Способ коагуляции белков из растворов Советский патент 1990 года по МПК A23J1/20 

1

(21)4476231/30-13

(22)25.08.88

(46) 15,06.90,, Бкш. N 22

(71)Эстонская сельскохозяйственная академия

(72)Х.В. Янсон, А.А. Кийс, Н.Г. Алексеев и А.А. Кирм

(53)637.147.2 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР

К 1220608, кл. А 23 С 21/00, 1986.

(54)СПОСОБ КОАГУЛЯЦИИ БЕЛКОВ ИЗ РАСТВОРОВ

(57)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 изоэлектри- ческой точке коагуляции белков, которую устанавливают путем регулирования плотности тока и скорости потока. 4 табл., 1 ил.

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.

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 3- 10 мм при изоэлектрической точке, соответствующей белку исходного раствора (рН 4,0-6,0), при этом установле-,

но, что основным параметром, определяющим эффективность процесса и полноту коагуляции белков из растворов является активная кислотность (рН) среды, позволяющая перевести белки исходного раствора в изоэлектричес- кое состояние, которое достигается 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 хло- пьеобразное, при этом в хлопья белков

л ч

35

;0

Јь

переходят частично и жиры. Раствор с коагулированным белком из анодной камеры направляют в осадитель-отдели- тель белка. Выделение белка осуществляют, например, осаждением, электрофлотацией или микрофильтрацией. Полученный фильтрат направляют в катодную камеру электролизера в качестве католита. В катодной камере происхо- дит раскисление раствора до рН 10,5- 12,2 в результате образования ионов ОН по электродной реакции разложения воды. Выведенную из цикла обработки раскисленную воду можно использовать например, для мойки оборудования.

Пример 1. Осаждение белков из первичных ополосков молочного оборудования.

Обрабатываемый раствор (ополоски) с 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 до рН 4,5 (см. табл. 1, опыт 6) при этом белки переходят в изоэлектри- ческое состояние и происходит коагуляция белков. Из анодной камеры суспензию (анолит) с хлопьями белка направляют в осадитель-отделитель белка. Выделившуюся белковую фракцию выводят из цикла и используют как кормовую добавку, а осветленный анолит с рН 4,5 насосом направляют в катодную камеру электролизера в ка честве католита. Вследствие высокой концентрации водородных ионов анолит имеет повышенную электропроводимость и такой раствор целесообразно использовать в катодном пространстве. При протекании через катодную камеру раствор раскисляется до рН 12,0. Из катодной камеры осветленный раскисленный раствор выводят из цикла обработки. В данном примере прозрачность исходного раствора по сравнени с дистиллированной водой (100%) составляла 10%, а обработанного в электролизере соответственно 94% (см„ табл. 1, опыт 6). Таким образом, 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 воз,

.

5

0

5

0

никает 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 энергозатраты 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, лактозы, 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 5% (от 1,00 до 0,95 г/л) и снижение БИКу раствора составляет 79,5% (от 2300 до 450 г/л), т.е. ВПКf снижается в 5 раз. При этом оптимальная активная кислотность среды в анодной камере находится в пределах рН 5,3-4,3, что соответствует изоэлек- трическим 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 40%.

51

Пример 2. Осаждение белков из пастеризованного молока.

Обрабатываемое молоко с рН 6,7 подают насосом в анодную камеру электролизера. При протекании молока в 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-отдели- тель 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 электролизера. При протекании раствора (сыворотки) через катодную камеру происходит раскисление сыворотки.

Пример 3. Осаждение белков из конденсата вторичных паров молока, 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 анодной 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 ка- толита. При протекании через катодную 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.

706946

Обработанный в этектролизере 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 JQ в непрерывном потоке и является эффективным при коагуляции белков из ополосков технологического оборудования, в результате которой создаются предпосылки для очищения раст- 5 вора физическими способами, например фильтрацией, до прозрачности 80-94% по сравнению с дистиллированной водой, которая имеет прозрачность 100%.

20 Предлагаемый сопособ позволяет перевести белки в изоэлектрическое состояние исключая использование химикатов и подогревание раствора перед направлением в электролизер. 25 Кроме того, энергоемкость процесса, т.е. затраты энергии на единицу объема обрабатываемой жидкости в электролизере предложенным способом, составляет 0,087 Вт ч/л-см2, а 3Q в известном соответственно 0,48 /л.см2 (при одинаковых плотностях тока 0,05 А/см2). 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 изобретения Способ коагуляции белков из растворов, предусматривающий обработку исходного раствора в анодной камере 50 электролизера при изоэлектрической точке коагуляции белков, отличающий с я тем, что, с целью увеличения выхода белков и снижения энергозатрат, обработку исходного раство- 5 pa ведут в потоке в тонком слое толщиной 3-10 мм, а изоэлектрическую точку коагуляции белков устанавливают путем регулирования плотности тока и скорости потока.

35

40

45

4,5 4.7 4.3

0,62 0,32 0,72

0,03 0,03 0,04

1,00 0,65 1,15

25 6,7 4,6 Обычное пас- Творогообраэтеризованное нал консистен- молоко ция, состав,%: казеин 89,8; сывороточныебелки 10,2

Таблица 1

0,36 0,12 0,54

0,01 0,04 0,05

2,40 1,37 1,55 (,03 2,92 1,48

2300 1100 2500

450 710 790

Таблица 3

0,017 20 6,7 4,8 Обычное пас- Творогосбразтеризованное нзя копсистен- молоко цья. . остав,%: казеин 93vо; сывороточныебелки 6,4

Продолжение табл.3