本發(fā)明屬于食品加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種馬鈴薯的深加工工藝，具體涉及一種馬鈴薯源純化水及其制備方法。
背景技術(shù)：
馬鈴薯(學(xué)名：Solanum tuberosum，英文：potato)，茄科茄屬，一年生草本植物，別稱地蛋、洋芋、土豆、山藥蛋、洋番薯、馬鈴薯、饃饃蛋等。馬鈴薯的成分中淀粉9～20％，蛋白質(zhì)1.5～2.3％，脂肪0.1～1.1％，粗纖維0.6～0.8％，其余為水分。由于馬鈴薯具有良好的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，廣泛用于食品工業(yè)、淀粉工業(yè)、飼料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等。目前我國馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均躍升世界首位，消費也是世界上增長最快的國家之一。雖然我國已成為馬鈴薯生產(chǎn)和消費大國，但從農(nóng)戶種植到企業(yè)加工，整個產(chǎn)業(yè)仍停留在較為粗放的階段，無法滿足日益增長的市場需求。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計，中國馬鈴薯總產(chǎn)量居世界第一位，是世界總產(chǎn)量的21％。但在我國馬鈴薯總產(chǎn)量中僅有14％用于粗淀粉和粉條加工，其余都只作為鮮食和飼用，直到最近幾年才有少數(shù)小型食品加工廠生產(chǎn)馬鈴薯炸片。而歐美發(fā)達國家生產(chǎn)的馬鈴薯約有80％用于加工。
馬鈴薯淀粉、變性淀粉是馬鈴薯深加工的重要品種，應(yīng)用十分廣泛。馬鈴薯淀粉及其衍生物以其獨有的特性，是紡織、造紙、化工、建材等眾多領(lǐng)域的填加劑、增強劑、粘結(jié)劑等；在醫(yī)藥上，馬鈴薯可生產(chǎn)酵母、多種酶、維生素、人造血液等；目前，各國已研制出了幾百種用馬鈴薯淀粉配合其它糧食制成的營養(yǎng)美味食品。據(jù)測算，馬鈴薯淀粉加工成乳酸可增值3倍；生產(chǎn)高吸水性樹脂可增值8倍；生產(chǎn)環(huán)狀糊精可增值20倍；生產(chǎn)生物膠增值在60倍以上。由此可見，馬鈴薯淀粉具有非常高的開發(fā)價值和廣闊的市場前景。
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)，經(jīng)濟相對不發(fā)達，直接運輸鮮馬鈴薯由于馬鈴薯中80-90％為水分，其經(jīng)濟效率低，而經(jīng)過深加工的馬鈴薯干制品，如馬鈴薯淀粉則脫除了其中的水分，運輸效益顯著增高。因此在馬鈴薯產(chǎn)地直接加工馬鈴薯產(chǎn)品不僅可以縮短運輸路程，也可以幫助當?shù)胤N植戶脫貧增收，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
但是，提取馬鈴薯淀粉后鮮馬鈴薯中高達80-90％的水分卻作為排放水排出，該排放水一般也稱為馬鈴薯淀粉廢水，是高污染的廢水，COD含量可達10000mg/L以上，不加處理直接排放將造成環(huán)境水體缺氧，使水生生物窒息死亡，給環(huán)境帶來巨大的危害。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。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)對在馬鈴薯生產(chǎn)過程中伴隨產(chǎn)生的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。
目前，國內(nèi)馬鈴薯淀粉廢水處理方法有資料顯示的有：化學(xué)絮凝、生物處理等方法。絮凝沉淀法作為一種成本較低的水處理方法應(yīng)用廣泛。其水處理效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑的性能，所以絮凝劑是絮凝法水處理技術(shù)的關(guān)鍵。絮凝劑可分為無機絮凝劑、合成有機高分子絮凝劑、天然高分子絮凝劑和復(fù)合型絮凝劑。追求高效、廉價、環(huán)保是絮凝劑研制者們的目標。采用絮凝沉淀處理廢水，雖然對有機物有一定的去除效果，但是處理后的廢水仍然不能達標排放，加上于成本等原因，尚未見采用混凝法處理廢水的馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)。生物處理法國內(nèi)對淀粉廢水的生物處理法研究較多，但是在馬鈴薯淀粉廢水處理的生物法研究資料顯示不多。國內(nèi)大多數(shù)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)集中在“三北”地區(qū)，生產(chǎn)季節(jié)9～11月份，氣溫低、有冰凍。特別是在10～11月，低溫都在-5～15℃之間，而生物處理工藝無論是厭氧法，還是好氧法，均需25℃左右的工作溫度，有些厭氧處理工藝水溫需要控制在35℃左右，否則封鎖處理效果。因此，雖然有人時行生物法處理馬鈴薯淀粉廢水的研究，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。
此外一些研究采用膜法或混凝沉淀法回收馬鈴薯淀粉廢液中的蛋白，發(fā)現(xiàn)超濾膜對馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水中的蛋白的截留率大于90％，COD去除率大于50％，混凝沉淀法可將廢液中蛋白提取出來作為飼料蛋白。另外，利用膜分離技術(shù)回收馬鈴薯淀粉廢水中的蛋白，設(shè)備運行費用低，操作簡單，回收蛋白較徹底，但設(shè)備一次性投資大，一般企業(yè)承受不起?；炷恋淼确椒ㄟ\行成本高，蛋白質(zhì)提取率低，提取質(zhì)量差，因此推廣應(yīng)用難度大。
中國目前進口馬鈴薯淀粉40萬噸左右，發(fā)展前景非常廣闊。但是廢水污染卻相當嚴重，是困惑馬鈴薯淀粉生產(chǎn)發(fā)展的主要難點。由于馬鈴薯淀粉生產(chǎn)中未中入任何其它添加物，從理論上可以認為廢水中所含物質(zhì)為馬鈴薯本身物質(zhì)，無毒、無害。
由于馬鈴薯淀粉廢水處理難度非常大，因此目前真正實現(xiàn)馬鈴薯淀粉廢水處理的企業(yè)幾乎沒有。實現(xiàn)有效綜合利用馬鈴薯淀粉廢水，成為制約我國馬鈴薯淀粉深加工領(lǐng)域的一大難題。
如何有效利用馬鈴薯加工中的廢水，成為發(fā)展馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)中亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種馬鈴薯源純化水的制備方法，該方法在生產(chǎn)馬鈴薯淀粉的同時，將馬鈴薯中含有的大量水分也充分利用起來，以緩解馬鈴薯產(chǎn)區(qū)水資源匱乏的情況，也為馬鈴薯深加工產(chǎn)業(yè)增加了經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用上述方法制備的馬鈴薯源純化水。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種馬鈴薯源純化水的制備方法，包括如下步驟：
1)去皮：將新鮮馬鈴薯洗滌、去皮，然后浸泡于多酚氧化酶抑制劑中待用；
此步驟中使多酚氧化酶抑制劑防止馬鈴薯表面褐化變色，影響產(chǎn)品品質(zhì)。
2)破碎：將馬鈴薯破碎成的碎塊或切成薄片；
可使用馬鈴薯破碎機或馬鈴薯切片機將馬鈴薯破碎成制定大小。
3)護色：將馬鈴薯碎塊浸泡于多酚氧化酶抑制劑中8～15min；
經(jīng)過浸泡，多酚氧化酶抑制劑進入到馬鈴薯內(nèi)部，抑制了馬鈴薯的褐化。
4)打漿：將馬鈴薯碎塊用清水洗滌以去除表面殘留的多酚氧化酶抑制劑，然后瀝干多余水分，用打漿機打成馬鈴薯生漿；
5)殺菌：對馬鈴薯生漿進行紫外線殺菌；
對馬鈴薯生漿使用紫外線消毒器進行殺菌，液體經(jīng)過紫外線消毒器時經(jīng)紫外光照射，使液體中的細菌即被殺死，后續(xù)步驟都要求無菌環(huán)境下進行。
6)快速脫水：將馬鈴薯生漿離心脫水，得固體部分為馬鈴薯濕生粉，濾液為馬鈴薯原液；
其中馬鈴薯濕生粉可進一步精制成符合食品要求的馬鈴薯淀粉產(chǎn)品，馬鈴薯原液相當于馬鈴薯淀粉深加工領(lǐng)域中的排放廢水，其直接排放會為環(huán)境帶來污染，而在本發(fā)明中該馬鈴薯原液則具有繼續(xù)深加工的價值。
7)超濾：將原液進行超濾，得一次清汁和一次混汁；
其中一次混汁中為分子量大于10000的成分，主要為大分子量的蛋白質(zhì)，該部分蛋白質(zhì)可用于提取馬鈴薯中的蛋白產(chǎn)品，獲得經(jīng)濟效益，一次清汁中主要為分子量小于10000的蛋白、果膠、水溶性纖維素、水溶性維生素、礦物質(zhì)、花青素等。
8)納濾：將一次清汁進行納濾，得二次清汁和二次混汁；
其中通過納濾進一步將一次清汁進行分離，獲得的二次清汁為分子量小于600的成分，主要為水溶性維生素、微量元素、單糖、氨基酸和小肽、花青素，二次混汁為分子量介于600-10000之間的成分，主要為多肽，以及低聚寡糖、水溶性膳食纖維、葉綠素，二次混汁可以作為原汁開發(fā)果汁飲料。
9)反滲透：將二次清汁進行反滲透，得濃縮汁和馬鈴薯源純化水；
反滲透實質(zhì)上是將二次清汁中分子量600以下的小分子物質(zhì)截流，同時進行濃縮，獲得濃縮汁，反滲透得到的水即為本發(fā)明的馬鈴薯源純化水，濃縮汁可與二次混汁合并，作為原汁開發(fā)果汁飲料。
更進一步地，所述多酚氧化酶抑制劑由下列重量份物質(zhì)配制而成：檸檬酸0.01～0.2份，抗壞血酸0.01～0.2份，羥基還原劑0.001～0.1份，水99.5～99.98份。
馬鈴薯中酚類物質(zhì)的含量較高，對馬鈴薯進行去皮或切塊由于破壞了質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，使存在于組織細胞液泡中的酚類物質(zhì)與存在于質(zhì)體或細胞質(zhì)中的多酚氧化酶(PPO)接觸，在有氧條件下非常容易氧化成醌，醌類化合物再經(jīng)脫水、聚合反應(yīng)形成黑褐色物質(zhì)如類黑色，從而引起褐變反應(yīng)，影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此有效控制多酚氧化酶(PPO)以及聚合反應(yīng)的發(fā)生對于抑制褐變的發(fā)生非常重要。采用上述多酚氧化酶抑制劑能夠有效抑制褐變過程。
優(yōu)選地，所述羥基還原劑為半胱氨酸、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉中的一種或幾種的混合物。
更進一步地，所述超濾使用50-100nm的陶瓷膜進行超濾。
50-100nm的陶瓷膜可分離10000道爾頓以上蛋白質(zhì)、果膠及纖維素。
所述納濾使用的納濾膜的過濾精度為300-600道爾頓。
本發(fā)明還提供上述方法制備的馬鈴薯源純化水。
由于反滲透對分子量大小有要求，大分子易造成膜的堵塞，因此通過超濾、納濾逐步分離大分子物質(zhì)，以增加反滲透膜的使用壽命。
在現(xiàn)有馬鈴薯淀粉生產(chǎn)后排出水治理中生產(chǎn)企業(yè)要投入大量資金使水中COD降低到符合排放標準，這種做法為企業(yè)增加了沉重的經(jīng)濟負擔(dān)，企業(yè)為了減低成本往往進行偷排，帶有豐富營養(yǎng)的水污染了土地河流，給生態(tài)環(huán)境帶來災(zāi)難，而使用本發(fā)明的技術(shù)方案不僅可以分級處理馬鈴薯廢水中的各種分子，并且還可以回收其中的水分，供人畜、工業(yè)生產(chǎn)使用。
馬鈴薯產(chǎn)區(qū)多少為水源資源緊張的地區(qū)，廢水排放一方面與人爭奪環(huán)境資源，一方面其中的水分又被大量浪費，本發(fā)明提供的馬鈴薯源純化水及其制備方法，不僅可以將其中的部分水分利用起來，供人畜引用或工業(yè)生產(chǎn)使用，又減少了廢水排放造成的環(huán)境問題，分離的其他組分也可以進行利用，一舉數(shù)得，在創(chuàng)造了經(jīng)濟效益的同時也創(chuàng)造了社會效益。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明提供一種馬鈴薯源純凈水及其制備方法，整個加工過程一方面可以分離馬鈴薯淀粉或生粉，另一方面對除淀粉后的馬鈴薯原液進行進一步處理，分離出蛋白、其他成分和純化水，使得傳統(tǒng)的馬鈴薯淀粉排放水中的成分有效分離，蛋白、其他成分各有其經(jīng)濟利用價值，純化水可直接供人畜飲用或作為生產(chǎn)用水，不僅解決了馬鈴薯廢水排放污染問題，也緩解了馬鈴薯產(chǎn)區(qū)水資源緊張的問題，所得的純凈水干凈、衛(wèi)生，增加了經(jīng)濟效益和社會效益，綠色環(huán)保。
附圖說明
圖1為本發(fā)明提供的馬鈴薯源純化水的制備流程圖。
具體實施方式
下面以具體實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖1所示：
實施例1
1)去皮：將新鮮馬鈴薯洗滌、去皮后，稱重100kg浸泡于多酚氧化酶抑制劑中待用；
本實施例中選用費烏瑞它品種馬鈴薯為原料，選擇無發(fā)芽或發(fā)綠、無蟲害的馬鈴薯，去皮時采用手工去皮或機械去皮，本實施例中使用清洗去皮機去皮以增加效率，浸泡時多酚氧化酶抑制劑的液體用量沒過馬鈴薯即可。
多酚氧化酶抑制劑的組成為：檸檬酸0.2份，抗壞血酸0.2份，羥基還原劑(半胱氨酸)0.1份，水99.5份。護色步驟中也使用相同的配方溶液進行浸泡。
2)破碎：將馬鈴薯使用馬鈴薯破碎機破碎成4cm3左右的碎塊；
3)護色：將馬鈴薯碎塊浸泡于多酚氧化酶抑制劑中8min；
4)打漿：將馬鈴薯碎塊用清水洗滌以去除表面殘留的多酚氧化酶抑制劑，瀝干多余水分，用打漿機打成馬鈴薯生漿；
5)殺菌：對馬鈴薯生漿進行紫外線殺菌，紫外線波長253nm；
6)快速脫水：將馬鈴薯生漿離心2000r/min，15min,得固體部分為30kg馬鈴薯濕生粉，濾液為70kg馬鈴薯原液；
7)超濾：將原液進行超濾，得55kg一次清汁和15kg一次混汁；
超濾使用50nm的陶瓷膜。
8)納濾：將一次清汁進行納濾，得40kg二次清汁和15kg二次混汁；
9)反滲透：將二次清汁進行反滲透，得15kg濃縮汁和25kg馬鈴薯源純化水。
實施例2
1)去皮：將新鮮馬鈴薯洗滌、去皮后，稱重100kg浸泡于多酚氧化酶抑制劑中待用；
本實施例中選用青薯2號馬鈴薯為原料，選擇無發(fā)芽或發(fā)綠、無蟲害的馬鈴薯，去皮時采用手工去皮或機械去皮，本實施例中使用清洗去皮機去皮以增加效率，浸泡時多酚氧化酶抑制劑的液體用量沒過沒過馬鈴薯即可。
多酚氧化酶抑制劑的組成為：檸檬酸0.01份，抗壞血酸0.01份，羥基還原劑(亞硫酸氫鈉)0.05份，水99.93份。護色步驟中也使用相同的配方溶液進行浸泡。
2)破碎：將馬鈴薯破碎成5cm3左右的碎塊；
3)護色：將馬鈴薯碎塊浸泡于多酚氧化酶抑制劑中15min；
4)打漿：將馬鈴薯碎塊用清水洗滌以去除表面殘留的多酚氧化酶抑制劑，瀝干多余水分，用打漿機打成馬鈴薯生漿；
5)殺菌：對馬鈴薯生漿進行紫外線殺菌，紫外線波長275nm；
6)快速脫水：將馬鈴薯生漿離心5000r/min，15min,得固體部分為28kg馬鈴薯濕淀粉，濾液為72kg馬鈴薯原液；
7)超濾：將原液進行超濾，得57kg一次清汁和15kg一次混汁；
超濾使用50nm的陶瓷膜。
8)納濾：將一次清汁進行納濾，得42kg二次清汁和15kg二次混汁；
9)反滲透：將二次清汁進行反滲透，得15kg濃縮汁和27kg馬鈴薯源純化水。
從上述實施例可以看出，本發(fā)明提供的一種馬鈴薯源純化水及其制備方法，不僅可以得到馬鈴薯淀粉原料，同時可以得到馬鈴薯純化水作為副產(chǎn)品，進一步提高了馬鈴薯的綜合經(jīng)濟利用水平，使鮮馬鈴薯原來20％左右的利用率(淀粉)，提高到45％左右(淀粉加純化水)，減少了污染的排放，緩解馬鈴薯產(chǎn)區(qū)水資源匱乏情況，可大力推廣于馬鈴薯產(chǎn)區(qū)，造福廣大種植戶。