CN104974264A - 一种浮萍淀粉的提取系统以及提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮萍淀粉的提取系统，包括：提升装置，提升装置的顶部设有电机，料仓内设有传动链条，传动链条上设有若干组用于收集和提升浮萍的收集板；所述电机驱动传动链条转动；研磨装置；渣浆分离装置，所述渣浆分离装置具有机筒，位于机筒内的主轴上设有条刷，沉淀装置；甩干装置，甩干装置设有转鼓，转鼓通过真空管道与真空泵相连，利用真空泵使黏在转鼓表面的含水淀粉进行抽干；所述提升装置、研磨装置、渣浆分离装置、沉淀装置和甩干装置依次连接。本发明还公开了浮萍淀粉的提取方法。本发明解决了目前淀粉提取工艺的空白，利于浮萍大规模培养后，浮萍淀粉连续、高效的提取，便于浮萍淀粉后期的利用及加工。

Description

一种浮萍淀粉的提取系统以及提取方法

技术领域

本发明涉及一种浮萍淀粉的高效提取系统以及提取方法。

背景技术

植物体内淀粉的提取是进行淀粉深加工及应用的基础。我国传统手工提取植物体内淀粉的历史悠久，然而提取植物体内的淀粉效率不同，且费时费力。植物体内所含淀粉是非溶水性的物质，淀粉本身不具备流动性，因此在提取工艺上十分困难和复杂。随着社会的飞速发展，对提取植物淀粉的国内中小型企业量化生产、环境卫生、机器操作安全性等方面提出了更高的要求。

水生植物浮萍是世界上最小的开花植物，全世界分布广泛，共有5属38种，属单子叶植物纲，天南星目，浮萍科。浮萍具有淀粉含量高、生长速度快、易于培养、材料成本低、不占用耕地、不与人争粮等优点，是一种极具潜力的用于淀粉生产的原料。利用浮萍生产淀粉具有如下独特优势：1.浮萍的淀粉含量高，可达其干重的40％，经过诱导之后，浮萍的淀粉含量可达干重的70％，因此被认为是极具潜力的淀粉类作物。Jay J Cheng报道浮萍淀粉年产量可达28t/hm²，而玉米淀粉年产量仅为5t/hm²；2.浮萍繁殖速度很快，约2～7天可繁殖一代，高于任何一种高等植物，G.Oron等报道浮萍生长速率达到0.1～0.35g(干重)/g(干重)·d，年产量高达55t/hm²(干重)，玉米为4.9t/hm²。3.浮萍生长期长，在大多数温带至热带地区均可全年生长。此外，浮萍淀粉粒大部分分布在1-5μM之间，属于小颗粒淀粉，由于小颗粒淀粉具有颗粒细小、分子大小范围窄等特点，在制作生物降解材料、脂肪替代物、载体材料、化妆品中有着特殊的作用。

目前，国内淀粉的提取加工，主要集中在薯类等传统淀粉类作物，且加工工艺主要针对淀粉颗粒大的大型作物，对薯类等大颗粒淀粉的提取工艺相对成熟。而对于新型的淀粉类作物如浮萍，目前尚无成熟的提取工艺。浮萍淀粉为小颗粒淀粉，薯类淀粉的提取方法如研磨方式和渣浆分离方式等并不适合浮萍的小颗粒淀粉。关于浮萍淀粉的提取工艺，国内外相关研究还未进行，因此，有必要开发一种高效、连续的浮萍淀粉提取工艺，从而使浮萍淀粉工业快速良性的发展，创造更高的农业经济价值，给社会带来良好的社会效益和经济效益。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种连续、高效的浮萍淀粉提取系统以及提取方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种浮萍淀粉的提取系统，包括：提升装置，所述提升装置的顶部设有电机，提升装置具有料仓，料仓内设有传动链条，传动链条上设有若干组用于收集和提升浮萍的收集板；所述电机驱动传动链条转动；

研磨装置，所述研磨装置为胶体磨，研磨细度达100uM；

渣浆分离装置，所述渣浆分离装置具有机筒，机筒内设有转筒，转筒表面设有筛网；位于机筒内的主轴上设有条刷，所述条刷的毛刷条直径为0.3-0.5mm；

沉淀装置，所述沉淀池分为初级沉淀池和二级沉淀池，初级沉淀池和二级沉淀池相连通；经两次沉淀后，可将淀粉与其他杂质分离，从而提取纯度更高的淀粉；

甩干装置，所述甩干装置具有转鼓，转鼓通过真空管道与真空泵相连，利用真空泵使黏在转鼓表面的含水淀粉进行抽干；

所述提升装置、研磨装置、渣浆分离装置、沉淀装置和甩干装置依次连接，浮萍经提升装置收集，进入研磨装置中研磨，研磨后的浆液进入渣浆分离装置中分离，分离后的淀粉粒进入沉淀装置中沉淀，沉淀后的淀粉经甩干装置甩干。

每组收集板均包括刮板和橡胶板，所述刮板由两条互相垂直的条板组成，刮板整体呈“L”形结构，刮板的其中一条条板固定于传动链条上；所述橡胶板的一端固定于刮板的另一条条板上，橡胶板的另一端凸出于该条板。由于刮板为金属材质，通过在刮板上设置橡胶板，能减少刮板与料仓之间的摩擦，有效降低设备运行的噪音。

所述提升装置还包括有支架，所述支架与提升装置的料仓相连，支架与料仓之间的夹角为10-40°，料仓的顶部设有顶盖，料仓的上部设有出料口。支架与料仓之间的夹角直接影响提升装置的提升效果，若夹角过小，则不利于浮萍的提升，消耗的机械能增加；若夹角过大，则浮萍不易从出料口排出。本发明对支架与料仓之间的夹角进行了优化，结果发现夹角为10-40°时提升效果最为理想。

所述渣浆分离装置还包括有底座，所述底座内部设有电机，底座上部连接有料筒，料筒的顶部设有进料口，所述料筒与设置于机架上的机筒相通，所述电机驱动主轴带动转筒转动。

所述渣浆分离装置的筛网孔径为200-300目。本发明采用该目数的筛网目的是保证小颗粒的浮萍淀粉顺利通过，同时避免杂质的混入。

所述甩干装置还包括底座，底座的上部设有料仓，料仓内设有刮刀，转鼓的表面设有过滤网，通过电机驱动转鼓在料仓内转动。本发明采用滚轮式的淀粉甩干设备，利用真空泵使黏在滚轮表面的含水淀粉进行抽干，从而达到高效甩干淀粉的目的。

采用所述提取系统进行浮萍淀粉的提取工艺，包括如下步骤：

(1)将浮萍投入到研磨装置中，加水混合，进行研磨，得到细度在100μM以下的浮萍浆液；

(2)将步骤(1)的浮萍浆液加入到渣浆分离装置中，通过渣浆分离装置的筛网进行过滤，通过渣浆分离装置的毛刷对浮萍浆液进行连续清洗，使浆液中的淀粉粒通过筛网排出，进入到沉淀池中；剩余的残渣进行收集，用于下游工艺的加工；

(3)进入沉淀装置的淀粉粒经搅拌沉淀后，上层水层排出，下层淀粉层移至甩干机中，经甩干机甩干后，即得浮萍淀粉。

步骤(1)中，浮萍和水加入的质量比为1：(1-2)；水的加入量过少，则不方便研磨，导致研磨的不充分；水的加入量过多，则增加了后续处理的工作量。本发明的浮萍和水加入量的比是经过多次试验筛选得到的优选方案。

优选的，步骤(1)中，浮萍与水的混合物在胶体磨中停留的时间为5-10s。本发明控制浮萍与水的混合物在胶体磨中的停留时间，一方面能够保证研磨的细度要求，另一方面则有利于节能，较少能源的消耗。

步骤(3)中，制得的浮萍淀粉的含水量为10-20％。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供了一种大规模浮萍淀粉连续提取的系统及其提取方法，解决了目前淀粉提取工艺的空白，从而推动浮萍大规模培养后，浮萍淀粉连续、高效的提取，便于浮萍淀粉后期的利用及加工。

(2)由于浮萍是漂浮在水面的小型水生植物，目前普通的斗式提升机无法达到提升浮萍的目的，本发明浮萍淀粉的提取系统中对于提升装置(斗式提升机)进行了改进，将电机从底部驱动改为顶部驱动，将传动带改为传动链条，并在传动链条上设置多组刮板和橡胶板，通过电机驱动传动链条转动，通过传动链条上设置的刮板和橡胶板对漂浮在水面上的浮萍进行收集和提升。

(3)对于薯类等大颗粒淀粉的提取系统中所采用的打磨装置主要为棍棒式和滚轮式，这并不适合于浮萍的研磨，本发明针对浮萍个体小且淀粉颗粒小的特点，选择分体式胶体磨的研磨方式，将浮萍研磨后，细度可达到小于100μM，有利于浮萍淀粉的提取；胶体磨顶端料仓增加了料仓面积，从而保证大规模浮萍打捞后的连续加工能力。

(4)本发明针对浮萍淀粉颗粒小的特点，对渣浆分离装置的毛刷和筛网进行了改进，使其更适合于浮萍的渣浆分离。毛刷可将淀粉浆充分混匀，从而将淀粉分离。毛刷条直径为0.3-0.5mm，小于传统作物加工所用刷毛，从而更高效的提取小颗粒淀粉。

(5)本发明采用滚轮式的淀粉甩干设备，利用真空泵使黏在滚轮表面的含水淀粉进行抽干，从而达到高效甩干淀粉的目的。

(6)采用本发明的浮萍淀粉提取系统及提取方法，浮萍淀粉的提取率可达90％以上。

附图说明

图1为本发明的浮萍淀粉提取系统流程结构示意图；

图2为提升装置(斗状提升机)的结构示意图；

图3为研磨装置(胶体磨)的结构示意图；

图4为渣浆分离装置(渣浆分离机)的结构示意图；

图5为甩干装置(甩干机)的结构示意图。

其中，1-顶盖，2-电机，3-主动轮，4-链条，5-第一导向轮，6-出料口，7-传动链条，8-刮板，9-橡胶板，10-料仓，11-第二导向轮，12-支架，13-加料斗，14-料筒，15-动磨盘，16-静磨盘，17-旋叶刀，18-出料口，19-机座，20-底座，21-电机，22-主动带轮，23-皮带，24-传动带轮，25-主轴，26-底座，27-电机，28-主动轮，29-皮带，30-从动轮，31-主轴，32-料筒，33-进料口，34-机筒，35-转筒，36-条刷，37-出料口，38-机架，39-筛网，40-底座，41-控制柜，42-料仓，43-刮刀，44-电机，45-联轴器，46-转鼓，47-过滤网，48-真空管道，49-真空泵。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：浮萍淀粉的提取系统及提取方法

如图1所示，本发明的浮萍淀粉提取系统包括：用于收集和提升浮萍的斗式提升机，用于对浮萍进行研磨的胶体磨，用于对研磨后的浮萍浆液进行渣浆分离的渣浆分离机，用于将淀粉与其他杂质分离的沉淀池，用于对含水淀粉进行干燥的甩干机。

其中，斗式提升机(即图1中的浮萍提升机)，其结构如图2所示，该斗式提升机的顶部设置有电机2，斗式提升机的料仓10内设有传动链条7，传动链条7上设有若干组用于收集和提升浮萍的收集板，每组收集板包括刮板8和橡胶板9，其中刮板8由两条互相垂直的条板组成，刮板8整体呈“L”形结构，刮板8的其中一条条板固定于传动链条7上；所述橡胶板9的一端位于刮板8的另一条条板上，橡胶板9的另一端凸出于该条板；橡胶板9用于减小与料仓10间的摩擦，降低设备运行的噪音；所述电机2通过主动轮3、链条4、第一导向轮5和第二导向轮11驱动传动链条7转动；斗式提升机还包括有支架12，所述支架12与斗式提升机的料仓10相连，料仓10的顶部设有顶盖1，料仓10的上部设有出料口6。漂浮在水面的浮萍通过转动的传动链条7上的刮板8和橡胶板9进行收集和提升，并通过出料口6输出。

对从斗式提升机中输出的浮萍采用胶体磨进行研磨。本发明采用的是分体式胶体磨，其结构如图3所示，包括底座20，底座20上分别设有电机21和机座19，机座19的顶部与料筒14连接，料筒14的下部设有出料口18；料筒14内设有相配合的动磨盘15和静磨盘16，动磨盘15和静磨盘16的上方设有旋叶刀17；料筒14的上部与加料斗13相连；电机21通过主动带轮21、皮带23、传动带轮24带动主轴25转动。浮萍从加料斗13中进入，首先由旋叶刀17对浮萍进行切割，然后经相配合的动磨盘15和静磨盘16进行研磨，得到细度在100μM以下的浮萍浆液，浮萍浆液由出料口18排出。

研磨后的浮萍浆液进入到渣浆分离机中，如图4所示，渣浆分离机包括有底座26，所述底座26内部设有电机27，电机27通过主动轮28、皮带29、从动轮30驱动主轴31转动，底座26上部连接有料筒32，料筒32的顶部设有进料口33，所述料筒32与设置于机架38上的机筒34相通，机筒34内设有转筒35，转筒35表面设有筛网39；位于机筒34内的主轴上设有条刷36，所述条刷36的毛刷条直径为0.5mm。

经渣浆分离后的淀粉粒进入到初级沉淀池中，利用淀粉与其他杂质比重不同的原理，将淀粉与其他杂质进行初步分离；初步分离后的淀粉粒再进入到二级沉淀池中，再次进行分离，在二级沉淀池中设有搅拌机，可将沉淀后的淀粉搅拌均匀进入最后的甩干机进行脱水处理。

甩干机如图5所示，包括底座40，底座40的一侧设有控制柜41，底座40的上部设有料仓42，料仓42内设有刮刀43；电机44通过联轴器45驱动转鼓46在料仓42内转动，转鼓46的表面设有过滤网47，转鼓46通过真空管道48与真空泵49相连，利用真空泵49使黏在辊筒46表面的含水淀粉进行抽干，从而达到高效甩干淀粉的目的。抽干时，料仓42内的物料在真空抽吸作用下，在转鼓的外表面形成一定厚度的淀粉颗粒层，在转鼓转动的过程中，水分低的外表面淀粉颗粒层由刮刀刮下。

斗状提升机、胶体磨、渣浆分离机、沉淀池和甩干机依次连接，浮萍经斗状提升机收集，进入胶体磨中研磨，研磨后的浆液进入渣浆分离机中分离，分离后的淀粉粒进入沉淀池中沉淀，沉淀后的淀粉经甩干机甩干。

采用该提取系统进行浮萍淀粉的提取方法为：

利用斗式提升机将浮萍从水面打捞，加水混合后，投入到胶体磨中，投料速度为500kg/h，加入与物料等比例的水进行混合，随后进入胶体磨，物料与水的混合物胶体磨的停留时间为5-10s。

浮萍经胶体磨研磨后，研磨细度在100um以下，得到浮萍匀浆。浮萍匀浆进入渣浆分离机进行渣浆分离过程，渣浆分离采用200目滤网进行过滤，通过渣浆分离机的毛刷将浮萍匀浆进行连续的清洗，使浮萍匀浆中的淀粉粒可以通过滤网排出进入沉淀池中，而剩余的残渣通过渣浆分离机的旋转的毛刷从出口排出、收集，用于下游的加工工艺。经检测，在加入足量水的条件下，浮萍淀粉粒的提取率可以高达90％以上。

提取出的淀粉粒在沉淀池内经沉淀搅拌后，将上层的水层排出，下层的淀粉层利用清水泵将淀粉浆传送到甩干机中，使黏在辊筒表面的含水淀粉进行抽干，从而达到高效甩干淀粉的目的，甩干后的淀粉通过刮板将淀粉收集，即可得到含水量20％左右的浮萍淀粉。

Claims (10)

1.一种浮萍淀粉的提取系统，其特征在于，包括：

提升装置，所述提升装置的顶部设有电机，提升装置具有料仓，料仓内设有传动链条，传动链条上设有若干组用于收集和提升浮萍的收集板；所述电机驱动传动链条转动；

研磨装置；

渣浆分离装置，所述渣浆分离装置具有机筒，位于机筒内的主轴上设有条刷；

沉淀装置；

甩干装置，所述甩干装置设有转鼓，转鼓通过真空管道与真空泵相连，利用真空泵使黏在转鼓表面的含水淀粉进行抽干；

所述提升装置、研磨装置、渣浆分离装置、沉淀装置和甩干装置依次连接。

2.如权利要求1所述的浮萍淀粉的提取系统，其特征在于，所述收集板包括刮板和橡胶板，所述刮板由两条互相垂直的条板组成，刮板整体呈“L”形结构，刮板的其中一条条板固定于传动链条上；所述橡胶板的一端固定于刮板的另一条条板上。

3.如权利要求1所述的浮萍淀粉的提取系统，其特征在于，所述提升装置还包括有支架，所述支架与提升装置的料仓相连，料仓的上部设有出料口。

4.如权利要求1所述的浮萍淀粉的提取系统，其特征在于，所述研磨装置为分体式胶体磨。

5.如权利要求1所述的浮萍淀粉的提取系统，其特征在于，所述沉淀装置包括初级沉淀池和二级沉淀池，所述初级沉淀池和二级沉淀池相连通。

6.如权利要求1所述的浮萍淀粉的提取系统，其特征在于，所述甩干装置还包括底座，底座的上部设有料仓，料仓内设有刮刀，转鼓的表面设有过滤网，通过电机驱动转鼓在料仓内转动。

7.采用权利要求1至6任一项所述的提取系统提取浮萍淀粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将浮萍投入到研磨装置中，加水混合，进行研磨，得到细度在100μM以下的浮萍浆液；

(2)将步骤(1)的浮萍浆液加入到渣浆分离装置中，通过渣浆分离装置的筛网进行过滤，通过渣浆分离装置的条刷对浮萍浆液进行连续清洗，使浆液中的淀粉粒通过筛网排出，进入到沉淀装置中；剩余的残渣进行收集，用于下游工艺的加工；

(3)进入沉淀装置的淀粉粒经搅拌沉淀后，上层水层排出，下层淀粉层移至甩干装置中，经甩干装置甩干后，即得浮萍淀粉。

8.如权利要求7所述的提取浮萍淀粉的方法，其特征在于，步骤(1)中，浮萍和水加入的质量比为1：(1-2)。

9.如权利要求7所述的提取浮萍淀粉的方法，其特征在于，步骤(1)中，浮萍与水的混合物在胶体磨中停留的时间为5-10s。

10.如权利要求7所述的提取浮萍淀粉的方法，其特征在于，步骤(3)中，制得的浮萍淀粉的含水量为10-20％。