淀粉的制取加工

豌豆蛋白及淀粉的制取研究莫重文摘要：通過對傳統(tǒng)工藝的研究，篩選出影響豌豆蛋白和淀粉得率的因素，確定了最佳工藝路線和方法，即在常溫下用0.3%Na2S03溶液浸泡豌豆40h，二次磨漿，0.02%Na0H溶液洗滌一次的新工藝，獲得較為理想的產(chǎn)品品質(zhì)和得率。淀粉得率達(dá)到36%?37%,蛋白含量小于0.8%；蛋白得率19%?20%，蛋白含量達(dá)到90%以上。0前言豌豆是一種以淀粉及蛋白為主的豆料植物。原產(chǎn)于中亞和地中海沿岸，15世紀(jì)末傳入美國和亞洲，廣泛種植于我國華北一帶。豌豆種子呈球狀，外觀光滑，色有黃、褐、綠等。干豌豆不僅含有大量的淀粉而且還含有豐富的蛋白質(zhì)。其成熟籽粒中分別含有蛋白質(zhì)21%?28%和淀粉48%?52%。豌豆淀粉是豌豆貯存的營養(yǎng)物質(zhì)，用途極廣。既可作食品工業(yè)原料，又可直接食用，還可廣泛地用于紡織、輕化、醫(yī)藥等方面⑴。豌豆蛋白是蛋白的重要來源之一，它的氨基酸比例較均衡，人體所必需的八種氨基酸中除蛋氨酸含量較低外，其余的均達(dá)到FAO/WHO推薦模式值。同時(shí)還具有許多優(yōu)良功能特性。如溶解性，凝膠形成性、乳化力、耐熱耐鹽性好等。因此具有較好的應(yīng)用潛力及廣闊的市場。目前國內(nèi)雖已有一些以豌豆為原料生產(chǎn)粉絲的廠家也從廢水中回收蛋白質(zhì)⑵，但回收率低、質(zhì)量差，主要是用作飼料。國外七十年代發(fā)展起來的超濾的反滲透技術(shù)用于處理生產(chǎn)豌豆淀粉的下腳液，能使下腳液分子量較小的糖類化合物及有害因子被除掉，將高分子量的豌豆蛋白質(zhì)純度提高并加以濃縮，如進(jìn)一步通過噴霧干燥，可制得含量為90%左右的蛋白粉。但是利用這項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)費(fèi)用昂貴，不符合國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀。本課題的目的是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上加以改良，篩選出一條能同時(shí)制得優(yōu)質(zhì)蛋白粉和淀粉的工藝。1試驗(yàn)材料及器材1.1原料豌豆：鄭州產(chǎn)。1.2主要試劑HCl溶液（6mol/L）；NaOH（分析純）；NaCl（食用級）；N32SO3（分析純）。1.3主要儀器及設(shè)備2F130漿渣自分砂輪磨，鄭州食品機(jī)械廠；100目分樣篩，浙江上虞涅海五金紗篩廠；LXJ-II離心機(jī)，上海醫(yī)用分析儀器廠；S.C.202型電熱恒溫箱，浙江嘉興縣新塍電熱儀器廠；NIRO噴霧干燥器，丹麥。1.4引用檢測方法水分測定方法：GB/T5009.3-85；灰分測定方法：GB/T5009.4-85；蛋白測定方法：GB/T5009.5-85；脂肪測定方法：GB/T5009.6-85；淀粉測定方法：GB/T5009.9-85；粗纖維測定方法：GB/T5009.10-85。2豌豆蛋白及淀粉的制取工藝2.1工藝流程豌豆f浸泡f磨漿f分渣f靜置分離f蛋白液f酸沉…離心…中和f干燥f蛋白 II淀粉渣 淀粉f洗滌…離心沉降f干燥f淀粉2.2主要工序說明2.2.1浸泡浸泡使豌豆的水分和化學(xué)成份發(fā)生變化，纖維吸水膨脹增大，使得破碎后，與蛋白、淀粉易于分離，從而使蛋白和淀粉易于從中提取出來。2.2.1.1浸泡時(shí)間對蛋白及淀粉得率的影響時(shí)間過長，原料易變質(zhì)，蛋白與淀粉不易分離且容器利用率低，經(jīng)濟(jì)上不合理；時(shí)間過短，豌豆尚未完全軟化，磨漿時(shí)耗電量增加，且豌豆中纖維和蛋白質(zhì)結(jié)合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不易破壞，淀粉顆粒被包容在結(jié)構(gòu)網(wǎng)內(nèi)難于提取、分離、色素與膠體物質(zhì)也不能除盡，制得的產(chǎn)品純度降低。我們把豌豆浸泡不同的時(shí)間，比較其蛋白和淀粉的得率及質(zhì)量，以確定較好的浸泡時(shí)間范圍。2.2.1.2浸泡液對豌豆蛋白和淀粉得率的影響豌豆浸泡可用一些酸堿性溶液，如HCl、H3PO4、NaOH等或合適的鹽類，如焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉、四偏磷酸鈉、亞硫酸鈉等溶液，有利于豌豆中淀粉和蛋白得率的提高［3"從經(jīng)濟(jì)效益考慮，我們采用一定濃度的鹽溶液浸泡，不僅降低了浸泡時(shí)間，還能提取豌豆中的可溶性蛋白。豌豆浸泡時(shí)水溫的高低和浸泡時(shí)間在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。水溫高、浸泡時(shí)間相應(yīng)短些；水溫低，則時(shí)間增長。因此夏季浸泡時(shí)間比冬季縮短4?5h。2.2.2磨漿和分渣磨漿是通過機(jī)械作用破壞豌豆內(nèi)部纖維與蛋白的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而使淀粉和蛋白溶于磨漿液中，達(dá)到分離提取的目的。理論上，豌豆碾磨次數(shù)與產(chǎn)品得率成正比，我們在研究中發(fā)現(xiàn)，磨漿二次效果最好。磨漿后要將粗纖維與含有淀粉和蛋白的漿液分離，即分渣。分渣時(shí)若分樣篩的篩孔過大，一些被磨細(xì)的纖維及雜質(zhì)將隨漿液一齊通過篩網(wǎng)，達(dá)不到分渣的目的：若篩孔過小，一部分膨脹大顆粒淀粉和分子量較大的蛋白無法通過篩網(wǎng)，降低了產(chǎn)量，參照相關(guān)資料，我們選用100目分樣篩，效果較好。2.2.3靜置分離淀粉具有凝沉的特性。其原因是羥基間相互作用形成氫鍵，結(jié)成較大的顆?；蚴鵂罱Y(jié)構(gòu)，當(dāng)體積增大到一定程度后，沉淀就形成了。據(jù)資料介紹，淀粉在pH值為7時(shí)凝沉速度最快，而pH值為10和2或大于10，小于2時(shí)則沉降速度很慢；不同的無機(jī)鹽類對淀粉凝沉的影響也不一樣，有的能促進(jìn)，有的則抑制。加入凝沉劑有助于縮短沉淀時(shí)間。選擇適宜的靜置時(shí)間，這也是工藝上的一項(xiàng)要求。靜置分離要求淀粉在蛋白沉淀以前充分凝沉，以達(dá)到淀粉和蛋白分離的目的。2.2.4洗滌淀粉下層淀粉部分先用0.02%NaOH溶液洗滌皿?5】，洗液加到蛋白液中，這樣可使粘附于淀粉上和沉淀的蛋白質(zhì)溶于堿液，從而提高淀粉質(zhì)量，減少蛋白損失。堿洗過的淀粉再用清水洗滌2遍，目的是為了洗去淀粉中的殘堿和少量雜質(zhì)。淀粉經(jīng)過清洗后略微有些損失，但干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量有所提高。2.2.5蛋白液的酸沉淀蛋白質(zhì)的溶解度是隨pH值的變化而變化的，在其等點(diǎn)pH值為4.4?4.6之間時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度最低，大量的蛋白質(zhì)從水中絮凝沉淀出來，利用這一特性。我們用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值到等電點(diǎn)，將蛋白分離出來。2.2.6離心沉降離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力可以遠(yuǎn)大于重力，所以離心沉降的速度遠(yuǎn)大于自然沉降，采用離心沉降縮短沉降時(shí)間。分離蛋白的離心沉降轉(zhuǎn)速為3000r/min，約沉降10min：淀粉的離心沉降也采用3000r/min，但沉降時(shí)間要長一些，約12min。2.2.7干燥分離出的淀粉可用電熱恒溫箱干燥，但開始時(shí)的溫度不得超過55°C。因?yàn)樵诖嬖谥^多游離水分的情況下，高溫會使淀粉糊化，從而破壞其色澤和機(jī)能特性。我們在干燥蛋白時(shí)，為縮短干燥時(shí)間，一般采用恒溫烘箱105C的溫度來干燥，得到的是變性的蛋白質(zhì)。而使用噴霧干燥則可得到優(yōu)質(zhì)的蛋白粉。2.3試驗(yàn)方案2.3.1單因素對產(chǎn)品得率的影響在對影響豌豆蛋白和淀粉制取的因素有所了解之后，我們擬定對浸泡，磨漿，分離等過程進(jìn)行研究，以尋求得到制取豌豆蛋白和淀粉的最佳工藝參數(shù)。2.3.2確定試驗(yàn)方案通過對單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，篩選出最佳工藝參數(shù)，從而確定工藝流程，擬定了四個(gè)方案。方案1：干豌豆用清水浸泡40h：采用二次磨漿工藝，清水磨漿；靜置時(shí)調(diào)節(jié)pH為9,15min后分離，其余工序同原工藝。方案2：干豌豆用0.3%Na2SO3浸泡40h，清水磨漿二次，不調(diào)pH值靜置15min后分離。方案3：干豌豆用0.3%Na2SO3溶液浸泡40h，用0.02%NaOH溶液磨漿二次；靜置15min后分離。方案4：干豌豆用0.3%Na2SO3溶液浸泡40h，用0.02%NaOH溶液磨漿二次；調(diào)節(jié)pH值到9后靜置15h分離。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1原料豌豆成份3.2各因素對得率的影響3.2.1浸泡浸泡時(shí)間：在常溫下(16°C)用自來水浸泡豌豆不同時(shí)間后制取蛋白和淀粉，所得結(jié)果如表2。表1豌豆主要成分水分/%蛋白/NX6.25%脂肪/%淀粉/%纖維素/%灰分/%13.2221.5495.62.5表2浸泡時(shí)間與得率的關(guān)系時(shí)間/h蛋白/%淀粉/%分離效果2417.132.0較差3218.033.8一般4018.736.5好

5018.736.3好7218.536.3較差96__無法分離表3浸泡介質(zhì)與得率的關(guān)系浸泡介質(zhì)蛋白/%淀粉/%分離效果自來水18.636.7好0.3%NaSO2 320.137.1好0.5%NaCl15.234.4差0.02%NaOH19.136.5好表4磨漿次數(shù)與得率的關(guān)系磨漿次數(shù)蛋白/%淀粉/%一次14.429.3二次18.736.5三次19.137.2表5磨漿液與得率的關(guān)系磨漿液蛋白/%淀粉/%清水18.536.70.02%NaOH19.136.40.5%NaCl15.633.2表6分離效果觀察空白淀粉沉降速度較快，分層明顯，易分離加鹽酸沉降速度慢，分層不明顯，不易分離加食鹽沉降速度慢，分層不明顯，難于分離加NaOH沉降速度快，分層最明顯，易于分離表7pH值對分離效果的影響pH值觀察結(jié)果

7分層明顯，易于分離8分層明顯，易于分離9分層明顯，易于分離10分層明顯，易于分離11分層不明顯，難于分離表8分離蛋白和淀粉中蛋白含量（%）條件產(chǎn)品蛋白淀粉浸泡時(shí)間（40h）98.70.53磨漿次數(shù)（一次）90.20.51浸泡介質(zhì)（Na2SO3）89.50.55碾磨液（NaOH溶液）90.10.52表9四種方案蛋白和淀粉的得率（%）蛋白淀粉萬案118.436.5方案219.836.8方案320.237.1方案420.138.1表10豌豆蛋白粉的主要成分及溶解性水分/%灰分/%蛋白質(zhì)含量/%氮溶解指數(shù)3.83.285.084.7由表2結(jié)果可以看出，豌豆蛋白和淀粉的得率在一定范圍內(nèi)是隨著浸泡時(shí)間的增長而提高的，但到一定程度后，反而會有負(fù)作用。當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)到72h后，已經(jīng)有部分蛋白發(fā)生了變質(zhì)（微生物作用）。這部分變性蛋白在靜置分離操作中隨淀粉一塊兒沉淀，使蛋白和淀粉的分離變得困難。當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)96h時(shí)，蛋白質(zhì)已大都變質(zhì)，豌豆有腐臭味，蛋白和淀粉已沒有明顯的分層作用，無法進(jìn)行分離。浸泡液：工業(yè)上豌豆的淀粉的生產(chǎn)，一般采用清水浸泡，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，在浸泡過程中添加某些電解質(zhì)，對豌豆蛋白和淀粉得率的提高，有一定的促進(jìn)作用。我們由此在實(shí)驗(yàn)中采用了鹽水浸泡，堿液浸泡，亞硫酸鈉浸泡等，所得結(jié)果如表3。表3結(jié)果表明，采用yq和NaCl浸泡的效果均比自來水浸泡要好。尤其是亞硫酸鈉浸泡制得的產(chǎn)品的質(zhì)量也很好，而采用NaCl鹽水浸泡，效果似乎并不十分理想。3.2.2磨漿對得率的影響磨漿次數(shù)：由表4結(jié)果可知，一次磨漿不能充分破壞纖維的組織結(jié)構(gòu)，使得蛋白和淀粉的得率均很低；二次磨漿大大提高了蛋白和淀粉的得率；三次磨漿雖然仍能提高蛋白和淀粉的得率。但作用已不明顯，而且三次磨漿不但增加了一道工序提高了經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，消耗了勞動力，延長了生產(chǎn)周期，還可能將纖維或雜質(zhì)磨得過于細(xì)小，從而增加了分渣難度，或降低了產(chǎn)品質(zhì)量，故在沒有特殊要求的豌豆蛋白和淀粉的制取工藝中，采用二次磨漿是較為合理的。磨漿液:生產(chǎn)中普遍是采用清水磨漿的，我們卻在實(shí)驗(yàn)中嘗試了用NaCl溶液和NaOH溶液代替清水磨漿的方法，其結(jié)果如表5。由上述結(jié)果可以看出，采用0.02%NaOH溶液比清水磨漿能夠提取更多的蛋白，提高了蛋白的得率。3.2.3靜置分離效果為了能有所了解電解質(zhì)對靜置分離效果的影響，我們在此操作中曾加入鹽酸，氫氧化鈉溶液和食鹽等試劑，然后觀察淀粉和蛋白的分離情況，所得結(jié)果見表6。表6說明：食鹽對淀粉的凝沉起抑制作用，在酸性條件下不利于淀粉和蛋白的分離，中性和堿性條件下淀粉和蛋白容易分離。是不是堿性越強(qiáng)，分離效果就越好呢？對此，我們作了進(jìn)一步的研究，結(jié)果如表7。由表7可知，并不是堿性越強(qiáng)，分離效果就越好。當(dāng)pH值大于10時(shí)，淀粉的沉降速率降低，淀粉已不易凝沉，不利于淀粉和蛋白的分離，并且在強(qiáng)堿作用下，豌豆蛋白會發(fā)生變性，也不利于分離。3.3產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從得率上看，我們的制取的研究是有實(shí)用價(jià)值的。但從產(chǎn)品質(zhì)量來看，我們制得的豌豆蛋白和淀粉是否具有經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值呢？為此，我們從上述單因素影響實(shí)驗(yàn)中，取出得率最高的產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測，分別對蛋白粉和淀粉中的蛋白含量進(jìn)行跟蹤檢測，所得結(jié)果見表8。（資料表明：大豆蛋白指標(biāo)含量為90%，而二級食用小麥淀粉和玉米淀粉中含蛋白指標(biāo)為不超過0.8%）。3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果四個(gè)方案結(jié)果見表9。在方案1中，豌豆蛋白的得率并不是很理想，而且由于在靜置操作中調(diào)節(jié)pH值為9，雖然對分離效果有一定的提高，但它增加了工藝的復(fù)雜性，也增加了酸沉蛋白操作中的耗酸量，故在實(shí)際工藝中，此方案不可取。為了改進(jìn)方案1中蛋白得率不理想的問題，在方案2中采用了0.3%Na2SO3浸泡4°h的工藝，得到了較滿意的結(jié)果，豌豆蛋白的得率提高到了19.8%。在方案3中，我們發(fā)現(xiàn)用0.02%NaOH溶液代替清水磨漿，的確能提高豌豆蛋白和淀粉的得率，并且產(chǎn)品質(zhì)量也有了一定提高。而方案4中調(diào)節(jié)pH值靜置分離后，產(chǎn)品得率并無很大提高，但卻增加了工序，耗時(shí)耗財(cái)力，同時(shí)也增加了酸沉的用酸量，所以此方案若實(shí)際投產(chǎn)存在一定的問題。通過比較，我們選擇方案3,因?yàn)榇斯に囍频玫漠a(chǎn)品得率和質(zhì)量較理想（見表10）。4結(jié)論（1）常溫下（16°C）浸泡豌豆的適宜時(shí)間為40小時(shí)左右。冬季可適當(dāng)延長，夏季則可相應(yīng)縮短。而用0.3%Na2SO3溶液和0.2%NaOH溶液浸泡均可提高蛋白和淀粉的得率和質(zhì)量，尤其對蛋白更為顯著。磨漿時(shí)采用二次磨漿較為理想。這樣既能使豌豆的纖維得到充分的破壞，又不會使纖維碾磨過細(xì)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。采用0.02%NaOH溶液洗滌，不僅可改善淀粉色澤，提高淀粉質(zhì)量，也可提高蛋白得率。方案3是較為理想的制取豌豆蛋白和淀粉的工