酸碱法水解缫丝废水中蛋白质工艺条件的研究

摘要：以缫丝废水为试材，利用盐酸、氢氧化钠、磷酸水解丝胶蛋白质，优化缫丝废水中丝胶蛋白水解的最佳工艺条件，制备蚕茧氨基酸原料。正交试验结果表明，3种水解方法中利用盐酸的水解效果最好，最佳工艺条件为溶液中盐酸浓度6 mol/L，水解温度130 ℃，水解时间8 h。

　　关键词：缫丝废水；水解；工艺条件；氨基酸

　　中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）05-1145-03

　　在“东桑西移”工程的推动下，广西缫丝业迅速发展，缫丝废水也快速增加，缫丝企业带来的环境污染问题也日益凸显。缫丝厂排放的废水中所含的溶解性污染物有丝胶蛋白质、蜡质、脂肪、无机盐等，以丝胶蛋白质为主，其化学需氧量（COD）的贡献率在70%以上。丝胶蛋白质是一种宝贵的资源，有多种用途[1]。目前，缫丝厂制丝生产过程中溶解下来的丝胶蛋白随生产废水的排放而流失，并成为缫丝生产废水中的主要污染物，会对水环境造成不良影响。如果能够有效利用缫丝废水氮、磷、丝胶蛋白含量高的特点，应用于养鱼业，既可以达到净化污水的目的，又可以获得一定的经济利益，使缫丝企业与农业生产形成互利互惠的共生关系，从而提高资源的利用率，是废水资源化利用的一条良好途径，具有广阔的发展空间[2]。

　　丝胶蛋白分子量大，很难被鱼塘中的藻类和微生物消化吸收，丝胶蛋白进入机体内必须经过胃肠等消化器官分泌的消化液分解成游离的氨基酸才能被肌体吸收利用。现代医学发现，小分子多肽蛋白进入人或动物肌体后，不经过消化，可直接被肠道吸收[3]。丝胶蛋白多肽的制备方法有酸水解法、碱水解法及生物酶法。本研究以缫丝废水为原料，利用盐酸水解、氢氧化钠水解、磷酸水解的方法，确定缫丝废水中丝胶蛋白水解的最佳工艺条件，制备蚕茧氨基酸原料，为后续研究新型缫丝废水作为鱼塘肥水剂提供参考。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验材料和试剂

　　从广西柳城县鸿艺丝绸有限公司副产品加工车间取缫丝废水，并将取回的缫丝废水样品置于

　　4 ℃冰箱中低温保存备用。氢氧化钠、硼酸、甲醛、无水乙醇、磷酸、邻苯二甲酸氢钾、氯化钙、硫酸、浓盐酸、硝酸钾、无水氯化钙、硫酸钾、硫酸铜、三氯乙酸、无水碳酸钠均为分析纯；牛血清蛋白、考马斯亮蓝为生化试剂。所用水为二次蒸馏水。

　　1.2 主要仪器、设备

　　XYJ80-1型离心沉淀器、AL104型电子分析天平、DF-101S型集热式恒温加热搅拌器、SHZ-CD型循环水式多用真空泵、UV-1100型紫外可见分光光度计、KDN-08型消化炉、ZFD-5140型全自动新型鼓风干燥箱、LXJ-Ⅱ型离心沉淀机、微量定氮蒸馏装置。

　　1.3 试验方法

　　1.3.1 缫丝废水pH及密度的测定 缫丝废水pH的测定采用广泛试纸，密度的测定是将样品用容量瓶定容至50 mL，然后用精密电子天平称质量。

　　1.3.2 缫丝废水蛋白质含量 按GB 5009.5—2010食品安全国家标准食品中蛋白质的测定方法，用凯氏定氮法测定缫丝废水中总氮和非蛋白质氮的含量。

　　1.3.3 缫丝废水可溶性蛋白质含量 采用考马斯亮蓝染色法测定缫丝废水中可溶性蛋白质含量[4]。标准曲线的制作：取6支试管，编号后依次加入

　　0.1 mg/mL标准牛血清蛋白溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，蒸馏水1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0 mL，

　　0.1 mg/mL考马斯亮蓝G-250溶液各5 mL。在

　　波长595 nm下测定吸光度，以吸光度值对相应浓度作图，得到标准曲线。

　　取适量样品，加入5 mL 0.1 mg/mL考马斯亮蓝G-250试剂并摇匀，放置5 min后。在波长595 nm 下测定缫丝废水中可溶性蛋白质的含量。

　　1.3.4 水解度的测定 用甲醛滴定法测定水解液中氨基氮含量[5]，水解度以水解液中氨基氮含量与缫丝废水中总氮的百分比表示。

　　1.3.5 正交试验优化方案[6，7] 取适量缫丝废水按照表1至表3加入盐酸、氢氧化钠和磷酸至所需浓度后，用蒸馏水定容（酸法定容至100 mL，碱法定容至150 mL），然后放入不同温度的集热式恒温加热搅拌器中反应，达到所需的时间后取出，冷却，离心过滤，调节pH至中性，最后采用甲醛滴定法测其氨基氮含量，计算水解度，选出最佳的工艺条件。

　　2 结果与分析

　　2.1 缫丝废水的pH及密度

　　缫丝废水呈淡茶色， 经测定pH为13，碱性较强，密度为1.005 2 mg/mL，接近水。

　　2.2 缫丝废水总氮及总蛋白质含量

　　采用凯氏定氮法测定缫丝废水中总氮及总蛋白质含量，得到其总氮为1.504 mg/mL，非蛋白质氮为0.390 mg/mL ，蛋白质氮1.114 mg/mL，总蛋白质含量6.963 mg/mL（总蛋白质含量=蛋白质氮×6.25）。结果表明，缫丝废水中含有丰富的蛋白质。

　　2.3 缫丝废水可溶性蛋白质的测定

　　根据测定的吸光度值得到可溶性蛋白质标准曲线，如图1所示。根据图1可溶性蛋白质标准曲线可计算出缫丝废水中可溶性蛋白的含量为2.252 mg/mL。

　　2.4 正交试验结果

　　2.4.1 盐酸水解法 表4中结果表明，不同盐酸水解法正交试验因素水平组合的培养条件对缫丝废水蛋白质的水解度有不同程度的影响，根据R值可知，影响的大小顺序为C、A、B，说明盐酸溶液浓度对缫丝废水水解度的影响较大，其次是温度，时间对水解的影响相对较小，得到的最佳方案为A3B1C3，即盐酸水解法的最优条件为盐酸浓度6 mol/L，酸解温度130 ℃，酸解时间8 h。

　　2.4.2 氢氧化钠水解法 按照表2中的正交试验因素和水平进行试验。结果（表5）表明，不同正交试验因素水平组合的培养条件对缫丝废水蛋白质的水解度均有不同程度影响，影响的大小顺序为 C、A、B，说明氢氧化钠溶液浓度对缫丝废水水解度的影响较大，其次是温度，然后是时间。根据K值可知，最佳方案为A3B3C2，即氢氧化钠水解法的最优条件为氢氧化钠浓度6 mol/L，碱解温度为100 ℃，水解时间8 h。

　　2.4.3 磷酸水解法 采用磷酸水解法进行正交试验，不同因素水平下得到的缫丝废水蛋白质水解度不同，结果见表6。从表6可知，影响水解度的大小顺序为C、A、B，说明磷酸溶液浓度对缫丝废水水解度的影响较大，其次是温度，然后是时间。正交试验得到的最佳方案为A3B1C3，即磷酸水解的最优条件为磷酸浓度6 mol/L，酸解温度130 ℃，水解时间8 h。

　　2.4.4 缫丝废水蛋白质不同水解方法的比较 根据表4、表5、表6中结果，缫丝废水蛋白质不同水解方法得到的最佳水解度分别为盐酸水解法99.81%、磷酸水解法94.63%、氢氧化钠水解法89.12%，说明盐酸水解法的水解效果最好，其次是磷酸水解法，最后是氢氧化钠水解法。盐酸水解法和磷酸水解法得到的水解液颜色均为黑色，水解后水解液状态均为无分层；氢氧化钠水解法的水解液颜色为深褐色，且有少量分层。

　　盐酸与磷酸的最佳水解度比较接近，而且水解度均大于90%，水解比较完全。由于盐酸、磷酸水解得比较完全故无明显分层现象，而氢氧化钠因水解不完全上层有淡茶色固体，其水解程度也较差。综合考虑，在后续研究用蚕茧氨基酸原料养藻选择磷酸水解比较好，因为其水解后可产生大量的P离子有利于藻类的生长。

　　3 小结

　　本研究以缫丝厂副产品加工车间废水为原料，利用盐酸水解、氢氧化钠水解、磷酸水解的方法，以不同水解温度、水解时间、水解液浓度的试验条件来调节缫丝废水中丝胶蛋白的水解度。结果表明，利用盐酸水解的效果最好，其中盐酸溶液浓度对缫丝废水水解度的影响较大，其次是温度，时间对水解的影响相对较小，最佳工艺条件为溶液中盐酸浓度6 mol/L，酸解温度为130 ℃，酸解时间8 h。本研究对缫丝废水水解工艺进行了初步研究，后续新型缫丝废水作为鱼塘肥水剂有待进一步深入研究。

　　参考文献：

　　[1] 刘学军，李 明，马艺华，等.丝胶蛋白质的回收与缫丝厂废水处理问题的思考[J].广西纺织科技，2010，39（1）：5-6，12.

　　[2] 崔 萍，安 慧，刘旭辉，等.缫丝企业废水处理技术研究进展[J].安徽农业科学，2009，37（14）：6673.

　　[3] 李庆春，余 宁，邹 君，等.丝胶蛋白多肽的制备方法[J].纺织科技进展，2009（1）：7.

　　[4] 李 宁.几种蛋白质测定方法的比较[J].山西农业大学学报（自然科学版），2006，26（2）：132-134.

　　[5] 王秀琪，秦淑媛，高天慧，等.基础生物化学实验[M].北京：高等教育出版社，1999.

　　[6] 王 辛，蒋蕴珍，周晔艳.酸水解小麦蛋白技术的研究[J].现代面粉工业，2009（3）：42-44.

　　[7] 李远坤.大麦麸皮蛋白的提取及碱水解条件的研究[J].生命科学仪器，2008（6）：14-21.