马铃薯淀粉无废料加工工艺及高性能设备.doc

马铃薯淀粉无废料加工工艺及高性能设备摘要本文介绍了当今世界最先进的马铃薯淀粉加工无废料工艺，即：在提取马铃薯中淀粉的同时，回收马铃薯中的纤维、蛋白、肥料（浓缩有机质）及马铃薯本身所含的水。文章还介绍了一些最先进的马铃薯淀粉加工设备，包括：锯条可气动更换的刨丝机、无筛网锥筛、无管旋流器、环形曲筛、高效真空转鼓过滤器等，它们为优质、高效、低耗、稳定、连续地进行马铃薯淀粉的无废料生产提供了保证。这一工艺和设备均由具有一百多年历史、专业从事马铃薯淀粉加工的荷兰尼沃巴公司独家提供，并已经在美国得到了成功地使用。一、问题的提出：一个众所周知的事实是：只提取淀粉的马铃薯淀粉生产已经给环境造成了一些负面影响。但遗憾的是，目前大多数马铃薯淀粉生产企业仍然以提取马铃薯中的淀粉为唯一目标。这样的结果是：马铃薯中的其他有价值的成份（主要包括：蛋白质、纤维、盐、其他有机物质、甚至水）都没有被开发利用，而是随废水一起排掉。此时，马铃薯淀粉加工企业不仅浪费了有效资源，而且也给环境造成了严重的负担。 由于世界上大多数国家对环保有着越来越严格的要求，因此马铃薯淀粉加工企业的污水排放成了必须解决的问题。此时，企业通常采取的办法是：在建设马铃薯淀粉加工厂的同时，再建设一个投资巨大、过程复杂的污水处理厂。 很显然，对马铃薯淀粉加工企业而言，建立污水处理厂只是解决了排污问题，并没有解决马铃薯中其它有效成份的利用问题。换一句话说，单纯为了解决环保问题而建设的污水处理厂只是增加了企业的投资并没有为淀粉企业的经济效益（或者利润）作贡献。 有没有既能有效地利用马铃薯中的所有有效成份，又能解决环保问题的、一举两得的方法呢？二、马铃薯淀粉无废料工艺 经过多年研究，荷兰尼沃巴公司已经找到了这一代表世界最先进水平的马铃薯淀粉加工技术：马铃薯淀粉无废料工艺。具体工艺流程图见下页。 该流程简图所表示如下马铃薯淀粉加工理念：在提取马铃薯中所有成份的同时不给环境造成污染：既提高了马铃薯淀粉加工企业的经济效益，又解决了环保问题。 从此流程图可以看出，马铃薯内部的所有有用成份（清洗后的杂物及排沙不在此列）全部变成了能带来经济效益的产品，真正成为了“无废料马铃薯淀粉加工”。 马铃薯淀粉无废料淀粉加工工艺流程图2.1淀粉的提取 马铃薯含有大约18%的淀粉。淀粉是马铃薯淀粉加工的主产品，怎样有效地提取马铃薯中的淀粉则是加工工艺的主路线。洗净的马铃薯通过超级刨丝机将98%的淀粉颗粒从马铃薯中游离出来后，用离心锥筛分离出比淀粉颗粒大的纤维、用浓缩旋流器分离出蛋白汁水、用除砂旋流器分离出比淀粉重的砂粒、用精制旋流器置换出淀粉乳中的残留杂质，然后，经过脱水、干燥及包装，制成精制淀粉。制取淀粉过程中所排出的物质被制成副产品或回收利用，以此构成了一个完整的无废料生产工艺。 仅就马铃薯淀粉加工而言，该工艺过程的有如下特点： -工艺过程封闭； -回收加工过程中的水分，清水消耗量低； -能量消耗量低； -用旋流器完成浓缩和精制过程（比使用离心机来完成有诸多的优点）； -设备维护费用低； -零部件消耗量少（因很少运动部件）； -操作人员少； -占地面积小； -易于安装（板块式结构、出厂前都经过调试）； -易于操作； -优秀设计和制造的MCC和OCC：中心计算机控制与所有需控制的设备只需两根导线相连。所有连接的设备、电机、阀门、控制和测量装置在计算机上是可读的或可控制的。在问题分析和解决时，如有必要，可以通过互联网将其连接到尼沃巴公司的工程部门，以帮助解决问题。 通过使用荷兰尼沃巴公司淀粉生产技术诀窍与设备，生产线能够连续稳定生产，有效生产时间长。在生产过程中，马铃薯所含淀粉的95%能被提取出来，制成商品淀粉。 使用具有上述特点的荷兰尼沃巴公司的技术和设备，1吨马铃薯至少可以生产208公斤精制淀粉（18%的含水量的商业淀粉）。2.2纤维提取马铃薯约含1.3%的纤维马铃薯的纤维是从淀粉生产中作为副产品提取出来的。在马铃薯淀粉生产中的“提取单元”，纤维从最后一级锥筛中分离出来。此时分离出来的纤维已经通过脱水锥筛脱水。脱水后的纤维含有1%的联结淀粉和88-89%的水分。 马铃薯纤维可以直接出售给农民用作动物的饲料。 1吨马铃薯可以生产出209公斤的湿纤维（11%的干物质）。2.3蛋白提取马铃薯中平均含有2.8%的蛋白。蛋白粉是马铃薯淀粉加工中最有价值的副产品。在一些现代化的马铃薯淀粉厂，从马铃薯的汁水中提取蛋白质已经成为淀粉生产中不可分割的一部分。马铃薯中的蛋白只有在絮凝后才能被提取出来。絮凝而成为固体的马铃薯蛋白质，可以采用固液分离的方法将其分离。 尼沃巴公司的蛋白提取是在浓缩单元排出的汁水中进行的。此处排出的汁水通过加热絮凝后，采用有效的固液分离的方法将已经絮凝的蛋白进行分离、脱水后，再经过干燥、包装成为所需要的马铃薯蛋白粉产品出售。 事实已经表明：用此种新型方法从马铃薯淀粉加工排出的汁水中回收蛋白，与传统方式相比，其蛋白回收率高5-10%。 蛋白回收后，即使不将溢流物制取肥料，企业也会得到很大的经济效益。同时，此处排出的水对环境的负担已经大大地减少。 事实上，由于使用动物蛋白作饲料而引起“疯牛病”等原因，很多国家不再将动物蛋白作为动物饲料的添加剂，于是植物蛋白被越来越多的国家使用，因此，马铃薯淀粉厂蛋白回收的经济效益将来会越来越显著。 通过使用尼沃巴公司蛋白回收系统的技术和设备，1吨马铃薯约可生产15公斤的蛋白。(干物含量90%)2.4肥料制取与水回收马铃薯中平均含有76%的水。除了淀粉、蛋白和纤维外，马铃薯本身还含有丰富的盐、矿物质和水等。 在淀粉生产的浓缩阶段后，马铃薯汁水所含的蛋白已经从上述加工过程中分离出来。蛋白被提取之后，剩下的水仍然含有丰富的营养物质，比如：盐、矿物质等（可溶性固物的含量约为2.5%）。 为了增加固体物质的浓度和提取其中的水，将这些水用真空蒸发器来蒸发。由于是真空蒸发系统，因而蒸发所需的能量极其有限。经过蒸发以后，可溶性固体物质（主要是有机质）的浓度约可达40%，可以直接作为喷洒肥料。 在浓缩喷洒肥料的液体中，主要含有以下有用成份： K2O（氧化钾） 10% P2O2（氧化磷） 1.5% CaO（氧化钙） 0.1% MgO（氧化镁） 0.66% N（氮） 6% 通过使用尼沃巴公司的蒸发系统，1吨马铃薯可以产生约200公斤的肥料。 蒸发后的水经过活性过滤器凝聚，以除去水中所含的少量酯类。除去了酯类物质后的水，直接用于淀粉的加工。这样，用于淀粉加工的新鲜水就极其有限。 经过上述设备和技术的处理，1吨马铃薯在生产淀粉的过程中可以产生约366公斤水。三、马铃薯淀粉加工高性能设备先进的工艺需要高性能设备来完成。由于马铃薯淀粉加工的特殊性，现代马铃薯淀粉加工设备需要同时满足以下特性：保证产品质量，保证生产线的连续稳定生产，消耗少，自动化程度高等。3.1超级刨丝机刨丝机的作用是尽可能地将马铃薯茎块破碎，使其中的淀粉游离出来，为淀粉提取做准备。超级刨丝机锯条的高速旋转使得马铃薯中淀粉的游离率比传统的刨丝机要高得多，高达98%。高淀粉游离率为整个生产线的高淀粉提取率提供了保证。与传统刨丝机相比，超级刨丝机采用气动锯条更换装置使得锯条的更换快捷、准确的同时，提高了锯条和整个刨丝机的使用寿命。超级刨丝机气动锯条更换所需的时间只有传统刨丝机的1/10左右，而且避免了传统刨丝机用锤子更换锯条时对转鼓的伤害。3.2由无筛面锥筛组成的提取设备 从超级破碎后的马铃薯淀粉浆中用锥筛分离纤维、提取马铃薯淀粉时，锥筛的旋转速度及冲洗水的压力对淀粉的提取率起着决定的作用。传统的锥筛由于采用筛网结构，强度低，不能承受较大的冲洗水压力，限制了淀粉的提取程度。同时，由于筛网极易损坏，不仅增加了企业的运行成本，而且更为重要的是：筛网的频繁更换，使本来就季节性很强的马铃薯淀粉加工的有效时间变得更短，进一步影响了企业的效益。 新型的锥筛不使用筛网、而是采用条形筛面。在这种高强度筛面下，可承受极大的冲洗水的压力。此时，在提高淀粉提取率的同时，延长了筛面的寿命，也增加了企业的有效加工时间。这种锥筛尤其适用于红薯淀粉的加工，因为红薯中的高含糖量决定了从破碎后薯浆中提取淀粉难度更大、需要更好的提取设备。多级锥筛的组合结构构成提取单元的整体。压力、流量、阀门等的自动控制系统使得提取单元的运行更加平稳、可靠。 3.3含自清转鼓过滤器的淀粉浓缩设备独特的自清转鼓过滤器放置在浓缩旋流器之前，有效地分离出容易引起旋流器堵塞的大颗粒，保证了浓缩旋流器的连续运转，提高了整个生产线的加工时间。 整个浓缩单元压力、流量尤其是浓度的自动控制，不仅保证了浓缩单元的连续稳定生产，而且保证了浓缩后淀粉浓度的一致，以及尽可能多的、有效的分离出富含蛋白的汁水。为蛋白提取作准备。浓缩单元中无管旋流器的特点将在3.5中详细谈及。3.4自动排砂除砂器除砂是淀粉浓缩后非常重要的步骤。集砂器排砂的频率越高，淀粉越清洁。但是，排砂太频繁，会引起淀粉的损失太大的同时，生产系统的平衡也同时被打破，引起淀粉的质量的波动。 自动排砂系统根据淀粉的清洁程度来调整排砂阀门的开启时间，在保证系统平衡的同时，确保淀粉的清洁程度。3.5无管旋流器 旋流器分离淀粉杂质或液体的效果主要取决于旋流器结构中柱、锥表面加工的光洁程度以及锥、柱形状的同轴度。传统旋流器的旋流管是由几个部件组合而成，组合装配时的误差通常会引起同轴度的偏移，因而影响淀粉的洗涤和分离效果。另外，传统旋流器基本上是尼龙材料制成，旋流管内表面的不光洁或形状的不规则，也会大大地影响使用效果。同时，尼龙旋流管的极易磨损使得用户的生产成本增加。而且，旋流器的分体结构极易使微生物滋生，清洗困难，影响产品的指标。采用符合食品卫生标准的耐磨材料制造的无管旋流器，完全避免了上述的缺点。而且在保证同样生产能力和质量要求的情况下，新型旋流器的使用的级数还少得多，省能、高效。在配有流量、压力、浓度等自动控制设备的无管旋流器（站）在淀粉的浓缩、精制过程中的效果是传统旋流器无以比拟的。3.6环形曲筛 传统的弧形曲筛结构庞大、分离路径短，而且筛面极易被堵塞，这在影响分离效果的同时，也影响了生产的连续性。 环形曲筛的独特结构不仅使得曲筛结构紧凑、分离效果好，而且使得曲筛因封闭而提高了工作效率。环形曲筛筛面正反两个方向的冲洗避免了曲筛在分离纤维时筛面因细小纤维对筛孔的堵塞，从而保证了生产的连续性。3.7真空转鼓过滤机当真空转鼓过滤机的表面真空度一致时，真空转鼓过滤机的脱水效果最佳。新型的真空转鼓过滤机采用无管式的结构，使得真空转鼓表面真空度高度一致的同时，增加了转鼓的强度。 脱水后淀粉含水量的高低直接影响到淀粉干燥后质量的好坏及干燥所需能耗的大小。四、应用实例本文所描述的“马铃薯淀粉无废料工艺及高效能设备”，已经成功的应用在一家美国的现代化马铃薯淀粉厂。 这一整个完整的系统被应用在美国，缅茵洲位于FortFairfield的Aroostook淀粉公司尽管美国缅茵洲的环境保护法律特别严格，经过以上系统的使用，在没有其他污水处理设施的条件下，该项目的生产通过了环保部门的通过。 因为上述系统在该公司中使用，Aroostook淀粉公司已经成为了名副其实的、世界上最先进的马铃薯淀粉加工企业。 欢迎各位有机会到美国参观该公司。五、结论 1、荷兰尼沃巴公司的马铃薯淀粉无废料工艺，做到了马铃薯淀粉的无废料生产。经过复杂的加工过程，从马铃薯中可以生产的产品包括： -马铃薯淀粉； -马铃薯蛋白粉； -马铃薯纤维； -喷洒肥料； -加工水；