咸鴨蛋腌制廢料液的綠色高效聯合膜分離循環利用

唐朝慶，蔡朝霞*，程錦文，盛龍，王晨

1. 華中農業大學（武漢 430000）；2. 高郵市秦郵蛋品有限公司（高郵 225600）

咸鴨蛋是中華民族的傳統特產之一，至今已有數百年加工歷史，因其產品加工成本低、風味獨特、食用方便且營養豐富而深受消費者歡迎。咸鴨蛋腌制廢鹽水特指新鮮鴨蛋在20%左右的食鹽水中腌制20～30 d所剩余的鹽水混合物。因為工作效益和衛生安全問題，工廠一般經過簡單的工業處理后便將廢鹽水排放。然而廢鹽水中除含有蛋清蛋黃滲出物、水溶性蛋白、腥味物質、蛋殼溶出物和主要呈芽孢狀態的微生物菌體等雜質外，食鹽含量也高達17%[1]。從經濟損失方面來看，若一個中型規模的企業年加工1億枚咸鴨蛋，那么腌制咸鴨蛋的廢鹽水的直接廢棄而造成的食鹽流失就可達1 500～1 700 t，總價值高達225萬～255萬[2]。從環境污染方面來看，高鹽度和高COD的含菌廢水能直接或間接的引起多種環境問題，如土壤鹽堿化，植物生長受阻，水體生物死亡，水體富營養化等[3]。由于食品工業廢水污染嚴重，容易對濾膜產生如堵塞，破損，收縮等不可逆損傷[4]，所以一般聯合物理化學方法和分級膜處理凈化。因此試驗旨在設計出在保障咸鴨蛋品質的前提下高效環保的腌制廢鹽水循環工藝流程，為工業化處理腌制廢鹽水提供一定的理論依據，并具有較高的經濟環境效益。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鴨蛋、食鹽為市售。碳酸鈣、硫酸鎂、硫酸汞、硫酸銀、葡萄糖、硝酸銀、異丙醇、正己烷、氫氧化鈉、鉻酸鉀、重鉻酸鉀、雙氧水、鹽酸均為分析純，均購自國藥集團化學試劑有限公司。氯化鈉、苯酚均為分析純，均購自武漢華美生物工程有限公司。鄰菲啰啉為分析純，牛血清蛋白為生化試劑，均購自上海伯奧生物科技有限公司。七水合硫酸亞鐵為分析純購自美國Sigma-Aldrich公司。考馬斯亮藍99%購自南京先豐納米科技有限公司。濃硫酸98%購自信陽市化學試劑廠。

SZ-93自動雙蒸純水蒸餾器，上海亞榮生化儀器廠；SPX-250 BSH質構儀，上海新苗器械制造有限公司；Zetasizer Nano ZS原子火焰分光光度儀，英國馬爾文儀器有限公司；Nanodrop 2000 C紫外分光光度計，Thermo Fisher Scientific公司；H-7650超濾儀，日本HITACHI公司；XHF-DY高速分散儀，寧波新芝生物科技股份有限公司；SH 220 F石墨消解儀，Hanon。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

如圖1所示，工藝流程分為自然沉降、膜處理、脫糖、脫鈣鎂離子4個部分。自然沉降目的是去除大部分沉淀及懸浮物；膜處理去除所有懸浮物和水溶性蛋白質；脫糖采用Fenton氧化法去除主要有機物和降低COD；脫鈣鎂降低腌制液的硬度并去除金屬離子；最后補加食鹽至原腌制溶液濃度。

1.2.2 自然沉降時間優化

在廢棄腌制液液面下20 cm處取適量廢鹽水，以10 min為間隔時間，分別于可見分光光度計490 nm測吸光度，以透光率為指標，優化沉降時間。

圖1 澄清處理的工藝流程

1.2.3 膜處理的優化及表征

采用孔徑為0.45和0.22 μm的混合纖維樹脂微濾膜和孔徑分別為100，50，30和5 kDa的超濾膜對廢鹽水分別進行膜處理，以水溶性蛋白質脫除率為指標，篩選出用時最短蛋白質脫除效果最好的組合。

1.2.4 Fenton氧化法脫糖的優化

利用單因素試驗對Fenton氧化法進行優化，主要考察硫酸亞鐵添加量，雙氧水添加量，溶液pH對COD的影響。以COD的脫除率為指標，確定最佳處理條件[5-6]。取廢鹽水15 mL于100 mL的燒杯中，加入4 mL 1 mol/L的硫酸亞鐵溶液，分別量取一定量的30%雙氧水，調pH至5，置于磁力攪拌器上反應1 h，加氫氧化鈉使Fe3+全部沉淀，過濾后調pH至一定值，測定溶液的COD，計算COD脫除率。

1.2.5 脫鈣鎂的優化

分別將質量分數為0.1%的三種脫鈣劑（氫氧化鈣、氫氧化鈉、碳酸鈉）分別加入100 mL廢鹽水中，置于磁力攪拌器上反應30 min后靜置，取上清液用EDTA滴定法測Ca2+，Mg2+含量，比較不同脫鈣劑的脫鈣率和脫鎂率。

1.2.6 脈動壓力腌蛋

取處理后的廢鹽水使其含鹽量為18%作為新的腌制液。將配好的腌制液煮沸冷卻至室溫后，將其倒入脈動力壓力快速腌蛋鍋，把200枚鴨蛋緩慢放入，旋緊鍋蓋后設置參數為：高壓144 MPa，持續4 min，低壓常壓，持續16 min，腌制溫度為35 ℃，脈動壓力循環腌制時間為168 h[7]。

1.2.7 分析方法

水溶性蛋白的測定：考馬斯亮藍G-250染色法?；曳值臏y定：參照GB/T 5009.4—2016灰化法。沉淀與懸浮物的測定：參照GB/T 11901—1989重量法。鈣鎂離子的測定：參照GB/T 85380—1995 EDTA滴定法。COD的測定：參照GB/T 11914—1989重鉻酸鉀法。氯化鈉的測定：參照GB 5009.44—2016銀量法。

1.2.8 蛋白鹽含量取樣方法

參照文獻[8]，在脈動力腌制鍋內的不同地方隨機取三個樣品蒸熟，去殼后將咸蛋縱橫向剖開，分別從蛋清的外層（距蛋殼0～3 mm）、內層（距蛋黃0～3 mm）、蛋黃的外層（距蛋清0～3 mm）、中心（蛋黃的中心3 mm的范圍）取樣。

1.2.9 蛋黃的質構分析及參數設定

參照文獻[9]，取蒸熟的咸鴨蛋蛋黃除去邊角成等高立方體。采用輕型刀片P/36R探頭對腌鴨蛋的蛋黃進行TPA（模擬咀嚼試驗兩次）模式的質構測定，設定測前速度為1.00 mm/s，測后速度為1.00 mm/s，測試速度為1.00 mm/s，觸發力為5 g，壓縮程度為50%，兩次壓縮停留間隔時間為5 s，數據采集速率為400 p/s，主要測定指標為煮熟咸蛋黃的硬度、黏結性、彈性和咀嚼性。

1.2.10 蛋黃出油率的測定

參照文獻[10]，稱取3.000 g蛋黃，加入35 mL有機溶劑（V正己烷∶V異丙醇=3∶2），以5 000 r/min均質10 min，濾紙過濾，取濾液于55 ℃下旋蒸后，在105 ℃下烘干至恒重，稱得殘渣質量即為總脂質質量。取5.000 g同樣蛋黃加入25 mL蒸餾水，以5 000 r/min均質30 s后，將勻漿在25 ℃條件下9 500×g離心30 min，取上清液并加入25 mL上述有機溶劑。用分液漏斗分離得到脂質層，將脂質層中的溶劑在沸水浴中蒸發后，在105 ℃烘干至恒質量，殘渣質量即為游離脂質的質量。用游離脂質量和總脂質質量的比值表示出油率。計算公式如式（1）。

2 結果與分析

2.1 MF-UF聯合膜處理的優化

2.1.1 自然沉降的時間優化

由圖2可知，腌制液的沉降時間在0～40 min時，由于重力和阻力相互作用提供加速度，部分不溶性雜質下沉，透光度與沉降時間成正比，40 min后體系趨于穩定，此時透光度為63.81%。因此，選擇沉降時間為40 min。

圖2 溶液的透光度隨沉降時間的變化

2.1.2 MF-UF的聯合膜處理的優化

由表1可知，孔徑為0.45和0.22 μm時，操作時間分別為50和120 min，相差70 min，蛋白質含量無顯著差異，蛋白質脫除率分別為9.96%和11.73%，故選擇0.45 μm的微濾膜；在超濾部分，當孔徑小于等于30 kDa時蛋白質脫除率達96.68%，由于5 kDa比30 kDa的操作時間長70 min，故選擇30 kDa孔徑。因此選擇0.45 μm微濾膜結合30 kDa超濾膜聯合處理廢鹽水，此時用時最短為100 min。

圖3是腌制廢鹽水在經過MF-UF聯合膜處理中微濾和超濾后兩個階段的感官變化，（A）為未經處理的腌制廢鹽水，水體為半透明棕紅色，有大量紅褐色懸浮物及沉淀和硬性蛋白質起泡，蛋腥味濃重。（B）為微濾處理后的溶液，此時沉淀懸浮物已經完全去除，蛋腥味明顯減少，水體呈半透明膠體狀，有丁達爾現象。（C）聯合膜處理后的澄清溶液，水體澄清透明無色，無丁達爾現象，蛋腥味徹底消失，細菌總數可以達到100 CFU/mL左右，再經過高溫消毒，完全可以滿足咸鴨蛋的腌制要求[11]。

表1 MF-UF聯合膜處理的優化

圖3 不同膜處理后腌制液形態

2.2 Fenton氧化法脫糖的優化

Fenton試劑是由H2O2與Fe2+組成的混合體系，它通過催化分解H2O2產生·OH，并利用·OH氧化分解水中的有機物，從而達到降低溶液COD的效果，Fenton氧化處理具有化學氧化作用和物化絮凝的雙重作用[12]。

2.2.1 FeSO4溶液用量對COD脫除率的影響

Fenton氧化法中，Fe2+是重要的催化劑，其添加量對COD的脫除率有很大的影響。由圖4可知，廢鹽水的COD脫除率在Fe2+投加量在27%之前穩定上升，于27%時達到峰值72.25%；然而繼續增加Fe2+投加量，廢鹽水的COD脫除率反而緩慢下降。這是因為過量的Fe2+投加量會使產生的·OH湮滅，同時產生Fe3+，而Fe3+可能進一步消耗H2O2，使水中的·OH含量減少，從而影響處理效果[13]。故確定Fe2+投加量比為27%。

圖4 Fe2+的投加量對COD脫除率的影響

2.2.2 H2O2溶液的投加量對COD脫除率的影響

如圖5所示，隨著H2O2投加量的增加，·OH的量迅速增加，脫除率隨之增大，當H2O2投加量增加至40%時，COD脫除率達到峰值73.32%；而H2O2投加量超過40%后，脫除率反而緩慢減少，這是因為過量的H2O2會加快·OH+H2O2→H2O+HO2·反應的進程，使最初生產的·OH發生湮滅，反而會影響脫除效果[13]。故最適H2O2投加量為40%。

圖5 H2O2的投加量對COD脫除率的影響

2.2.3 溶液的pH對COD脫除率的影響由圖6可知，隨著反應時pH升高，廢鹽水中COD的脫除率先增大后減小，其中pH為3～4時，COD脫除率達到峰值。因為Fe2+在溶液中的存在形式受制于溶液的pH，當pH過高時會抑制羥自由基的產生；另外pH的變化也會直接影響到Fe2+、Fe3+的絡合平衡體系，從而影響Fenton試劑的氧化能力[14]。故Fenton試劑在酸性條件下處理效果更好，最佳反應pH為3～4。

2.3 共沉淀法脫鈣脫鎂的優化

在腌制過程中，鴨蛋殼上的附著物和鈣鎂離子等會溶于腌制液中，若不進行脫除，則會影響循環腌制時咸鴨蛋的口感風味和品質，產生苦味和澀味物質。如表2所示，脫鈣劑C處理后的廢鹽水鈣含量為40 mg/L，而經脫鈣劑A、B、C處理后的廢鹽水鈣含量分別為21和20 mg/L，考慮脫鈣劑B脫鎂率比A高，因此選擇脫鈣劑B。

圖6 溶液pH對COD脫除率的影響

表2 不同脫鈣劑脫鈣效果的比較

2.4 腌制廢鹽水處理前后各指標的比較

如表3所示，經過上述工藝聯合處理后，腌制廢鹽水中懸浮物完全除去，蛋白質、總糖、Ca2+、Mg2+和COD含量分別下降了96.68%，91.49%，81.65%，83.77%和85.16%。水體澄清透明，蛋腥味完全去除，無丁達爾現象，咸鴨蛋的腌制要求。

表3 咸鴨蛋腌制廢鹽水處理前后各指標的比較

2.5 處理后腌制液腌蛋品質的檢測

2.5.1 咸鴨蛋的品質

如表4所示，用澄清后的腌制液腌制的咸鴨蛋蛋黃的蛋黃指數高達95.48%，出油率高達85.17%。鴨蛋的新鮮程度，腌影響咸鴨蛋的品質。蛋黃指數越接近1，表明成熟度越高。蛋白含鹽量在3.50%～5.00%左右時，口味適宜，超過5.00%時較咸，低于2.50%則較淡，不適合大眾口味[15]。如表5所示，由于離腌制液較近，蛋白外圈的含鹽量為5.11%，高于內圈，感官偏咸，內圈含鹽量為3.93%，咸度適中。蛋黃的含鹽量在1.30%以上時，蛋黃油露松沙，色澤誘人[16]。

表4 咸鴨蛋品質指標

2.5.2 咸蛋黃的質構分析

如表5所示，經過澄清化處理后的廢鹽水脈動壓力快速腌制7 d熟咸蛋蛋黃的黏結性為0.356 4 N，彈性為0.208 2 mm，咀嚼性為163.900 8 N/mm，硬度為2 302.092 2 g。在腌制過程中，由于蛋黃顆粒的破碎，脂質滲出的潤滑作用，使蛋黃的黏結性，彈性，咀嚼性和硬度先上升后下降，達到一個平衡的狀態[17]。

表5 咸鴨蛋黃的質構分析

3 結論

設計了以聯合膜處理為基礎的，綠色高效的處理咸鴨蛋腌制廢鹽水的工藝流程。最后以處理后的鹽水作為腌制液，用脈動力壓力快速腌制罐腌制鴨蛋，并進行品質檢測。咸鴨蛋腌制廢鹽水經過聯合膜技術處理，Fenton氧化法脫COD脫糖和脫鈣劑脫鈣鎂后，懸浮物和蛋白質被完全除去，總糖、Ca2+、Mg2+和COD分別下降了91.49%，85.65%，83.77%和85.16%。處理后的腌制液無色澄清透明，蛋腥味消失，無丁達爾現象，達到咸鴨蛋的循環腌制要求。處理后腌制液腌制的咸鴨蛋蛋黃指數和出油率等各項指標符合要求。綜上所述，此工藝設計合理高效，具有可行性，經過處理后的腌制液能腌制出高品質咸鴨蛋為工業化處理腌制廢鹽水提供了理論依據。