馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質回收利用現狀研究

冀保程

（臨沂市環境保護局 山東臨沂 276003）

引言

馬鈴薯是我國重要的糧食作物，主要食用部位為塊莖。馬鈴薯除直接用作蔬菜外，馬鈴薯淀粉生產過程中伴隨著產生大量有機廢水（生產1噸淀粉，產生近20噸廢水）。廢水直排既會造成嚴重的生態后果（如水體富營養化），還浪費了大量的有機資源。本文擬通過比較馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質回收方法，為回收利用馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質資源提供理論依據。

1　馬鈴薯淀粉廢水來源

馬鈴薯淀粉生產工藝流程包括原料清洗、淀粉提取和淀粉脫水干燥。原料清洗階段主要對馬鈴薯表面泥沙進行清洗，所產生的廢水通常可通過三級沉淀處理，從而循環利用，不是淀粉廢水的主要來源。淀粉提取是馬鈴薯淀粉生產的核心工藝，分為破碎（銼磨法）、提取和淀粉精制3個階段。首先，將清洗的馬鈴薯運輸至破碎設備或采用手工方法進行組織破碎。隨后，將充分破碎的組織液轉移至離心機或采用濾膜進行固液分離。收集并濃縮得到粗淀粉乳。先后經過靜置沉降和清洗去除淀粉乳中泥沙等顆粒狀雜質，制備精制淀粉乳。本工藝流程中產生的廢水不僅量大，而且有機質含量高（蛋白質等），即常說的淀粉廢水。淀粉脫水干燥是指把精制淀粉乳進行真空吸濾和蒸汽干燥，降低其含水量，得到干燥淀粉的過程。這一工藝流程無額外用水，回收水較為清潔，可循環利用。

馬鈴薯淀粉生產加工過程中，不同工藝流程均有廢水產生，但原料清洗和脫水干燥階段的廢水可經簡單處理后回收利用。馬鈴薯淀粉廢水主要來源于提取加工工藝流程。

2　馬鈴薯淀粉廢水水質特性

研究發現，馬鈴薯塊莖中主要物質為水（63-87%），其次是淀粉（8-29%），依次為蛋白質（0.7-4.6%）、糖（0.1-8%）和纖維素（0.2-3.5%）等。經過提取加工工藝，除淀粉和纖維素等主要物質均進入水中而成為淀粉廢水。因此，馬鈴薯淀粉廢水中既富含蛋白質等有機物，也還有較多纖維素等固體顆粒。馬鈴薯來源不同、加工工藝不同，其淀粉廢水的水產差異較大。但是淀粉廢水的水質參數如化學耗氧量（COD）、生化耗氧量（BOD）和可溶性固體顆粒（SS）含量均達到超高水平，分別可達20000-45000 mg/L，9000-18000 mg/L和18000 mg/L不等。

3　回收馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質方法

回收利用馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質的方法主要有物理法和化學法等。盡管工藝流程和操作方法不同，但均利用了蛋白質等電點和蛋白質變性等性質進行分離和提取。

3.1　物理法

物理法是利用馬鈴薯淀粉蛋白質固有的物理性質及其可變性進行分離。比如，根據蛋白質的溶解度、吸附性以及起泡性等性質特點，發展出了泡沫分離法和超濾法。泡沫分離法是根據氣泡的表面吸附特性，通過氣泡在上浮過程中將蛋白質等生物活性物質吸附富集，分離塔排液，達到提取蛋白質的目的。一般認為，泡沫分離法回收淀粉廢水中蛋白質效能主要受廢水溶液性質，如溶質溶度和pH（等電點吸附效果最好），和操作特性（溫度、氣流量）的影響。

超濾法是利用濾膜半透性對馬鈴薯淀粉廢水進行固液分離的一種膜分離技術。研究認為，膜集成超濾技術是回收馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質的較理想的技術，其粗蛋白可高達回收率90%以上。但是，超濾膜系統價格昂貴，并且運行過程中容易堵塞，并不適合在中小企業推廣。

3.2　化學法

提取淀粉廢水中蛋白質的化學方法有等電位法和絮凝法等。等電位法是指通過調節pH值使溶液達到等電位點，降低蛋白質溶解度，收集蛋白質沉淀，從而達到回收目的。絮凝法包括加熱絮凝和絮凝劑法，前者通過加熱使蛋白質發生絮凝反應，后者通過添加無機或有機絮凝劑使蛋白質絮凝。絮凝回收蛋白工藝簡單、價格低廉、回收率高，得到廣泛關注，但提取產品色澤差、純度低以及絮凝劑混入等問題影響了該技術的發展。選擇合適的絮凝劑和篩選絮凝與蛋白質分離的藥劑是當前的研究熱點。

3.3　蛋白回收工藝的選擇

馬鈴薯淀粉廢水的蛋白回收工藝選擇需綜合考慮多方面因素。既要考慮廢水特性與回收工藝的匹配性，也要考慮回收蛋白質的成本以及蛋白質開發利用前景。因此，工藝選擇不應拘泥于某一種模式，而應因地制宜選擇某種回收模式為主體的混合工藝，比如酸熱提取與中空纖維超濾結合工藝等。

結語

綠色可持續發展是我國農業發展的目標之一，合理有效的回收可用資源，可以減少土地資源流失。

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