一種從小麥澱粉加工廢水中提取多種功能組分的方法

2023-06-17 05:44:46 2

一種從小麥澱粉加工廢水中提取多種功能組分的方法
【專利摘要】本發明公開了一種從小麥澱粉加工廢水中共提取包括蛋白質、植酸、阿拉伯木聚糖等多種有效或功能在內的技術方法。該提取方法主要包括如下步驟：先以離心法脫除不溶性的澱粉顆粒；再通過調節pH值、添加絮凝劑依次去除植酸、蛋白質；離心上清液經濃縮、醇沉後獲得阿拉伯木聚糖。本發明利用小麥澱粉廢水這一大宗副產物資源，設計了一種分步提取對其進行綜合利用的方法。本技術的推廣應用不僅可減輕企業環保壓力，亦可能因高附加值功能成分的提取而取得更大經濟效益。
【專利說明】一種從小麥澱粉加工廢水中提取多種功能組分的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種從加工小麥澱粉的工業廢水中分級提取蛋白質、植酸、阿拉伯木聚糖等多種功能組分的綠色、環保提取方法。
【背景技術】
[0002]小麥作為我國主糧作物，除了大量轉化為麵粉以及麵製品外，目前有越來越多的小麥用來做深加工轉化，最典型的應用是製取小麥澱粉和谷朊粉(小麥麵筋蛋白)。小麥澱粉可進一步作為食品加工中間原料或生物發酵原料；谷朊粉作為麵粉增筋劑、蛋白營養強化劑或高檔動物飼料，由此拓寬了小麥加工產業鏈條，企業經濟效益得以提升，因此，近年來在我國小麥主產省區，小麥澱粉加工廠紛紛上馬。小麥澱粉加工目前主要有兩種工藝，一是傳統的麵團洗麵筋法(即馬丁法)，另一是麵漿分離法(三相臥螺法)。不論採取何種方法，因是溼法分離，必然要產生大量的加工廢水，尤其以國內普遍應用的麵團洗麵筋法，每生產I噸澱粉平均要產生5-10噸。這些廢水中含有澱粉、蛋白質、戊聚糖、膳食纖維、植酸等物質，COD、BOD值達高達數萬甚至十幾萬。小麥澱粉加工廢水中的可溶性蛋白以小麥清蛋白、球蛋白為主，此部分蛋白質較小麥麵筋蛋白營養價值更高，必需胺基酸相對平衡，另據研究其還有機體免疫調節功能。小麥戊聚糖已知除了具有一般膳食纖維的潤腸通便功能外，還是一種可發揮降血脂和免疫調節功能的活性多糖。植酸則是一種多功能的食品、飼料及化工添加劑，具有螯合金屬離子、抗氧化、提供磷元素等作用。
[0003]目前國內小麥澱粉加工產生的廢水尚未得到有效利用，多直接作為普通有機廢水加以處理，例如用來生產飼料、肥料或者產沼氣發電，也有個別用來提取戊聚糖。國內公開文獻和專利中，小麥澱粉廢水處理的報導和專利申請較少見。已公開的「製作麵筋剩餘的澱粉水的再利用方法(20111002 7334) 」中僅是將廢水中的澱粉再利用製作一種特色食品-釀皮；「一種小麥澱粉及酒精廢水BYSB-plus專用配水器(201120353476) 」、「一種小麥澱粉及酒精廢水BYSB-plus專用裝配式三相分離器(201120353893) 」為兩例廢水處理裝置的實用新型專利。總體看來，此部分副產物資源的經濟、社會及生態效益尚未得到充分體現。
[0004]基於前期研究，根據小麥澱粉加工廢水組成及性質特點，本發明專利提出了一種多組分共提取的小麥澱粉廢水梯次利用方法，主要包括對澱粉、植酸、蛋白質及阿拉伯木聚糖的分步回收。本專利技術的推廣應用有望解決我國小麥澱粉加工業現存資源浪費與環境汙染問題，變廢為寶，產生良好的經濟與社會效益。

【發明內容】

[0005]本發明是以小麥澱粉加工廢水為原料，從中分級提取其中的蛋白質、阿拉伯木聚糖、植酸等多種功能組分的資源綜合利用技術方法。
[0006]本發明所提供的小麥澱粉加工廢水多組分共提取方法，主要包括如下步驟:先以離心法去除廢水中的不溶性澱粉顆粒；再通過調節pH值和添加生物絮凝劑分別去除植酸、蛋白質；離心上清液經濃縮、醇沉後獲得其中的功能性多糖物質-阿拉伯木聚糖。[0007]上述過程中，所述採用離心法去除廢水中的不溶性澱粉顆粒，離心機離心力應控制在3000g-5000g,離心時間15min-25min,分別收集所述離心沉澱和上清液,沉澱物即為目標澱粉產品，上清液繼續提取其它目標產品。
[0008]上述過程中，所述調節離心上清液pH值去除植酸的步驟中，所用鹼劑為氫氧化鉀(KOH)，鹼劑濃度為1.0M-2.0M，調節pH至7.0-7.5，沉降時間為1.0h以上，所得沉澱即為目標植Ife廣品；
[0009]上述過程中，所述植酸沉澱的獲得可通過離心法去除，所述離心法中離心力控制在4000g-6000g,離心時間25min-35min,分別收集所述離心沉澱(植酸)和上清液。
[0010]上述過程中，所述生物絮凝劑去除可溶性小麥蛋白可具體包括如下步驟:脫植酸離心上清液添加生物絮凝劑、靜置絮凝、離心、收集沉澱，所述沉澱即為目標蛋白質產品；
[0011]上述過程中，所述生物絮凝劑為天然高分子複合物，其添加量為1.0% -4.0% (w/V，固液體質量百分比)，其所含天然高分子組分比例為殼聚糖:海藻多糖:蛋清蛋白=50-60: 5-10: 30-40 ο
[0012]上述過程中，所述生物絮凝過程中，靜置絮凝時間在2.0-4.0h ;離心力控制在4000g-6000g,離心時間25min-35min,分別收集絮凝蛋白質沉澱和離心上清液。
[0013]上述過程中，所述收集離心上清液需要經歷濃縮、乙醇沉澱、離心步驟，方可得到目標多糖產品-阿拉伯木聚糖；
[0014]所述濃縮步驟中，採取低溫真空濃縮工藝，溫度為45.(TC -55.(TC，所述濃縮液體積控制在所述離心上清液體積的1/4-1/6 ；
[0015]所述乙醇沉澱步驟中，所述沉澱溫度為4.(TC -25.(TC，沉澱時間為12h_24h，最終乙醇濃度控制為65% ；
[0016]在經歷以上所述步驟之後`，離心、收集所述醇沉物，採用真空乾燥法使其水分降至8% -10%以下，得到所述目標多糖產品。
[0017]上述過程中，涉及的小麥澱粉加工廢水是指未經小麥澱粉生產過程中的其它加工廢水稀釋、固形物含量在10%以上的黃漿水。
[0018]本發明的主要目的是以小麥澱粉加工廢水為原料提取其中包括蛋白質、植酸、阿拉伯木聚糖、澱粉等在內的多種有效或功能成分。
[0019]本發明的另一目的是通過對小麥澱粉加工廢水中有效或功能成分的提取而儘可能減輕小麥澱粉加工廠的環保壓力並創造額外經濟效益。
[0020]本發明以小麥澱粉加工廢水為原料，通過依次對澱粉、植酸、可溶性蛋白、阿拉伯木聚糖的回收處理，每噸廢水可分別回收澱粉產品40kg-50kg,植酸產品5kg-15kg,蛋白質產品25kg-30kg，阿拉伯木聚糖產品15kg-20kg。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1小麥澱粉加工廢水多組分共提取流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
[0023]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。[0024]小麥澱粉廢水取自任一小麥澱粉加工企業獲得的總固形物含量在10%以上的黃漿水。
[0025]實施例1、從小麥澱粉加工廢水中共提取多種功能組分
[0026]一、提取工藝
[0027]I)澱粉回 收
[0028]取小麥?疋粉加工廢水1000mL,米用臺式尚;L.、機尚;L.、，罔jL、力3500g，尚心時間25min,分別收集離心沉澱和上清液，沉澱採取真空乾燥法乾燥，得到澱粉產品。
[0029]2)植酸提取
[0030]用1.5M氫氧化鉀(KOH)調節去除澱粉離心上清液至pH7.5 ;靜置沉降1.5h ;採用臺式離心機離心，離心力4000g，離心時間35min ;分別收集離心沉澱和上清液，沉澱採取真空乾燥法乾燥，得到植酸產品。
[0031]3)蛋白質提取
[0032]向脫植酸離心上清液中添加複合生物絮凝劑，複合生物絮凝劑添加量為4.0%(w/v，固液體質量百分比)，其中複合生物絮凝劑中主要組分殼聚糖:海藻多糖:蛋清蛋白的比例為60: 5: 35。
[0033]添加生物絮凝後，溶液靜置2.0h ;採用臺式離心機離心，離心力4000g，離心時間25min，分別收集絮凝沉澱和離心上清液。
[0034]沉澱採取真空乾燥法乾燥，得到蛋白質產品。
[0035]4)阿拉伯木聚糖提取
[0036]將脫蛋白離心上清液採取低溫真空濃縮，濃縮溫度為45.(TC，濃縮液體積控制在原液體積的1/5左右；向濃縮液中添加無水乙醇，控制乙醇沉澱濃度65%、沉澱溫度4.(TC，沉澱時間12h ;離心(3000rpm，30min)，收集醇沉物。
[0037]將所得乙醇沉澱物在真空條件下乾燥，至物料水分含量降至10% ;粉碎、過100目篩，得到目標阿拉伯木聚糖產品。
[0038]以上實驗重複2次。
[0039]二、提取產品組成分析
[0040]I)基本組成檢測
[0041 ] 產品中水分含量檢驗按GB/T21305-2007穀物及穀物製品水分的測定常規法執行；蛋白質含量測定按GB/T5009.5-2010食品中蛋白質的測定執行；澱粉含量測定按A0AC996.11澱粉總量檢測法執行；植酸含量測定按GB/T5009.153-2003植物性食品中植酸的測定執行；阿拉伯木聚糖含量測定按地衣酚-鹽酸法(詳見專利200910237352.8)執行。產品得率)計算以回收產物質量與廢水總量之比計算，產品純度)以回收產物中某組分含量與回收產物質量之比計算，回收產物及組分含量計算均以幹基計。
[0042]2)實驗結果
[0043]對按照實施例1提取得到的上述四類產品進行分析檢驗，實驗重複3次，結果取平均值，如表1所示。
[0044]表1小麥澱粉廢水回收產物分析
【權利要求】
1.一種從小麥澱粉加工廢水中共提取包括澱粉、植酸、蛋白質、阿拉伯木聚糖等多組分的技術方法，包括如下步驟:先以離心法去除廢水中的不溶性澱粉顆粒；再通過調節PH值和添加生物絮凝劑分別去除植酸、蛋白質；離心上清液經濃縮、醇沉後獲得其中的功能性多糖物質-阿拉伯木聚糖。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵在於:採用離心法去除廢水中的不溶性澱粉顆粒，離心力應控制在3000g-5000g,離心時間15min-25min,分別收集所述離心沉澱和上清液，沉澱物即為目標澱粉產品，上清液繼續提取其它目標產品。
3.根據權利要求1-2所述方法，其特徵在於:通過調節離心上清液pH值來去除植酸，調節PH值所用鹼劑為氫氧化鉀(KOH)，鹼劑濃度為1.0M-2.0M,調節pH值7.0-7.5，沉降時間1.0h以上，離心沉澱所得即為目標植酸產品。
4.根據權利要求1-3所述方法，其特徵在於:對脫植酸離心上清液用生物絮凝劑法去除可溶性小麥蛋白，所述生物絮凝劑為天然高分子複合物，其添加量為1.0%-4.0% (w/V，固液體質量百分比)，其所含天然高分子組分比例為殼聚糖:海藻多糖:蛋清蛋白=50-60: 5-10: 30-40 ;絮凝時間 2.0-4.0h ;離心力 4000g-6000g，離心時間 25min-35min，離心沉澱所得即為目標蛋白質產品。
5.根據權利要求1-4所述方法，其特徵在於:收集脫蛋白離心上清液，經過低溫真空濃縮，濃縮溫度45.(TC -55.(TC，所述濃縮液體積控制在所述離心上清液體積的1/4-1/6 ;採取乙醇沉澱，乙醇最終濃度為65%，沉澱溫度4.(TC -25.(TC，沉澱時間12h_24h ;離心醇沉物，採用真空乾燥法使 其水分降至8% -10%以下，得到所述目標阿拉伯木聚糖產品。
6.由權利要求1-5中任一所述方法得到的小麥澱粉加工廢水中的澱粉、植酸、蛋白質、阿拉伯木聚糖共提取物。
【文檔編號】C07K1/32GK103613220SQ201310585018
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】周素梅, 鍾葵, 佟立濤, 劉麗婭, 周閒容, 趙夢麗 申請人:中國農業科學院農產品加工研究所