淀粉的制取加工

豌豆蛋白及淀粉的制取研究莫重文摘要：通过对传统工艺的研究，筛选出影响豌豆蛋白和淀粉得率的因素，确定了最佳工艺路线和方法，即在常温下用0.3%Na2S03溶液浸泡豌豆40h，二次磨浆，0.02%Na0H溶液洗涤一次的新工艺，获得较为理想的产品品质和得率。淀粉得率达到36%〜37%,蛋白含量小于0.8%；蛋白得率19%〜20%，蛋白含量达到90%以上。0前言豌豆是一种以淀粉及蛋白为主的豆料植物。原产于中亚和地中海沿岸，15世纪末传入美国和亚洲，广泛种植于我国华北一带。豌豆种子呈球状，外观光滑，色有黄、褐、绿等。干豌豆不仅含有大量的淀粉而且还含有丰富的蛋白质。其成熟籽粒中分别含有蛋白质21%〜28%和淀粉48%〜52%。豌豆淀粉是豌豆贮存的营养物质，用途极广。既可作食品工业原料，又可直接食用，还可广泛地用于纺织、轻化、医药等方面⑴。豌豆蛋白是蛋白的重要来源之一，它的氨基酸比例较均衡，人体所必需的八种氨基酸中除蛋氨酸含量较低外，其余的均达到FAO/WHO推荐模式值。同时还具有许多优良功能特性。如溶解性，凝胶形成性、乳化力、耐热耐盐性好等。因此具有较好的应用潜力及广阔的市场。目前国内虽已有一些以豌豆为原料生产粉丝的厂家也从废水中回收蛋白质⑵，但回收率低、质量差，主要是用作饲料。国外七十年代发展起来的超滤的反渗透技术用于处理生产豌豆淀粉的下脚液，能使下脚液分子量较小的糖类化合物及有害因子被除掉，将高分子量的豌豆蛋白质纯度提高并加以浓缩，如进一步通过喷雾干燥，可制得含量为90%左右的蛋白粉。但是利用这项技术生产费用昂贵，不符合国内生产现状。本课题的目的是在传统工艺的基础上加以改良，筛选出一条能同时制得优质蛋白粉和淀粉的工艺。1试验材料及器材1.1原料豌豆：郑州产。1.2主要试剂HCl溶液（6mol/L）；NaOH（分析纯）；NaCl（食用级）；N32SO3（分析纯）。1.3主要仪器及设备2F130浆渣自分砂轮磨，郑州食品机械厂；100目分样筛，浙江上虞涅海五金纱筛厂；LXJ-II离心机，上海医用分析仪器厂；S.C.202型电热恒温箱，浙江嘉兴县新塍电热仪器厂；NIRO喷雾干燥器，丹麦。1.4引用检测方法水分测定方法：GB/T5009.3-85；灰分测定方法：GB/T5009.4-85；蛋白测定方法：GB/T5009.5-85；脂肪测定方法：GB/T5009.6-85；淀粉测定方法：GB/T5009.9-85；粗纤维测定方法：GB/T5009.10-85。2豌豆蛋白及淀粉的制取工艺2.1工艺流程豌豆f浸泡f磨浆f分渣f静置分离f蛋白液f酸沉…离心…中和f干燥f蛋白 II淀粉渣 淀粉f洗涤…离心沉降f干燥f淀粉2.2主要工序说明2.2.1浸泡浸泡使豌豆的水分和化学成份发生变化，纤维吸水膨胀增大，使得破碎后，与蛋白、淀粉易于分离，从而使蛋白和淀粉易于从中提取出来。2.2.1.1浸泡时间对蛋白及淀粉得率的影响时间过长，原料易变质，蛋白与淀粉不易分离且容器利用率低，经济上不合理；时间过短，豌豆尚未完全软化，磨浆时耗电量增加，且豌豆中纤维和蛋白质结合的网状结构不易破坏，淀粉颗粒被包容在结构网内难于提取、分离、色素与胶体物质也不能除尽，制得的产品纯度降低。我们把豌豆浸泡不同的时间，比较其蛋白和淀粉的得率及质量，以确定较好的浸泡时间范围。2.2.1.2浸泡液对豌豆蛋白和淀粉得率的影响豌豆浸泡可用一些酸碱性溶液，如HCl、H3PO4、NaOH等或合适的盐类，如焦磷酸钠、三偏磷酸钠、四偏磷酸钠、亚硫酸钠等溶液，有利于豌豆中淀粉和蛋白得率的提高［3"从经济效益考虑，我们采用一定浓度的盐溶液浸泡，不仅降低了浸泡时间，还能提取豌豆中的可溶性蛋白。豌豆浸泡时水温的高低和浸泡时间在一定范围内呈现负相关性。水温高、浸泡时间相应短些；水温低，则时间增长。因此夏季浸泡时间比冬季缩短4〜5h。2.2.2磨浆和分渣磨浆是通过机械作用破坏豌豆内部纤维与蛋白的结构网。从而使淀粉和蛋白溶于磨浆液中，达到分离提取的目的。理论上，豌豆碾磨次数与产品得率成正比，我们在研究中发现，磨浆二次效果最好。磨浆后要将粗纤维与含有淀粉和蛋白的浆液分离，即分渣。分渣时若分样筛的筛孔过大，一些被磨细的纤维及杂质将随浆液一齐通过筛网，达不到分渣的目的：若筛孔过小，一部分膨胀大颗粒淀粉和分子量较大的蛋白无法通过筛网，降低了产量，参照相关资料，我们选用100目分样筛，效果较好。2.2.3静置分离淀粉具有凝沉的特性。其原因是羟基间相互作用形成氢键，结成较大的颗粒或束状结构，当体积增大到一定程度后，沉淀就形成了。据资料介绍，淀粉在pH值为7时凝沉速度最快，而pH值为10和2或大于10，小于2时则沉降速度很慢；不同的无机盐类对淀粉凝沉的影响也不一样，有的能促进，有的则抑制。加入凝沉剂有助于缩短沉淀时间。选择适宜的静置时间，这也是工艺上的一项要求。静置分离要求淀粉在蛋白沉淀以前充分凝沉，以达到淀粉和蛋白分离的目的。2.2.4洗涤淀粉下层淀粉部分先用0.02%NaOH溶液洗涤皿〜5】，洗液加到蛋白液中，这样可使粘附于淀粉上和沉淀的蛋白质溶于碱液，从而提高淀粉质量，减少蛋白损失。碱洗过的淀粉再用清水洗涤2遍，目的是为了洗去淀粉中的残碱和少量杂质。淀粉经过清洗后略微有些损失，但干燥后的产品质量有所提高。2.2.5蛋白液的酸沉淀蛋白质的溶解度是随pH值的变化而变化的，在其等点pH值为4.4〜4.6之间时，蛋白质的溶解度最低，大量的蛋白质从水中絮凝沉淀出来，利用这一特性。我们用盐酸调节其pH值到等电点，将蛋白分离出来。2.2.6离心沉降离心机所产生的离心力可以远大于重力，所以离心沉降的速度远大于自然沉降，采用离心沉降缩短沉降时间。分离蛋白的离心沉降转速为3000r/min，约沉降10min：淀粉的离心沉降也采用3000r/min，但沉降时间要长一些，约12min。2.2.7干燥分离出的淀粉可用电热恒温箱干燥，但开始时的温度不得超过55°C。因为在存在着较多游离水分的情况下，高温会使淀粉糊化，从而破坏其色泽和机能特性。我们在干燥蛋白时，为缩短干燥时间，一般采用恒温烘箱105C的温度来干燥，得到的是变性的蛋白质。而使用喷雾干燥则可得到优质的蛋白粉。2.3试验方案2.3.1单因素对产品得率的影响在对影响豌豆蛋白和淀粉制取的因素有所了解之后，我们拟定对浸泡，磨浆，分离等过程进行研究，以寻求得到制取豌豆蛋白和淀粉的最佳工艺参数。2.3.2确定试验方案通过对单因素实验结果的分析，筛选出最佳工艺参数，从而确定工艺流程，拟定了四个方案。方案1：干豌豆用清水浸泡40h：采用二次磨浆工艺，清水磨浆；静置时调节pH为9,15min后分离，其余工序同原工艺。方案2：干豌豆用0.3%Na2SO3浸泡40h，清水磨浆二次，不调pH值静置15min后分离。方案3：干豌豆用0.3%Na2SO3溶液浸泡40h，用0.02%NaOH溶液磨浆二次；静置15min后分离。方案4：干豌豆用0.3%Na2SO3溶液浸泡40h，用0.02%NaOH溶液磨浆二次；调节pH值到9后静置15h分离。3实验结果3.1原料豌豆成份3.2各因素对得率的影响3.2.1浸泡浸泡时间：在常温下(16°C)用自来水浸泡豌豆不同时间后制取蛋白和淀粉，所得结果如表2。表1豌豆主要成分水分/%蛋白/NX6.25%脂肪/%淀粉/%纤维素/%灰分/%13.2221.5495.62.5表2浸泡时间与得率的关系时间/h蛋白/%淀粉/%分离效果2417.132.0较差3218.033.8一般4018.736.5好

5018.736.3好7218.536.3较差96__无法分离表3浸泡介质与得率的关系浸泡介质蛋白/%淀粉/%分离效果自来水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磨浆次数与得率的关系磨浆次数蛋白/%淀粉/%一次14.429.3二次18.736.5三次19.137.2表5磨浆液与得率的关系磨浆液蛋白/%淀粉/%清水18.536.70.02%NaOH19.136.40.5%NaCl15.633.2表6分离效果观察空白淀粉沉降速度较快，分层明显，易分离加盐酸沉降速度慢，分层不明显，不易分离加食盐沉降速度慢，分层不明显，难于分离加NaOH沉降速度快，分层最明显，易于分离表7pH值对分离效果的影响pH值观察结果

7分层明显，易于分离8分层明显，易于分离9分层明显，易于分离10分层明显，易于分离11分层不明显，难于分离表8分离蛋白和淀粉中蛋白含量（%）条件产品蛋白淀粉浸泡时间（40h）98.70.53磨浆次数（一次）90.20.51浸泡介质（Na2SO3）89.50.55碾磨液（NaOH溶液）90.10.52表9四种方案蛋白和淀粉的得率（%）蛋白淀粉万案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/%蛋白质含量/%氮溶解指数3.83.285.084.7由表2结果可以看出，豌豆蛋白和淀粉的得率在一定范围内是随着浸泡时间的增长而提高的，但到一定程度后，反而会有负作用。当浸泡时间达到72h后，已经有部分蛋白发生了变质（微生物作用）。这部分变性蛋白在静置分离操作中随淀粉一块儿沉淀，使蛋白和淀粉的分离变得困难。当浸泡时间达96h时，蛋白质已大都变质，豌豆有腐臭味，蛋白和淀粉已没有明显的分层作用，无法进行分离。浸泡液：工业上豌豆的淀粉的生产，一般采用清水浸泡，据有关资料报道，在浸泡过程中添加某些电解质，对豌豆蛋白和淀粉得率的提高，有一定的促进作用。我们由此在实验中采用了盐水浸泡，碱液浸泡，亚硫酸钠浸泡等，所得结果如表3。表3结果表明，采用yq和NaCl浸泡的效果均比自来水浸泡要好。尤其是亚硫酸钠浸泡制得的产品的质量也很好，而采用NaCl盐水浸泡，效果似乎并不十分理想。3.2.2磨浆对得率的影响磨浆次数：由表4结果可知，一次磨浆不能充分破坏纤维的组织结构，使得蛋白和淀粉的得率均很低；二次磨浆大大提高了蛋白和淀粉的得率；三次磨浆虽然仍能提高蛋白和淀粉的得率。但作用已不明显，而且三次磨浆不但增加了一道工序提高了经济费用，消耗了劳动力，延长了生产周期，还可能将纤维或杂质磨得过于细小，从而增加了分渣难度，或降低了产品质量，故在没有特殊要求的豌豆蛋白和淀粉的制取工艺中，采用二次磨浆是较为合理的。磨浆液:生产中普遍是采用清水磨浆的，我们却在实验中尝试了用NaCl溶液和NaOH溶液代替清水磨浆的方法，其结果如表5。由上述结果可以看出，采用0.02%NaOH溶液比清水磨浆能够提取更多的蛋白，提高了蛋白的得率。3.2.3静置分离效果为了能有所了解电解质对静置分离效果的影响，我们在此操作中曾加入盐酸，氢氧化钠溶液和食盐等试剂，然后观察淀粉和蛋白的分离情况，所得结果见表6。表6说明：食盐对淀粉的凝沉起抑制作用，在酸性条件下不利于淀粉和蛋白的分离，中性和碱性条件下淀粉和蛋白容易分离。是不是碱性越强，分离效果就越好呢？对此，我们作了进一步的研究，结果如表7。由表7可知，并不是碱性越强，分离效果就越好。当pH值大于10时，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离，并且在强碱作用下，豌豆蛋白会发生变性，也不利于分离。3.3产品质量监测由上述实验结果表明，从得率上看，我们的制取的研究是有实用价值的。但从产品质量来看，我们制得的豌豆蛋白和淀粉是否具有经济效益价值呢？为此，我们从上述单因素影响实验中，取出得率最高的产品，进行产品质量监测，分别对蛋白粉和淀粉中的蛋白含量进行跟踪检测，所得结果见表8。（资料表明：大豆蛋白指标含量为90%，而二级食用小麦淀粉和玉米淀粉中含蛋白指标为不超过0.8%）。3.4实验结果四个方案结果见表9。在方案1中，豌豆蛋白的得率并不是很理想，而且由于在静置操作中调节pH值为9，虽然对分离效果有一定的提高，但它增加了工艺的复杂性，也增加了酸沉蛋白操作中的耗酸量，故在实际工艺中，此方案不可取。为了改进方案1中蛋白得率不理想的问题，在方案2中采用了0.3%Na2SO3浸泡4°h的工艺，得到了较满意的结果，豌豆蛋白的得率提高到了19.8%。在方案3中，我们发现用0.02%NaOH溶液代替清水磨浆，的确能提高豌豆蛋白和淀粉的得率，并且产品质量也有了一定提高。而方案4中调节pH值静置分离后，产品得率并无很大提高，但却增加了工序，耗时耗财力，同时也增加了酸沉的用酸量，所以此方案若实际投产存在一定的问题。通过比较，我们选择方案3,因为此工艺制得的产品得率和质量较理想（见表10）。4结论（1）常温下（16°C）浸泡豌豆的适宜时间为40小时左右。冬季可适当延长，夏季则可相应缩短。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质量，尤其对蛋白更为显著。磨浆时采用二次磨浆较为理想。这样既能使豌豆的纤维得到充分的破坏，又不会使纤维碾磨过细而影响产品质量。采用0.02%NaOH溶液洗涤，不仅可改善淀粉色泽，提高淀粉质量，也可提高蛋白得率。方案3是较为理想的制取豌豆蛋白和淀粉的工