一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，屬于食品加工【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明將馬鈴薯淀粉廢水首先經(jīng)除雜、濃縮；而后將濃縮液泵入酶解罐，分別經(jīng)中溫淀粉酶、糖化酶、中性蛋白酶（或復(fù)合蛋白酶）進行三次酶解，而后滅酶；水解產(chǎn)物再次經(jīng)濃縮、噴霧干燥，產(chǎn)物即為馬鈴薯浸出粉。本發(fā)明利用馬鈴薯淀粉廢水通過生物工程手段來制取含有大量的氨基酸及肽類物質(zhì)的馬鈴薯浸出粉，變廢為寶，成本低廉，產(chǎn)品附加值高，有非常巨大的競爭優(yōu)勢，同時解決了淀粉廢水治理及排放問題。
【專利說明】—種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，屬于食品加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]我國馬鈴薯淀粉加工產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，據(jù)調(diào)查，目前全國淀粉生產(chǎn)企業(yè)2000多家，馬鈴薯的年加工總量高達800多萬噸，其中馬鈴薯淀粉年加工能力達120多萬噸。馬鈴薯淀粉生產(chǎn)工藝中主要有三種產(chǎn)品:主產(chǎn)品為馬鈴薯淀粉，副產(chǎn)品為薯渣及生產(chǎn)廢水。其中薯渣的處理工藝非常簡單且不易造成污染，馬鈴薯淀粉廢水由于含有大量有機化合物，如蛋白質(zhì)和糖類等，還含有一些淀粉顆粒、纖維及鉀、磷、鈣等營養(yǎng)物質(zhì)，需經(jīng)過廢水處理工藝處理后，方可排放。馬鈴薯淀粉廢水水質(zhì)成分如下:COD (化學需氧量)約為:10000-25000mg/L ；B0D(生化需氧量)約為:5000-12000mg/L ；SS(懸浮物)約為:5000-10000mg/L。每年因馬鈴薯淀粉加工而排放的酸性高濃度有機廢水(簡稱馬鈴薯淀粉廢水)高達2 000多萬噸。馬鈴薯淀粉廢水主要特點:①有機物濃度高；②B/C值高，可進行生化處理；③呈弱酸性，PH—般在4~6 ;④季節(jié)性強，主要集中在9~12月份，廢水水溫低。鑒于以上的特點，馬鈴薯淀粉廢水采用普通的生化法處理難度較大。為了解決馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中的水污染問題，淀粉企業(yè)及相關(guān)科研單位開展了各種各樣的研究工作，取得了一定的進展。但是，能夠切合我國馬鈴薯淀粉企業(yè)實際、投入到生產(chǎn)應(yīng)用當中的科技成果，目前還未見報道。馬鈴薯淀粉廢水具有高濁度和高濃度的特點，如果不進行處理就直接排放到江河湖泊中，其富營養(yǎng)化會導致河流魚蝦死亡，局部地區(qū)農(nóng)田減產(chǎn)甚至絕收，而且長期存留的廢水發(fā)酵產(chǎn)生惡臭氣體將嚴重影響附近居民的正常生產(chǎn)生活。
[0003]針對馬鈴薯淀粉廢水的特點，目前國內(nèi)應(yīng)用最多的是生化法和絮凝沉淀法，其處理成本約為1.0-1.5元/m3，按照目前馬鈴薯淀粉行業(yè)淀粉廢水量計算，廢水總體處理成本大概在2000-3000萬元。由于馬鈴薯產(chǎn)區(qū)主要集中在“三北”(東北、西北、華北)地區(qū)，加工期在9-11月份，氣溫低，有冰凍。特別是在10-11月，低溫都在-5~15°C之間。而生物處理工藝無論是厭氧法，還是好氧法，均需25°C左右的工作溫度，有些厭氧處理工藝水溫需要控制在35°C左右，否則處理效果很差。因此，雖然國內(nèi)研究生物法處理馬鈴薯淀粉廢水的科研院所較多，但是企業(yè)實際 并無應(yīng)用實例，而污水處理工程即使建成也無法保證正常運行。這些問題給馬鈴薯淀粉廢水的處理增加了難度，因此目前馬鈴薯淀粉企業(yè)的廢水處理水平普遍落后，環(huán)境污染嚴重，造成環(huán)境水體缺氧，使水生生物窒息死亡。
[0004]近年來，隨著水資源匱乏和水污染問題日趨嚴重與需水量迅猛增加的矛盾越來越突出，國內(nèi)對馬鈴薯淀粉廢水的處理及綜合利用研究逐漸成為科研機構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注熱點。傳統(tǒng)工藝處理馬鈴薯淀粉廢水的目的只是為了降解廢水中的污染物，而忽視了對其中有用成分的回收和綜合利用，造成資源的浪費。應(yīng)開發(fā)既能有效處理馬鈴薯淀粉廢水，又能回收其有效成分的新工藝，以降低廢水處理成本，實現(xiàn)節(jié)能減排、變廢為寶。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法。該方法以馬鈴薯淀粉廢水為原料，采用生物工程技術(shù)將馬鈴薯廢水中的蛋白質(zhì)及淀粉類物質(zhì)加以處理，最終得到高附加值的馬鈴薯浸出粉。該方法既能有效處理馬鈴薯淀粉廢水，又能將其中的有效成分充分回收利用，實現(xiàn)節(jié)能減排、變廢為寶。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，
(1)將馬鈴薯淀粉廢水經(jīng)離心設(shè)備(分離因數(shù)為1000-3000)或過濾設(shè)備(板框過濾機)除去廢水中的殘留泥沙及其他大顆粒不溶物；然后將清液經(jīng)多效降膜式蒸發(fā)設(shè)備或者納濾膜設(shè)備濃縮至固形物含量為2-5% ；
(2)而后將濃縮液泵入酶解罐，調(diào)節(jié)濃縮液pH值為5.5-7.0,加入0.002-0.01% (以濃縮液的質(zhì)量計)的中溫淀粉酶(酶活≥2000u/g)，升溫至85-90°C，保溫酶解20_40min ；
(3)降溫至55-60°C，加入0.0OP/o-0.005% (以濃縮液的質(zhì)量計)的糖化酶(酶活≥100000u/ml)，保溫酶解 30-90min ；
(4)而后降溫至50-55°C，調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.5，加入0.001%_0.01% (以濃縮液的質(zhì)量計)的中性蛋白酶(酶活≥50000u/g);或繼續(xù)保持55-60°C，調(diào)節(jié)pH為7.0-8.0，加入0.0OP/o-0.01% (以濃縮液的質(zhì)量計)的復(fù)合蛋白酶，保溫酶解30-120min ；
(5)升溫至100°C維持10-30min，滅酶；將水解產(chǎn)物再次泵入多效降膜式蒸發(fā)器，濃縮至固形物含量為20-30%，進行噴霧干燥，產(chǎn)物即為馬鈴薯浸出粉。
[0007]所述馬鈴薯淀粉廢水,主要成分及含量:淀粉0.2-0.5% ;蛋白質(zhì)0.2-0.6% ;微量元素:0.05-0.15%。
[0008]所述蛋白復(fù)合酶優(yōu)選為:Alcase蛋白酶(酶活2.4AU/g)與2709堿性蛋白酶(酶活≥20萬u/g)的復(fù)合酶；二者質(zhì)量比為1:1-2。
[0009]本發(fā)明所制備的馬鈴薯浸出粉的技術(shù)指標(wt%):糊精+葡萄糖:30-45% ;氨基酸+小分子肽類物質(zhì):35-50% ;微量元素:5-15%。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:利用馬鈴薯淀粉廢水通過生物工程手段來制取含有大量的氨基酸及肽類物質(zhì)的馬鈴薯浸出粉，變廢為寶，成本低廉，產(chǎn)品附加值高，有非常巨大的競爭優(yōu)勢，同時解決了淀粉廢水治理及排放問題，可謂一舉兩得。
【具體實施方式】
[0011]實施例1:(復(fù)合蛋白酶的例子)
(O馬鈴薯淀粉廢水的主要成分及含量:淀粉0.4% ;蛋白質(zhì)0.35% ;微量元素:0.09% ；將上述馬鈴薯淀粉工業(yè)廢水20噸，經(jīng)碟片離心機(分離因數(shù)為1000)除去廢水中的殘留泥沙及其他大顆粒不溶物，得到的清液經(jīng)降膜式多效蒸發(fā)設(shè)備濃縮至5噸，固形物含量約為3.40% ；
(2)而后將濃縮液泵入酶解罐，加入微量10N NaOH調(diào)節(jié)濃縮液pH值為5.5-7.0，加入0.5kg的中溫淀粉酶(酶液酶活單位為2000u/g)，升溫至85-90°C，保溫酶解30min后，降溫至55-60°C，加入0.25kg的糖化酶液(酶液酶活單位為100000u/ml)，保溫酶解60min，而后加入10N NaOH調(diào)節(jié)pH為7.0-8.0，加入0.3kg的復(fù)合蛋白酶(2709堿性蛋白酶酶活為25萬U/g，Alcase蛋白酶與2709堿性蛋白酶復(fù)合酶，二者比例為1:1.5)，55-60°C保溫酶解90min ；
(3)升溫至100°C維持30min，滅酶，將水解產(chǎn)物再次泵入降膜式多效蒸發(fā)器，濃縮至0.6噸(固形物含量約為25%)，進行噴霧干燥，產(chǎn)物即為馬鈴薯浸出粉。
[0012]本發(fā)明所制備的馬鈴薯浸出粉的技術(shù)指標:糊精+葡萄糖:40% ;氨基酸+小分子肽類物質(zhì):38% ;微量元素:9.8%，水分10%，其他2.2%。
[0013]實施例2 (直接采用蛋白酶酶解的例子)
(O馬鈴薯淀粉廢水的主要成分及含量:淀粉0.4% ;蛋白質(zhì)0.35% ;微量元素:0.09% ；上述馬鈴薯淀粉工業(yè)廢水10噸，經(jīng)板框過濾機除去廢水中的殘留泥沙及其他大顆粒不溶物，得到的清液經(jīng)降膜式多效蒸發(fā)設(shè)備濃縮至2噸，至固形物含量約為4.20% ；
(2)而后將濃縮液泵入酶解罐，加入微量IONNaOH調(diào)節(jié)濃縮液pH值為5.5-7.0，加入0.2kg的中溫淀粉酶(酶液酶活單位為2000u/g)，升溫至85-90°C，保溫酶解30min后，降溫至55-60°C，加入0.1Okg的糖化酶液(酶液酶活單位為100000u/ml)，保溫酶解60min ;而后降溫至50-55°C，加入10N NaOH調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.5，加入0.15kg的中性蛋白酶(酶活為50000U/g)，保溫酶解 120min ；
(3)升溫至100°C維持20min，滅酶，將水解產(chǎn)物再次泵入降膜式多效蒸發(fā)器，濃縮至0.4噸(固形物含量約為21%)，進行噴霧干燥，產(chǎn)物即為馬鈴薯浸出粉。
[0014]本發(fā)明所制備的馬鈴薯浸出粉的技術(shù)指標:糊精+葡萄糖:42% ;氨基酸+小分子肽類物質(zhì):36% ;微量元素:9.8%，水分10%，其他2.2%。
[0015]實施例3`
(O馬鈴薯淀粉廢水的主要成分及含量:淀粉0.4% ;蛋白質(zhì)0.35% ;微量元素:0.09% ；上述馬鈴薯淀粉工業(yè)廢水10噸，經(jīng)板框過濾機除去廢水中的殘留泥沙及其他大顆粒不溶物，得到的清液經(jīng)納濾膜設(shè)備濃縮至3噸，至固形物含量約為2.50% ；
(2)而后將濃縮液泵入酶解罐，加入微量10NNaOH調(diào)節(jié)濃縮液pH值為5.5-7.0，加入0.25kg的中溫淀粉酶(酶液酶活單位為2000u/g)，升溫至85-90°C，保溫酶解30min后，降溫至55-60°C，加入0.15kg的糖化酶液(酶液酶活單位為100000u/ml)，保溫時間為60min ;而后降溫至50-55°C，加入10N NaOH調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.5，加入0.20kg的中性蛋白酶(酶活為 50000U/g)，保溫酶解 120min ；
(3)升溫至100°C維持20min，滅酶，將水解產(chǎn)物再次泵入降膜式多效蒸發(fā)器，濃縮至0.35噸(固形物含量約為25%)，進行噴霧干燥，產(chǎn)物即為馬鈴薯浸出粉。
[0016]本發(fā)明所制備的馬鈴薯浸出粉的技術(shù)指標:糊精+葡萄糖:43.5% ;氨基酸+小分子肽類物質(zhì):39.6% ;微量元素:7.2%，水分8%，其他1.7%。
【權(quán)利要求】
1.一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是， (1)將馬鈴薯淀粉廢水經(jīng)離心設(shè)備或過濾設(shè)備除去其中的殘留泥沙及其他大顆粒不溶物；然后經(jīng)多效降膜式蒸發(fā)設(shè)備或者納濾膜設(shè)備濃縮至固形物含量為2-5 Wt %的濃縮液； (2)而后將濃縮液泵入酶解罐，調(diào)節(jié)濃縮液pH值為5.5-7.0，加入0.002-0.01%的中溫淀粉酶，升溫至85-90°C，保溫酶解20-40min ； (3)降溫至55-60°C，加入0.001-0.005%的糖化酶，保溫酶解30_90min ； (4)而后降溫至50-550C，調(diào)節(jié)pH值為6.5-7.5，加入0.001-0.01%的中性蛋白酶，保溫酶解30-120min ;或繼續(xù)保持55-60。。，調(diào)節(jié)pH為7.0-8.0，加入0.001%_0.01%的復(fù)合蛋白酶，保溫酶解30-120min ； (5)升溫至100°C維持10-30min，滅酶；將水解產(chǎn)物再次泵入多效降膜式蒸發(fā)器，濃縮至固形物含量為20-30%，進行噴霧干燥，產(chǎn)物即為馬鈴薯浸出粉； 上述中溫淀粉酶、糖化酶、中性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶的加入量均是以步驟(2 )濃縮液的質(zhì)量計。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述馬鈴薯淀粉廢水， 主要成分及含量:淀粉0.2-0.5wt% ;蛋白質(zhì)0.2-0.6wt% ;微量元素 0.05-0.15wt%0
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述蛋白復(fù)合酶為:Alcase蛋白酶與2709堿性蛋白酶的復(fù)合酶；二者質(zhì)量比為1:1-2。
4.如權(quán)利要求3所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述Alcase蛋白酶酶活為2.4AU/g ;所述2709堿性蛋白酶酶活> 20萬u/g。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述中溫淀粉酶酶活> 2000u/go
6.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述糖化酶酶活> 100000u/ml。
7.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述中性蛋白酶酶活> 50000u/g。
8.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種利用馬鈴薯淀粉廢水制備馬鈴薯浸出粉的方法，其特征是，所述步驟(1)的分離因數(shù)為1000-3000。
9.權(quán)利要求1-4中任意一項所述的方法制備的馬鈴薯浸出粉，其特征是，糊精+葡萄糖:30-45% ;氨基酸+小分子肽類物質(zhì):35-50% ;微量元素:5_15%。
【文檔編號】C12P19/04GK103740786SQ201410015439
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】趙雙枝, 蘇理, 張彥昊, 王壽權(quán), 王可, 蘇杭 申請人:山東省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計院