Способ коагуляции белков из растворов
Изобретение относится к способам электрохимической обработки белковых растворов и может быть использовано для коагуляции и извлечения белков из молока и органических веществ из вторичного сырья. Цель изобретения - увеличение выхода белков и снижение энергозатрат. Для коагуляции белков из растворов проводят обработку исходного раствора в анодной камере электролизера в потоке в тонком слое толщиной 3 - 10 мм при изоэлектрической точке коагуляции белков, которую устанавливают путем регулирования плотности тока и скорости потока. 4 табл, 1 фит.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИК щ) А 23 Л 1/20
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4476231/30-13 (22) 25 ° 08,88 (46) 15.06.90. Бюл. 1г - 22 (71) Эстонская сельскохозяйственная академия (72) Х.h. Янсон, А.А. Кийс, Н.Г. Алексеев и А.А. Кирм (53) 637. 147.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1220608, кл. А 23 С 21/00, t986. (54) СПОСОБ КОАГУЛЯЦИИ БЕЛКОВ ИЗ
РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к способам электрохимической обработки белковых
Изобретение относится к способам электрохимической обработки белковых растворов и может быть использовано для коагуляции и извлечения белков из молока и органических веществ из вторичного сырья.
Целью изобретения является увеличение выхода белков и снижение энергозатрат.
На чертеже показана зависимость рН раствора в анодной камере от напряжения и от плотности тока при разных скоростях течения раствора при обработке ополосков.
Способ осуществляют следующим образом.
Обработку белкового раствора ведут. в потоке в анодной камере электролизера в тонком слое толщиной 310 мм при изоэлектрической точке, соответствующей белку исходного раствора (рН 4,0-6,0), при этом установле„.,80„„1570694 А 1
2 растворов и может быть использовано для коагуляции и извлечения белков из молока и органических веществ из вторичного сырья. Цель изобретения— увеличение выхода белков и снижение энергозатрат. Для коагуляции белков из растворов проводят обработку исходного раствора в анодной камере электролизера в потоке в тонком слоетолщиной 3 — 10 мм при изоэлектрической точке коагуляггии белков, которую устанавливают путем регулирования плотности тока и скорости потока.
4 табл., 1 ил. но, что основным параметром, определяющим эАфективность процесса и полноту коагуляции белков из растворов является активная кислотность (рН) среды, позволяющая перевести белки исходного раствора в изоэлектрическое состояние, которое д стигается совместным действием параметров процесса (плотность тока, напряжение на электродах и скорость потока раствора в аппарате). Проведение процесса в тонком слое позволяет снизить омическое сопротивление анолита и католита и тем самым уменьшить энергоемкость процесса. В анодной камере за счет высокой концентрации водородных ионов, образующихся по электродной реакции разложения воды, происходит коагуляция белков. При изоэлектрической точке белки переходят из растворимого состояния в хлопьеобразное, при этом в хлопья белков
1570694 переходят частично и жиры. Раствор с коагулированным белком из анодной камеры направляют в осадитель-отделитель белка. Выделение белка осуществляют, например, осаждением, электро5 флотацией или микрофильтрацией. Полученный фильтрат .направляют в катодную камеру электролизера в качестве католита. В катодной камере происхоит раскисление раствора до рН 10,52,2 в результате образования ионов Н по электродной реакции разложения оды. Выведенную из цикла обработки раскисленную воду можно использовать
1 например, для мойки оборудования.
Пример 1. Осаждение белков из первичных ополосков молочного обо >удования.
Обрабатываемый раствор (ополоски) рН 7,8 подают насосом в анодную камеру электролизера. При протекании раствора в тонком слое (5 мм) со скоростью 0,35 см/с через камеру активная кислотность его понижается фо рН 4,5 (см, табл. 1, опыт 6) при этом белки переходят в изоэлектрическое состояние и происходит коаГуляция белков. Из аноцной камеры суспензию (анолит) с хлопьями белка
Направляют в осадитель-отделитель белка. Выделившуюся белковую фракцию выводят из цикла и используют как
Кормовую добавку, а осветленный а«опит с рН 4,5 насосом направляют в
Катодную камеру электролизера в качестве католита. Вследствие высокой
Концентрации водородных ионов анолит имеет повышенную электропроводимость, и такой раствор целесообразно ис40 пользовать в катодном пространстве.
При протекании через катодную камеру раствор раскисляется до рН 12,0.
Из катодной камеры осветленный раскисленный раствор выводят из цикла
45 обработки. В данном примере прозрачность исходного раствора по сравнению с дистиллированной водой (100%) составляла 10%, а обработанного в электролизере соответственно 94% (см. табл. 1, опыт 6). Таким образом, 50 прозрачность обработанного раствора близка к дистиллированной воде.
В табл. 1 приведены некоторые лабораторные данные, характеризующие прозрачность обработанного раствора в зависимости от основных параметров обработки, При зазоре меньше 3 мм между электродом и диафрагмой возникает опасность забивания электродного пространства скоагулированными частицами белка„ При обработке малоконцентрированных растворов (ополоски, конденсат) использовался зазор в электродной камере 5 мм, что полностью исключало забивание рабочей камеры, При зазоре 10 мм энергозачраты почти удвоились (см. табл. 1, опыт 15) вследствие повышения напряжения от 32 (при зазоре 5-мм) до 62 В, Оптимальным при обработке ополосков является зазор 5 мм, обеспечивающий устойчивую работу электролизера.
В табл. 2 приведены качественные и количественные показатели исходного и обработанного раствора, показывающие связь между прозрачностью раствора и содержанием в нем белка, лактоэы, сухих веществ и биологической потребности кислорода. Как видно из табл. 2 (опыт 1), степень выделения белка составляет 95,2% (исходный
0,62 г/л, конечный 0,03 г/л), снижение содержания сухих веществ составляет 43,0% (от 2,40 до 1,37 г/л), снижение содержания лактозы составляет 5Х (от 1,00 до 0,95 г/л) и снижение HIIK5 раствора составляет 79,5% (от 2300 до 450 г/л), т. е. БПК 5 снижается в 5 раз. При этом оптимальная активная кислотность среды в анодной камере находится в пределах рН
5,3-4,3, что.соответствует изоэлектрическим точкам основных белковых фракций раствора. Оптимальную активную кислотность (изоэлектрическое состояние) раствора в анодной камере можно достичь при различных значениях основных параметров процесса (скорость течения раствора и напряжение на электродах). Чем больше скорость протекания раствора в анодной камере, тем больше должно быть напряжение на электродах и наоборот (см. чертеж), Положительные результаты получены в интервале анодной кислотности раствора от 6,4 до 3,0. При этом прозрачность обрабатываемого раствора колебалась в пределах 40 — 94%.
За пределами указанных рН процесс . коагуляции белков происходит с меньшей эффективностью. При этом прозрачность обработанного. раствора (конечного) не превышает 40Х.
1570694
Пример 2. Осаждение белков из пастеризованного молока.
Обрабатываемое молоко с рН 6,7 подают насосом в анодную камеру электролизера. При протекании молока в
5 тонком- слое толщиной 10 мм через анодную камеру активная кислотность
его понижается до рН 4,6 (табл. 3, опыт 1), при этом происходит коагуляция казеиновой фракции и части сывороточных белков. Из анодной камеры суспензии (анолит) с коагулированным белком направляют в осадитель-отделитель белка. Выделившуюся белковую фракцию выводят из цикла. Полученный продукт содержит 89,8% казеина и
10 2% сывороточных белков. Осветленный раствор с рН 4,6 насосом направляют в катодную камеру электролизе- 20 ра. При протекании раствора (сыворотки) через катодную камеру происходит раскислекие сыворотки.
Пример 3. Осаждение белков из конденсата вторичных паров молока, 25 получаемого из вакуум-аппаратов.
Обрабатываемый раствор (конденсат вторичных паров) с рН 7,2 подают насосом в анодную камеру электролизера при протекании конденсата в тонком слое толщиной 5 мм активная кислотность его понижается до рН 4,7 (табл. 4, опыт 6), при этом происходит коагуляция белков и частичный переход других составных компонентов раствора в белковую взвесь. Из анод35 ной камеры суспензию (анолит) направляют в осадитель-отделитель взвешенных компонентов, например в электрофлотатор. Выделившуюся фракцию выводят из цикла и используют как кормовую добавку, а осветленный анолит с рН 4,7 насосом направляют в катодную камеру электролизера в качестве католита. При протекании через катодную 45 камеру раствор раскисляется до рН
11,3. Из катодной камеры осветленный раскисленный раствор выводят из цикла обработки. В данном примере прозрачность исходного раствора по сравнению с дистиллированной водой (100%) составил 32%, а обработанного в электролизере соответственно 80% (табл.4, опыт 6).
В табл. 4 приведены данные, характеризующие прозрачность обработанного раствора (конденсата) в зависимости от активной кислотности в анодной камере.
Обработанный в электролизере и электрофлотаторе конденсат можно использовать в качестве подпиточной воды паровых котлов, а также в качестве .оборотной воды в технологических процессах.
Предлагаемый способ коагуляции белков позволяет провести процесс в непрерывном потоке и является эффективным при коагуляции белков из ополосков технологического оборудования, в результате которой создаются предпосылки для очищения раствора физическими способами, капример фильтрацией, до прозрачности
80-94% по сравнению с дистиллированной водой, которая имеет прозрачность 100%.
Предлагаемый сопособ позволяет перевести белки в изоэлектрическое состояние исключая использование химикатов и подогревание раствора перед направлением в электролизер.
Кроме того, энергоемкость процесса, т.е. затраты энергии на единицу объема обрабатываемой жидкости в электролизере предложенным способом, составляет 0,087 Вт.ч/лксм, а в известном соответственно 0,48 Вт-ч/
/л см (при одинаковых плотностях тока 0,05 А/см ). Следовательно, энергозатраты при проведении процесса по предложенному способу значительно ниже.
Предлагаемый способ обеспечивает возможность использования водоемких отходов (ополоски, конденсат, моеч ные растворы и т.п.) для получения дополнительных количеств белковых кормов и вести процесс по безотходной технологии, что исключает или снижает загрязнение окружающей среды и уменьшает расходы на очистные сооружения. формула и з о б р = т е н и я
Способ коагуляцин белков из растворов, предусматривающий обработку исходного раствора в анодной камере электролизера при изоэлектрической точке коагуляции белков, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения выхода белков и снижения энергозатрат, обработку исходного раствора ведут в потоке в тонком слое толщиной 3-10 мм, а изоэлектрическую точку коагуляции белков устанавливают путем регулирования плотности тока и скорости потока.
1570694
Т а б л и ц а 1 рН раствора
Прозрачность раствора по сравнению с дистиллированной водой, 7
Плотность
Напряжение, В
Опыт, ¹
Толщина слоя
Скорость потоИсходного
В катодной камере
В анодной катока, А/см2 раствора в электродной камере, мм ка, см/с мере
Исходная
Конечная
Таблица 2
Содеркенне сухих ве>цеста,г/л впк, рН раствора в
Акол нод каиере
Солерканне белка, г/л
Опыт
Содеркание вира, г/л
Содераание. лактоэы, г/л роэрачность ретварое по сравеннн с дистилированной водой>
2 ходное
Исход- Конечное кое
Исходное сход- Конечое ное
Конечное
Исхол- КонечКонеч ное ое сход- Конечная ая
10 94 4,5 0,62 0,03 1,00 0,95 0,36 0,01 2>40 1,37 2300 450
21 91 47 0 32 003 0>65 062 012 004 155 103 1100. 710
6 ВВ 4,3 0 ° 72 О,О4 1>15 1,ОВ 0 ° 54 О,О5 2>92 1,4а 2500 790
Таблица 3
Плотность
Напряжение, В рН
Характеристика продукта
Опыт, № тока, А/см2 олока
Исходная Конечная
Суспензии в анодной камере
Обычное пас- Творогообраэтеризованное ная консистенмолоко ция, состав,X: казеин 89,8; сывороточные белки 10 2
4,6
О, 022
6,7
1 0,004 20
2 0,004 22
3 0,005 24
4 0,006 28
5 0,007 30
6 0,007 32
Оь008 33
8. 0,008 34
9 0,009 36
10 0,009 38
11 0,010 40
12 0,011 42
13 0,007 21
14 0,007 62
15 О 007 75
5 0,35
° 5 035
5 0,35
5 0,35
5 035
5 0,35
5 035
5 0,35
5 0,35
5 0,35
5 0,35
5 0,35
3 0,35
10 0,35
12 0,35
7,8
7,8
7ь8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
7,8
6,6 10,4
6,4 10,5
5,9 11,0
5 3 11,3
5ьО 11ь5
4,5 12,0
4,4 12,0
4,3 12,1
3,5 12,1
3,3 12,2
3,0 12,2
2,8 12,3
4,6 12,1
4,5 12,0
4,6 11,9
32
47
81
91
94
93
88
57
44
41
93
94
;0
1570694
Продолжение табл.3
Харак геристика продукта рн
Плотность
Напряжение, В
Опыт, тока, А/см
Молока Суспен- Исходная Конечная эии в анодной камере
Обычное пас- Творогосб asтериэованное нэя консистенмолоко цья.. астав,7: каэеин 93,.6; сывороточные белки 6,4
20.6748
2 0,017
Таблица 4
Напряжение, В
Толщина слоя
Проэрачность раствора по сравнению с дистиллированной водой, 7
4I рН раствора
Опьгт, ПлотР ность
В катодной
Исходного
В анодной катока
A/ñì
Конечная камере мере
Исходная
1 О 001 10
2 0 002 14
3 0,004 26
4 0,006 35
5 0,007 40
6 0,008 46
7 0,009 50
8 0,010 55
9 0011 58
10 О 011 60
11 0,012 62 раствора в электродной камере, мм
5
5 . 5
5
5
7,2 6,7
7,2 6,3
7,2 6,0
7,2 5 6
7,2 5,0
7,2 4,7
7,2 4,2
7,2 4,0
7,2 3 4
7,2 3,0
7,2 2,9
9,2
9,6
10,0
10,8 l1,0
11,3
11,4
11,5
11,8
12,0
12,1
32
32
32
32
32
32
32
32
32
32
3
42
76
77
71
38
