大豆乳清廢水資源化與再回收探討

林之虹

（哈高科大豆食品有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

大豆乳清廢水來源于酸沉、水洗等工藝，由于其COD、BOD值很高，含有豐富的碳水化合物、蛋白質、氨基酸及氮、磷等營養物質，而且pH值為4.5-5.5顯酸性，溫度為40℃左右，所以極易腐敗而造成嚴重污染。目前的處理方法主要是傳統的厭氧、好氧、生物凈化等工藝，雖然在理論上可以將乳清廢水處理到好于國家一級排放標準的水平(COD<100mg/L)，但是仍然存在著諸多的問題。一方面，企業在處理廢水的過程中耗費大量的人力、物力、財力，這使得一些小型企業為了追求效益而存在一定的消極現象;另一方面，由于廢水排放量的波動、廢水水質的波動、季節的變化以及其它工藝方面的原因，排放水質超標也是一個常見的現象。為了強化對大豆乳清廢水的處理，國內很多研究機構或企業一直在積極地進行各種廢水處理技術的有益研究，如固定化細胞技術、光合細菌法、光合細菌和其它微生物相結合的方法。這技術的應用從一定程度上改善了大豆乳清廢水的處理效果。

但是，在上述傳統的處理方法中，大豆乳清廢水中的多種生理活性物質被浪費掉，而同時廢水處理的成本無疑也縮小了企業的效益空間。鑒于此，國內很多大專院校和研究機構正在積極地開發各種技術以期在處理大豆乳清廢水的過程中能將這些生理活性物質回收。雖然這些技術在工業應用上尚未得到大規模的發展，但是它們已經顯示出誘人的開發前景。

1 大豆乳清廢水資源化處理

目前，在我國已經建成了上百家大豆蛋白生產企業，較大規模的廠家有數十家。以我國目前的技術水平，生產1t大豆分離蛋白需要排放10t大豆乳清。所以，在大豆蛋白生產迅速發展的同時，也產生了大量的大豆乳清廢水。

大豆乳清廢水含有豐富的碳水化合物、蛋白質、氨基酸及氮磷營養物質。廢水中的主要污染物成分為大豆乳清蛋白、胰蛋白酶抑制劑、大豆低聚糖、異黃酮類化合物、大豆皂甙、植酸、植酸鹽以及酚酸等。

由于大豆蛋白生產廠家基本沒有對大豆乳清進行綜合利用，而是將其作為廢水進行直接處理。如果大豆乳清廢水處理以COD20000mg/L計算，每噸大豆乳清處理運行費用大約是3.5-4.0元，日排放1t大豆乳清的廢水處理設施建設費用大約需要1.0-1.5萬元，則全國用于處理大豆乳清的廢水處理設施的基建費和日常的運行維護費用將駭人聽聞。更何況在我國有相當一部分污水處理很難達標排放以及有的污水處理設施經常不能滿負荷運轉甚至停機，所以，大豆乳清的非綜合利用不但浪費了富含大豆低聚糖的資源，而且對我國的環境造成的危害也是驚人的。如果能有效地回收其中的異黃酮和低聚糖，不僅回收了有用資源，而且凈化了污水，減輕了環境污染的壓力，可實現環境和經濟效益的統一。

2 大豆乳清廢水的再回收探討

2.1 從大豆乳清廢水中提取大豆乳清蛋白

大豆乳清蛋白是殘存于大豆乳清中不能為酸所沉淀的蛋白質，分子量在2萬左右，主要成分是球蛋白、白蛋白、胰蛋白酶抑制劑、β-淀粉酶、凝血素等，其分散性好。

從大豆乳清廢水中提取大豆乳清蛋白的主要技術手段有蒸發濃縮、膜分離技術等。采用蒸發濃縮等傳統方法可回收乳清蛋白，但因蛋白質濃度太低、效益太差而無法得到應用。在對大豆乳清廢水資源化處理的技術中，膜分離技術作為一種新型的分離、濃縮、提純及凈化技術，具有過程簡單，經濟性較好，沒有相變，分離系統較大，節能，高效，無二次污染，可在常溫下連續操作，易于放大，可專一配膜等優點。對于大豆乳清蛋白和低聚糖等高附加值物質的提取，可以提高產品質量，簡化工藝過程，降低生產成本。

海內外學者曾就大豆分離蛋白和豆制品生產企業的乳清廢水中的乳清蛋白的回收進行過超濾、反滲透工藝的探討，日本學者用多種濾膜對豆制品廠乳清的分離性能做過評價性試驗。陳壽鵬1994年曾發表過用起濾方法回收豆制品廠乳清廢水中的大豆乳清蛋白的研究，其工藝流程為:先將乳清廢水經高速離心沉降去除不溶物，然后采用平板式和管式起濾器對澄清乳清進行循環濃縮。最后確定了聚硯PS-1萬起濾膜和管式組件，在優選條件下，截留率R>90%，循環穩定時間>4h，滲透通量穩定在15L·m-2h-1，最后濃縮倍數V0/V>5，濃縮液蛋白質含量>2%，可直接用作酵母培養液。

2.2 大豆乳清廢水中提取大豆低聚糖

存在于廢水中的大豆低聚糖是可溶性寡糖的總稱，由2-10個單糖分子脫水縮合而成，以糖苷鍵連結的結合物，主要成分為水蘇糖、棉子糖、蔗糖，還有一些葡萄糖、果糖、右旋肌醇甲醚、半乳糖肌醇甲醚等，該污染物性能穩定，熱值低，親水性強，易溶于水。

日本在大豆低聚糖對人體的生理作用方面的研究和產品開發最為活躍，并處于領先地位。1998年，日本卡爾比公司開發出一套從大豆乳清廢水生產大豆低聚糖的工藝其產品已經已經投向市場，有糖漿、顆粒、粉末等形式。在該工藝中，以大豆乳清(干基含糖量72%)為原料，加水稀釋后加熱處理使殘存大豆蛋白沉淀析出，上清液再經過濾處理以進一步濾出殘存的大豆蛋白微粒，經活性炭脫色后用膜分離技術(如反滲透、電滲析等)或離子交換法進行脫鹽處理，接著真空濃縮至含水24%左右即得透明液體狀糖漿產品。加人賦形劑混勻后造粒，再進行干燥即得顆粒狀產品。由于大豆低聚糖具有上述的諸多生理保健功能，大豆低聚糖產品在國際市場和國內市場上非常緊俏。其應用主要有如下3個方面:被用于替代活雙歧桿菌制劑;將大豆低聚糖用作功能性食品的重要基料，被大量用于飲料、糖果、乳制品、面包、糕點、調味品、酒類等生產;用于農業開發用途，如用于研制和開發有關植物需要生長調節劑和產生抗生物質的誘變劑。

2.3 從大豆乳清廢水中提取大豆異黃酮

大豆異黃酮是大豆生長過程中形成的一類次生代謝產物，屬多酚化合物，有弱酸性和低極性的特性。

大豆乳清廢水是目前大豆異黃酮產品開發的一種主要原料，關于提取工藝，公開的報道很少，但是已經有多種產品世，如荷蘭RoyalSehouten公司生產的食品級異黃酮濃縮物SoyLife25和SoyLifel50、美國ADM公司生產的Novasoy系列產品、Nature'5Teehnology公司和ACDSTeeh-nology公司聯合開發的大豆異黃酮濃縮物ISoCOn等。這些產品主要是應用于保健食品、食品添加劑以及相應藥品的生產。所應用的主要技術有膜分離、樹脂層析、超臨界流體萃取、高效液相色譜等。異黃酮含量為40%左右的大豆異黃酮產品的場售價大致為2500一4000元/kg。國內所生產的大豆異黃酮產品普遍純度較低而開發成本偏高，目前，國內異黃酮產業和市場尚未被完全開發出來，這些產品幾乎全部作為保健食品、食品添加劑以及制藥行業的原料出口(主要是銷往美國)。

3 結束語

從大豆乳清廢水中回收生理活性物質是一項綜合性的技術，其開發和工業推廣，特別是在我國，尚處于起步階段。該技術的發展對于大豆深加工行業的健康、快速成長具有重要的意義，而其本身也是一年非常有前途的產業，蘊涵著巨大的市場潛力。

[1]祁佩時,呂斯濠·超濾法處理大豆蛋白廢水及資源回收的研究[J]·哈爾濱工業大學學報,2005.

[2]崔洪斌·大豆生物活性物質開發與應用[M]·北京:中國輕工業出版社,2001,3.

[3]儲力前,付永彬·膜分離技術在大豆蛋白廢水處理中的應用研究[J]·給水排水,2000,2.

[4]劉國慶.大豆乳清廢水資源化研究[D]，博士學位論文，北京：清華大學，2003.