CN102286570A - 从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，属于薯渣开发利用。在马铃薯、木薯、红薯淀粉生产过程中有大量浆渣排放出来，里面的固体成分包含淀粉、纤维素、半纤维素、蛋白、果胶等，很难逐一分离回收。本发明提出一种从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，通过把固态淀粉加以液化的方式，在物理形态上将薯渣中残留的淀粉与其他固体物质区分开来，通过简单的过滤分离，从废弃薯渣中回收利用淀粉资源。该方法操作方便、步骤简单、成本低、效率高，容易实现工业化生产；既可以减少废弃薯渣对环境的污染，又能够将其中的淀粉资源回收利用，提高经济效益，一举两得。

Description

从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法

技术领域：本发明涉及废弃薯渣中残留淀粉资源的单独分离回收利用，所使用的技术方法涉及生化技术领域和资源回收利用领域。 

背景技术：本发明所提到的薯渣，是指从马铃薯、木薯、红薯淀粉工业化生产过程中排放出来的浆渣。薯渣是一种主要成分是残余淀粉颗粒、纤维素、半纤维素、果胶、蛋白、水、细胞碎片的废弃物。其中马铃薯渣实测数据如下： 

马铃薯浆渣主要成分实际检测结果 

依据上表的检测结果，去除水分之后，马铃薯渣干物质中淀粉含量平均达到55.6％。 

近年来，国内淀粉加工业迅速发展，目前我国大中型淀粉厂700多个，年产淀粉130万吨，共排放薯渣约40万吨(干基)。鲜薯渣含水量高，不 宜储存、运输，因其蛋白含量低，粗纤维含量高，适口性差，晒干或直接作为饲料营养价值低，动物也不爱吃。若烘干处理，能耗大，费用高。由于生产季节集中，大量的薯渣堆积，若不及时处理，占用场地且容易腐败产生恶臭，既影响原料的利用率，又造成了环境污染。如果将薯渣利用起来，不但可以充分利用天然资源，增加经济效益，还可以减少环境污染，一举两得。 

对于薯渣的利用，国内外许多学者做了多方面的尝试，其中包括用薯渣来生产酶、生产酒精、饲料、蛋白饲料、可降解塑料、制作柠檬酸钙、制取麦芽糖、提取低酯果胶、制作醋、酱油、白酒、制备膳食纤维等等。薯渣回收利用的难题是薯渣成分的有效分离。薯渣中残余淀粉颗粒、纤维素、半纤维素、果胶、蛋白、细胞碎片等物质都是固体物质，完全混合在一起，用一般的物理加工手段无法分离。无论是利用薯渣制酒精、纤维饲料、蛋白饲料、可降解塑料、柠檬酸等产品，都不可避免地存在大量无效成分的干扰，增加工艺处理的难度，影响产品质量。完全混合在一起的资源无法高效利用。所以薯渣成分的有效分离是薯渣资源高效回收利用的基础。 

发明内容：本发明旨在提供一种从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，该方法能将薯渣中的淀粉资源单独分离回收，从而解决淀粉生产过程中产生的大量薯渣堆积占用场地又产生污染的难题。 

为了实现上述目的，本发明使用双酶接续酶解法：它是选择性地把薯渣中残留的固态淀粉加以液化，同时也把部分可降解的水溶性纤维、半纤 维素等多糖类物质加以液化，在物理形态上将淀粉与不溶性纤维素、蛋白质等其他固体物质区分开来，通过简单的过滤操作将淀粉水解液分离回收。其工艺步骤是：把淀粉生产线上排出的新鲜薯渣浆液全部收集在容器中，往新鲜薯渣浆液中加入酸、碱调整pH值到合适的范围，必要时加入微量无机盐和氮源。先往新鲜薯渣浆液中加入规定量的植物水解复合酶，在规定的温度和时间内使多糖类物质发生降解。重新调整pH值，再加入淀粉酶，通过加热搅拌，在规定的温度和时间内使淀粉液化为液态的淀粉水解液。利用加热令蛋白质凝聚。最后通过加压过滤对浆渣进行固液分离。得到的淀粉水解液作为有机碳源回收利用。 

植物水解复合酶是采用菌种经液态深层发酵提纯后，经特殊的后处理工艺加工而成的高效专用复合酶制剂。植物水解复合酶以β-葡萄糖苷酶、纤维素酶为主要组成成分，对糖苷键的催化作用较强，在温和的条件下即发生反应，能有效地切除薯渣中半纤维素、纤维素的糖苷键而使其转化为聚合度和分子量较小的多糖，增加水解液中可利用的有机碳源。 

淀粉酶(amylase，AMY，AMS)一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等α-1，4-葡聚糖，水解α-1，4-糖苷键的酶。α-淀粉酶以Ca²⁺为必需因子并作为稳定因子，既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地切断α-1，4-链。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失，最终产物在分解直链淀粉时以葡萄糖为主，此外，还有少量麦芽三糖及麦芽糖。另一方面在分解支链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖、麦芽三糖外，还生成分支部分具有α-1，6-键的α-极限糊精(又称α-糊 精)。一般分解限度以葡萄糖为准是35-50％。本工艺利用α-淀粉酶的上述作用把薯渣中与纤维等物质混合在一起的淀粉降解液化成为溶液状，方便与纤维等固体物质进行分离。同时，也利用α-淀粉酶进一步分解经上一步骤植物水解复合酶切断纤维素后产生的多糖物质，增加水解液中可利用的有机碳源。 

另一方面，利用酶制剂间的协同作用，降解细纤维素、半纤维素和果胶等物质，降低水解液的粘度，加快过滤速度，有效解决淀粉水解液与纤维等物质的固液分离慢的问题。 

薯渣中通常含有少量蛋白质，对淀粉水解液回收后下一步的利用产生不利影响。本工艺采用加热的方式使蛋白质凝聚成固体，与纤维一起去除。此操作不用单独设立工序，是与酶解液的灭酶工序一起进行的，可以节省能源和设备，也不需要像其他工艺那样加入蛋白酶。 

经过双酶处理后的薯渣，其中的淀粉和多糖虽然已经被液化成液体，但是与薯渣中吸水性强的纤维等固体物质混合在一起，而且还有少量蛋白质存在，形成比较粘稠的浆状物，过滤仍然会遇到困难。本发明在后处理过程中使用闪蒸的方法，将经过高温灭酶的浆液利用自身的压力通过喷射器喷入冷却容器中，使浆液瞬间减压膨大，固体与液体分散，蛋白质凝聚在液面，对下一步过滤很有帮助。本发明在浆渣分离后得到的是淀粉液化液。 

本发明的优点是操作方便、步骤简单、成本低、效率高，容易实现工业化生产；既可以减少废弃薯渣对环境的污染，又能够将其中的淀粉资源 回收利用，提高经济效益，一举两得。淀粉液化液作为一种有机碳源，通过不同的发酵工艺，可以生成不同的发酵产品。如发酵制备酒精、制备酱油和醋、制备味精、氨基酸、柠檬酸、酶以及通过发酵制备单细胞蛋白等等。这些产物有些可以用作燃料如酒精；有些是日常食品调味剂如酱油、醋和味精；单细胞蛋白可以用作饲料蛋白；氨基酸可以用于保健食品和医药行业。淀粉液化液通过不同的酶作用，生成不同的糖。如用真菌淀粉酶酶解，可以转化为麦芽糖；用葡萄糖糖化酶处理，可以生成葡萄糖；用真菌淀粉酶、转苷酶和普鲁兰酶共同作用，可生成低聚异麦芽糖。这些糖类都可以用作食品添加剂、保健食品或者医药行业。 

总之，淀粉液化液的可利用途径很多，如果利用起来，既可以增加经济效益，又可以减少薯渣对环境的污染，收到良好的社会效益。 

具体实施方式：下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明： 

实施例1 

取生产线上的马铃薯浆渣，测其干物质含量为9.89％，干组分中淀粉含量为55.62％。用1000g马铃薯浆渣做原料，加稀酸调节pH为4.3，加入植物水解复合酶0.55g，酶的用量是薯渣中所含干物质质量的0.6％(质量比)。保持温度在42℃～43℃，搅拌反应22小时。加稀碱调节pH为5.4，加入α-淀粉酶0.04g，酶的用量是薯渣中所含淀粉质量的0.7‰(质量比)。升温到93℃～95℃，反应2.5小时。浆料放入耐压容器，加热到125℃～126℃，保持15分钟。通过喷射器把浆料喷入带夹套冷却的常压容器中，降温到60℃左右。经过上述处理后得到的浆料用泵打入压滤机，过滤祛除 纤维等固体物质。滤出液为半透明的淀粉降解液，重量为931g，含固量6.9％，检测其DE值为19.33，无碘色反应。 

实施例2 

取生产线上的木薯浆渣，测其干物质含量为6.96％，干组分中淀粉含量为41.62％。用1000g木薯浆渣，用稀盐酸调节pH为4.5，加入植物水解复合酶0.56g，酶的用量是薯渣中所含干物质质量的0.8％(质量比)。保持温度在44℃～45℃，搅拌反应26小时。加稀碱调节pH为5.5，加入0.06g氯化钙。加入α-淀粉酶0.023g，酶的用量是薯渣中所含淀粉质量的0.8‰(质量比)。搅拌升温到93℃～95℃，反应3.5小时。浆料放入耐压容器，加热到125℃～126℃，保持15分钟。通过喷射器把浆料喷入带夹套冷却的常压容器中，降温到60℃左右。经过上述处理后得到的浆料用泵打入压滤机，过滤祛除纤维等固体物质。滤出液为半透明的淀粉降解液，重量为953g，含固量5.1％，检测其DE值为18.5，无碘色反应。 

实施例3 

取新鲜的红薯浆渣，测其干物质含量为11.56％，干组分中淀粉含量为46.32％，总糖含量2.31％。取1000g红薯浆渣，用稀盐酸调节pH为4.2，加入植物水解复合酶0.6g，酶的用量是薯渣中所含干物质质量的0.5％(质量比)。保持温度在44℃～45℃，搅拌反应20小时。加稀碱调节pH为5.7，加入0.05g氯化钙。加入α-淀粉酶0.037g，酶的用量是薯渣中所含淀粉质量的0.7‰(质量比)。搅拌升温到92℃～95℃，反应3.0小时。浆料放入耐压容器，加热到125℃～126℃，保持15分钟。通过喷射器把浆料喷 入带夹套冷却的常压容器中，降温到65℃左右。经过上述处理后得到的浆料用泵打入压滤机，过滤祛除纤维等固体物质。滤出液为半透明的淀粉降解液，重量为944g，含固量6.7％，检测其DE值为21.1，无碘色反应。 

Claims (5)

1.一种从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，其特征在于使用酶制剂选择性地把薯渣中残留的固态淀粉和部分多糖物质加以液化，在物理形态上将淀粉与纤维素等其他固体物质区分开来，通过简单的过滤操作将淀粉分离回收；其生产工艺包括如下步骤：

a.把生产线上排出的新鲜薯渣浆液收集在容器中；

b.往新鲜薯渣浆液中加入酸、碱调整pH值，再加入规定量的植物水解复合酶，在规定温度和时间范围内进行第一次酶解反应；

c.往经过上述步骤处理的浆液中再次加入酸碱调整pH值，然后加入规定量的α-淀粉酶，在规定温度和时间范围内进行第二次酶解反应；

d.经过第二次酶解反应的物料转入压力容器内加热灭菌；

e.灭菌后的物料通过喷射器闪蒸进入容器冷却降温，使固液能够充分分散；

f.通过过滤对浆渣进行固液分离，得到的淀粉液化液回收利用。

2.根据权利要求1所述的从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，其特征在于：所述步骤b中，调整新鲜薯渣浆液的pH值在4.0～6.0之间；所用的酶是植物水解复合酶，酶的用量是薯渣中所含干物质质量的0.4％-0.8％；反应温度为35℃～45℃，反应时间为18～30小时。

3.根据权利要求1所述的从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，其特征在于：所述步骤c中，调整浆液的pH值在5.0～6.0之间；所用的酶是α-淀粉酶，酶的用量是薯渣中所含淀粉质量的0.5‰-1‰；反应温度为90℃～95℃，反应时间为2～5小时。

4.根据权利要求1所述的从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，其特征在于：所述步骤d中，加热温度为120℃～130℃，加热时间为15～20分钟。

5.根据权利要求1所述的从薯渣中单独分离回收淀粉资源的方法，其特征在于：所述步骤f中，所使用的浆渣固液分离方法是压滤。