利用膜技术分离大豆乳清的研究

【摘要】： 在豆制品的生产过程中，有大量乳清废水排出，据统计每加工一吨大豆将排放2～5吨乳清废水。在这些乳清废水中含有一定量的生理活性物质，如大豆乳清蛋白、大豆低聚糖、大豆异黄酮、大豆皂甙等。但这些生理活性物质含量较低，用一般传统的分离方法如真空蒸发浓缩，由于能耗大、效益差而无法实现工业应用。近年来，随着膜分离技术研究和膜组件开发的日益发展，为低浓度溶液的分离浓缩提供了有效的手段，使大豆乳清废水的分离回收成为可能。选用适当的超滤膜可以将蛋白质和糖分、无机盐有效分离，并实现蛋白质的浓缩，选用适当的纳滤膜，可实现糖分的浓缩和部分无机盐的脱除。 本论文研究了利用超滤和纳滤技术回收利用生产豆腐时所排放的大豆乳清废水，就超滤膜的选择，溶液pH值、操作压力、操作温度、浓缩倍数、膜面流速等操作参数对超滤过程的影响以及不同化学清洗剂对超滤膜的清洗效果和清洗方案进行了研究，并对纳滤膜浓缩大豆低聚糖进行了初步探讨。 研究表明：综合考虑渗透通量、膜衰减系数、蛋白质截留率和总糖透过率四个因素，截留分子量为10000Daltons的聚砜膜适宜用于分离大豆乳清。当溶液pH值偏离大豆蛋白等电点时，渗透通量增大，膜衰减系数减小，蛋白质截留率变化不大，总糖透过率略有上升，PES-10膜的适宜pH为11，PS-10膜的适宜pH为6.2；渗透通量随压力的增高而增大，当压力达到临界值后，渗透通量趋于稳定，确定适宜的操作压强为0.2～0.25MPa。利用中空纤维膜组件超滤大豆乳清，提高膜面流速，将增大溶质的传质系数，使渗透通量增大，本实验装置的最佳的浓缩液流量应在36L／h左右；提高料液温度，可使物料的粘度下降，溶质的扩散系数增大，浓差极化减轻，使渗透通量加大，在考虑膜材料的耐热性和蛋白质的热敏性的前提下，适宜的操作温度为40℃；在操作压强0.1MPa、温度40℃、浓缩液流速为36L／h下，能够达到浓缩倍数2.7倍；不同清洗剂的清洗效果比较，SDS＞EDTA+NaOH＞三聚磷酸钠＞NaOH＞HCl。对大豆乳清超滤透过液进行纳滤实验表明，适宜的操作压强为0.5MPa，温度为40℃；浓缩倍数越大，无机盐的截留率就越低，脱盐效果越好；总糖的截留基本上与浓缩倍数无关，约在90％左右；随着浓缩倍数的增大，渗透通量急剧衰减，在操作压强0.5MPa、温度40℃下对大豆乳清超滤透过液进行纳滤，能够达到浓缩倍数10倍以上。