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马铃薯淀粉中蛋白质的提取技术得到了广泛关注
点击次数:181 发布时间:2019/11/8 9:45:04

  马铃薯淀粉中蛋白质的提取技术得到了广泛关注
  马铃薯是我国重要的粮食作物,主要食用部位为块茎。马铃薯除直接用作蔬菜外,马铃薯淀粉生产过程中伴随着产生大量有机废水(生产 1 吨淀粉,产生近 20吨废水)。废水直排既会造成严重的生态后果(如水体富营养化),还浪费了大量的有机资源。本文拟通过比较马铃薯淀粉废水中蛋白质回收方法,为回收利用马铃薯淀粉废水中蛋白质资源提供理论依据。
  1、马铃薯淀粉废水来源
  马铃薯淀粉生产工艺流程包括原料清洗、淀粉提取和淀粉脱水干燥。原料清洗阶段主要对马铃薯表面泥沙进行清洗,所产生的废水通常可通过三级沉淀处理,从而循环利用,不是淀粉废水的主要来源。淀粉提取是马铃薯淀粉生产的核心工艺,分为破碎(锉磨法)、提取和淀粉精制 3 个阶段。首先,将清洗的马铃薯运输至破碎设备或采用手工方法进行组织破碎。随后,将充分破碎的组织液转移至离心机或采用滤膜进行固液分离。收集并浓缩得到粗淀粉乳。先后经过静置沉降和清洗去除淀粉乳中泥沙等颗粒状杂质,制备精制淀粉乳。本工艺流程中产生的废水不仅量大,而且有机质含量高(蛋白质等),即常说的淀粉废水。淀粉脱水干燥是指把精制淀粉乳进行真空吸滤和蒸汽干燥,降低其含水量,得到干燥淀粉的过程。这一工艺流程无额外用水,回收水较为清洁,可循环利用。
  马铃薯淀粉生产加工过程中,不同工艺流程均有废水产生,但原料清洗和脱水干燥阶段的废水可经简单处理后回收利用。马铃薯淀粉废水主要来源于提取加工工艺流程。
  2、马铃薯淀粉废水水质特性
  研究发现, 马铃薯块茎中主要物质为水(63 -87%), 其次是淀粉(8 - 29%), 依次为蛋白质(0.7 -4.6%)、糖(0.1- 8%)和纤维素(0.2- 3.5%)等。经过提取加工工艺,除淀粉和纤维素等主要物质均进入水中而成为淀粉废水。因此,马铃薯淀粉废水中既富含蛋白质等有机物,也还有较多纤维素等固体颗粒。马铃薯来源不同、加工工艺不同,其淀粉废水的水产差异较大。但是淀粉废水的水质参数如化学耗氧量(COD)、生化耗氧量(BOD)和可溶性固体颗粒(SS)含量均达到超高水平,分别可达 20000- 45000 mg/L,9000- 18000 mg/L 和18000 mg/L 不等。
  3、回收马铃薯淀粉废水中蛋白质方法
  回收利用马铃薯淀粉废水中蛋白质的方法主要有物理法和化学法等。尽管工艺流程和操作方法不同,但均利用了蛋白质等电点和蛋白质变性等性质进行分离和提取。
  3.1物理法
  物理法是利用马铃薯淀粉蛋白质固有的物理性质及其可变性进行分离。比如,根据蛋白质的溶解度、吸附性以及起泡性等性质特点,发展出了泡沫分离法和超滤法。泡沫分离法是根据气泡的表面吸附特性,通过气泡在上浮过程中将蛋白质等生物活性物质吸附富集,分离塔排液,达到提取蛋白质的目的。一般认为,泡沫分离法回收淀粉废水中蛋白质效能主要受废水溶液性质,如溶质溶度和 pH(等电点吸附效果),和操作特性(温度、气流量)的影响。
  超滤法是利用滤膜半透性对马铃薯淀粉废水进行固液分离的一种膜分离技术。研究认为,膜集成超滤技术是回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的较理想的技术,其粗蛋白可高达回收率 90%以上。但是,超滤膜系统价格昂贵,并且运行过程中容易堵塞,并不适合在中小企业推广。
  3.2化学法
  提取淀粉废水中蛋白质的化学方法有等电位法和絮凝法等。等电位法是指通过调节 pH 值使溶液达到等电位点,降低蛋白质溶解度,收集蛋白质沉淀,从而达到回收目的。絮凝法包括加热絮凝和絮凝剂法,前者通过加热使蛋白质发生絮凝反应,后者通过添加无机或有机絮凝剂使蛋白质絮凝。絮凝回收蛋白工艺简单、价格低廉、回收率高,得到广泛关注,但提取产品色泽差、纯度低以及絮凝剂混入等问题影响了该技术的发展。选择合适的絮凝剂和筛选絮凝与蛋白质分离的药剂是当前的研究热点。
  3.3蛋白回收工艺的选择
  马铃薯淀粉废水的蛋白回收工艺选择需综合考虑多方面因素。既要考虑废水特性与回收工艺的匹配性,也要考虑回收蛋白质的成本以及蛋白质开发利用前景。因此,工艺选择不应拘泥于某一种模式,而应因地制宜选择某种回收 模式为主体的混合工艺,比如酸热提取与中空纤维超滤结合工艺等。

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