大豆乳清废水资源化与再回收探讨

林之虹

（哈高科大豆食品有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150000）

大豆乳清废水来源于酸沉、水洗等工艺，由于其COD、BOD值很高，含有丰富的碳水化合物、蛋白质、氨基酸及氮、磷等营养物质，而且pH值为4.5-5.5显酸性，温度为40℃左右，所以极易腐败而造成严重污染。目前的处理方法主要是传统的厌氧、好氧、生物净化等工艺，虽然在理论上可以将乳清废水处理到好于国家一级排放标准的水平(COD<100mg/L)，但是仍然存在着诸多的问题。一方面，企业在处理废水的过程中耗费大量的人力、物力、财力，这使得一些小型企业为了追求效益而存在一定的消极现象;另一方面，由于废水排放量的波动、废水水质的波动、季节的变化以及其它工艺方面的原因，排放水质超标也是一个常见的现象。为了强化对大豆乳清废水的处理，国内很多研究机构或企业一直在积极地进行各种废水处理技术的有益研究，如固定化细胞技术、光合细菌法、光合细菌和其它微生物相结合的方法。这技术的应用从一定程度上改善了大豆乳清废水的处理效果。

但是，在上述传统的处理方法中，大豆乳清废水中的多种生理活性物质被浪费掉，而同时废水处理的成本无疑也缩小了企业的效益空间。鉴于此，国内很多大专院校和研究机构正在积极地开发各种技术以期在处理大豆乳清废水的过程中能将这些生理活性物质回收。虽然这些技术在工业应用上尚未得到大规模的发展，但是它们已经显示出诱人的开发前景。

1 大豆乳清废水资源化处理

目前，在我国已经建成了上百家大豆蛋白生产企业，较大规模的厂家有数十家。以我国目前的技术水平，生产1t大豆分离蛋白需要排放10t大豆乳清。所以，在大豆蛋白生产迅速发展的同时，也产生了大量的大豆乳清废水。

大豆乳清废水含有丰富的碳水化合物、蛋白质、氨基酸及氮磷营养物质。废水中的主要污染物成分为大豆乳清蛋白、胰蛋白酶抑制剂、大豆低聚糖、异黄酮类化合物、大豆皂甙、植酸、植酸盐以及酚酸等。

由于大豆蛋白生产厂家基本没有对大豆乳清进行综合利用，而是将其作为废水进行直接处理。如果大豆乳清废水处理以COD20000mg/L计算，每吨大豆乳清处理运行费用大约是3.5-4.0元，日排放1t大豆乳清的废水处理设施建设费用大约需要1.0-1.5万元，则全国用于处理大豆乳清的废水处理设施的基建费和日常的运行维护费用将骇人听闻。更何况在我国有相当一部分污水处理很难达标排放以及有的污水处理设施经常不能满负荷运转甚至停机，所以，大豆乳清的非综合利用不但浪费了富含大豆低聚糖的资源，而且对我国的环境造成的危害也是惊人的。如果能有效地回收其中的异黄酮和低聚糖，不仅回收了有用资源，而且净化了污水，减轻了环境污染的压力，可实现环境和经济效益的统一。

2 大豆乳清废水的再回收探讨

2.1 从大豆乳清废水中提取大豆乳清蛋白

大豆乳清蛋白是残存于大豆乳清中不能为酸所沉淀的蛋白质，分子量在2万左右，主要成分是球蛋白、白蛋白、胰蛋白酶抑制剂、β-淀粉酶、凝血素等，其分散性好。

从大豆乳清废水中提取大豆乳清蛋白的主要技术手段有蒸发浓缩、膜分离技术等。采用蒸发浓缩等传统方法可回收乳清蛋白，但因蛋白质浓度太低、效益太差而无法得到应用。在对大豆乳清废水资源化处理的技术中，膜分离技术作为一种新型的分离、浓缩、提纯及净化技术，具有过程简单，经济性较好，没有相变，分离系统较大，节能，高效，无二次污染，可在常温下连续操作，易于放大，可专一配膜等优点。对于大豆乳清蛋白和低聚糖等高附加值物质的提取，可以提高产品质量，简化工艺过程，降低生产成本。

海内外学者曾就大豆分离蛋白和豆制品生产企业的乳清废水中的乳清蛋白的回收进行过超滤、反渗透工艺的探讨，日本学者用多种滤膜对豆制品厂乳清的分离性能做过评价性试验。陈寿鹏1994年曾发表过用起滤方法回收豆制品厂乳清废水中的大豆乳清蛋白的研究，其工艺流程为:先将乳清废水经高速离心沉降去除不溶物，然后采用平板式和管式起滤器对澄清乳清进行循环浓缩。最后确定了聚砚PS-1万起滤膜和管式组件，在优选条件下，截留率R>90%，循环稳定时间>4h，渗透通量稳定在15L·m-2h-1，最后浓缩倍数V0/V>5，浓缩液蛋白质含量>2%，可直接用作酵母培养液。

2.2 大豆乳清废水中提取大豆低聚糖

存在于废水中的大豆低聚糖是可溶性寡糖的总称，由2-10个单糖分子脱水缩合而成，以糖苷键连结的结合物，主要成分为水苏糖、棉子糖、蔗糖，还有一些葡萄糖、果糖、右旋肌醇甲醚、半乳糖肌醇甲醚等，该污染物性能稳定，热值低，亲水性强，易溶于水。

日本在大豆低聚糖对人体的生理作用方面的研究和产品开发最为活跃，并处于领先地位。1998年，日本卡尔比公司开发出一套从大豆乳清废水生产大豆低聚糖的工艺其产品已经已经投向市场，有糖浆、颗粒、粉末等形式。在该工艺中，以大豆乳清(干基含糖量72%)为原料，加水稀释后加热处理使残存大豆蛋白沉淀析出，上清液再经过滤处理以进一步滤出残存的大豆蛋白微粒，经活性炭脱色后用膜分离技术(如反渗透、电渗析等)或离子交换法进行脱盐处理，接着真空浓缩至含水24%左右即得透明液体状糖浆产品。加人赋形剂混匀后造粒，再进行干燥即得颗粒状产品。由于大豆低聚糖具有上述的诸多生理保健功能，大豆低聚糖产品在国际市场和国内市场上非常紧俏。其应用主要有如下3个方面:被用于替代活双歧杆菌制剂;将大豆低聚糖用作功能性食品的重要基料，被大量用于饮料、糖果、乳制品、面包、糕点、调味品、酒类等生产;用于农业开发用途，如用于研制和开发有关植物需要生长调节剂和产生抗生物质的诱变剂。

2.3 从大豆乳清废水中提取大豆异黄酮

大豆异黄酮是大豆生长过程中形成的一类次生代谢产物，属多酚化合物，有弱酸性和低极性的特性。

大豆乳清废水是目前大豆异黄酮产品开发的一种主要原料，关于提取工艺，公开的报道很少，但是已经有多种产品世，如荷兰RoyalSehouten公司生产的食品级异黄酮浓缩物SoyLife25和SoyLifel50、美国ADM公司生产的Novasoy系列产品、Nature'5Teehnology公司和ACDSTeeh-nology公司联合开发的大豆异黄酮浓缩物ISoCOn等。这些产品主要是应用于保健食品、食品添加剂以及相应药品的生产。所应用的主要技术有膜分离、树脂层析、超临界流体萃取、高效液相色谱等。异黄酮含量为40%左右的大豆异黄酮产品的场售价大致为2500一4000元/kg。国内所生产的大豆异黄酮产品普遍纯度较低而开发成本偏高，目前，国内异黄酮产业和市场尚未被完全开发出来，这些产品几乎全部作为保健食品、食品添加剂以及制药行业的原料出口(主要是销往美国)。

3 结束语

从大豆乳清废水中回收生理活性物质是一项综合性的技术，其开发和工业推广，特别是在我国，尚处于起步阶段。该技术的发展对于大豆深加工行业的健康、快速成长具有重要的意义，而其本身也是一年非常有前途的产业，蕴涵着巨大的市场潜力。

[1]祁佩时,吕斯濠·超滤法处理大豆蛋白废水及资源回收的研究[J]·哈尔滨工业大学学报,2005.

[2]崔洪斌·大豆生物活性物质开发与应用[M]·北京:中国轻工业出版社,2001,3.

[3]储力前,付永彬·膜分离技术在大豆蛋白废水处理中的应用研究[J]·给水排水,2000,2.

[4]刘国庆.大豆乳清废水资源化研究[D]，博士学位论文，北京：清华大学，2003.