CN106819699A - 马铃薯原汁、原汁饮料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种马铃薯原汁、原汁饮料及其制备方法，通过马铃薯去皮、破碎、护色、打浆、杀菌、快速脱水、超滤、纳滤、反渗透、混合获得马铃薯原汁，进一步制成马铃薯原汁饮料。该方法在生产马铃薯生粉和淀粉的同时将马铃薯中排出的水分进一步加工成可以食用的马铃薯原汁及原汁饮料，最终排放物为纯净水，解决了马铃薯淀粉生产领域废水排放超标污染环境的问题，同时马铃薯原汁饮料作为一种新型饮品还可增加经济效益。
Description
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，涉及一种马铃薯的加工工艺，具体涉及马铃薯原汁、原汁饮料及其制备方法。
背景技术
马铃薯(学名：Solanum tuberosum，英文：potato)，茄科茄属，一年生草本植物，别称地蛋、洋芋、土豆、山药蛋、洋番薯、马铃薯、馍馍蛋等。马铃薯的成分中淀粉9～20％，蛋白质1.5～2.3％，脂肪0.1～1.1％，粗纤维0.6～0.8％，其余为水分。由于马铃薯具有良好的营养价值和经济价值，广泛用于食品工业、淀粉工业、饲料工业和医药工业等。目前我国马铃薯种植面积和总产量均跃升世界首位，消费也是世界上增长最快的国家之一。虽然我国已成为马铃薯生产和消费大国，但从农户种植到企业加工，整个产业仍停留在较为粗放的阶段，无法满足日益增长的市场需求。根据联合国粮农组织(FAO)统计，中国马铃薯总产量居世界第一位，是世界总产量的21％。但在我国马铃薯总产量中仅有14％用于粗淀粉和粉条加工，其余都只作为鲜食和饲用，直到最近几年才有少数小型食品加工厂生产马铃薯炸片。而欧美发达国家生产的马铃薯约有80％用于加工。
马铃薯淀粉、变性淀粉是马铃薯深加工的重要品种，应用十分广泛。马铃薯淀粉及其衍生物以其独有的特性，是纺织、造纸、化工、建材等众多领域的填加剂、增强剂、粘结剂等；在医药上，马铃薯可生产酵母、多种酶、维生素、人造血液等；目前，各国已研制出了几百种用马铃薯淀粉配合其它粮食制成的营养美味食品。据测算，马铃薯淀粉加工成乳酸可增值3倍；生产高吸水性树脂可增值8倍；生产环状糊精可增值20倍；生产生物胶增值在60倍以上。由此可见，马铃薯淀粉具有非常高的开发价值和广阔的市场前景。
由于马铃薯产区主要集中在“三北”(东北、西北、华北)地区，经济相对不发达，直接运输鲜马铃薯由于马铃薯中80-90％为水分，其经济效率低，而经过深加工的马铃薯干制品，如马铃薯淀粉则脱除了其中的水分，运输效益显著增高。因此在马铃薯产地直接加工马铃薯产品不仅可以缩短运输路程，也可以帮助当地种植户脱贫增收，具有良好的经济效益和社会效益。
但是，马铃薯淀粉废水是以马铃薯为原料生产淀粉的生产过程中产生的废液，一般也称为马铃薯淀粉废水，是高污染的废水，COD含量可达10000mg/L以上，不加处理直接排放将造成环境水体缺氧，使水生生物窒息死亡，给环境带来巨大的危害。目前马铃薯淀粉企业的废水处理水平普遍落后。近年来，随着水资源匮乏和水污染问题日趋严重与需水量迅猛增加的矛盾越来越突出，国内对在马铃薯生产过程中伴随产生的废水的处理及综合利用研究逐渐成为科研机构和企业的关注热点。
目前，国内马铃薯淀粉废水处理方法有资料显示的有：化学絮凝、生物处理等方法。絮凝沉淀法作为一种成本较低的水处理方法应用广泛。其水处理效果的好坏很大程度上取决于絮凝剂的性能，所以絮凝剂是絮凝法水处理技术的关键。絮凝剂可分为无机絮凝剂、合成有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂和复合型絮凝剂。追求高效、廉价、环保是絮凝剂研制者们的目标。采用絮凝沉淀处理废水，虽然对有机物有一定的去除效果，但是处理后的废水仍然不能达标排放，加上于成本等原因，尚未见采用混凝法处理废水的马铃薯淀粉生产企业。生物处理法国内对淀粉废水的生物处理法研究较多，但是在马铃薯淀粉废水处理的生物法研究资料显示不多。国内大多数马铃薯淀粉生产企业集中在“三北”地区，生产季节9～11月份，气温低、有冰冻。特别是在10～11月，低温都在-5～15℃之间，而生物处理工艺无论是厌氧法，还是好氧法，均需25℃左右的工作温度，有些厌氧处理工艺水温需要控制在35℃左右，否则封锁处理效果。因此，虽然有人时行生物法处理马铃薯淀粉废水的研究，但是企业实际并无应用实例，而污水处理工程即使建成也无法保证正常运行。
此外一些研究采用膜法或混凝沉淀法回收马铃薯淀粉废液中的蛋白，发现超滤膜对马铃薯淀粉生产废水中的蛋白的截留率大于90％，COD去除率大于50％，混凝沉淀法可将废液中蛋白提取出来作为饲料蛋白。但是，利用膜分离技术回收马铃薯淀粉废水中的蛋白，设备运行费用低，操作简单，回收蛋白较彻底，但设备一次性投资大，一般企业承受不起。混凝沉淀等方法运行成本高，蛋白质提取率低，提取质量差，因此推广应用难度大。
中国目前进口马铃薯淀粉40万吨左右，发展前景非常广阔。但是废水污染却相当严重，是困惑马铃薯淀粉生产发展的主要难点。由于马铃薯淀粉生产中未中入任何其它添加物，从理论上可以认为废水中所含物质为马铃薯本身物质，无毒、无害。
由于马铃薯淀粉废水处理难度非常大，因此目前真正实现马铃薯淀粉废水处理的企业几乎没有。实现有效综合利用马铃薯淀粉废水，成为制约我国马铃薯淀粉深加工领域的一大难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种马铃薯原汁的制备方法，该方法在生产马铃薯淀粉的同时，将淀粉余液中的蛋白及其他营养成分也制成具有经济价值的产品，解决了马铃薯淀粉废水的超标排放，使得马铃薯淀粉深加工产业真正成为高附加值、绿色环保的产业。
本发明的另一目的在于进一步提供一种马铃薯原汁饮料的制备方法。
本发明的又一目的在于提供一种使用上述方法制备的马铃薯原汁。
本发明的第四个目的资源提供一种使用上述方法制备的马铃薯原汁饮料。
为了实现上述目的，本发明提供一种马铃薯原汁的制备方法，包括如下步骤：
1)去皮：将新鲜马铃薯洗涤、去皮，然后浸泡于多酚氧化酶抑制剂中待用；
此步骤中使多酚氧化酶抑制剂防止马铃薯表面褐化变色，影响产品品质。
2)破碎：将马铃薯破碎成碎块或切成薄片；
可使用马铃薯破碎机或马铃薯切片机将马铃薯破碎成制定大小。
3)护色：将马铃薯碎块浸泡于多酚氧化酶抑制剂中8～15min；
经过浸泡，多酚氧化酶抑制剂进入到马铃薯内部，抑制了马铃薯的褐化。
4)打浆：将马铃薯碎块用清水洗涤以去除表面残留的多酚氧化酶抑制剂，然后沥干多余水分，用打浆机打成马铃薯生浆；
5)杀菌：对马铃薯生浆进行紫外线杀菌；
对马铃薯生浆使用紫外线消毒器进行杀菌，液体经过紫外线消毒器时经紫外光照射，使液体中的细菌即被杀死，后续步骤都要求无菌环境下进行。
6)快速脱水：将马铃薯生浆离心脱水，得固体部分为马铃薯湿生粉，滤液为马铃薯原液；
马铃薯原液相当于马铃薯淀粉深加工领域中的排放废水，其直接排放会为环境带来污染，而在本发明中该马铃薯原液则具有继续深加工的价值。
7)超滤：将原液进行超滤，得一次清汁和一次混汁；
其中一次混汁中为分子量大于10000的成分，主要为大分子量的蛋白质，该部分蛋白质可用于提取马铃薯中的蛋白产品，获得经济效益，一次清汁中主要为分子量小于10000的蛋白、果胶、水溶性纤维素、水溶性维生素、矿物质、叶绿素、花青素等。
8)纳滤：将一次清汁进行纳滤，得二次清汁和二次混汁；
其中通过纳滤进一步将一次清汁进行分离，获得的二次清汁为分子量小于600的成分，主要为水溶性维生素、微量元素、单糖、氨基酸和小肽、花青素，二次混汁为分子量介于600-10000之间的成分，主要为多肽，以及低聚寡糖、水溶性膳食纤维、叶绿素等。
9)反渗透：将二次清汁进行反渗透，得浓缩汁和马铃薯源纯化水；
反渗透实质上是将二次清汁中分子量600以下的小分子物质截流，同时进行浓缩，获得浓缩汁，反渗透得到的水可直接排放，或用于其他用途。
10)混合：将马铃薯二次混汁和马铃薯浓缩汁混合，获得马铃薯原汁。
其中该马铃薯原汁含有分子量10000以下的蛋白质及水溶性维生素等活性物质，由于整个制备过程中未进行高温处理，有效保留了马铃薯中有效成分的生物活性物质，生产中也未添加其他外来化学物质，生产出来的马铃薯原汁的成分全部来自马铃薯成分。
本发明还提供一种马铃薯原汁饮料的制备方法。
该方法是在马铃薯原汁的制备方法后增加：11)制成品：将马铃薯原汁进行标准化，调味，灌装，制成马铃薯原汁饮料。
为了适合饮用，需要对马铃薯原汁进行标准化处理，由于每批次出的原汁浓稀成度或色泽是不一样的，标准化是要将不同批次的原汁通过调配将它们的浓度、色泽等统一起来。调味的成分主要是香精、香料等，可调成不同的口味，以适于不同消费者。
更进一步地，所述多酚氧化酶抑制剂由下列重量份物质配制而成：柠檬酸0.01～0.2份，抗坏血酸0.01～0.2份，羟基还原剂0.001～0.1份，水99.5～99.98份。
马铃薯中酚类物质的含量较高，对马铃薯进行去皮或切块由于破坏了质膜结构，使存在于组织细胞液泡中的酚类物质与存在于质体或细胞质中的多酚氧化酶(PPO)接触，在有氧条件下非常容易氧化成醌，醌类化合物再经脱水、聚合反应形成黑褐色物质如类黑色，从而引起褐变反应，影响产品品质。因此有效控制多酚氧化酶(PPO)以及聚合反应的发生对于抑制褐变的发生非常重要。采用上述多酚氧化酶抑制剂能够有效抑制褐变过程。
优选地，所述羟基还原剂为半胱氨酸、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种的混合物。
优选地，所述碎块大小为3-5cm3，或所述薄片的厚度为3-5mm。
马铃薯破碎成上述大小可使多酚氧化酶抑制剂迅速渗入，抑制褐变。
优选地，所述紫外线杀菌使用的紫外线的波长为225nm-275nm。
所述离心脱水转速为2000-5000r/min，离心15min。
更进一步地，所述超滤使用50-100nm的陶瓷膜进行超滤。
50-100nm的陶瓷膜可分离10000道尔顿以上蛋白质、果胶及纤维素。
所述纳滤膜过滤精度300-600道尔顿。
虽然马铃薯原汁是将二次混汁和浓缩汁的混合产物，其效果相当于一次混汁浓缩的成分，但是由于大分子物质会堵塞反渗透膜，造成反渗透失败，因此增加纳滤步骤进行再次分离，以降低反渗透中堵膜情况的发生。
本发明还提供上述方法制备的马铃薯原汁及马铃薯原汁饮料。
由于马铃薯原汁中去除了提供热量的淀粉成分，马铃薯本身的脂肪含量又很低，整个制备过程中没有添加任何外来物质，制成的马铃薯原汁完全为马铃薯自身成分，食用安全，进一步加工成的马铃薯原汁饮料可成为一种低热量的高品质饮品，符合现代社会对美及健康的追求。
在现有马铃薯淀粉生产后排出水治理中生产企业要投入大量资金使水中COD降低到符合排放标准，这种做法为企业增加了沉重的经济负担，企业为了减低成本往往进行偷排，带有丰富营养的水污染了土地河流，给生态环境带来灾难，而使用本发明的技术方案不仅可以免去处理排出水的投入，还可以从中回收附有营养价值的产品，创造新的价值，为企业处理马铃薯淀粉排出水提供了动力，同时大大提高了马铃薯深加工产业的经济效益。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种马铃薯原汁、原汁饮料及其制备方法，整个加工过程一方面可以分离马铃薯淀粉或生粉，另一方面对除淀粉后的马铃薯原液进行进一步处理，分离出蛋白、原汁、水，使得传统的马铃薯淀粉废液中的成分有效分离，蛋白、原汁各有其经济利用价值，水可直接排放或作为生产用水，充分利用马铃薯中各个有效成分，解决了马铃薯废水排放污染问题，增加了经济效益，绿色环保。
附图说明
图1为本发明提供的马铃薯原汁及原汁饮料的制备流程图。
具体实施方式
下面以具体实施例来说明本发明的技术方案，如图1所示：
实施例1
1)去皮：将新鲜马铃薯洗涤、去皮后，称重100kg浸泡于多酚氧化酶抑制剂中待用；
本实施例中选用夏波蒂品种马铃薯为原料，选择无发芽或发绿、无虫害的马铃薯，去皮时采用手工去皮或机械去皮，本实施例中使用清洗去皮机去皮以增加效率，浸泡时多酚氧化酶抑制剂的液体用量没过马铃薯即可。
多酚氧化酶抑制剂的组成为：柠檬酸0.2份，抗坏血酸0.2份，羟基还原剂(半胱氨酸)0.1份，水99.5份。护色步骤中也使用相同的配方溶液进行浸泡。
2)破碎：将马铃薯使用马铃薯破碎机破碎成4cm3左右的碎块；
3)护色：将马铃薯碎块浸泡于多酚氧化酶抑制剂中8min；
4)打浆：将马铃薯碎块用清水洗涤以去除表面残留的多酚氧化酶抑制剂，沥干多余水分，用打浆机打成马铃薯生浆；
5)杀菌：对马铃薯生浆进行紫外线杀菌，紫外线波长253nm；
6)快速脱水：将马铃薯生浆离心2000r/min，15min，得固体部分为30kg马铃薯湿生粉，滤液为70kg马铃薯原液；
7)超滤：将原液进行超滤，得55kg一次清汁和15kg一次混汁；
超滤使用50nm的陶瓷膜。
8)纳滤：将一次清汁进行纳滤，得40kg二次清汁和15kg二次混汁；
9)反渗透：将二次清汁进行反渗透，得15kg浓缩汁和25kg马铃薯源纯化水；
10)混合：将马铃薯15kg二次混汁和15kg浓缩汁混合，获得30kg马铃薯原汁。
进一步11)制成品：将马铃薯原汁进行标准化，调味，灌装，制成马铃薯原汁饮料。
所获得的马铃薯原汁中营养成分测算如表1：
表1夏波蒂马铃薯原汁中营养成分
| 成分 | 马铃薯原汁 |
| 烟酸(mg/100g) | 0.47 |
| 维生素B1(mg/100g) | 0.63 |
| 维生素B2(mg/100g) | 0.017 |
| 钾(mg/100L) | 303 |
| 钙(mg/100L) | 131 |
| 钠(mg/100L) | 110 |
| 镁(mg/100L) | 485 |
| 铁(mg/100L) | 7.44 |
| 锌(mg/100L) | 1.68 |
| 锰(mg/100L) | 2.59 |
实施例2
1)去皮：将新鲜马铃薯洗涤、去皮后，称重100kg浸泡于多酚氧化酶抑制剂中待用；
本实施例中选用青薯2号马铃薯为原料，选择无发芽或发绿、无虫害的马铃薯，去皮时采用手工去皮或机械去皮，本实施例中使用清洗去皮机去皮以增加效率，浸泡时多酚氧化酶抑制剂的液体用量没过没过马铃薯即可。
多酚氧化酶抑制剂的组成为：柠檬酸0.01份，抗坏血酸0.01份，羟基还原剂(亚硫酸氢钠)0.05份，水99.93份。护色步骤中也使用相同的配方溶液进行浸泡。
2)破碎：将马铃薯破碎成5cm3左右的碎块；
3)护色：将马铃薯碎块浸泡于多酚氧化酶抑制剂中15min；
4)打浆：将马铃薯碎块用清水洗涤以去除表面残留的多酚氧化酶抑制剂，沥干多余水分，用打浆机打成马铃薯生浆；
5)杀菌：对马铃薯生浆进行紫外线杀菌，紫外线波长275nm；
6)快速脱水：将马铃薯生浆离心5000r/min，15min，得固体部分为28kg马铃薯湿生粉，滤液为72kg马铃薯原液；
7)超滤：将原液进行超滤，得57kg一次清汁和15kg一次混汁；
超滤使用50nm的陶瓷膜。
8)纳滤：将一次清汁进行纳滤，得42kg二次清汁和15kg二次混汁；
9)反渗透：将二次清汁进行反渗透，得15kg浓缩汁和27kg马铃薯源纯化水；
10)混合：将马铃薯15kg二次混汁和15kg浓缩汁混合，获得30kg马铃薯原汁；
进一步11)制成品：将马铃薯原汁进行标准化，调味，灌装，制成马铃薯原汁饮料。
所获得的马铃薯原汁中营养成分测算如表2：
表2青薯2号马铃薯原汁中营养成分
从上述实施例可以看出，本发明提供的一种马铃薯原汁、原汁饮料的制备方法，不仅可以得到马铃薯淀粉原料，同时将排出液体充分利用，得到附有经济效益的原汁产品，提高了马铃薯的综合经济利用水平，减少了污染的排放，可大力推广于马铃薯产区，造福广大种植户，使其尽早脱贫致富。
Claims (10)
1.一种马铃薯原汁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)去皮：将新鲜马铃薯洗涤、去皮，然后浸泡于多酚氧化酶抑制剂中待用；
2)破碎：将马铃薯破碎成碎块或切成薄片；
3)护色：将马铃薯碎块浸泡于多酚氧化酶抑制剂中8～15min；
4)打浆：将马铃薯碎块用清水洗涤以去除表面残留的多酚氧化酶抑制剂，然后沥干多余水分，用打浆机打成马铃薯生浆；
5)杀菌：对马铃薯生浆进行紫外线杀菌；
6)快速脱水：将马铃薯生浆离心脱水，得固体部分为马铃薯湿生粉，滤液为马铃薯原液；
7)超滤：将原液进行超滤，得一次清汁和一次混汁；
8)纳滤：将一次清汁进行纳滤，得二次清汁和二次混汁；
9)反渗透：将二次清汁进行反渗透，得浓缩汁和马铃薯源纯化水；
10)混合：将马铃薯二次混汁和马铃薯浓缩汁混合，获得马铃薯原汁。
2.一种马铃薯原汁饮料的制备方法，其特征在于，在如权利要求1所述马铃薯原汁的制备方法后，进一步加入11)制成品：将马铃薯原汁进行标准化，调味，灌装，制成马铃薯原汁饮料。
3.如权利要求1所述的马铃薯原汁的制备方法或如权利要求2所述的马铃薯原汁饮料的制备方法，其特征在于，所述多酚氧化酶抑制剂由下列重量份物质配制而成：柠檬酸0.01～0.2份，抗坏血酸0.01～0.2份，羟基还原剂0.001～0.1份，水99.5～99.98份。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述羟基还原剂为半胱氨酸、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求1所述的马铃薯原汁的制备方法或如权利要求2所述的马铃薯原汁饮料的制备方法，其特征在于，所述碎块大小为3-5cm3，或所述薄片的厚度为3-5mm。
6.如权利要求1所述的马铃薯原汁的制备方法或如权利要求2所述的马铃薯原汁饮料的制备方法，其特征在于，所述紫外线杀菌使用的紫外线的波长为225nm-275nm。
7.如权利要求1所述的马铃薯原汁的制备方法或如权利要求2所述的马铃薯原汁饮料的制备方法，其特征在于，所述离心脱水转速为2000-5000r/min，离心15分钟。
8.如权利要求1所述的马铃薯原汁的制备方法或如权利要求2所述的马铃薯原汁饮料的制备方法，其特征在于，所述超滤使用50-100nm的陶瓷膜进行超滤，所述纳滤使用的纳滤膜的过滤精度为300-600道尔顿。
9.一种使用权利要求1、3-8任一项所述的制备方法制备的马铃薯原汁。
10.一种使用权利要求2-8任一项所述的制备方法制备的马铃薯原汁。
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