製備水處理用促凝劑的方法
2023-10-10 04:44:54 1
專利名稱：製備水處理用促凝劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製備蛋白質的方法，該蛋白質能夠在汙水處理和淨化中作為有效的初級促凝劑。具體地，本發明涉及從辣木科(Moringaceae)樹木，特別是那些辣木(Moringa oleifera)Lam(syns Moringa pterygospermaGaertn.)的種子中提取促凝劑蛋白質衍生物的方法。
辣木Lam(在下文中稱為辣木)的種子主要用於獲得食用油，該油是利用機械壓力機提取的。這種提取方法中的殘留物被稱為濾餅。已經發現辣木種子包含水溶性的低分子量高鹼性蛋白質，該蛋白質能夠用作汙水處理中的初級促凝劑。已經發現壓碎的/粉末狀的種子懸浮物和濾餅，它們是油提取過程後剩餘的，可以作為有效的促凝劑，但是其缺點是產生了大量需要處理的殘存的不溶材料。
本發明的目的是提供一種從辣木種子中獲得最大產量的促凝蛋白質的提取方法。該提取方法應該優選適用於不發達國家，由此提供用於水處理的便宜的促凝劑蛋白質。
根據本發明的一個方面，提供了一種由辣木種子製備促凝蛋白質的方法，該方法包括如下步驟1.處理辣木種子濾餅和/或包含殼的整個種子以產生均勻分散的顆粒粉末，該粉末具有例如0.5至2.5mm直徑的顆粒尺寸；和2.為了從粉末中浸提蛋白質，將顆粒粉末加入到絡鹽溶液中，優選是含氯化鈣(典型地為0.5-1.5g/l)，氯化鎂(典型地為3.0-5.0g/l)，氯化鉀(典型地為0.5-1.0g/l)和氯化鈉(典型地為20-30g/l)的水溶液；和3.將蛋白質溶液與剩餘的固體分離；和4.通過加熱溶液，沉澱出包括蛋白質、酶和糖類的一些有機化合物；和5.從溶液中去除沉澱物並且去除過量的水以濃縮產品蛋白質，優選蛋白質是固體懸浮物的形式。
該方法優選包括的附加步驟為乾燥蛋白質料漿至其含溼量為15％或更低，優選10％或更低，最優選5％或更低。
該提取方法是一系列的單元操作，每一項操作的設置是為了在由辣木Lam樹木種子提取蛋白質並且將其轉換成實際應用狀態的過程中能進行一個基本步驟。
參考下面的附圖將進一步描述本發明的方法，附圖中以及
圖1是本發明方法第一部分的示意圖；以及圖2是本發明方法第二部分的示意圖。
本發明方法的單元操作按順序進行。
尺寸減少收集的濾餅是尺寸不均勻的、無規團聚的顆粒材料。
該操作過程為在控制速率下將濾餅從進料鬥(1)輸送到研磨機(2)中，該研磨機的設計原理適合於濾餅。
在離開研磨機時，已經將濾餅轉變為具有典型的0.5至2.5mm直徑的顆粒尺寸，優選1至2mm直徑的顆粒尺寸的均勻分散的顆粒粉末，並且具有最小量的能降低後續分離操作效率的非常細的顆粒。
將研磨過的產品收集到接收料鬥(3)中，該料鬥配有用於排出研磨機產生氣流的排氣管。接收料鬥具有例如迴轉閥的裝置以便於將產品排放到容器中或傳送帶(4)上以運送到提取操作中。
提取該過程由一個或多個加工容器(5)和設備(7)組成，用於提供絡鹽溶液，也就是，典型地為包含氯化鈣(1g/l)、氯化鎂(4g/l)、氯化鉀(0.75g/l)和氯化鈉(24g/l)的水溶液。
典型的加工容器是底部傾斜至排放口的垂直圓柱形罐，而且安裝的混合器(6)使用了葉片式或分散式的旋轉攪拌器。
在操作中，將絡鹽溶液充滿容器，同時將顆粒粉末以指定的比例，典型的為20％w/w，加入到其中，並完全分散。
接著在室溫條件下連續攪拌絡鹽溶液足夠的時間以從分散的粉末中浸提蛋白質。然而時間也可變化以適應粉末的性質，已發現大約1小時是有效的。
在浸提操作完成時，容器中的內容物是料漿的形式，其中含有懸浮在絡鹽和提取物的溶液中的廢濾餅固體。
使用正排量泵(8)將料漿輸送至潷析離心機或壓濾機，最有效的是後者，從而將廢粉末固體與溶液分離。廢粉末具有例如15-30％範圍內的含溼量。將回收的溶液收集在接收容器(10)中。
蛋白質的分離用泵(11)將絡鹽和提取物的溶液從接收容器(10)輸送到熱交換器系統(12)中，在該系統中將其溫度升至70℃以上，通常達95℃持續0.5至1分鐘。提供水壓或機械裝置進行充分的攪拌以確保沉澱的材料不會在容器的表面燒焦。熱交換器的主要部分可使用蒸汽作為間接加熱介質，具有用於溶液的適宜的溫度控制系統。通過使用流出的熱溶液來間接加熱流入的冷溶液而在熱交換器的最初部分達到最佳能量效率。
在將溶液溫度升至70℃以上的操作中，一些有機化合物(包括蛋白質，酶和糖類)沉澱而在溶液中形成固體懸浮物。這些材料是副產品，通過分離器(13)，通常為用於疊盤設計的連續操作的離心機，將懸浮物從熱交換器中排出。將沉澱的材料收集成稠漿或餅，並在壓力下將淨化的溶液從離心機中直接排放到接收容器(14)中。
濃縮將溶液從接收容器(14)輸送到進行去除過量水的操作。這可以採取多級真空蒸發器或優選的通常被稱為超濾機(15)的選擇性膜濾器的形式。當考慮到要從溶液中去除除了水以外的低分子量溶質時使用後面的方法，而且該方法使用標稱孔尺寸通常為5,000千道爾頓的膜並且通常在20psi差壓下進行。整個操作通常使產品蛋白質的濃度增加10倍。濃縮的產品以飽和溶液中固體懸浮物的形式排出，輸送至接收容器(16)中。
可以將容器(16)中接收的濃縮產品包裝並配給以供直接使用(作為絮凝劑)。或者，通過泵(17)從容器(16)送入乾燥操作中進行脫水。
乾燥如果上述方法能方便安排，可以直接使用稠漿狀的蛋白質(作為水處理助劑)。然而，應當承認大規模高效形式的工廠會遠離使用蛋白質的各位置。出於這一主要目的，將蛋白質的狀態轉變為乾粉末，這樣能耐降解同時適宜儲存，運輸和使用。
該操作包括的系統用於將稠漿乾燥至優選為15％或更低的含溼量並且生產出方便使用的細分形式的蛋白質。
冷凍乾燥是將蛋白質乾燥成破碎為細小顆粒態的易碎固體的方法。優選的方法是噴霧乾燥法，該方法乾燥蛋白質而不會有不希望的降解同時將其轉變成細小粉末。
噴霧乾燥器(18)由一腔室組成，通過可變容量正排量泵(17)在控制速率下將料漿送入該腔室。利用霧化器噴嘴或霧化器旋轉盤在腔室中將料漿分散成非常小的液滴形式。同時引入大量空氣，該空氣通常已經被加熱到200℃。該方法實現了快速蒸發料漿中的水分而不會將產品的溫度升高到破壞水平，對於該蛋白質來說排出溫度限制在100℃或更低，優選80-90℃，最優選84-87℃。
將最終產品在兩個適宜的位置(20)處通過旋轉閥從噴霧乾燥系統中排出，或者利用類似的方法將蛋白質直接裝入用於運輸的容器中或輸送傳送系統中而輸送至填充過程。
在使用時，通常將液體濃縮物在清水中稀釋至2∶1，對於便攜水處理根據將要處理的水的性質一次施加的劑量為1-20mg/l(當量的蛋白質含量)。對於汙水中應用來說，劑量範圍在5至50mg/l之間(當量蛋白質含量)。
將乾產品製備成在清水中為5％(w/v)的儲備溶液，並且根據實際應用以基於當量蛋白質含量的相似用量作為液體濃縮物投料。
權利要求
1.一種由辣木科樹種製備促凝劑蛋白質的方法，該方法包括如下步驟處理種子濾餅和/或整個種子以產生均勻分散的顆粒粉末；將顆粒粉末加入絡鹽溶液中以從粉末中浸提蛋白質；將蛋白質溶液與剩餘的固體分離；通過加熱溶液沉澱一定的有機化合物；和從溶液中去除沉澱物並且去除過量的水以濃縮產品蛋白質。
2.根據權利要求1的方法，它包括乾燥蛋白質料漿至含溼量為15％或更低的附加步驟。
3.根據權利要求1或2的方法，其中所述種子源自辣木(Moringaoleifera)Lam。
4.根據權利要求1至3任一項的方法，其中顆粒粉末具有0.5至2.5mm直徑的顆粒尺寸。
5.根據權利要求4的方法，其中顆粒粉末具有1至2mm直徑的顆粒尺寸。
6.根據權利要求1至5任一項的方法，其中絡鹽溶液包括含有氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀和氯化鈉的水溶液。
7.根據權利要求6的方法，其中絡鹽溶液包括含有氯化鈣(0.5-1.5g/l)、氯化鎂(3.0-5.0g/l)、氯化鉀(0.5-1.0g/l)和氯化鈉(20-30g/l)的水溶液。
8.根據權利要求1至7任一項的方法，其中將絡鹽和提取物的溶液的溫度升至70℃以上。
9.根據權利要求1至8任一項的方法，其中利用離心作用來分離蛋白質溶液和沉澱的材料。
10.根據權利要求1至9任一項的方法，其中利用過濾來濃縮蛋白質溶液。
11.根據權利要求1至10任一項的方法，其中噴霧乾燥蛋白質溶液。
12.根據權利要求1至10任一項的方法，其中冷凍乾燥蛋白質溶液。
13.一種促凝蛋白質製劑，該製劑由權利要求1至12任一項的方法來製備時適用於水的淨化。
14.根據權利要求13的蛋白質製劑在汙水處理和淨化中的用途。
全文摘要
本發明涉及一種用於製備蛋白質的方法，該蛋白質能夠作為汙水處理和淨化中有效的促凝劑。本發明具體涉及從辣木科樹木的種子中提取促凝劑蛋白質衍生物的方法。本發明還涉及根據上述方法製備的促凝蛋白質製劑，以及這種製劑在汙水處理和淨化中的用途。
文檔編號B01D11/02GK1432021SQ01810348
公開日2003年7月23日 申請日期2001年4月2日 優先權日2000年3月31日
發明者J·P·薩瑟蘭 申請人:最佳環境股份有限公司