一种利用马铃薯淀粉废水制备马铃薯浸出粉的方法

摘要

本发明公开了一种利用马铃薯淀粉废水制备马铃薯浸出粉的方法，属于食品加工技术领域。本发明将马铃薯淀粉废水首先经除杂、浓缩；而后将浓缩液泵入酶解罐，分别经中温淀粉酶、糖化酶、中性蛋白酶（或复合蛋白酶）进行三次酶解，而后灭酶；水解产物再次经浓缩、喷雾干燥，产物即为马铃薯浸出粉。本发明利用马铃薯淀粉废水通过生物工程手段来制取含有大量的氨基酸及肽类物质的马铃薯浸出粉，变废为宝，成本低廉，产品附加值高，有非常巨大的竞争优势，同时解决了淀粉废水治理及排放问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用马铃薯淀粉废水制备马铃薯浸出粉的方法，属于食品加工技术领域。

背景技术

我国马铃薯淀粉加工产业近年来发展迅速，据调查，目前全国淀粉生产企业2000多家，马铃薯的年加工总量高达800多万吨，其中马铃薯淀粉年加工能力达120多万吨。马铃薯淀粉生产工艺中主要有三种产品：主产品为马铃薯淀粉，副产品为薯渣及生产废水。其中薯渣的处理工艺非常简单且不易造成污染，马铃薯淀粉废水由于含有大量有机化合物，如蛋白质和糖类等，还含有一些淀粉颗粒、纤维及钾、磷、钙等营养物质，需经过废水处理工艺处理后，方可排放。马铃薯淀粉废水水质成分如下：COD(化学需氧量)约为：10000-25000mg/L；BOD(生化需氧量)约为：5000-12000mg/L；SS(悬浮物)约为：5000-10000mg/L。每年因马铃薯淀粉加工而排放的酸性高浓度有机废水(简称马铃薯淀粉废水)高达2 000多万吨。马铃薯淀粉废水主要特点：①有机物浓度高；②B/C值高，可进行生化处理；③呈弱酸性，pH一般在4～6；④季节性强，主要集中在9～12月份，废水水温低。鉴于以上的特点，马铃薯淀粉废水采用普通的生化法处理难度较大。为了解决马铃薯淀粉生产过程中的水污染问题，淀粉企业及相关科研单位开展了各种各样的研究工作，取得了一定的进展。但是，能够切合我国马铃薯淀粉企业实际、投入到生产应用当中的科技成果，目前还未见报道。马铃薯淀粉废水具有高浊度和高浓度的特点，如果不进行处理就直接排放到江河湖泊中，其富营养化会导致河流鱼虾死亡，局部地区农田减产甚至绝收，而且长期存留的废水发酵产生恶臭气体将严重影响附近居民的正常生产生活。

针对马铃薯淀粉废水的特点，目前国内应用最多的是生化法和絮凝沉淀法，其处理成本约为1.0-1.5元/m³，按照目前马铃薯淀粉行业淀粉废水量计算，废水总体处理成本大概在2000-3000万元。由于马铃薯产区主要集中在“三北”(东北、西北、华北)地区，加工期在9-11月份，气温低，有冰冻。特别是在l0-11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，否则处理效果很差。因此，虽然国内研究生物法处理马铃薯淀粉废水的科研院所较多，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。这些问题给马铃薯淀粉废水的处理增加了难度，因此目前马铃薯淀粉企业的废水处理水平普遍落后，环境污染严重，造成环境水体缺氧，使水生生物窒息死亡。

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，国内对马铃薯淀粉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。传统工艺处理马铃薯淀粉废水的目的只是为了降解废水中的污染物，而忽视了对其中有用成分的回收和综合利用，造成资源的浪费。应开发既能有效处理马铃薯淀粉废水，又能回收其有效成分的新工艺，以降低废水处理成本，实现节能减排、变废为宝。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种利用马铃薯淀粉废水制备马铃薯浸出粉的方法。该方法以马铃薯淀粉废水为原料，采用生物工程技术将马铃薯废水中的蛋白质及淀粉类物质加以处理，最终得到高附加值的马铃薯浸出粉。该方法既能有效处理马铃薯淀粉废水，又能将其中的有效成分充分回收利用，实现节能减排、变废为宝。

本发明的技术方案是：一种利用马铃薯淀粉废水制备马铃薯浸出粉的方法，其特征是，

（1）将马铃薯淀粉废水经离心设备（分离因数为1000-3000）或过滤设备（板框过滤机）除去废水中的残留泥沙及其他大颗粒不溶物；然后将清液经多效降膜式蒸发设备或者纳滤膜设备浓缩至固形物含量为2-5%； 

（2）而后将浓缩液泵入酶解罐，调节浓缩液pH值为5.5-7.0，加入0.002-0.01%（以浓缩液的质量计）的中温淀粉酶（酶活≥2000u/g），升温至85-90℃，保温酶解20-40min；

（3）降温至55-60℃，加入0.001%-0.005%（以浓缩液的质量计）的糖化酶（酶活≥100000u/ml），保温酶解30-90min； 

（4）而后降温至50-55℃，调节pH值为6.5-7.5，加入0.001%-0.01%（以浓缩液的质量计）的中性蛋白酶（酶活≥50000u/g）；或继续保持55-60℃，调节pH为7.0-8.0，加入0.001%-0.01%（以浓缩液的质量计）的复合蛋白酶，保温酶解30-120min；

（5）升温至100℃维持10-30min，灭酶；将水解产物再次泵入多效降膜式蒸发器，浓缩至固形物含量为20-30%，进行喷雾干燥，产物即为马铃薯浸出粉。

所述马铃薯淀粉废水，主要成分及含量：淀粉0.2-0.5%；蛋白质0.2-0.6%；微量元素：0.05-0.15%。

所述蛋白复合酶优选为：Alcase蛋白酶（酶活2.4AU/g）与2709碱性蛋白酶（酶活≥20万u/g）的复合酶；二者质量比为1:1-2。

本发明所制备的马铃薯浸出粉的技术指标（wt%）：糊精+葡萄糖：30-45%；氨基酸+小分子肽类物质：35-50%；微量元素：5-15%。

本发明的有益效果是：利用马铃薯淀粉废水通过生物工程手段来制取含有大量的氨基酸及肽类物质的马铃薯浸出粉，变废为宝，成本低廉，产品附加值高，有非常巨大的竞争优势，同时解决了淀粉废水治理及排放问题，可谓一举两得。

具体实施方式

实施例1：（复合蛋白酶的例子）

（1）马铃薯淀粉废水的主要成分及含量：淀粉0.4%；蛋白质0.35%；微量元素：0.09%；

将上述马铃薯淀粉工业废水20吨，经碟片离心机（分离因数为1000）除去废水中的残留泥沙及其他大颗粒不溶物，得到的清液经降膜式多效蒸发设备浓缩至5吨，固形物含量约为3.40%； 

（2）而后将浓缩液泵入酶解罐，加入微量10N NaOH调节浓缩液pH值为5.5-7.0，加入0.5kg的中温淀粉酶（酶液酶活单位为2000u/g），升温至85-90℃，保温酶解30min后，降温至55-60℃，加入0.25kg的糖化酶液（酶液酶活单位为100000u/ml），保温酶解60min，而后加入10N NaOH调节pH为7.0-8.0，加入0.3kg的复合蛋白酶（2709碱性蛋白酶酶活为25万U/g，Alcase蛋白酶与2709碱性蛋白酶复合酶，二者比例为1:1.5），55-60℃保温酶解90min；

（3）升温至100℃维持30min，灭酶，将水解产物再次泵入降膜式多效蒸发器，浓缩至0.6吨（固形物含量约为25%），进行喷雾干燥，产物即为马铃薯浸出粉。

本发明所制备的马铃薯浸出粉的技术指标：糊精+葡萄糖：40%；氨基酸+小分子肽类物质：38%；微量元素：9.8%，水分10%，其他2.2%。

实施例2（直接采用蛋白酶酶解的例子）

（1）马铃薯淀粉废水的主要成分及含量：淀粉0.4%；蛋白质0.35%；微量元素：0.09%；

上述马铃薯淀粉工业废水10吨，经板框过滤机除去废水中的残留泥沙及其他大颗粒不溶物，得到的清液经降膜式多效蒸发设备浓缩至2吨，至固形物含量约为4.20%；

（2）而后将浓缩液泵入酶解罐，加入微量10N NaOH调节浓缩液pH值为5.5-7.0，加入0.2kg的中温淀粉酶（酶液酶活单位为2000u/g），升温至85-90℃，保温酶解30min后，降温至55-60℃，加入0.10kg的糖化酶液（酶液酶活单位为100000u/ml），保温酶解60min；而后降温至50-55℃，加入10N NaOH调节pH值为6.5-7.5，加入0.15kg的中性蛋白酶（酶活为50000U/g），保温酶解120min；

（3）升温至100℃维持20min，灭酶，将水解产物再次泵入降膜式多效蒸发器，浓缩至0.4吨（固形物含量约为21%），进行喷雾干燥，产物即为马铃薯浸出粉。

本发明所制备的马铃薯浸出粉的技术指标：糊精+葡萄糖：42%；氨基酸+小分子肽类物质：36%；微量元素：9.8%，水分10%，其他2.2%。

实施例3

（1）马铃薯淀粉废水的主要成分及含量：淀粉0.4%；蛋白质0.35%；微量元素：0.09%；

上述马铃薯淀粉工业废水10吨，经板框过滤机除去废水中的残留泥沙及其他大颗粒不溶物，得到的清液经纳滤膜设备浓缩至3吨，至固形物含量约为2.50%；

（2）而后将浓缩液泵入酶解罐，加入微量10N NaOH调节浓缩液pH值为5.5-7.0，加入0.25kg的中温淀粉酶（酶液酶活单位为2000u/g），升温至85-90℃，保温酶解30min后，降温至55-60℃，加入0.15kg的糖化酶液（酶液酶活单位为100000u/ml），保温时间为60min；而后降温至50-55℃，加入10N NaOH调节pH值为6.5-7.5，加入0.20kg的中性蛋白酶（酶活为50000U/g），保温酶解120min；

（3）升温至100℃维持20min，灭酶，将水解产物再次泵入降膜式多效蒸发器，浓缩至0.35吨（固形物含量约为25%），进行喷雾干燥，产物即为马铃薯浸出粉。

本发明所制备的马铃薯浸出粉的技术指标：糊精+葡萄糖：43.5%；氨基酸+小分子肽类物质：39.6%；微量元素：7.2%，水分8%，其他1.7%。