專利名稱:從根莖塊中回收淀粉和蛋白質(zhì)的方法
本發(fā)明涉及從根莖塊中回收高質(zhì)量的淀粉和蛋白質(zhì)的方法。
生產(chǎn)根莖塊中的淀粉系采用絞碎馬鈴薯，甘薯之類的根莖塊，從中分離出莖塊細胞中的淀粉顆粒，然后用水洗滌，凈化淀粉顆粒。一般，作為原料的根莖塊能回收淀粉大約20重量%或更少。剩余物，大約80%或更多，被作為汁液和纖維剩余物(漿渣)丟棄了。近來能日處理1，000噸的工廠已不算少，這些大型工廠所產(chǎn)生的廢料量非常之大。而且汁液是濃縮廢液，其有機物質(zhì)(包括蛋白質(zhì))的濃度是2%-5%。以馬鈴薯為例，汁液中所含蛋白質(zhì)的量大約是有機物質(zhì)的2%。
過去也做過從汁液中回收蛋白質(zhì)的努力。按我們的研究，最有效的方法是對廢液加熱處理。但是當(dāng)絞碎根莖塊時，榨出的漿料很快就變成棕色，最后變成深棕色。這個現(xiàn)象被認為是由在低分子量芳香族化合物、如酪氨酸酶、兒茶酚酶、酚酶、多酚、氧化酶的聚合反應(yīng)中起催化作用的一組酶的作用。但是在絞碎莖塊的時候，這種反應(yīng)還不太明顯。由于這些原因，如果要回收高白度的淀粉，而又不用洗滌凈化的方法，就有必要小心地去除變暗的漿汁和深色的沉淀物(低級淀粉沉淀物)。不用說從漿料中分離出來的漿汁也要變黑，并在加熱以聚附蛋白質(zhì)時，漿汁會變成深灰?guī)Ш诘男跄?，所以無法得到白色蛋白質(zhì)。而且其顏色還無法用反復(fù)沖洗和重復(fù)沉淀這些沉淀物的方法去除。因此，即使用此類方法成功地回收了蛋白質(zhì)，所得到也僅是低檔蛋白質(zhì)，其使用范圍受到限制。
日本已公開的第63200/76號專利申請(從馬鈴薯漿液中生產(chǎn)水溶淀粉的方法)透露了一種無色蛋白質(zhì)提取的方法，其方法是將馬鈴薯漿液超濾，然后在不使蛋白質(zhì)變性的溫度下干燥所得的濃縮物。但據(jù)我們研究，絞碎的馬鈴薯漿料在幾秒到幾十秒鐘之中就會變色。從已變色的漿料中分離出來的蛋白質(zhì)已經(jīng)有色了，因此無法得到無色的蛋白質(zhì)。由于實際的馬鈴薯淀粉生產(chǎn)車間中的馬鈴薯漿料量非常之大，要在蛋白質(zhì)變色之前就按上述方法和加熱處理漿料來分離和回收蛋白質(zhì)是非常困難的。
上面所提到的那份公開的專利申請透露在短時間內(nèi)把蒸氣注入馬鈴薯漿液中，將其加熱(50℃-60℃)從而使酶失效或使變色的物質(zhì)沉淀。然而如上述馬鈴薯漿料在極短時間內(nèi)就會變色，所以實際上在大量漿料變色之前將馬鈴薯漿液加熱到50℃到60℃是極其困難的。
本發(fā)明的目的是提供一種回收具有較高商業(yè)價值的白色蛋白質(zhì)的簡易方法，即在生產(chǎn)莖塊淀粉和蛋白質(zhì)時，不使絞碎的漿料和漿液變黑的方法。
本發(fā)明的第一個特征是在絞碎根莖塊時至少加入堿金屬硫代硫酸鹽堿金屬亞硫酸鹽和堿金屬亞硫酸氫鹽等這組物質(zhì)中的一種，從所制備的漿料中回收淀粉和蛋白質(zhì)。
本發(fā)明人經(jīng)多次實驗證明已經(jīng)開始變黑的絞碎漿料或從漿料中分離出的漿液，很難阻止其繼續(xù)變黑。因此，本發(fā)明人致力于尋求一種在絞碎莖塊階段防止其變黑的方法的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在絞碎莖塊時加入少量的硫代硫酸鈉、硫代硫酸鈰、亞硫酸鈉、亞硫酸鉀和亞硫酸氫鈉等物質(zhì)中的至少一種，變黑就能非常有效地阻止。
另一種方法用常用作抗氧化劑的半胱氨酸的單鹽酸鹽、抗壞血酸和抗壞血酸鹽以及用較強的還原劑巰基乙醇和硼氫化鈉等作為添加劑進行各種試驗，但它們不是沒有效果是效果甚微。亞硫酸氫鉀也效果甚微。從這個事實看，似乎硫代硫酸離子，亞硫酸氫根離子和亞硫酸離子選擇性地連接在聚合酶上而影響了它們的作用。
上述添加劑如果以水溶液的形式加入，能夠均勻地分布。
盡管添加劑的有效濃度因添加劑的種類，根莖塊的種類以及儲存時間等有所改變，但其范圍應(yīng)在1-0.001%之間(以莖塊濕基計)。當(dāng)濃度低于0.001%時，其作用不完全。當(dāng)濃度超過1%，由于漿渣的PH值的改變，易于產(chǎn)生蛋白之類的沉積物，因此這樣的濃度也是不適合的。
由于提取蛋白質(zhì)后余汁仍是生化高耗氧量的液體，所以用甲烷發(fā)酵方法處理廢液是合適的。因此，當(dāng)添加物的濃度超過1%的時候，提取蛋白質(zhì)后的余汁的甲烷酵活性會被抑制，發(fā)酵氣中的硫化氫氣體將會增加，所以在利用該氣體時需去除硫化氫，這非常麻煩?？紤]到上述因素，更為適合的濃度是0.1%-0.005%。按上述方法絞碎根莖即可得到無色變的漿渣。即使在進行分離漿渣、從漿液中回收淀粉之類物質(zhì)時，也能有效地防止變黑。因此，加熱漿液白色蛋白質(zhì)即可聚附沉積下來。熱處理條件以55℃-85℃，處理時間0.5-100分鐘為合適。勿庸贅言，回收蛋白質(zhì)的方法，不僅可以采用加熱聚附的方法而且還可采用迄今已眾所周知的其他方法，例如這些方法包括用分子篩膜篩分的方法。
隨著漿液的變黑會形成少量的類似凍膠的沉淀物。因此，當(dāng)篩分方法施用于按常規(guī)方法絞制的漿液時，沉淀物質(zhì)會粘附在膜的表面從而大大降低其處理效果。然而，如果采用按本發(fā)明制備的不變黑的漿液的話，即使使用篩分的方法這個問題也變得微乎其微。
另一方面，本發(fā)明不僅可以方便地得到蛋白質(zhì)，而且還可方便地從粗淀粉中得到凈化后的淀粉。按常規(guī)方法，必須仔細地用水沖洗淀粉顆粒，以去除粘附在粗淀粉上的黑漿液和深棕色類似凍膠的沉淀物(低級的淀粉沉淀物)。但使用本發(fā)明的絞制方法，水洗這步就不那么費事。
本發(fā)明的第二個特征是廢液可以很容易地被甲烷發(fā)酵處理。在甲烷發(fā)酵中，發(fā)酵能力受發(fā)酵液中氮的成分的影響。碳/氮(C/N)的比率以大約25為好，當(dāng)碳/氮的比率為5或更低時，甲烷的產(chǎn)量會減少20%-30%。
由于漿液中除了含有水溶性糖之外還含有40%-50%的蛋白質(zhì)(以干基計)，所以氮成份較高，碳/氮比率是大約5。因此，去除了蛋白質(zhì)后，碳/氮比率變?yōu)?5左右，這是一個適合于甲烷發(fā)酵的值，從而使發(fā)酵變得容易了。當(dāng)在除去蛋白質(zhì)的漿液中加入漿渣，碳/氮比率將會進一步改善，變得更為可取。如采用加熱聚附方法分離蛋白質(zhì)的方法，能夠以在已去除了蛋白質(zhì)的漿液中加漿渣的方法來調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度，調(diào)節(jié)到適合甲烷發(fā)酵的溫度(35℃-60℃)進爾，甲烷發(fā)酵所產(chǎn)生的含甲烷氣體可用作燃料來加熱發(fā)酵器，干燥淀粉或蛋白質(zhì)等等。
以上述量添加的上面所說的化學(xué)制劑對回收的淀粉和回收的蛋白質(zhì)的質(zhì)量都無付作用。
下面將參照實施例，對照例和實驗例來進一步詳解本發(fā)明。
實施例1
在1公斤馬鈴薯(固體成份25重量%，其中22%為有機物質(zhì))中加入50毫克的硫代硫酸鈉的五水合物，用馬達帶動的攪拌器將馬鈴薯絞碎成1毫米或更小的顆粒以得到1公斤左右的絞碎的漿料。絞制階段不會發(fā)生變黑現(xiàn)象，漿料呈淺黃發(fā)白的顏色。前面所說的絞制好的漿料用離心提取器過濾，從而得到660克淺黃色的含淀粉漿液(甲)和350克淺黃帶棕色的粗漿渣(乙)。前面所說的含淀粉漿液用離心法分離出白色淀粉顆粒，從中得到610克的淺黃色漿汁(固體成分4.1%，其中3.1%是有機物質(zhì))。然后在上文所說的漿渣中加入1公斤水制成漿料，用40目的篩子篩分，沖洗出淀粉顆粒，剩余物用離心過濾器過濾，然后壓干，從而得到128克漂洗過，壓干過的漿渣(固體成分25.3%，其中有機物質(zhì)占24.1%)。
另一方面，沖洗過程需要重復(fù)兩遍。其過程包括在從上文所述的漿液中分離出來的淀粉顆粒中加入十倍于淀粉顆粒體積的水，將這混合液靜置以沉淀分離出淀粉顆粒。這樣，將分離出的淀粉與從漿渣中回收的淀粉混合，然后壓干，將這樣脫水的淀粉用70℃的氣流干燥，從而得到180克(水份18%)的干淀粉(丙)，這種淀粉是純白色的并有股淡淡的淀粉清香。
在容積1升的不銹鋼燒杯中放入610克用上述過程提取淀粉后無淀粉漿液，用水浴方法在80℃下加熱2分鐘。按上述方法和熱處理，即可形成淡奶油色的蛋白性沉淀物。用離心法提出沉淀物從而得到584克無蛋白質(zhì)的漿液(已)。另外，在離心沉淀得到的蛋白性沉淀物中加入80毫升的水來懸浮蛋白質(zhì)。之后再用離心法回收蛋白性沉淀物。將蛋白性沉淀物鋪成薄膜干燥。將干燥后的蛋白性沉淀物在研缽中研碎從而得到6.6克(蛋白質(zhì)成份7%)的干燥粉末蛋白質(zhì)(戊)。這種蛋白質(zhì)顏色發(fā)白并有股淡淡的馬鈴薯清香。
下一步，將292克的，上文所述的無蛋白質(zhì)漿液(己)與64克的粗漿渣(乙)混合，然后倒入用丙烯樹脂制作的，有效容積為2公升并裝有1.5公斤菌種培養(yǎng)液的發(fā)酵器中。其后，分批將混合液在絕氧條件下(單相菌致分解)以60℃的發(fā)酵溫度發(fā)酵，攪拌速度100轉(zhuǎn)/分。采用與上述相同的過程(只是在絞碎根莖時不使用硫代硫酸鈉)而單獨制備的初始漿料，以分期發(fā)酵的方式重復(fù)兩遍馴化培養(yǎng)從而制備的發(fā)酵液可用作菌種培養(yǎng)液。發(fā)酵到第三天結(jié)止，甲烷產(chǎn)率(辛)達到340升/公斤Vs(揮發(fā)性固體物質(zhì))，而把發(fā)酵氣的產(chǎn)率折算成全部無蛋白漿液與全部漿渣所產(chǎn)生的產(chǎn)率，其發(fā)酵氣產(chǎn)率(壬)可達24.3升。發(fā)酵氣成分中56%為甲烷、43.1%為二氧化碳、0.06%為硫化氫0.8為其他成分。
實施例2-14
分離和提取淀粉和蛋白質(zhì)用與例1相同的方法，采用馬鈴薯，加入各種不同量的堿金屬鹽，在各種條件下加熱處理漿液。結(jié)果列在表格1中。在所有的情況下，所得到的白色高質(zhì)量的淀粉和蛋白質(zhì)的產(chǎn)率基本上一樣。
另外，每一例中的無蛋白質(zhì)漿液和漿渣都以與例1同樣的方式發(fā)酵。結(jié)果列在表格2中。在所有情況下，發(fā)酵在四天內(nèi)終止，從中可回收低硫化氫濃度的高質(zhì)量的燃料氣。
實施例15
將607克的用與實施例9相同的方法制備的無蛋白漿液(己)用分子篩分的方法濃縮。然后通過一個壓濾器，壓濾器裝有一個孔徑是20，000分子量的過濾器，從而濃縮到50毫升。濃縮過程要30分鐘。
在濃縮物中加入100毫升的水，再進行過濾除去低分子量物質(zhì)。然后將這樣得到的50毫升淺黃色的濃縮物干燥以形成薄膜。將干燥后的蛋白質(zhì)在研缽中磨碎從而得到淡黃色的，散發(fā)著淡淡馬鈴薯清香的蛋白質(zhì)粉末(蛋白成分47%)。
進爾，將287克上文所述的無蛋白質(zhì)漿液與63克漿渣混合，然后倒入用丙烯樹脂制造的、有效容積2升的、并盛有1.5公斤菌種培養(yǎng)液的發(fā)酵器中。
將混合液分批在絕氧條件下(單相菌致分解)以60℃的發(fā)酵溫度發(fā)酵，攪拌速度是100轉(zhuǎn)/分。采用與上述相同的過程(只是在絞碎根莖時不加硫代硫酸鈉)單獨制備的初始漿料，以分批發(fā)酵的方式重復(fù)兩次馴化培養(yǎng)，從而制備的發(fā)酵液可用作菌種培養(yǎng)液。
發(fā)酵在四天半內(nèi)結(jié)束，甲烷產(chǎn)率達到310升/公斤VS，而發(fā)酵氣產(chǎn)率折算成全部無蛋白質(zhì)漿液與全部漿渣發(fā)酵的產(chǎn)率，發(fā)酵氣的產(chǎn)率達20.1升。發(fā)酵氣的成分是56%甲烷、43.1%二氧化碳、0.08%二硫化氫和0.8%的其他成分。這樣即使改變分離蛋白質(zhì)的方法，從例1-14中的加熱沉淀改變?yōu)榉肿雍Y分方法，也能得到高質(zhì)量的淀粉和蛋白質(zhì)。
實施例16
在1公斤馬鈴薯(固體成分28.3%，其中27.2%為有機物質(zhì))中加入100毫克的硫代硫酸鈉五水合物，將馬鈴薯用馬達帶動的攪拌器絞成1毫米或更小的碎塊，從而得到大約1公斤粉碎的漿料。在絞碎過程中不會發(fā)生變色，漿料呈淺黃發(fā)白的顏色。將上述的粉碎的漿料用離心提取法過濾，從而得到580克淺黃色含淀粉的漿液和420克淺黃帶棕色的漿渣。將上述含淀粉的漿液離心處理，分離出白色淀粉顆粒。從中得到534克淺黃色漿汁(固體成分7%，其中6%是有機物質(zhì)。)下一步，將1公斤水加入上述的漿渣中制成漿料，用40目篩篩選以沖洗掉淀粉顆粒，余物用離心過濾法過濾，然后用壓縮法脫水從而得到170克漿渣(固體成份25.3%，其中24.1%為有機物質(zhì))。
另外，在從上述漿液中分離出的淀粉顆粒中加入十倍于淀粉體積的水，然后將混合液靜置以沉淀、分離出淀粉顆粒。上述沖洗過程需再重復(fù)一遍，將這樣得到的淀粉與從漿渣中回收的淀粉混合，然后壓縮脫水，脫水后的淀粉用70℃的氣流干燥，從而得到98克(水份18%)的純白干淀粉。
在1升的不銹鋼燒杯中注入534克按上述程序提取淀粉后的無淀粉漿液，在80℃下水浴加熱2分鐘。按上述加熱處理法處理即形成淺奶油色的蛋白質(zhì)沉積物。將沉積物離心處理，從而得到502克的無蛋白質(zhì)漿液。另一方面，在離心沉淀出的蛋白質(zhì)中加80毫升的水以懸浮蛋白質(zhì)，之后再次離心處理回收蛋白質(zhì)沉積物。將蛋白質(zhì)鋪成薄膜干燥。干燥后的蛋白質(zhì)在研缽中磨碎從而得到4.0克(蛋白成分70%)白色的透著淡淡的馬鈴薯清香的蛋白質(zhì)。即使更換根莖的種類，也可回收到高質(zhì)量的蛋白質(zhì)和淀粉。
對照例1
用馬達帶動的混合器將1公斤的馬鈴薯(固體成分25%，其中22%為有機物質(zhì))按例1方法絞成1毫米或更小的碎塊，從而得到1公斤的粉碎漿料。絞碎時漿料發(fā)生變色，漿料呈深棕色。用離心提取方法將上述絞碎的漿料過濾，從而得到654克深棕色的含淀粉漿液(甲)，365克棕色粗漿渣(乙)。將上述含淀粉漿液離心處理，分離出淺棕色淀粉顆粒，從中得到608克的深棕色漿液(固體成分4.0%，其中3.1%為有機物質(zhì))。下一步，將1公斤水加入上述的漿渣，制成漿料，用40目篩篩濾漿料，以沖洗掉淀粉顆粒，用離心過濾法過濾剩余物然后壓縮，從而得到125克的沖洗過、壓縮過的漿渣(丁)(固體成分25.2%，其中24.1%為有機物質(zhì))。另外，在從上述漿液中分離出的淀粉顆粒中加入10倍于淀粉體積的水，將混合液靜置，沉淀分離出淀粉顆粒。再重復(fù)一次沖洗過程。再將這樣分離出的淀粉與從漿渣中回收的淀粉混合，然后壓干。脫水后的淀粉用70℃氣流干燥。最后得到180克(水份18%)的白色干淀粉(丙)，但與本發(fā)明的例子相比，顏色還是深了些。
在1升不銹鋼燒杯中注入610克用上述方法提取淀粉之后的無淀粉漿液(丁)，在80℃下水浴加熱2分鐘。按上述加熱處理方法處理即形成灰黑色的蛋白質(zhì)沉淀物。將沉淀物離心處理從而得到575克的無蛋白漿液(己)。另外，在離心沉淀得到的蛋白質(zhì)中加入80毫升的水以懸浮蛋白質(zhì)，之后再次離心處理以回收蛋白沉淀物，將這種蛋白沉淀物鋪成薄膜干燥。在研缽中將干燥后的蛋白質(zhì)磨碎從而得到7.5克(蛋白質(zhì)成分64%)近似灰黑色的干粉蛋白質(zhì)(戊)。
下一步，將289克上述無蛋白的漿液(己)與64克的漿渣(丁)混合，然后倒入丙烯樹脂制成的、有效容積2升的、并盛有1.5公斤菌種培養(yǎng)液的發(fā)酵器中。之后混合液分批在絕氧條件下以60℃的發(fā)酵溫度發(fā)酵，攪拌速度為100轉(zhuǎn)/分。采用以上述相同的過程單獨制備的初始漿料，以分期發(fā)酵的方式重復(fù)兩遍馴化培養(yǎng)，從而制備出的發(fā)酵過的漿料可用作菌種培養(yǎng)液。發(fā)酵三天完成，甲烷產(chǎn)率(辛)達到340升/公斤VS，而將發(fā)酵氣率折算全部無蛋白漿液與漿渣發(fā)酵所得的產(chǎn)率，其可達24.2升。發(fā)酵氣成分為55.0%甲烷、44.1%二氧化碳、0.06%二硫化氫和0.8%其它成分。
對照例2-9
分離和提取淀粉和蛋白質(zhì)采用與例1相同的方法，使用馬鈴薯，加入不同量的堿金屬鹽在各種條件下加熱處理漿液。結(jié)果列在表格3中。每一例中的無蛋白漿液與漿渣發(fā)酵的結(jié)果列在表格4中。
從上述實例與對照例的結(jié)果中已顯而易見根據(jù)本發(fā)明，高質(zhì)量的白色淀粉和蛋白是易于回收的。








權(quán)利要求
1、一種過程為絞碎含淀粉根莖，從絞碎的漿料中分離、回收淀粉和蛋白質(zhì)的回收根莖中所含淀粉和蛋白質(zhì)的方法，其特征在于在絞碎該根莖時添加硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉和亞硫酸鉀這組物質(zhì)中的至少一種。
2、權(quán)項1所述的回收根莖淀粉和蛋白質(zhì)的方法，其中該添加劑的量為0.005-0.5%(以根莖濕基計)。
3、權(quán)項1或2所述的回收根莖淀粉和蛋白質(zhì)的方法，該方法及將絞碎漿料分離成粗淀粉、漿渣和漿液的過程。
4、權(quán)項3所述的回收根莖淀粉和蛋白質(zhì)的方法，其中蛋白質(zhì)是從漿液中分離出的。
5、權(quán)項4所述的回收根莖淀粉和蛋白質(zhì)的方法，其中在從該漿液中分離蛋白質(zhì)時，加熱該漿液以聚附蛋白質(zhì)，靠這種方法進行固液分離，形成的蛋白質(zhì)沉淀物和無蛋白漿液。
6、權(quán)項5所述回收根莖中淀粉和蛋白質(zhì)的方法，其中對用以分離蛋白質(zhì)的漿液進行分子篩濾，將其分離成液態(tài)蛋白質(zhì)濃縮物和無蛋白漿液。
專利摘要
本發(fā)明以在生產(chǎn)根莖中淀粉和蛋白時阻止絞碎漿料和漿液變色的辦法提供了一種回收具有較高商業(yè)價值的、近乎純白的淀粉和蛋白質(zhì)的簡易方法。 上述方法的特征在于在絞碎根莖時添加硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉和亞硫酸鉀之類物質(zhì)中的至少一種物質(zhì)。
文檔編號C08B30/00GK85103901SQ85103901
公開日1986年11月5日 申請日期1985年5月8日
發(fā)明者石田昌彥, 芳賀良一, 緒田原蓉二, 高橋燦吉, 江原勝也 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan