酸堿法水解繅絲廢水中蛋白質(zhì)工藝條件的研究

韋榮婷　李軍生　黃國(guó)霞　全玉嬌

摘要：以繅絲廢水為試材，利用鹽酸、氫氧化鈉、磷酸水解絲膠蛋白質(zhì)，優(yōu)化繅絲廢水中絲膠蛋白水解的最佳工藝條件，制備蠶繭氨基酸原料。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，3種水解方法中利用鹽酸的水解效果最好，最佳工藝條件為溶液中鹽酸濃度6 mol/L，水解溫度130 ℃，水解時(shí)間8 h。

關(guān)鍵詞：繅絲廢水；水解；工藝條件；氨基酸

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）05-1145-03

在“東桑西移”工程的推動(dòng)下，廣西繅絲業(yè)迅速發(fā)展，繅絲廢水也快速增加，繅絲企業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也日益凸顯?？壗z廠排放的廢水中所含的溶解性污染物有絲膠蛋白質(zhì)、蠟質(zhì)、脂肪、無(wú)機(jī)鹽等，以絲膠蛋白質(zhì)為主，其化學(xué)需氧量（COD）的貢獻(xiàn)率在70%以上。絲膠蛋白質(zhì)是一種寶貴的資源，有多種用途[1]。目前，繅絲廠制絲生產(chǎn)過(guò)程中溶解下來(lái)的絲膠蛋白隨生產(chǎn)廢水的排放而流失，并成為繅絲生產(chǎn)廢水中的主要污染物，會(huì)對(duì)水環(huán)境造成不良影響。如果能夠有效利用繅絲廢水氮、磷、絲膠蛋白含量高的特點(diǎn)，應(yīng)用于養(yǎng)魚(yú)業(yè)，既可以達(dá)到凈化污水的目的，又可以獲得一定的經(jīng)濟(jì)利益，使繅絲企業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成互利互惠的共生關(guān)系，從而提高資源的利用率，是廢水資源化利用的一條良好途徑，具有廣闊的發(fā)展空間[2]。

絲膠蛋白分子量大，很難被魚(yú)塘中的藻類和微生物消化吸收，絲膠蛋白進(jìn)入機(jī)體內(nèi)必須經(jīng)過(guò)胃腸等消化器官分泌的消化液分解成游離的氨基酸才能被肌體吸收利用?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)，小分子多肽蛋白進(jìn)入人或動(dòng)物肌體后，不經(jīng)過(guò)消化，可直接被腸道吸收[3]。絲膠蛋白多肽的制備方法有酸水解法、堿水解法及生物酶法。本研究以繅絲廢水為原料，利用鹽酸水解、氫氧化鈉水解、磷酸水解的方法，確定繅絲廢水中絲膠蛋白水解的最佳工藝條件，制備蠶繭氨基酸原料，為后續(xù)研究新型繅絲廢水作為魚(yú)塘肥水劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試劑

從廣西柳城縣鴻藝絲綢有限公司副產(chǎn)品加工車間取繅絲廢水，并將取回的繅絲廢水樣品置于

4 ℃冰箱中低溫保存?zhèn)溆?。氫氧化鈉、硼酸、甲醛、無(wú)水乙醇、磷酸、鄰苯二甲酸氫鉀、氯化鈣、硫酸、濃鹽酸、硝酸鉀、無(wú)水氯化鈣、硫酸鉀、硫酸銅、三氯乙酸、無(wú)水碳酸鈉均為分析純；牛血清蛋白、考馬斯亮藍(lán)為生化試劑。所用水為二次蒸餾水。

1.2 主要儀器、設(shè)備

XYJ80-1型離心沉淀器、AL104型電子分析天平、DF-101S型集熱式恒溫加熱攪拌器、SHZ-CD型循環(huán)水式多用真空泵、UV-1100型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、KDN-08型消化爐、ZFD-5140型全自動(dòng)新型鼓風(fēng)干燥箱、LXJ-Ⅱ型離心沉淀機(jī)、微量定氮蒸餾裝置。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 繅絲廢水pH及密度的測(cè)定 繅絲廢水pH的測(cè)定采用廣泛試紙，密度的測(cè)定是將樣品用容量瓶定容至50 mL，然后用精密電子天平稱質(zhì)量。

1.3.2 繅絲廢水蛋白質(zhì)含量 按GB 5009.5—2010食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定方法，用凱氏定氮法測(cè)定繅絲廢水中總氮和非蛋白質(zhì)氮的含量。

1.3.3 繅絲廢水可溶性蛋白質(zhì)含量 采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定繅絲廢水中可溶性蛋白質(zhì)含量[4]。標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：取6支試管，編號(hào)后依次加入

0.1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)牛血清蛋白溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，蒸餾水1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0 mL，

0.1 mg/mL考馬斯亮藍(lán)G-250溶液各5 mL。在

波長(zhǎng)595 nm下測(cè)定吸光度，以吸光度值對(duì)相應(yīng)濃度作圖，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。

取適量樣品，加入5 mL 0.1 mg/mL考馬斯亮藍(lán)G-250試劑并搖勻，放置5 min后。在波長(zhǎng)595 nm 下測(cè)定繅絲廢水中可溶性蛋白質(zhì)的含量。

1.3.4 水解度的測(cè)定 用甲醛滴定法測(cè)定水解液中氨基氮含量[5]，水解度以水解液中氨基氮含量與繅絲廢水中總氮的百分比表示。

1.3.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化方案[6，7] 取適量繅絲廢水按照表1至表3加入鹽酸、氫氧化鈉和磷酸至所需濃度后，用蒸餾水定容（酸法定容至100 mL，堿法定容至150 mL），然后放入不同溫度的集熱式恒溫加熱攪拌器中反應(yīng)，達(dá)到所需的時(shí)間后取出，冷卻，離心過(guò)濾，調(diào)節(jié)pH至中性，最后采用甲醛滴定法測(cè)其氨基氮含量，計(jì)算水解度，選出最佳的工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 繅絲廢水的pH及密度

繅絲廢水呈淡茶色， 經(jīng)測(cè)定pH為13，堿性較強(qiáng)，密度為1.005 2 mg/mL，接近水。

2.2 繅絲廢水總氮及總蛋白質(zhì)含量

采用凱氏定氮法測(cè)定繅絲廢水中總氮及總蛋白質(zhì)含量，得到其總氮為1.504 mg/mL，非蛋白質(zhì)氮為0.390 mg/mL ，蛋白質(zhì)氮1.114 mg/mL，總蛋白質(zhì)含量6.963 mg/mL（總蛋白質(zhì)含量=蛋白質(zhì)氮×6.25）。結(jié)果表明，繅絲廢水中含有豐富的蛋白質(zhì)。

2.3 繅絲廢水可溶性蛋白質(zhì)的測(cè)定

根據(jù)測(cè)定的吸光度值得到可溶性蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。根據(jù)圖1可溶性蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線可計(jì)算出繅絲廢水中可溶性蛋白的含量為2.252 mg/mL。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 鹽酸水解法 表4中結(jié)果表明，不同鹽酸水解法正交試驗(yàn)因素水平組合的培養(yǎng)條件對(duì)繅絲廢水蛋白質(zhì)的水解度有不同程度的影響，根據(jù)R值可知，影響的大小順序?yàn)镃、A、B，說(shuō)明鹽酸溶液濃度對(duì)繅絲廢水水解度的影響較大，其次是溫度，時(shí)間對(duì)水解的影響相對(duì)較小，得到的最佳方案為A3B1C3，即鹽酸水解法的最優(yōu)條件為鹽酸濃度6 mol/L，酸解溫度130 ℃，酸解時(shí)間8 h。

2.4.2 氫氧化鈉水解法 按照表2中的正交試驗(yàn)因素和水平進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果（表5）表明，不同正交試驗(yàn)因素水平組合的培養(yǎng)條件對(duì)繅絲廢水蛋白質(zhì)的水解度均有不同程度影響，影響的大小順序?yàn)?C、A、B，說(shuō)明氫氧化鈉溶液濃度對(duì)繅絲廢水水解度的影響較大，其次是溫度，然后是時(shí)間。根據(jù)K值可知，最佳方案為A3B3C2，即氫氧化鈉水解法的最優(yōu)條件為氫氧化鈉濃度6 mol/L，堿解溫度為100 ℃，水解時(shí)間8 h。

2.4.3 磷酸水解法 采用磷酸水解法進(jìn)行正交試驗(yàn)，不同因素水平下得到的繅絲廢水蛋白質(zhì)水解度不同，結(jié)果見(jiàn)表6。從表6可知，影響水解度的大小順序?yàn)镃、A、B，說(shuō)明磷酸溶液濃度對(duì)繅絲廢水水解度的影響較大，其次是溫度，然后是時(shí)間。正交試驗(yàn)得到的最佳方案為A3B1C3，即磷酸水解的最優(yōu)條件為磷酸濃度6 mol/L，酸解溫度130 ℃，水解時(shí)間8 h。

2.4.4 繅絲廢水蛋白質(zhì)不同水解方法的比較 根據(jù)表4、表5、表6中結(jié)果，繅絲廢水蛋白質(zhì)不同水解方法得到的最佳水解度分別為鹽酸水解法99.81%、磷酸水解法94.63%、氫氧化鈉水解法89.12%，說(shuō)明鹽酸水解法的水解效果最好，其次是磷酸水解法，最后是氫氧化鈉水解法。鹽酸水解法和磷酸水解法得到的水解液顏色均為黑色，水解后水解液狀態(tài)均為無(wú)分層；氫氧化鈉水解法的水解液顏色為深褐色，且有少量分層。

鹽酸與磷酸的最佳水解度比較接近，而且水解度均大于90%，水解比較完全。由于鹽酸、磷酸水解得比較完全故無(wú)明顯分層現(xiàn)象，而氫氧化鈉因水解不完全上層有淡茶色固體，其水解程度也較差。綜合考慮，在后續(xù)研究用蠶繭氨基酸原料養(yǎng)藻選擇磷酸水解比較好，因?yàn)槠渌夂罂僧a(chǎn)生大量的P離子有利于藻類的生長(zhǎng)。

3 小結(jié)

本研究以繅絲廠副產(chǎn)品加工車間廢水為原料，利用鹽酸水解、氫氧化鈉水解、磷酸水解的方法，以不同水解溫度、水解時(shí)間、水解液濃度的試驗(yàn)條件來(lái)調(diào)節(jié)繅絲廢水中絲膠蛋白的水解度。結(jié)果表明，利用鹽酸水解的效果最好，其中鹽酸溶液濃度對(duì)繅絲廢水水解度的影響較大，其次是溫度，時(shí)間對(duì)水解的影響相對(duì)較小，最佳工藝條件為溶液中鹽酸濃度6 mol/L，酸解溫度為130 ℃，酸解時(shí)間8 h。本研究對(duì)繅絲廢水水解工藝進(jìn)行了初步研究，后續(xù)新型繅絲廢水作為魚(yú)塘肥水劑有待進(jìn)一步深入研究。

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