小麦加工的废水中含有大量可回收、利用价值高的戊聚糖、蛋白质等有机物,但当前小麦淀粉加工厂很少会对其重视,大部分都是排放到污水处理站处理,有的甚至直接排放。这不仅造成资源的浪费,还会对环境造成严重污染。传统的废水处理方法如蒸发浓缩、生物处理、化学处理等耗能大、流程长、处理成本高,对企业造成较为沉重的经济负担。小麦废水的低成本处理和资源的高价值回收利用是全行业的共性难题。本文提出利用直接膜分离法、层析交换分离法、沉淀蛋白/膜分离组合法、酶解蛋白/膜分离组合法等四种途径从小麦淀粉废水中分离回收高价值的戊聚糖,分别展开试验研究。根据实验结果对四种方法做出横向比选,为小麦淀粉废水中戊聚糖的回收利用工程化提供参考依据。此外,本文还对戊聚糖的单糖组成进行了光谱辨识,检测了聚合物的分支程度。直接膜分离法实验研究表明,当透过液为100m L,截留液700m L时,10000Dalton(以下简称Da)超滤膜对戊聚糖的截留率达到97.81%,对蛋白质的截留率达到97.75%,这两种物质的截留液和透过液的浓度比值分别为15.29和10.48,表明10000Da的超滤膜对这两种物质有很好的截留能力。而还原糖和氨基酸的截留液和透过液浓度比值都接近1,表明10000Da超滤膜对还原糖和氨基酸没有截留能力。实验用20000Da和50000Da膜片进行超滤实验,数据显示蛋白质和戊聚糖的截留液和透过液浓度比值都接近1,表明这两种膜片对蛋白质和戊聚糖都没有截留功能。本实验分别用蛋白酶酶解、热凝聚法、生物絮凝剂、等电点沉淀法、三氯乙酸絮凝法,五种方法预先去除小麦淀粉加工废水中的蛋白质,为膜分离回收戊聚糖提供前提条件。实验结果显示,蛋白质的去除效果有很大差异。蛋白质去除率分别是蛋白酶法(87.11%)>三氯乙酸法(68.50%)>天然高分子絮凝法(20.29%)>热凝聚法(17.51%)>等电点法(8.56%)。同时,五种处理方法戊聚糖的损失率分别为:三氯乙酸法(22.89%)>蛋白酶法(12.93%)>有机高分子絮凝法(11.21%)>热凝聚法(9.16%)>等电点法(8.24%)。以蛋白质去除率和戊聚糖保留率为考核指标,最终确定蛋白酶解方法为适宜的去蛋白方法。废水经蛋白酶预处理后蛋白去除率为87.11%,戊聚糖只损失12.93%。后续再采用直接膜分离法,使用10000Da的膜,戊聚糖基本上能够被截留回收。在上述实验的基础上,本实验设计了酶解和膜分离组合的方法:先将蛋白质分解为氨基酸,然后再用10000Da超滤膜将氨基酸、还原糖和戊聚糖分开。酶解/超滤实验结果表明,当透过液达到待分离液体积的1.5倍时(循环过程补水),全过程蛋白质总的去除率为92.27%,对还原糖和氨基酸(蛋白质酶解产物)的保留率仅24.16%和28.10%,戊聚糖总的保留率为77.36%。10000Da的超滤膜对还原糖和蛋白质降解后的产物氨基酸无截留功能。因此,增加循环次数、延长超滤时间能达到去除废水中蛋白质水解产物(氨基酸)和还原糖、截留戊聚糖的效果。本文尝试了层析交换分离法回收戊聚糖。采用DEAE-52纤维素作为层析介质,以水为洗脱剂,加入适量Na Cl增强洗脱效果。分段收集洗脱液,用冻融分析法定性判断分离效果,采用紫外分光光度法分析蛋白质含量,选择离子色谱定量分析戊聚糖(包含还原糖)。同时,用红外光谱辅助分析判断洗脱液中固体成分的化学物质结构。实验结果表明,整个戊聚糖洗脱分布曲线完全符合典型的层析分离规律,分离操作条件选择是成功的,DEAE-52纤维素树脂适合分离戊聚糖,分离效果良好。冻融法和紫外分光光度法检测结果证明了层析洗脱液中绝大部分是可溶性戊聚糖,基本不含蛋白质和氨基酸等杂质。红外光谱图中917.12 cm—1处显现β—D—半乳吡喃糖的特征峰,841.12 cm—1处出现α—D—葡萄吡喃糖的特征峰,表明该多糖有α-糖苷键和β-糖苷键。将回收得到的戊聚糖采用酸水解法转化为单糖,用糖离子色谱仪检测单糖种类归属。检测结果表明小麦淀粉废水中分离出来的戊聚糖主要由阿拉伯糖、木糖、半乳糖和葡萄糖四种单糖组成。N(Ara)/n(Xyl)比值为0.92,反映出戊聚糖聚合物的分支程度比较大。总体评价,在上述四种分离方法比选中,以蛋白酶解/膜分离组合法为佳。操作流程相对简单,分离率比较高,在分离回收戊聚糖的同时还可以进一步得到氨基酸和还原糖。如果最终能够实现工业化,经济效益应该比较高,所以应用前景预期比较好。