豆蛋白微粒，經(jīng)活性炭脫色后用膜分離技術(shù)(如反滲透、電滲析等)或離子交換法進(jìn)行脫鹽處理，接著真空濃縮至含水24%左右即得透明液體狀糖漿產(chǎn)品。加人賦形劑混勻后造粒，再進(jìn)行干燥即得顆粒狀產(chǎn)品。由于大豆低聚糖具有上述的諸多生理保健功能，大豆低聚糖產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上非常緊俏。其應(yīng)用主要有如下3個(gè)方面:被用于替代活雙歧桿菌制劑;將大豆低聚糖用作功能性食品的重要基料，被大量用于飲料、糖果、乳制品、面包、糕點(diǎn)、調(diào)味品、酒類等生產(chǎn);用于農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)用途，如用于研制和開(kāi)發(fā)有關(guān)植物需要生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和產(chǎn)生抗生物質(zhì)的誘變劑。

2.3 從大豆乳清廢水中提取大豆異黃酮

大豆異黃酮是大豆生長(zhǎng)過(guò)程中形成的一類次生代謝產(chǎn)物，屬多酚化合物，有弱酸性和低極性的特性。

大豆乳清廢水是目前大豆異黃酮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一種主要原料，關(guān)于提取工藝，公開(kāi)的報(bào)道很少，但是已經(jīng)有多種產(chǎn)品世，如荷蘭RoyalSehouten公司生產(chǎn)的食品級(jí)異黃酮濃縮物SoyLife25和SoyLifel50、美國(guó)ADM公司生產(chǎn)的Novasoy系列產(chǎn)品、Nature'5Teehnology公司和ACDSTeeh-nology公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的大豆異黃酮濃縮物ISoCOn等。這些產(chǎn)品主要是應(yīng)用于保健食品、食品添加劑以及相應(yīng)藥品的生產(chǎn)。所應(yīng)用的主要技術(shù)有膜分離、樹(shù)脂層析、超臨界流體萃取、高效液相色譜等。異黃酮含量為40%左右的大豆異黃酮產(chǎn)品的場(chǎng)售價(jià)大致為2500一4000元/kg。國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的大豆異黃酮產(chǎn)品普遍純度較低而開(kāi)發(fā)成本偏高，目前，國(guó)內(nèi)異黃酮產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)尚未被完全開(kāi)發(fā)出來(lái)，這些產(chǎn)品幾乎全部作為保健食品、食品添加劑以及制藥行業(yè)的原料出口(主要是銷往美國(guó))。

3 結(jié)束語(yǔ)

從大豆乳清廢水中回收生理活性物質(zhì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，其開(kāi)發(fā)和工業(yè)推廣，特別是在我國(guó)，尚處于起步階段。該技術(shù)的發(fā)展對(duì)于大豆深加工行業(yè)的健康、快速成長(zhǎng)具有重要的意義，而其本身也是一年非常有前途的產(chǎn)業(yè)，蘊(yùn)涵著巨大的市場(chǎng)潛力。

[1]祁佩時(shí),呂斯濠·超濾法處理大豆蛋白廢水及資源回收的研究[J]·哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005.

[2]崔洪斌·大豆生物活性物質(zhì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M]·北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2001,3.

[3]儲(chǔ)力前,付永彬·膜分離技術(shù)在大豆蛋白廢水處理中的應(yīng)用研究[J]·給水排水,2000,2.

[4]劉國(guó)慶.大豆乳清廢水資源化研究[D]，博士學(xué)位論文，北京：清華大學(xué)，2003.