CN100391870C - 一种马铃薯淀粉生产过程中废水、废渣的循环利用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种马铃薯淀粉生产后的废水、废渣的循环利用工艺，解决了马铃薯生产淀粉传统工艺中直接排放和丢弃废水、废渣对环境的危害问题，通过分离、沉淀、萃取、脱盐、干燥等一系列工艺步骤，从废水、废渣中提取有用物质，使整个马铃薯淀粉生产成为一个循环利用过程，大大提高了马铃薯资源的综合利用率，消除了马铃薯淀粉生产废水、废渣对环境的污染，为农副产品深加工和清洁生产找到新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种马铃薯淀粉生产过程中废水、废渣的循环利用工艺。
背景技术
马铃薯又名洋芋、土豆、山药蛋，是一种营养丰富、易于消化吸收、生长期短、适应性强、用途广、耐贮藏的粮菜兼用的高产作物，是世界十大营养食品之一，素有“能源植物”、“地下苹果”、“第二面包”等美喻。马铃薯含淀粉15-24％、蛋白质1.6-2.4％，维生素和微量元素。美国农业部研究中心的341号报告指出：“作为食品，全脂奶粉和马铃薯两样便可以提供人体所需的一切营养素。”被营养学家认为是“二十一世纪的健康食品”。全世界有2/3以上国家种植马铃薯，总产量达30亿t以上，是仅次于小麦、玉米、水稻而居第4位的粮菜作物。我国是世界上最大马铃薯生产国，种植面积达6000万亩以上，年总产量超过5000万t。我国东北、华北、西北、西南气候和地理条件较差的地区，政府都把种植马铃薯和马铃薯的深加工作为当地农民脱贫致富的主要措施之一。马铃薯的深加工主要是生产马铃薯淀粉、粉丝、粉条等产品，排放的废水中含总固体5％左右，其中含淀粉2％左右，蛋白质1％左右，低聚糖2％左右，湿渣中含果胶3.5％左右，膳食纤维10％左右(渣中含水82左右)，生产1吨淀粉平均需马铃薯7.5-8.0吨，每吨马铃薯需加水近3吨，这样生产1吨淀粉需排放废水20吨，湿渣3-4吨。由于技术方面的原因，淀粉得率较低，废水中的淀粉没有回收，蛋白质和低聚糖没有提取；废渣中果胶和膳食纤维也没有提取，而是将废水、废渣直接排放，不仅浪费了宝贵资源，而且污染了环境，破坏了生态，是典型的牺牲环境为代价来发展经济。
发明内容
本发明的目的在于循环利用马铃薯淀粉生产的废水、废渣，提取有用物质，保护环境，使马铃薯资源得到充分利用。
本发明的工艺步骤如下：
a、马铃薯生产淀粉后的废水经离心机分离，产生清液(1)和淀粉(2)；清液(1)和马铃薯生产淀粉过程中淀粉浆脱水清液合并成清液(2)；
b、清液(2)用酸液进行沉淀，得沉淀(1)和清液(3)；沉淀(1)用酸洗涤后干燥得蛋白(1)；
c、清液(3)浓缩、分离，得蛋白液和低聚糖液，低聚糖液浓缩后干燥得低聚糖，蛋白液浓缩后干燥得得蛋白(2)；
d、马铃薯生产淀粉后的废渣(1)经微波萃取得萃取液和废渣(2)，萃取液沉淀，沉淀物脱盐后干燥得果胶；
e、废渣(2)用水洗至中性、脱水、干燥、粉碎、膨化、超微粉碎得膳食纤维。
作为本发明的优选方案，步骤b、步骤c中的干燥为喷雾干燥或真空干燥；喷雾干燥时，喷雾干燥设备的进口热风温度为130℃-195℃，出口温度为45℃-90℃。
作为本发明的优选方案，所述的酸为盐酸、硫酸或醋酸。
作为本发明的优选方案，步骤c中清液(3)的浓缩是在纳米膜中进行，浓缩到原体积的1/6-1/10。
作为本发明的优选方案，步骤c中蛋白液与低聚糖液在分离膜中分离得到。
作为本发明的优选方案，步骤c中的低聚糖液用双效降膜式浓缩机进行浓缩。
作为本发明的优选方案，步骤d中废渣(1)在微波萃取前用水洗涤2-4次后加水2-4倍，然后用浓度为15-20％的盐酸、硫酸或醋酸调PH值为1-3。
作为本发明的优选方案，步骤d中的微波萃取是在工业微波炉中加热5-10min，然后过滤得萃取液和废渣(2)；工业微波炉的微波强度为每升混合液1500-2500w。
作为本发明的优选方案，步骤d中萃取液用沉淀剂沉淀，沉淀剂是硫酸铝溶液，用量为每公斤干渣200-1400ml。
作为本发明的优选方案，步骤d中萃取液经沉淀后用脱盐液脱盐，脱盐液是由乙醇40-65％，盐酸1-10％，蒸馏水30-50％组成，用量每公斤干渣为20000-40000ml。
通常，马铃薯生产淀粉首先要把新鲜的马铃薯清洗、打浆，形成马铃薯浆后过筛，过筛后的淀粉浆用于分离淀粉，在本发明中，特征部分是对这一步骤中产生的废渣进一步处理，使其产生有用物质，消除污染。上述淀粉浆经过旋流器分离后产生了废水，废水中还含有少量的淀粉，分离出来后的清液和马铃薯生产淀粉过程中淀粉浆脱水得到最终淀粉时产生的清液合并进行进一步处理，产生有用物质。废水、废渣的利用使整个马铃薯淀粉生产成为一个循环利用过程，大大提高了马铃薯资源的综合利用率，消除了马铃薯淀粉生产废水、废渣对环境的污染，为农副产品深加工和清洁生产找到新的途径。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示。
将新鲜的马铃薯100吨清洗、打浆(过程中加了水)，产生300吨马铃薯浆，马铃薯浆过筛，过筛后分离出50吨废渣和250吨淀粉浆，淀粉浆进一步在旋流分离器中分离，去除含有蛋白、低聚糖和杂质的废水150吨，剩余100吨淀粉浆，再进行脱水后产生含有蛋白、低聚糖和杂质的清液73吨、湿淀粉27吨，湿淀粉干燥后得16吨淀粉1。
150吨废水经卧式螺旋离心机分离(离心机转鼓直径∶长度≥1∶4.0，分离因子＞3000)，产生147吨清液1和3吨湿淀粉，湿淀粉经过气流干燥方式干燥得到淀粉2成品1.5吨。清液1和前述马铃薯生产淀粉过程中剩下的73吨清液合并成220吨清液2。然后，清液2用浓度为5％的盐酸进行沉淀，沉淀过程中PH值为3.5，得沉淀1和清液3。沉淀1用盐酸洗涤，洗涤中的PH值为3.5，混悬液的固体含量为30％进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为130℃，出口温度为45℃。干燥完成后得600公斤蛋白1。
清液3在纳米膜(可选合肥世杰膜有限公司生产的产品)中进行浓缩，浓缩到原体积的1/6后在TZ-FHM-560膜分离设备中用分离膜分离出蛋白液与低聚糖液，分离后蛋白液浓度达到25％，浓缩后进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为130℃，出口温度为45℃，干燥完成后得1540公斤蛋白2。低聚糖液用双效降膜式浓缩机进行浓缩，浓缩后含固量为35％，浓缩后进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为130℃，出口温度为45℃，干燥完成后得3300公斤低聚糖。
在废水进行处理的同时，50吨废渣1用水洗涤2次后加水100吨，然后用盐酸调PH值为1，送入工业微波炉中微波萃取，工业微波炉的微波强度为每升混合液1500w，加热10min，微波萃取后得萃取液和废渣2。萃取液用饱和硫酸铝溶液沉淀，饱和硫酸铝溶液用量为每kg干渣200ml。沉淀物用脱盐液脱盐，脱盐液由乙醇40％，盐酸10％，蒸馏水50％组成，用量为每公斤干渣20000ml。脱盐后真空干燥得果胶1500公斤。
废渣2经用水洗至中性后脱水、真空干燥，干燥物粉碎，在膨化机中挤压膨化，膨化温度为150℃，膨化机螺杆转速200r/min。膨化后超微粉碎达到产品全部通过150目，即得膳食纤维成品5吨。
实施例二：
如图1所示。前述步骤与实施例一相同。
产生废水废渣后，150吨废水经卧式螺旋离心机分离(离心机转鼓直径∶长度≥1∶4.0，分离因子＞3000)，产生147吨清液1和3吨湿淀粉，湿淀粉经过气流干燥方式干燥得到淀粉2成品1.5吨。清液1和前述马铃薯生产淀粉过程中剩下的73吨清液合并成220吨清液2。然后，清液2用浓度为10％的硫酸溶液进行沉淀，沉淀过程中PH值为4.0，得沉淀1和清液3。沉淀1用硫酸洗涤，洗涤中的PH值为4.0，混悬液的固体含量为38％，进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为160℃，出口温度为60℃。干燥完成后得600公斤蛋白1。
清液3在纳米膜(可选合肥世杰膜有限公司生产的产品)中进行浓缩，浓缩到原体积的1/8后在TZ-FHM-560膜分离设备中用分离膜分离出蛋白液与低聚糖液，分离后蛋白液浓度达到38％，浓缩后进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为160℃，出口温度为60℃，干燥完成后得1540公斤蛋白2。低聚糖液用双效降膜式浓缩机进行浓缩，浓缩后含固量为45％，浓缩后进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为160℃，出口温度为60℃，干燥完成后得3300公斤低聚糖。
在废水进行处理的同时，50吨废渣1用水洗涤3次后加水150吨，然后用盐酸调PH值为2，送入工业微波炉中微波萃取，工业微波炉的微波强度为每升混合液2000w，加热8min，微波萃取后得萃取液和废渣2。萃取液用饱和硫酸铝溶液沉淀，饱和硫酸铝溶液用量为每kg干渣800ml。沉淀物用脱盐液脱盐，脱盐液由乙醇65％，盐酸1％，蒸馏水34％组成，用量为每公斤干渣30000ml。脱盐后真空干燥得果胶1500公斤。
废渣2经用水洗至中性后脱水、烘干，干燥物粉碎，在膨化机中挤压膨化，膨化温度为160℃，膨化机螺杆转速230r/min。膨化后超微粉碎达到产品全部通过250目，即得膳食纤维成品5吨。
实施例三：
如图1所示。前述步骤与实施例一相同。
产生废水废渣后，150吨废水经卧式螺旋离心机分离(离心机转鼓直径∶长度≥1∶4.0，分离因子＞3000)，产生147吨清液1和3吨湿淀粉，湿淀粉经过气流干燥方式干燥得到淀粉2成品1.5吨。清液1和前述马铃薯生产淀粉过程中剩下的73吨清液合并成220吨清液2。然后，清液2用浓度为15％的醋酸溶液进行沉淀，沉淀过程中PH值为5.0，得沉淀1和清液3。沉淀1用醋酸洗涤，洗涤中的PH值为5.0，混悬液的固体含量为55％，再进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为195℃，出口温度为90℃。干燥完成后得600公斤蛋白1。
清液3在纳米膜(可选合肥世杰膜有限公司生产的产品)中进行浓缩，浓缩到原体积的1/10后在TZ-FHM-560膜分离设备中用分离膜分离出蛋白液与低聚糖液，分离后蛋白液浓度达到50％，浓缩后进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为195℃，出口温度为90℃，干燥完成后得1540公斤蛋白2。低聚糖液用双效降膜式浓缩机进行浓缩，浓缩后含固量为60％，浓缩后进入喷雾干燥塔中喷雾干燥，设备进口热风温度为195℃，出口温度为90℃，干燥完成后得3300公斤低聚糖。
在废水进行处理的同时，50吨废渣1用水洗涤4次后加水200吨，然后用盐酸调PH值为3，送入工业微波炉中微波萃取，工业微波炉的微波强度为每升混合液2500w，加热5min，微波萃取后得萃取液和废渣2。萃取液用饱和硫酸铝溶液沉淀，饱和硫酸铝溶液用量为每kg干渣1400ml。沉淀物用脱盐液脱盐，脱盐液由乙醇62％，盐酸8％，蒸馏水30％组成，用量为每公斤干渣40000ml。脱盐后真空干燥得果胶1500公斤。
废渣2经用水洗至中性后脱水、烘干，干燥物粉碎，在膨化机中挤压膨化，膨化温度为180℃，膨化机螺杆转速250r/min。膨化后超微粉碎达到产品全部通过300目，即得膳食纤维成品5吨。
实施例四：
如图1所示，除了清液2分离后制取蛋白1的过程中的干燥方式为真空干燥以及蛋白液与低聚糖液的干燥方式为真空干燥外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例一相同。
实施例五：
如图1所示，除了在清液2用酸液沉淀、沉淀1用酸洗涤时用硫酸外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例一相同。
实施例六：
如图1所示，除了在清液2用酸液沉淀、沉淀1用酸洗涤时用醋酸外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例一相同。
实施例七：
如图1所示，除了在清液2用酸液沉淀、沉淀1用酸洗涤时用盐酸外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例二相同。
实施例八：
如图1所示，除了在清液2用酸液沉淀、沉淀1用酸洗涤时用醋酸外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例二相同。
实施例九：
如图1所示，除了在清液2用酸液沉淀、沉淀1用酸洗涤时用硫酸外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例三相同。
实施例十：
如图1所示，除了在清液2用酸液沉淀、沉淀1用酸洗涤时用盐酸外，其它工艺步骤与工艺条件与实施例三相同。
另外，本发明的实施例不限于以上几种，任何与上述实施例工艺步骤相同的组合都是本发明实施例的一种，受到本发明保护。
Claims (10)
1.一种马铃薯淀粉生产后的废水、废渣的循环利用工艺，其工艺步骤为：
a、马铃薯生产淀粉后的废水经离心机分离，产生清液(1)和淀粉(2)；清液(1)和马铃薯生产淀粉过程中淀粉浆脱水清液合并成清液(2)；
b、清液(2)用酸液进行沉淀，得沉淀(1)和清液(3)；沉淀(1)用酸洗涤后干燥得蛋白(1)；
c、清液(3)浓缩、分离，得蛋白液和低聚糖液，低聚糖液浓缩后干燥得低聚糖，蛋白液浓缩后干燥得得蛋白(2)；
d、马铃薯生产淀粉后的废渣(1)经微波萃取得萃取液和废渣(2)，萃取液沉淀，沉淀物脱盐后干燥得果胶；
e、废渣(2)用水洗至中性、脱水、干燥、粉碎、膨化、超微粉碎得膳食纤维。
2.如权利要求1所述的工艺，步骤b、步骤c中的干燥为喷雾干燥或真空干燥；喷雾干燥时，喷雾干燥设备的进口热风温度为130℃-195℃，出口温度为45℃-90℃。
3.如权利要求1所述的工艺，所述的酸为盐酸、硫酸或醋酸。
4.如权利要求1所述的工艺，步骤c中清液(3)的浓缩是在纳米膜中进行，浓缩到原体积的1/6-1/10。
5.如权利要求1所述的工艺，步骤c中蛋白液与低聚糖液在分离膜中分离得到。
6.如权利要求1所述的工艺，步骤c中的低聚糖液用双效降膜式浓缩机进行浓缩。
7.如权利要求1所述的工艺，步骤d中废渣(1)在微波萃取前用水洗涤2-4次后加水2-4倍，然后用浓度为15-20％的盐酸、硫酸或醋酸调PH值为1-3。
8.如权利要求1或7所述的工艺，步骤d中的微波萃取是在工业微波炉中加热5-10min，然后过滤得萃取液和废渣(2)；工业微波炉的微波强度为每升混合液1500-2500w。
9.如权利要求1所述的工艺，步骤d中萃取液用沉淀剂沉淀，沉淀剂是饱和硫酸铝溶液，用量为每公斤干渣200-1400ml。
10.如权利要求1所述的工艺，步骤d中萃取液经沉淀后用脱盐液脱盐，脱盐液是由乙醇40-65％，盐酸1-10％，蒸馏水30-50％组成，用量每公斤干渣为20000-40000ml。
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