CN101220078B

CN101220078B - 从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法

Info

Publication number: CN101220078B
Application number: CN2008100066431A
Authority: CN
Inventors: 于彤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: CN101220078A

Abstract

本发明涉及一种从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法，包括过滤、预热、调整pH值、絮凝、浓缩/分离、稀释、干燥等工艺的联合运用。马铃薯淀粉加工废液先通过离心筛过滤，提高蛋白质的纯度，然后在不使用任何絮凝剂的条件下，通过调整pH值、控制温度及压力大小使马铃薯蛋白絮凝，最后干燥成粉。本发明适用于马铃薯的深加工，可以实现从马铃薯淀粉废液中分离、提取马铃薯蛋白的产业化，实现马铃薯资源的再生利用，解决淀粉加工中环境污染问题，增加产品附加值。

Description

从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法

技术领域

本发明涉及一种从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法。

背景技术

随着社会的高速发展和人民生活水平的提高，人们对摄入蛋白质的需求量和品种要求不断提高，特别是对有保健功效的植物性蛋白的需求尤为显著。马铃薯蛋白具有多种均衡的氨基酸组分，特别是谷物中缺乏的赖氨酸极其丰富，可与大豆蛋白相媲美，有极高的营养价值，可用于保健品、生物医药和食品添加等多个行业。

我国有大、中、小型上千家马铃薯淀粉生产厂家，每年加工的马铃薯量约为396万吨，在马铃薯淀粉加工过程中排出的废液约为60万吨。废液中含有大量的水溶性蛋白质、淀粉和细纤维等。申请号为97122346.7的发明专利申请公开了一种从马铃薯淀粉制取后废水中回收蛋白质的方法，该方法是用盐酸或者烧碱调节废液的pH值至等电点，使蛋白质沉淀，但是该发明专利申请是在常温常压下进行的蛋白质沉淀，并且使用了絮凝剂，也没有在预处理过程中进行离心过滤，蛋白得率低。《超滤技术在马铃薯淀粉排放废水中的应用初探》(《环境科学学报》，1998年7月，第18卷第4期)中公开了过滤处理，但是，这仅是对单个的过滤步骤的模拟研究，没有形成从废液中提取蛋白质的完整技术链。

发明内容

本发明的目的是提供一种从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的高效方法，解决废液中蛋白质对环境造成的污染，同时废物回收，增加产品的附加值。

本发明可由以下技术方案完成：

一种从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法，包括过滤、预热、调整pH值、絮凝、浓缩/分离、稀释、干燥、包装步骤，在调整pH值步骤中，调整过滤后的废液pH值为4.8～5.0；在絮凝步骤中，控制过滤后的废液温度为120℃，压力为5.5bar。

在过滤步骤中，将马铃薯淀粉加工废液通过离心筛过滤，离心筛滤孔直径为50～70μm，优选为60μm。

在预热步骤中，过滤后的废液温度为40℃，控制误差在±2℃内。

其中，过滤后的废液pH值优选为5.0。

在浓缩/分离步骤中，控制浓缩浆料的水分在40±2％。

在稀释步骤中，控制稀释后的浓缩浆料的含水量为60±2％。

在干燥步骤中，干燥塔进风温度选择为200～220℃，稀释后的浓缩浆料中固形物浓度选择为40±2％，出风温度选择为75～85℃。

其中，进风温度为200℃，固形物浓度为40％，出风温度为80℃。

本发明的有益效果在于：

a.不使用任何絮凝剂的情况下，通过调节废液pH值、控制温度及压力使蛋白絮凝而被分离。

b.实现从马铃薯淀粉废液中分离、提取马铃薯蛋白质的产业化，实现马铃薯资源的再生利用，增加产品附加值。

c.解决淀粉加工中的环境污染问题，经济社会效益显著。

附图说明

图1为马铃薯蛋白生产工艺流程示意图。

图2为离心筛滤径对蛋白含量和蛋白得率的影响示意图。

图3为pH值对蛋白得率的影响示意图。

图4为絮凝温度对蛋白得率的影响示意图。

图5为絮凝压力对蛋白得率的影响示意图。

图6为进风温度对喷雾干燥的影响示意图。

图7为固形物浓度对喷雾干燥的影响示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明。

图1是从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的工艺流程，包括过滤、预热、调整pH值、絮凝、浓缩/分离、稀释、干燥和包装等步骤。

1.过滤步骤：马铃薯淀粉加工后的废液中含有大量的水溶性蛋白质、纤维和残存淀粉等，先将废液通过离心筛过滤，将其中的纤维和其他固体性非蛋白类物质尽可能去除，从而保证提取蛋白的纯度。图2为虑孔直径分别为40μm、50μm、60μm、70μm、80μm时对应的蛋白含量和蛋白得率。参见图2，离心筛滤径过小时，纤维和其他固体性非蛋白类物质除去的比较完全，干燥产物(成品)中蛋白含量高，但部分蛋白也被除去，导致蛋白得率偏低；加大滤孔直径，部分纤维等非蛋白物质通过离心筛，经絮凝干燥后存留在产物中，使蛋白含量降低。因此，综合考虑选用滤孔直径为50～70μm的离心筛，优选60μm的离心筛。

2.预热步骤：马铃薯淀粉加工废液过滤后的得到的细胞液水，这里也称为汁水，送入热交换器，控制加热用水，使热交换器中汁水的温度为40℃，控制误差为±2℃，即40±2℃。

3.调整pH值步骤：蛋白质是一种复杂的巨型分子，由不同的氨基酸通过肽链相互连接而成。根据蛋白等电点时溶解度最小的特征，通过加酸调节汁水的pH值可使其中的蛋白絮凝而沉淀。蛋白得率是指从汁水中能够提取的蛋白比例。通过实验可以确定汁水中蛋白的等电点，用10％的盐酸来调节pH值，以蛋白得率为评价指标，确定其中蛋白的最佳絮凝pH值。图3是为pH值分别为3.5、3.8、4.6、4.8、5.0、5.2、5.5时对应的蛋白含量和蛋白溶解度。从图3中可以看出汁水中蛋白絮凝的最佳pH值为4.8～5.0。配置盐酸采用的是通过软化处理以及杀菌后的深井水。

4.絮凝步骤：确定了pH值调整范围后，通过高温高压瞬时变化絮凝聚集蛋白。

图4为温度分别为100℃、110℃、115℃、120℃、125℃时对应的蛋白得率。温度升高有利于蛋白的絮凝聚集，温度由100℃增加到120℃时，蛋白得率提高22.4％，此后升高温度蛋白得率增加缓慢。因此，絮凝温度选择为120℃。温度可以采用蒸汽喷射器阀门向汁水中喷蒸汽来控制。

图5为压力分别为3bar、4bar、5bar、5.5bar、6.0bar、6.5bar时对应的蛋白得率。蛋白絮凝过程中加压能够加速汁水的对流传热，有利于蛋白的絮凝聚集，压力在达到5.5bar后继续加压对蛋白得率的影响不明显。因此，汁水中絮凝压力选择为5.5bar。

5.浓缩/分离步骤：利用螺旋分离机将絮凝的蛋白质从汁水中浓缩/分离出来，控制浓缩浆料的水分为40％，误差为±2％，即水分含量为40±2％。

6.稀释步骤：向浓缩浆料中加入软水，使浓缩浆料的含水量达到60％，误差为±2％，即含水量为60±2％，增加流动性。这里采用的软水也是通过软化处理以及杀菌后的深井水。

7.干燥步骤：空气加热过滤后在干燥塔内对浓缩浆料干燥。以马铃薯蛋白喷雾干燥的成粉率为评价指标，研究各因素对喷雾干燥工艺的影响。成粉率为实际得到的马铃薯蛋白质量与理论质量的比值。

图6是浓缩浆料中固形物含量为40％，出风温度80℃，进风温度分别为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃时进行的喷雾干燥试验结果。从图中可以看出，随着进风温度的升高，干燥速率逐渐增大，成粉率提高，当温度高于200℃时，变化不明显。这是因为，在干燥初期，干燥主要是非结合水从物料内部迁移到物料表面。而在较高温度下，物料表面的非结合水的释放不仅取决于干燥温度，还受限于物料的自身属性，因而表现为干燥速率的缓慢提高。当温度高于210℃时，会使物料表层过干，形成不透水薄层干膜，阻止物料内部水分的蒸发，甚至造成物料的焦化。因此，喷雾干燥的进风温度不易过高，选择为200～220℃，优选为200℃。

图7为进风温度200℃，出风温度80℃，对含有不同固形物浓度(25％、30％、35％、40％)的浓缩浆料进行的喷雾干燥试验结果。可以看出，在浓度为25～35％范围内时，随着浓度的增加，成粉率逐渐增大；在35～40％范围时，浓度增加，成粉率增加不明显。这可能是因为浓度太高，降低了浆料喷出的速度。浓缩浆料中固形物浓度优选为40％，误差为±2％。

在其他条件不变的情况下，出风温度的高低会影响蛋白喷雾干燥的含水量。出风温度分别为75℃、80℃、85℃时，测得喷雾干燥后得到的马铃薯蛋白的含水量分别为6％、3％、2％。若出风温度过高，会使成品发生焦糊，影响成品品质。出风温度选择为75～85℃，优选80℃。

8.包装步骤：打包机打包，保证三折边封口要牢固无破损。

pH值、温度和压力对蛋白得率的影响的大小次序为：pH值＞温度＞压力。在干燥步骤中，进风温度、固形物温度和出风温度对成粉率的影响的大小次序为：进风温度＞固形物浓度＞出风温度。

根据本发明的从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法，进行试验，优选了两个实施例。实施例1，过滤后的汁水絮凝的pH值为5.0，温度为120℃，压力为5.5bar，在此条件下进行验证试验，蛋白得率达到95％以上。实施例2，干燥成粉时，进风温度为200℃，固形物浓度40％，出风温度为80℃，得到马铃薯蛋白喷雾干燥的成粉率为99.2％。

目前我公司参与研发完成的《从马铃薯淀粉加工废液中提取植物蛋白的研究与开发》项目已通过了内蒙古自治区科技厅科学技术成果鉴定，本项目是一项不产生废气、废渣的清洁生态型加工技术。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种从马铃薯淀粉加工废液中提取蛋白质的方法，包括过滤、预热、调整pH值、絮凝、浓缩/分离、稀释、干燥和包装步骤，其特征在于，在预热步骤中，过滤后的废液温度为40℃，控制误差在±2℃内，在调整pH值步骤中，过滤后的废液pH值为4.8～5.0，在絮凝步骤中，控制过滤后的废液温度为120℃，压力为5.5bar。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，过滤后的废液pH值为5.0。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在过滤步骤中，将马铃薯淀粉加工废液通过离心筛过滤，离心筛滤孔直径为50～70μm。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，滤孔直径为60μm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在浓缩/分离步骤中，控制浓缩浆料的水分为40％，误差在±2％内。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在稀释步骤中，控制稀释后的浓缩浆料的含水量为60％，误差在±2％内。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在干燥步骤中，干燥塔进风温度选择为200～220℃，稀释后的浓缩浆料中固形物浓度选择为40％，误差在±2％内，出风温度选择为75～85℃。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进风温度为200℃，出风温度为80℃。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，不使用絮凝剂。