一种污泥中蛋白质的提取方法及应用技术

本发明专利技术属于固体废物处理与资源化领域，特别提供了一种污泥中蛋白质的提取方法及应用，其中，所述方法包括如下步骤：采用超声波与木瓜蛋白酶联合处理污泥，得蛋白质粗提液；采用硫酸铵沉淀法与透析袋吸附法耦合的方式纯化并浓缩蛋白质粗提液，得蛋白质精提液。该提取方法整体操作流程简单，可行性高，不引入其他物质，不影响污泥进一步的处理处置及资源化利用，得到的蛋白质精提液可以作为生产叶面肥的原料。

【技术实现步骤摘要】
一种污泥中蛋白质的提取方法及应用
本专利技术属于固体废物处理与资源化领域，特别提供了一种污泥中蛋白质的提取方法及应用。技术背景随着我国城市化进程的加快和污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥的产量也大幅增加，每年均有大量的污泥产生，而污泥中含有丰富的有机物，是一种潜在的可再生资源。研究表明，蛋白质、多糖和其他一些碳水化合物是污泥中有机物的主要组成部分，其中蛋白质的含量占到20％～60％(相对于干污泥)。目前，国内主要的污泥处置方法是对污泥脱水后进行堆肥、干化、焚烧、填埋、土地利用，这不仅会浪费污泥中的资源，还会造成环境的二次污染。近年来，我国也逐渐开展了对污泥中蛋白质的提取与利用的研究，但均侧重于污泥中蛋白质的制备与提取方法，进一步加以利用的研究很少。如中国专利，公开日：2015年11月4日，公开号：CN105016590A，申请号：201510410009.4的专利技术专利“一种从污泥中提取蛋白质回收利用的方法”提出利用超声法破碎消化污泥提取蛋白质用于氮肥或者含氮饲料来源的方法。此方法虽然提供了污泥中蛋白质的提取与利用，但在实际过程中细胞破碎不完全，蛋白质产率不高，不适合用作含氮的饲料，用作肥料后不利于植物吸收，还可能带来更加严重的二次污染。中国专利，公开日：2012年11月28日，公开号：CN102977181A，申请号：201210501795.5的专利技术专利“生物污泥中蛋白质提取方法”提供了一种活性污泥蛋白质提取方法，但蛋白质提取过程反应条件剧烈，操作难度大，提取出的蛋白质含量较低且含有其他杂质。随着我国农业生产水平的提高，我国土地化肥农药的使用量触目惊心，我国粮食产量占世界的16％，化肥用量占31％，每公顷用量是世界平均用量的4倍，过量的需求促使国内化肥市场的竞争越来越激烈，投资风险大，市场趋于饱和，且质量参差不齐，有效利用率不足30％，对于环境、农地粮食和食品残留带来非常严重的问题。叶面肥作为一种新兴产品，一般利用率可达80％以上，高质量叶面肥养分利用率可高达90％以上，并且取材广泛，发展迅速，是新的开发点与研究点。因此开发研究叶面肥具有非常好的前景。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种污泥中蛋白质的提取方法及应用，以解决采用现有提取方法蛋白质产率不高、提取的蛋白质中杂质含量较高，不适合用作含氮肥料的问题。本专利技术一方面提供了一种污泥中蛋白质的提取方法，包括如下步骤：1)、采用超声波与木瓜蛋白酶联合处理污泥，得蛋白质粗提液；11)、取污泥，利用超声波破坏微生物细胞表面的细胞壁结构，其中，超声功率为150-200W，时间为30-50min，以污泥总悬浮固体(TSS)值为基准，每克TSS加入0.03-0.05g木瓜蛋白酶，并放到温度为55-65℃，转速为150-170r/min的恒温振荡器中4-6h进行水解，水解完成后在沸水中灭活，得处理后的污泥；12)、对处理后的污泥进行冷却，并将其在8000-11000g的条件下离心15-25min后弃沉淀，离心后的上清液即为蛋白质粗提液；2)、采用硫酸铵沉淀法与透析袋吸附法耦合的方式纯化并浓缩蛋白质粗提液，得蛋白质精提液；21)、向每升蛋白质粗提液中缓慢加入200-400g硫酸铵固体，搅拌5-7h后在2-6℃条件下静置1h以上，之后，将静置后的液体在2-6℃，8000-11000g下离心10-20min，弃掉上清液得到沉淀；22)、将步骤21)中得到的沉淀溶于蒸馏水至全部溶解后放入透析袋中，其中，所述透析袋的规格为15000-25000Da，外部为缓冲溶液，透析24h以上，取出透析袋放到空烧杯中，在透析袋表面均匀撒上分子量与透析袋的截留分子量相同的聚乙二醇，2-4h后得到浓缩液，即为蛋白质精提液。优选，步骤11)中，向污泥中添加的木瓜蛋白酶的添加量为0.04g/gTSS。进一步优选，步骤11)中，恒温振荡器的转速为160r/min，温度60℃，水解时间为5h。进一步优选，步骤12)中，冷却后的污泥在10000g的条件下离心20min，离心后的上清液即为蛋白质粗提液。进一步优选，步骤21)中，硫酸铵固体的添加量为300g/L，搅拌时间为6h。进一步优选，步骤21)中，静置后的液体在4℃，10000g下离心15min，弃掉上清液得到沉淀。进一步优选，步骤22)中，所述透析袋的规格为20000Da，透析时间为24h。本专利技术还提供了一种利用上述污泥中蛋白质的提取方法提取出来的蛋白质在生产叶面肥上的应用，利用所述方法提取出来的蛋白质作为生产叶面肥的原料。本专利技术提供的污泥中蛋白质的提取方法的有益效果如下：(1)、可以直接对污水处理厂的污泥进行提取，不限制污泥的含水率，提取蛋白质的过程操作简单，无高温高压条件，蛋白质产率高，可达到污泥中总蛋白质的50％以上；(2)、该方法通过超声和外加酶的协同作用使污泥中微生物细胞完全破裂，可实现污泥微生物细胞中蛋白质的充分溶解，降低了后续的提取难度，进而提高了提取效率，实现了污泥的资源化利用，具体地，通过超声波的机械能可以破坏微生物细胞表面致密的细胞壁结构，木瓜蛋白酶可以溶解细胞膜表面的蛋白质通道，促使细胞裂解，释放微生物细胞内部的蛋白质；(3)、蛋白质的纯化及浓缩过程采用硫酸铵沉淀法与透析袋吸附法耦合的方式，处理过程中保留了大分子蛋白质，除掉了小分子蛋白和其他可溶性杂质，且所用材料中的透析袋和聚乙二醇可以多次循环使用，实现了浓缩材料的再利用，节约资源。具体实施方式下面将结合具体的实施方案对本专利技术进行进一步解释，但并不局限本专利技术。本专利技术一方面提供了一种污泥中蛋白质的提取方法，包括如下步骤：1)、采用超声波与木瓜蛋白酶联合处理污泥，得蛋白质粗提液；11)、取污泥，利用超声波破坏微生物细胞表面的细胞壁结构，其中，超声功率为150-200W，时间为30-50min，以污泥总悬浮固体(TSS)值为基准，每克TSS加入0.03-0.05g木瓜蛋白酶，并放到温度为55-65℃，转速为150-170r/min的恒温振荡器中4-6h进行水解，水解完成后在沸水中灭活，得处理后的污泥；12)、对处理后的污泥进行冷却，并将其在8000-11000g的条件下离心15-25min后弃沉淀，离心后的上清液即为蛋白质粗提液；2)、采用硫酸铵沉淀法与透析袋吸附法耦合的方式纯化并浓缩蛋白质粗提液，得蛋白质精提液；21)、向每升蛋白质粗提液中缓慢加入200-400g硫酸铵固体，搅拌5-7h后在2-6℃条件下静置1h以上，之后，将静置后的液体在2-6℃，8000-11000g下离心10-20min，弃掉上清液得到沉淀；22)、将步骤21)中得到的沉淀溶于蒸馏水至全部溶解后放入透析袋中，其中，所述透析袋的规格为15000-25000Da，外部为缓冲溶液，透析24h以上，取出透析袋放到空烧杯中，在透析袋表面均匀撒上分子量与透析袋的截留分子量相同的聚乙二醇，2-4h后得到浓缩液，即为蛋白质精提液。该污泥中蛋白质的提取方法，包括两个步骤：提取蛋白质粗提液和提取蛋白质精提液，其中，提取蛋白质粗提液的过程如下：首先将污泥超声，然后在其中添加木瓜蛋白酶，放到恒温振荡器中进行水解反应，水解完成后放在沸水中灭活，之后进行冷却及离心处理，离心后保留的上清液，即为蛋白质粗提液；提取蛋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种污泥中蛋白质的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、采用超声波与木瓜蛋白酶联合处理污泥，得蛋白质粗提液；11)、取污泥，利用超声波破坏微生物细胞表面的细胞壁结构，其中，超声功率为150‑200W，时间为30‑50min，以污泥总悬浮固体(TSS)值为基准，每克TSS加入0.03‑0.05g木瓜蛋白酶，并放到温度为55‑65℃，转速为150‑170r/min的恒温振荡器中4‑6h进行水解，水解完成后在沸水中灭活，得处理后的污泥；12)、对处理后的污泥进行冷却，并将其在8000‑11000g的条件下离心15‑25min后弃沉淀，离心后的上清液即为蛋白质粗提液；2)、采用硫酸铵沉淀法与透析袋吸附法耦合的方式纯化并浓缩蛋白质粗提液，得蛋白质精提液；21)、向每升蛋白质粗提液中缓慢加入200‑400g硫酸铵固体，搅拌5‑7h后在2‑6℃条件下静置1h以上，之后，将静置后的液体在2‑6℃，8000‑11000g下离心10‑20min，弃掉上清液得到沉淀；22)、将步骤21)中得到的沉淀溶于蒸馏水至全部溶解后放入透析袋中，其中，所述透析袋的规格为15000‑25000Da，外部为缓冲溶液，透析24h以上，取出透析袋放到空烧杯中，在透析袋表面均匀撒上分子量与透析袋的截留分子量相同的聚乙二醇，2‑4h后得到浓缩液，即为蛋白质精提液。...

【技术特征摘要】
1.一种污泥中蛋白质的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、采用超声波与木瓜蛋白酶联合处理污泥，得蛋白质粗提液；11)、取污泥，利用超声波破坏微生物细胞表面的细胞壁结构，其中，超声功率为150-200W，时间为30-50min，以污泥总悬浮固体(TSS)值为基准，每克TSS加入0.03-0.05g木瓜蛋白酶，并放到温度为55-65℃，转速为150-170r/min的恒温振荡器中4-6h进行水解，水解完成后在沸水中灭活，得处理后的污泥；12)、对处理后的污泥进行冷却，并将其在8000-11000g的条件下离心15-25min后弃沉淀，离心后的上清液即为蛋白质粗提液；2)、采用硫酸铵沉淀法与透析袋吸附法耦合的方式纯化并浓缩蛋白质粗提液，得蛋白质精提液；21)、向每升蛋白质粗提液中缓慢加入200-400g硫酸铵固体，搅拌5-7h后在2-6℃条件下静置1h以上，之后，将静置后的液体在2-6℃，8000-11000g下离心10-20min，弃掉上清液得到沉淀；22)、将步骤21)中得到的沉淀溶于蒸馏水至全部溶解后放入透析袋中，其中，所述透析袋的规格为15000-25000Da，外部为缓冲溶液，透析24h以上，取出透析袋放到空烧杯中，在透析袋表面均...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟云，张进，臧莹，李润东，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21