糖蜜酒精废液处理过程中产生的微生物蛋白的水解研究
2007-12-18 23:48:49   来源：食品与发酵工业   评论：0 点击：

摘要：本文利用糖蜜酒精废液培养出的微生物蛋白进行水解处理，获得成品氨基酸。采用正交实验法分别用酸水解、碱水解和酶水解法对微生物蛋白进行水解。结果表明：用硫酸水解法水解糖蜜酒精废液处理过程中产生的蛋白，其最佳工艺参数为：硫酸浓度为30%，液固比为9:1，水解时间为1 h，水解温度为130℃；用氢氧化钠水解法分解糖蜜酒精废液中蛋白，其最佳工艺参数为氢氧化钠浓度为40%，液固比为70:1，水解时间为1 h，水解温度为50℃；用酶水解法分解糖蜜酒精废液中蛋白，其最佳工艺参数为酶的加入量为5.5g/150mL，pH值为3，水解时间为5 h，水解温度为85℃。

关键词：糖蜜酒精废液；微生物蛋白；水解；氨基酸

中图分类号S249.13 

糖蜜酒精废液是利用糖蜜为原料，经发酵后的醪液在酒精粗馏塔中蒸馏，在蒸出酒精后经粗馏塔底部排出的废液。酒精废液属于特高的高浓度有机废水，COD含量一般都80000-150000mg/L，BOD为40000-60000 mg/L，硫酸根为1500-4000mg/L；废液中含有大量固体悬浮物外，还含有较高浓度的糖类、果胶和蛋白质等溶解性有机污染物。这类废水排入放水中，会大量消耗水体的溶解氧，使水体腐败，恶化水质，由于水体富营养化，使藻类大量繁殖，抑制了鱼、虾、贝类等生长繁殖，甚至大量死亡，从而严重地影响水体的利用价值^[1-4]。

糖蜜酒精废液由于成分复杂和所含各种物质浓度高，目前对其处理方法有：化学法、物理法和生化法。本文主要介绍利用不同的水解方法水解糖蜜酒精废液处理过程中产生的微生物蛋白，进一步制得复合氨基酸。

1 材料和设备

1.1 材料

微生物蛋白（糖蜜酒精废液培养出来），浓硫酸（分析纯），活性炭（化学纯），酒精（化学纯），碳酸钙（分析纯），氢氧化钠（分析纯），活性炭（化学纯），盐酸（分析纯），生物酶。

1.2 主要实验仪器与设备

数显快速恒温水浴箱（HH-60，常州国华电器有限公司），电热鼓风干燥箱（DHR-100SB型，广东医疗器械厂），电子可控沉淀器（KDC，广东金城无线电厂），氨基酸自动分析仪（L-8800，日本日立公司）。

2 实验方法

2.1 蛋白质预处理

由于在培养中，糖蜜酒精废液中焦糖及一些代谢产物吸附在微生物菌体上，使菌体泥呈浅咖啡色，微生物菌体本身也有一定臭味，对各种制成品品质有不良影响，必须通过预处理将其去除。本实验采用酸碱洗涤法对菌体蛋白泥进行预处理，通过不同碱液浓度预处理实验，确定0.3%氢氧化钠浓度条件下菌体泥色泽及气味较好，损失较低。经过脱色脱苦处理后菌体蛋白泥呈灰白色，无臭味。方法如下：

2.2微生物菌体的水解方法

（1）硫酸水解方法：将预处理后的菌体于干燥箱中于80℃干燥，制成粉末。精确称取0.1g粉末状菌体于具塞比色管中，加入不同浓度的硫酸，置于干燥箱中调节温度进行水解反应，一定时间内取出，用去离子水将样品稀释至10mL，过滤，测定氨基酸含量。

（2）氢氧化钠水解方法：将预处理后的菌体于干燥箱中于80℃干燥，制成粉末。精确称取0.1g粉末状菌体于具塞聚乙烯管中，加入不同浓度的NaOH，置于恒温水浴箱中调节温度进行水解反应，一定时间内取出，测定氨基酸含量。

（3）酶水解方法：将预处理后的菌体制成悬浮液，取悬浮液150mL放入三角瓶中，加入水解酶，将三角瓶固定在水浴箱中，调节水浴温度进行水解反应，一定时间后以4000r/min离心10min，取上清液测定氨基酸含量。

2.3 精制复合氨基酸的方法

精制包括中和、脱色、干燥等工艺。原料水解完后，在水解液中加入碳酸钙进行中和，水解液被完全中和后将水解液过滤；将过滤后的水解液调节pH值5，加入活性炭1.5g/50mL，在65℃脱色1h，趁热过滤。再利用有机试剂沉淀法分离氨基酸，pH值5，温度-7℃，无水乙醇:水解液（V：V）=8:1，时间30min，4000r/min离心10min，沉淀于恒温干燥箱中于40~60℃恒温干燥24h。

3 结果与分析

3.1 酸解正交实验

通过单因素实验后，选择不同的硫酸浓度、液固比、水解时间和水解温度对微生物菌体进行水解正交实验（表1和表2）。

表1 硫酸水解实验因素水平

表2 正交实验结果分析

由表2可知，最佳的实验条件是A₁B₃C₁D₂，也就是硫酸浓度为30%，液固比为9:1，水解时间为1 h，水解温度为130℃.当硫酸浓度过高时，氨基酸的产生量也较低，说明在氨基酸产生的同时产生了副反应，损失了氨基酸，氨基酸的积累量较少，所以硫酸浓度为30%最合适。当硫酸用量少，即固液比为3:1时，溶液体积小，反应物过浓使得反应进行不充分，氨基酸的产生量较低，随着固液比增加，氨基酸产生量增加，固液比在9:1时氨基酸产生量积累最大值，因此固液比选取9:1；水解温度的增加有利于氨基酸产生量的增加，随着水解时间的增加，水解温度高，氨基酸损失量也高，所以最佳水解温度是130℃。对影响氨基酸产生量的主次因素顺序是：硫酸浓度>水解时间>水解温度>液固比。

3.2 碱水解正交实验

通过单因素实验后，选择不同的氢氧化钠浓度、液固比、水解时间和水解温度对微生物菌体进行水解正交实验（表3和表4）。

表3 碱水解实验因素水平

表4 正交实验结果分析

由表4可知，最佳的实验条件是A₃B₃C₁D₁，也就是氢氧化钠浓度为40%，液固比为70:1，水解时间为1 h，水解温度为50℃。当氢氧化钠浓度低时，氨基酸产量较低，说明水解不完全，氢氧化钠溶液浓度增加，氨基酸产生量增加，所以氢氧化钠溶液浓度为40%较为合适。当氢氧化钠用量少，即固液比为30:1时，溶液体积小，反应物过浓使得反应进行不充分，氨基酸的产生量较低，随着固液比增加，氨基酸产生量增加，因此固液比选取70:1；如果在氨基酸浓度积累至最大浓度后继续水解，不仅氨基酸增量甚微，而且氨基酸容易发生二次变化，减少水解液中的氨基酸的含量，因此，最佳水解时间为1 h。对影响氨基酸产生量的主次因素顺序是：氢氧化钠浓度>固液比>水解时间>水解温度。

3.3 酶水解正交实验

通过单因素实验后，选择不同的水解酶加入量、pH、水解时间和水解温度对微生物菌体进行水解正交实验（表5和表6）。

表5 酶水解实验因素水平

表6 正交实验结果分析

由表6可知，最佳的实验条件是A₃B₁C₃D₃，也就是酶的加入量为5.5g/150mL，pH值为3，水解时间为5 h，水解温度为85℃。水解酶加入量增加，氨基酸产生量呈现增加的趋势，所以最佳的加入量为5.5g/150mL。随着水解时间的延长，氨基酸产生量不断升高，以氨基酸产生量为主要指标，从节约能源的角度考虑，5h为最佳水解时间。复合蛋白酶是由各种不同的酶组成，而各种酶的最适温度是不同的，从表中可以看出85℃时，氨基酸的产生量达到最大值，因此确定最佳水解温度为85℃。对影响氨基酸产生量的主次因素顺序是：水解温度>pH值>水解时间>酶的加入量。

4  结论

通过对糖蜜酒精废液处理过程中产生的微生物蛋白进行水解生产氨基酸的研究，可以得到以下的结论：

（1）采用酸水解法对微生物蛋白进行水解时，硫酸水解处理的最佳工艺参数为：硫酸浓度为30%，液固比为9:1，水解时间为1 h，水解温度为130℃。经本工艺生产的氨基酸产品色泽为纯白色，香气正常。

（2）采用碱水解法对微生物蛋白进行水解时，氢氧化钠水解处理的最佳工艺参数为：氢氧化钠浓度为40%，液固比为70:1，水解时间为1 h，水解温度为50℃。经本工艺生产的氨基酸产品色泽为乳白色，香气正常。

（3）采用酶水解法对微生物蛋白进行水解时，复合蛋白酶水解的最佳工艺参数为：酶的加入量为5.5g/150mL，pH值为3，水解时间为5 h，水解温度为85℃。经本工艺生产的氨基酸产品色泽为乳白色，略带一点黑色，香气正常。

参考文献

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