熱絮凝法提取馬鈴薯蛋白的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種從馬鈴薯淀粉加工分離汁水(工藝水)中提取馬鈴薯白蛋的工藝，尤其涉及一種熱絮凝法從馬鈴薯淀粉加工分離汁水(工藝水)中提取馬鈴薯蛋白的工藝，屬于蛋白質的提取領域和馬鈴薯淀粉加工分離汁水(工藝水)的回收利用技術領域。
【背景技術】
[0002]我國每年飼料總產量1.5-1.8億噸，蛋白質原料需求6000多萬噸，缺口 3800萬噸。國內兩大飼用蛋白原料中的大豆每年進口 2000-3000萬噸、魚粉進口 100-150萬噸。蛋白質原料是飼料工業發展的基礎，我國蛋白質原料的緊缺和價格高漲已經成為發展畜牧業和水產業的瓶頸之一。馬鈴薯蛋白是全營養蛋白，必須的氨基酸含量與優質魚粉一致，優于大豆蛋白，且熱敏性遠低于雞蛋蛋白和魚蛋白。因此，從馬鈴薯淀粉加工分離汁水(工藝水)中提取回收的蛋白具有廣闊的市場前景。
[0003]馬鈴薯、紅薯、木薯、豆類等淀粉加工過程中排出的分離汁水(工藝水)攜帶著大量可溶性蛋白、殘余小顆粒淀粉、細纖維、多肽、多糖、核糖、有機酸和無機鹽等，如果不經過水處理而直接排放，將造成嚴重的環境污染。如果將馬鈴薯淀粉分離汁水(工藝水)中可絮凝蛋白、小顆粒淀粉和細纖維等回收高值化利用，不僅減輕后續生化處理水體的負荷，而且，高值化利用產生的效益還可以補償后續生化處理費用。因此，如何采用低投資、低成本和簡單易行的方法提取回收高純度蛋白是多年來薯類淀粉行業孜孜追求的目的。
[0004]目前，馬鈴薯、紅薯、木薯、豆類等淀粉加工分離汁水(工藝水)中蛋白提取方式主要是化學提取法和物理提取方法。化學提取法是在生產過程中添加蛋白析出變性劑、助劑，添加助劑與蛋白表面官能團結合，破壞蛋白表面水膜，使蛋白質變性析出(絮凝沉淀)，進而分離蛋白。通常使用的助劑有PAC、PAM、殼聚糖、尿素、鹽酸、硫酸、乙酸、燒堿、沸石粉、石膏粉、蒙脫土、凹凸棒土、酵母菌等。CN1644074A和CN1821264A發明專利分別公開了采用沸石粉、石膏粉作為沉淀劑，以化學法為主分離獲得蛋白粉。因其中加入大量的絮凝劑，蛋白無法回收利用，僅能作為后續水處理工藝的預處理使用。CN1217890A、CN101845078A分別采用鹽酸、燒堿配合絮凝劑在常溫常壓下進行蛋白質分離沉淀，獲得馬鈴薯蛋白提取物，但該法過程復雜繁瑣，化學助劑使用量大，回收的馬鈴薯蛋白利用價值不大，且很難工業化應用。CN101220078A采用酸熱絮凝法絮凝馬鈴薯蛋白，采用離心篩(孔徑在50_70um)分離小顆粒淀粉等固形物。其實馬鈴薯淀粉分離汁水(工藝水)中殘留的小顆粒淀粉大部分是粒徑在15um以下的殘次淀粉。粒徑在20-100um的正常淀粉已經作為正品留在淀粉車間了。淀粉分離汁水(工藝水)中的細纖維直徑也在20um以下。因此，孔徑在50-70um離心篩是無法分離出工藝水中的小顆粒淀粉和細纖維，后續采用螺旋分離機將絮凝的蛋白質從汁水中濃縮/分離處理在實際工程中也難以實現。最后采用噴霧干燥濃縮蛋白液，其能耗成本已經超過蛋白的銷售價格了。CN102504011A通過不同截留分子量的分離膜將馬鈴薯加工淀粉工藝水分離獲得馬鈴薯蛋白粉，該法的缺陷是膜成本昂貴、通透量較低、易堵塞、清洗太頻繁，無法工程化應用。
[0005]CN201634610U與CN103342733A都采用了熱絮凝法提取馬鈴薯蛋白。但是，這兩個專利都沒有將小顆粒淀粉分離出來就直接對淀粉分離汁水(工藝水)直接進行加熱，殘留在工藝水中的淀粉大約還有1%左右，在60°C以上的溫度很快糊化粘連在管道和加熱換熱設備上，很快出現堵塞，是工業化生產的大忌；采用板式換熱器對于含有大量有機成分的液體預熱同樣容易造成糊化粘壁和設備堵塞；后續采用列管式換熱器將高溫汁水冷卻降溫到85°C，增加了設備投資而且余熱回收不能直接用于本系統加熱工藝，是一種能源不經濟的設計；因為馬鈴薯蛋白分子親水性非常強，用臥螺離心機分離回收的馬鈴薯蛋白含水率在80%左右，屬于粘度較高的膏狀體，這兩個專利提出的直接采用熱風干燥機、旋轉閃蒸氣流干燥機干燥是無法克服黏糊在設備壁上難以干燥的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有蛋白提取工藝技術中存在的問題，提供一種熱絮凝法從馬鈴薯淀粉加工分離汁水(工藝水)中提取馬鈴薯蛋白的工藝。
[0007]本發明熱絮凝法提取馬鈴薯蛋白的工藝，包括以下工藝步驟:
(1)小顆粒淀粉和細纖維的分離:將馬鈴薯加工淀粉工分離汁水(工藝水)采用臥式離心機進行分離，獲得小顆粒淀粉和細纖維混合物與馬鈴薯蛋白汁水。
[0008]將工藝水中的小顆粒淀粉和細纖維混合物進行分離，是為了提高后續提取馬鈴薯蛋白的純度與品質，同時防止在后續工藝中淀粉糊化粘連造成換熱設備和管道的堵塞。分離的小顆粒淀粉和細纖維混合物含水率在25%_75%之間，可以直接干燥用于食品添加劑或飼料添加劑，也可以采用淀粉旋流站或臥螺離心機清洗分離回收小顆粒淀粉(也稱為B淀粉)。
[0009]馬鈴薯加工淀粉工藝水中干物質含量范圍為2%-5%，C0D濃度范圍為20000 mg/L-50000mg/Lo分離小顆粒淀粉和細纖維混合物后的工藝水靜置12h無淀粉沉淀，C0D去除率范圍為8%-15%之間。
[0010]該工藝過程中，如果提取蛋白按照食品級要求時，不需要添加任何助劑；如果提取蛋白按照飼料級要求時，需要在馬鈴薯加工淀粉工藝水中添加食品專用消泡劑，確保提取蛋白后廢水的清澈度，最大限度地提高廢水C0D去除率，為后續廢水處理減輕負荷。食品專用消泡劑可采用高級醇、植物油、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷等，加入量為3-30mg/L。
[0011]臥式離心機采用碟片式離心機、內置向心栗臥式螺旋離心機或旋流分離器；所述碟片式離心機、臥式螺旋離心機、內置向心栗臥式螺旋離心機的轉鼓直徑為250mm-750mm，轉鼓轉速為1600 r/min -3500 r/min。馬鈴薯淀粉加工工藝水的進水量為10 m3/h -120m3/h0
[0012](2)熱絮凝分離馬鈴薯蛋白:將馬鈴薯蛋白汁水先采用兩個串聯的換熱器預熱，再采用直射式蒸汽加熱器加熱溫度到75V -130°C ;然后轉入恒溫反應罐恒溫反應3min-10min ;再通過上述換熱器回收余熱降溫；最后采用臥式離心機進行分離，獲得濕馬鈴薯蛋白，含水率在75%-83%之間。分離汁水經熱交換器降溫至15°C _40°C，出水(即脫蛋白水)靜置12h無馬鈴薯蛋白沉淀，水質清澈透亮即為滿足馬鈴薯蛋白分離要求。
[0013]直射式蒸汽加熱器的蒸汽流量控制在0.5m3/h-6m3/h，蒸汽壓力控制在
0.01MPa-0.16 MPa之間。換熱器使用螺旋板式換熱器或列管式換熱器；螺旋板式換熱器熱測和冷測的板間距在5-30mm之間，單臺換熱面積范圍為50m2-300m2;列管式換熱器管徑為DN20-DN80)，換熱面積在 50m2_500m2之間。
[0014]臥式離心機采用碟片式離心機、內置向心栗臥式螺旋離心機或旋流分離器；所述碟片式離心機、臥式螺旋離心機、內置向心栗臥式螺旋離心機的轉鼓直徑為250mm-750mm之間，轉鼓轉速為2000 r/min -4000 r/min。馬鈴薯蛋白汁水的進水量為10 m3/h -120m3/ho臥式螺旋離心機分離因數范圍在2000g-6000g。
[0015]該工藝過程中，馬鈴薯蛋白汁水用pH調節劑至馬鈴薯蛋白的等電點(pH為3-7)，使馬鈴薯蛋白在后續加熱階段更易析出，馬鈴薯蛋白提取率更高。pH調節劑使用的酸可為乙酸、濃硫酸、稀硫酸、鹽酸或磷酸。
[0016]如果提取蛋白按照食品級要求時，不需要添加任何助劑；如果提取蛋白按照飼料級要求時，需要在馬鈴薯蛋白汁水中添加食品級絮凝劑，促進絮體蛋白快速沉降，提高固液分離效率和蛋白回收率，而且使清相更清，進一步減少提取蛋白后排水中可溶物含量，降低后續生化處理負荷。食品級絮凝劑可采用單一的陽離子、陰離子或非離子聚丙烯酰胺(PAM)，也可為聚合氯化鋁(PAC)、殼聚糖等，同時也可將這些食品級絮凝劑混合使用。食品級的添加量為3-30mg/L。
[0017](3)馬鈴薯蛋白粉的制備:將濕馬鈴薯蛋白破碎細粒化至1-10目，進入熱風干燥裝置，在熱風氣流的傳導下，在3-5分鐘內干燥至含水9-11%，得標準淺黃色干燥馬鈴薯蛋白粉。純度(含水10%)在75%以上，蛋白品質符合食品級要求。
[0018]經檢測，所提取的馬鈴薯蛋白粉熱敏性極低，符合FA0/WH0標準，是一種全營養型優質植物蛋白粉，蛋白粉品質達到食品級要求。
[0019]本發明的工藝全程所用設備通過自動控制系統數據測量點和PLC程序控制，整個馬鈴薯蛋白提取工程實現程控操作。測控點主要為溫度、壓力、流量、液位，測定獲得的數據通過PLC程序完成精度控制，使整個馬鈴薯蛋白提取過程運行穩定，提取率高。
[0020]本發明相對現有技術具有以下優點:
1、在工藝最前端將工藝水中的小顆粒淀粉和細纖維混合物進行分離，提高了后階段絮凝分離提取的馬鈴薯蛋白純度高與品質，同時防止在后續工程中淀粉糊化造成換熱設備和管道的堵塞；
2、采用換熱器預熱、直射式蒸汽加熱器加熱、恒溫反應罐恒溫、換熱器回收余熱降溫的熱絮凝，同時配合化學助劑絮凝，將物理絮凝法和化學絮凝沉淀法高效結合使用，極大的提高了蛋白提取率和蛋白分離的效果，提高了馬鈴薯蛋白的純度；
3、采用兩次余熱升溫，一次蒸汽直接加