CN102558327B - 甘薯蛋白热沉法提取工艺 - Google Patents
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Abstract
一种甘薯蛋白热沉法提取工艺，其特征在于：提供了一种技术工艺，在生产甘薯淀粉的同时，对细胞液进行处理，从中提取甘薯蛋白，首先是利用蛋白和淀粉等其他物质的比重不同，用蝶片分离机分离提纯，再利用蛋白的可溶性和颗粒的大小，将细纤维除去，进一步提纯；提纯浓缩后，采用物理加热方法，利用蛋白的高温变性的特性将甘薯蛋白变性并产生絮凝；而后进行浓缩，压榨脱水，并进行干燥、筛分及后处理，获得商品甘薯蛋白。本发明的突出特点在于：（1）采用蒸汽喷射式细胞液加热器对甘薯蛋白进行变性处理，没有运动部件，保证连续生产；（2）不添加絮凝剂等化学品，无污染，减少后续处理难度；（3）工艺技术成熟，可以形成工业化生产能力。
Description
技术领域
本发明属于农产品加工和食品生物技术领域，具体是一种甘薯蛋白热沉法提取工艺，适用于薯类淀粉加工中同时提取或从细胞液中提取甘薯蛋白。
背景技术
我国是世界上种植甘薯最多的国家，除部分用于鲜食和加工一些甘薯小食品外，还有部分甘薯被用于生产甘薯淀粉、粉丝和粉条等食品。目前，在淀粉加工过程中，甘薯蛋白往往被作为废水而被排放掉。这不仅使企业周围环境受到严重污染，而且还造成了资源的极大浪费。甘薯蛋白是甘薯块根中除淀粉以外的第二大营养物质，其中80%的甘薯蛋白质都是可溶性的，极具开发应用价值。
中国专利公开了一种《甘薯蛋白及其生产技术》，其专利号为CN200410068964.6，是从甘薯中分离提取蛋白产品，其组成蛋白质为60～90％，水分占3～14％，粗脂肪1～6％，粗纤维0.1～3％，灰分为0.1～3％，其蛋白粉末主要由三种不同分子量构成分别为22000、 31000和50000。该发明是一种快速简单分离提取甘薯蛋白生产技术，用粉碎、过滤、离心、沉淀、上清液调至pH3.5～6，再经膜透析、干燥处理得到蛋白粉末。
中国专利还公开了《一种从甘薯中连续提取甘薯淀粉、甘薯蛋白、膳食纤维的工艺》，专利号为200810234538，其工艺为：甘薯先粉碎、磨碎、压榨，使甘薯渣、细胞液分离，再将甘薯渣的清洗液与细胞液合并后，分离出淀粉乳后的滤液截留分子量为5000-10000进行超滤，浓缩，干燥得甘薯粗蛋白。
中国专利号为200310104159的发明是一种紫色甘薯中的花色素和粘蛋白的提取工艺，采用以下步骤：鲜甘薯或甘薯干粉→清洗→粉碎→酸性水溶液浸提→沉淀为淀粉和薯渣→上清液加食用絮凝剂沉淀其中的蛋白质和多糖→过滤→滤液过柱→酸性甲醇洗脱→减压浓缩→真空干燥或喷雾干燥→成品。
中国专利号为200610112009.7的《一种从红薯废水中制取红薯粘液蛋白的方法》，是将红薯废水在常温和一定的真空度下经过粗滤和微滤(膜分离)，分别得到滤饼，将两次滤饼合并，进行冷冻干燥或真空干燥，经粉碎机粉碎得到粉状红薯粘液蛋白。
以上这些专利技术虽各有特点，但也存在一定不足之处，主要表现在：
1）采用膜透析、超滤技术，进行甘薯蛋白的分离浓缩，设备投资大，技术要求高，造价成本增大；
2）提取过程中采用絮凝剂，对于甘薯蛋白产品质量会有一定影响。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术所存在的问题而专门提供的一种甘薯蛋白热沉法提取工艺，可在甘薯淀粉生产中同时提取甘薯蛋白而形成淀粉、蛋白的联产提取工艺，也可直接从提取淀粉后的细胞液中实施本发明。
本发明所依据的科学原理在于：首先是利用蛋白和淀粉等其他物质的比重不同，用蝶片分离机分离提纯；再利用蛋白的可溶性和颗粒的大小，将细纤维除去，进一步提纯；提纯浓缩后，采用物理加热方法，利用蛋白的高温变性的特性将蛋白产生絮凝；而后进行浓缩，压榨脱水，并进行干燥、筛分及后处理，获得商品甘薯蛋白。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的甘薯蛋白热沉法提取工艺，在生产甘薯淀粉的同时，对细胞液进行处理从中提取甘薯蛋白，具体步骤如下：含有甘薯蛋白的细胞液首先进入预处理器，除去杂质后进入碟片分离机，将淀粉和蛋白分离开来，分离后的淀粉进行回收；分离出来的蛋白细胞液中含有可溶蛋白和不可溶蛋白，利用蛋白受热变性原理提取蛋白。先将蛋白细胞液经过温度为90℃-100℃的蒸汽喷射式细胞液加热器进行变性处理，之后变成絮状，变成絮状的蛋白液经过高温维持罐,该罐的温度保持在90℃-95℃。3-10分钟后，进入降温冷却箱进行冷却至温度40℃-60℃，然后进入絮凝沉淀罐中。甘薯蛋白在絮凝沉淀罐中互相凝聚、自行沉淀浓缩。浓缩后的蛋白絮团经过压滤脱水，而后进入气流干燥系统加以干燥后，即为甘薯蛋白粉产品。
在本发明中，浓缩后的蛋白絮团压滤脱水是通过板框压滤机完成的。
该甘薯蛋白热沉法提取工艺可以与现有甘薯淀粉生产工艺结合以形成甘薯淀粉、甘薯蛋白同时提取联产工艺。前期工序和甘薯淀粉的程序是一样的。主要工序由如下几部分组成，原料输送、清洗、破碎锉磨、纤维分离、淀粉精制和蛋白分离，前者成为精制淀粉乳，后者为含有甘薯蛋白的细胞液。而后淀粉乳进行脱水、干燥、筛分冷却，最后包装成商品淀粉。细胞液则按照本发明的上述步骤提取甘薯蛋白，克服了现有淀粉生产中由于细胞液处理量大，回收困难而随意排放，成为废水污染环境的现状。
该提取工艺也可以对现行的甘薯淀粉生产厂的细胞液废水进行处理，从中回收提取甘薯蛋白。
本发明中所使用的蒸汽喷射式细胞液加热器包括蒸汽喷嘴段、筒状混合段和锥形扩散段构成。本装置采用射流原理，利用高压蒸汽对细胞液进行加热并进行输送，没有运动部件。在蒸汽喷嘴段，高压蒸汽在通过喷嘴时瞬间喷出，将蒸汽的势能转化为动能,形成高速蒸汽射流。高压蒸汽射流向前运动时，在喷嘴的周围和蒸汽射流的后方周围形成负压。由于负压作用，吸引或带动细胞液一同喷出。在筒状混合段，蒸汽射流呈发散状与携带的细胞液充分混合，进行热量交换和能量交换，细胞液速度不断增加，温度不断升高。当细胞液温度达到90-100℃时，甘薯蛋白质开始变性，陆续开始产生絮凝。进入扩散段后，细胞液继续进行能量交换，动能逐渐转化为势能（压力能），加热后的细胞液被排出喷射器。
本发明中的絮凝沉淀罐可以按圆周或阵列布置4-6个罐，每个罐上从上至下设有多个阀门，可用阀门控制各个罐依次进料、排放；也可采用PLC进行程序控制。
本发明的优点如下：
1） 采用锉磨机对甘薯进行锉磨粉碎，细胞破碎彻底，蛋白和淀粉颗粒分离完全；
2） 采用碟片分离机对蛋白和淀粉颗粒进行分离，可以做到完全彻底；
3） 采用蒸汽喷射式细胞液加热器对甘薯蛋白进行变性处理，没有运动部件，保证连续生产；
4） 不添加絮凝剂等化学品，无污染，减少后续处理难度；
5） 工艺技术成熟，可以形成工业化生产能力。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图；
图2是本发明的工艺流程设备连接示意图；
图2中：1、细胞液罐；2、泵；3、预处理器；4、离心机；5、蛋白液罐；6、泵；7、蒸汽喷射式细胞液加热器；8、保温罐；9、冷却塔；10、风机；11、絮凝沉淀罐；12、螺杆泵；13、板框压滤机；14、气流干燥机；15、分级筛； 16、包装机；17、干燥风机 。
图3是本发明的蒸汽喷射式细胞液加热器示意图；
图3中：1-1 喷嘴段； 2-2 混合段； 3-3 扩散段
1-1 为喷嘴段，高压蒸汽在此段将压力能转化为动能，形成高速射流，在喷嘴周围和射流后面周围形成负压，吸引细胞液或带动细胞液一同运动；
2-2 为混合段，高压蒸汽在此段与细胞液充分混合，两种流体进行动量及能量交换，细胞液速度增加，温度不断提高，当细胞液温度达到90-100℃时，甘薯蛋白质开始变性，陆续开始产生絮凝；
3-3 为扩散段，两股流体继续进行能量交换，将动能转化为压力能，逐渐被蓄积。而后，加热后的细胞液排出喷射器。
图4是本发明的絮凝沉淀罐的示意图；
参见图4：由阀门控制每个罐从上到下依次排放，先排清水，最后排放絮凝蛋白水。
图5是图4的俯视图 。
图中可以根据需要按圆周或阵列布置4-6个罐，用阀门控制各个罐依次进料、排放，也可采用PLC进行程序控制。
具体实施方式
本发明以下结合附图做进一步描述：
参见图1-5所示：含有甘薯蛋白的细胞液首先从缓存罐（1）由泵（2）泵入预处理器（3），除去大部分杂质后，进入碟片分离机（4）分离。分离机的作用是将细胞液中的蛋白等轻相与淀粉等重相分离开来。淀粉之类的重相进行回收，与精制淀粉乳汇合一起进入下道板框压滤机脱水，然后干燥成为商品淀粉。由碟片分离机分离出来的含有蛋白等轻相的细胞液中含有多数的可溶蛋白和不可溶蛋白。分离出来的蛋白液在蛋白液罐（5）经过泵（6）被送入蒸汽喷射式细胞液加热器（7）进行变性处理。变性原理是：当蛋白质受到外界因素作用时，蛋白质分子结构从有规则的排列变成不规则排列，其物理性质也发生改变，即蛋白质发生变性。变性蛋白质在水中的溶解度较小且以沉淀的形式从溶液中析出。在蒸汽喷射式细胞液加热器（7）中，甘薯蛋白遇到高温（90℃-100℃）后会变成絮状，变成絮状的蛋白液在高温维持罐（8）,该罐的温度保持在90℃-95℃，经过一段时间（3-10min）后，进入到降温冷却箱（9）进行冷却（至温度40℃-60℃）。然后来到絮凝沉淀罐（11），层层的絮凝使甘薯蛋白互相凝聚，再次被浓缩。絮凝沉淀罐可以根据需要按圆周或阵列布置4-6个罐，用阀门控制各个罐依次进料、排放，也可采用PLC进行程序控制。每个罐也由阀门控制从上到下依次排放，先排清水，最后排放絮凝蛋白絮团。浓缩后的蛋白絮团，被螺杆泵（12）送入板框过滤机（13）进行压滤脱水。压滤过后的蛋白基本成固态状，其水分在40%左右。湿蛋白在脉冲式气流干燥系统（14）中快速进行干燥，干燥过后的甘薯蛋白成为水分小于7%的粉末状物质，由筛分机（15）对蛋白粉进行筛分，然后按要求进行包装。
Claims (4)
1.一种甘薯蛋白热沉法提取工艺，其特征在于：在生产甘薯淀粉的同时，对细胞液进行处理从中提取甘薯蛋白，具体步骤如下：含有甘薯蛋白的细胞液首先进入预处理器，除去杂质后进入碟片分离机，将淀粉和蛋白分离开来，分离后的淀粉进行回收；分离出来的蛋白细胞液中含有可溶蛋白和不可溶蛋白，利用蛋白受热变性原理提取蛋白，先将该蛋白细胞液经过温度为90℃-100℃的蒸汽喷射式细胞液加热器进行变性处理，之后变成絮状，变成絮状的蛋白液经过高温维持罐，该罐的温度保持在90℃-95℃，3-10分钟后，进入降温冷却箱进行冷却至温度40℃-60℃，然后进入絮凝沉淀罐中，甘薯蛋白在絮凝沉淀罐中互相凝聚、自行沉淀浓缩，浓缩后的蛋白絮团经过滤脱水，而后进入气流干燥系统加以干燥即为甘薯蛋白粉产品；
所述蒸汽喷射式细胞液加热器包括蒸汽喷嘴段、筒状混合段和锥形扩散段构成；在蒸汽喷嘴段，高压蒸汽在通过喷嘴时瞬间喷出，将蒸汽的势能转化为动能,形成高速蒸汽射流，高压蒸汽射流向前运动时，在喷嘴的周围和蒸汽射流的后方周围形成负压，吸引或带动细胞液一同喷出；在筒状混合段，蒸汽射流呈发散状与携带的细胞液充分混合，进行热量交换和能量交换，细胞液速度不断增加，温度不断升高，当细胞液温度达到90-100℃时，甘薯蛋白质开始变性，陆续开始产生絮凝；进入扩散段后，细胞液继续进行能量交换，动能逐渐转化为压力能，加热后的细胞液被排出喷射器；
所述絮凝沉淀罐按圆周或阵列布置4-6个罐，通过阀门控制各个罐依次进料、排放，也可采用PLC进行程序控制；每个罐上从上至下设有多个阀门，控制料液从上到下依次排放。
2.根据权利要求1所述的甘薯蛋白热沉法提取工艺，其特征在于：浓缩后的蛋白絮团的过滤脱水步骤是通过板框过滤机完成的。
3.根据权利要求1所述的甘薯蛋白热沉法提取工艺，其特征在于：该甘薯蛋白热沉法提取工艺与现有甘薯淀粉生产工艺结合以形成甘薯淀粉、甘薯蛋白同时提取联产工艺。
4.根据权利要求1所述的甘薯蛋白热沉法提取工艺，其特征在于：该提取工艺可以对现行的甘薯淀粉生产厂的细胞液废水进行处理，从中提取甘薯蛋白。
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