一种高纯度大米蛋白制备工艺及设备的制作方法

本发明涉及一般的物理或化学的方法或装置
技术领域：
，尤其涉及大米精深加工
技术领域：
，具体是指一种高纯度大米蛋白制备工艺及设备。
背景技术：
：目前利用大米碎米制糖得到的米渣其精制含量达到80%以上大米蛋白，也是多家工厂现行的主要采用的传统工艺方法。这种工艺的过程：首先将酸性的米渣用碱调到中性，然后皂化反应亦称标准化；利用分离器除去脂肪、过滤，干燥达到高含量大米蛋白。由于米渣中富集了大量的重金属镉，超过食品卫生标准；在后续工艺中广泛使用反应釜酸解方法去除重金属，再回调至中性，过滤、干燥，方可达到制备的产品。但传统方法存在工艺繁杂，造成物料酸-碱-酸-碱反复作用，形成复杂的盐，严重的影响了大米蛋白的口味与色相；很难达到国家标准的卫生指标。同时传统方法也产生大量污水，造成环境污染。传统方法在干燥后的细磨粉碎过程，存在环境污染的问题。因此寻求简单易行，经济效益高，无污染，可规模化大量生产优质大米蛋白质的工艺方法和设备显得尤为重要；所以亟待需要本领域技术人员对大米蛋白工艺及设备进行改进和研制开发。技术实现要素：本发明的目的是提供一种高纯度工业化制取大米蛋白制备工艺新方法及制备设备，其中一种高纯度大米蛋白制备工艺，包括以下步骤实现：1）筛分：通过滚筒式旋转筛，去除大于2mm以上大颗粒杂质物质。滚筒式旋转筛替代传统的平面振动筛。滚筒表面的相对运动较小,成本较低,能耗小，无噪音,处理量大，效率高；2）浸泡：将筛分后的物料用螺旋输送机送置调浆罐中，在调浆罐中添加45～90℃去离子热水，调配成质量浓度为15%～25%的料液，充分搅拌0.5～1.5小时，使米渣吸水膨胀，微细胞壁充分软化；3）研磨：浸泡后的米渣用粉碎机进行研磨，通过粉碎，将米渣中的脂肪、大米蛋白质和小分子糖分子之间的包裹结构破坏，使米渣中的糊精、脂肪、灰分释放出来；4）酸解反应：将上述步骤反应得到的温度60～70℃物料送入带有搅拌作用的混合器中，同时送入的浓度10%的磷酸，搅拌后将ph控制为3～3.5，再输送至脉冲式连续酸解反应器，物料停留时间为5～15分钟，去除重金属离子≥70%；5）离心分离：采用十二级旋液分离器对料液进行离心分离；6）皂化反应：离心分离后获得的底流料液用化工泵输送至皂化反应罐中，添加浓度为10～15%的食品级氢氧化钠，调节ph6.9～7.1保持温度在70℃，搅拌0.5～1h；7）过滤：料液通过隔膜板框压滤机进行固液分离，过程中采用70～90℃热水冲洗滤饼，进一步去掉滤饼中残留的脂肪等其他物质，至含水量为45%；8）干燥：固液分离得到的物料由螺旋输送机送入气流干燥机，脱去水；9）粉碎：通过粉碎机完成，入料170μm粉碎后物料为40～45μm，制备得到蛋白质干粉产品。采用上述工艺从米渣中分离提取高纯度大米蛋白，且微生物和重金属含量达到国家食品卫生标准要求，提供高品质的可食用的大米蛋白，克服物料反复酸碱作用的过程，减少污水的产生和排放，改善粉碎过程中的环境污染问题。作为优选，上述用于步骤4）酸解反应的脉冲式连续酸解反应器，包括至少一个回转壳，所述回转壳包括壳体、顶部和底部，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体竖直交替固定连接，所述第一壳体内径小于第二壳体内径，所述壳体的上下两端都为第一壳体，所述底部设有进料口和排污阀，顶部设有出料口。较佳的，所述第二壳体和第一壳体的内径分别为“d2”与“d1”其比值为1.2～1.6∶1。较佳的，所述第二壳体和第一壳体的长度分别为“l2”与“l1”其比值为1∶2～2.5。较佳的，所述壳体总高度“l”分别与第二壳体和第一壳体平均直径“(d1+d2)/2”之比为5～6∶1。作为优选，所述顶部为锥体。进一步优选，所述的锥体为正圆锥体，内夹角α的范围为90°～120°。作为优选，所述底部为倒锥体。进一步优选，所述倒锥体为倒圆锥体，内夹角β范围为90°～120°。上述步骤4）的制备设备，通过回转壳的关键设计参数能够使反应物料在回转壳内稳定的扩散并能够通过排污阀将反应后的金属离子排出。各反应器组中，前一个回转壳的出料口通过管道连接后一个回转壳的进料口。如果改用从回转壳顶部送入混合物料液，物料液受来自泵和料液重力的双重作用，形成无规则运动，亦产生混流，达不到旋流分离工艺要求。经调浆粉碎的物料送入带有搅拌作用的酸解混合器中，与酸解混合器外接的磷酸入口加入的磷酸液在数秒内通过搅拌剪切强力的混合，再经过进料泵和连接管道从底部送入酸解连续反应器的回转壳的进料口，进一步均匀混合、碰撞，并持续完成酸解反应。上述方案的基本原理：通过酸解混合器将原料通过进料泵和管道输送至脉冲式连续酸解反应器，所述反应器即回转壳通过第一壳体和第二壳体直径不同交替组合，可以充分发挥物料的的碰撞效果，以强化混合和反应过程。具体过程：磷酸与蛋白颗粒粒子首先在酸解混合器混合，然后通过离心泵进入管道内，层流粒子得到加速，反应剧烈。当混合液进入连续反应器回转壳的第一壳体内发生紊流，分子间距离重新排列，在离心泵的连续动力作用下，连续反应器下部约1/4处的混合液形成很强的湍流状态，使混合蛋白液分散更加均匀，分子运动剧烈，反应速度加快，酸与蛋白中的重金属反应生成微小颗粒。粒子依惯性进入到第二壳体内湍流结束，混合液突然扩大，粒子在运动过程中，由于受到阻力而不断减速，直至减速终了时；连续反应器回转壳又由第二壳体突然缩小至第一壳体，这样粒子又被加速，如此重复交替地在回转壳内作用，则粒子的运动速度也交替地加速和减速。磷酸和蛋白粒子间的相对速度和传导面积均较大，从而强化了传导传质的速率，同时在管径内流速下降也相应增加了反应时间。形成的金属粒子，逐渐增大以完成络合反应。进一步的，一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器在酸解混合过程中，通过连续设置的回转壳替代传统工艺过程中的反应釜，用于实施大米蛋白的酸解反应过程，通过采用二级或多级的串联或并联脉冲式连续酸解反应器作为强化反应的结构，通过改变物料液的相对速度，强化传质过程，实现反应物的迅速聚集，在整个过程中同时具有搅拌和混合作用。所述的脉冲式酸解连续反应器的长、径比及平均直径比为关键设计参数，其决定了混合物料在连续反应器中的流动状态和反应效果。经流体动力学数学模型分析研究和现场应用试验确认得出，符合化学反应器基本原理--费克第二定律及平推流反应器的串联组合原理。费克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，（负值-表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散）即上式中，c为扩散物质的体积浓度(kg/m3)；t为扩散时间(s)；x为距离(m)；固溶体中溶质原子的扩散系数d是随浓度变化的，为了使求解扩散方程简单，近似地把d看作恒量处理。上式是偏微分方程，求解时先作变换：该式就可以变成一个常微分方程，再结合初始条件和边界条件求出方程的通解，利用通解可以解决包括非稳态扩散的具体问题。与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明创造性之处在于提供了一种高纯度大米蛋白制备工艺及设备，实现了用于大米蛋白生产的均匀加酸，完成络合反应，经旋流分离后去除金属离子；不存在运动部件从而提高了寿命，减少设备的投入。保证了物料均衡反应和先进先出，节约了反应时间；粉碎过程不再外喷物料，不堵塞，保护环境，提高工作效能。脉冲式连续酸解反应器采用的原料为新鲜米渣，重金属镉含量一般为1.1～0.9mg/kg，通过本工艺与设备可有效降低产品镉含量，镉的去除率达到70%以上，蛋白含量≥80%，粉碎现场无环境污染。同时工艺制取过程简单，可适应大规模大米蛋白的工业化生产。酸解可以连续反应，生产过程不间断，解决了以前单罐反应不能连续的问题，生产量大时可以多组并联方式，以提高反应效率。附图说明下面结合附图对本发明作进一步的说明。附图1为本发明制取大米蛋白工艺流程图。附图2为本发明回转壳结构示意图。附图3为本发明的脉冲式连续酸解反应器工艺布局图。图中所示：1、回转壳，1.1、第一壳体，1.2、第二壳体，1.3、倒圆锥体，1.3.1、进料管道，1.4、正圆锥体，1.4.1、出料管道，1.5、酸解混合器，1.5.1、磷酸入口，1.5.2、原料入口，1.5.3、出料阀，1.6、进料泵，1.7、回转壳ⅰ，1.8、管道，1.9、回转壳ⅱ，1.10、排污阀。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。参照附图1-3，一种高纯度大米蛋白制备工艺实施例，包括以下步骤实现：1）筛分：通过滚筒式旋转筛，筛网采用8目，滚筒直径800mm，长度1500mm，筒体倾斜角度10度，转速为35转/分，去除大于2mm以上大颗粒杂质物质；2）浸泡：将筛分后的物料用螺旋输送机送置调浆罐中，在调浆罐中添加45～90℃去离子热水，调配成质量浓度为15%～25%的料液，充分搅拌0.5～1.5小时，使米渣吸水膨胀，微细胞壁充分软化；3）研磨：浸泡后的米渣用粉碎机进行研磨，通过粉碎，将米渣中的脂肪、大米蛋白质和小分子糖分子之间的包裹结构破坏，使米渣中的糊精、脂肪、灰分释放出来；4）酸解反应：将上述步骤反应得到的温度60～70℃物料送入带有搅拌作用的混合器中，同时送入的浓度10%的磷酸，搅拌后将ph控制为3～3.5，再输送至脉冲式连续酸解反应器，物料停留时间为5～15分钟，去除重金属离子≥70%；5）离心分离：采用十二级旋液分离器对料液进行离心分离；6）皂化反应：离心分离后获得的底流料液用化工泵输送至皂化反应罐中，添加浓度为10～15%的食品级氢氧化钠，调节ph6.9～7.1保持温度在70℃，搅拌0.5～1h；7）过滤：料液通过隔膜板框压滤机进行固液分离，过程中采用70～90℃热水冲洗滤饼，进一步去掉滤饼中残留的脂肪等其他物质，至含水量为45%；8）干燥：固液分离得到的物料由螺旋输送机送入气流干燥机，脱去水；9）粉碎：通过粉碎机完场，入料170μm粉碎后物料为40～45μm，制备得到蛋白质干粉产品。上述用于步骤4）酸解反应的脉冲式连续酸解反应器具体实施例：包括外接的酸解混合器1.5、进料泵1.6、管道1.8和至少一个回转壳1也可称之为回转壳体，所述回转壳1包括壳体、顶部和底部，所述壳体包括第一壳体1.1和第二壳体1.2，所述第一壳体1.1和第二壳体1.2竖直交替固定连接，所述第一壳体1.1内径小于第二壳体1.2内径，所述壳体的上下两端都为第一壳体1.1，所述底部设有进料口和排污阀1.10，顶部设有出料口。所述回转壳1顶部的出料口为正圆锥体1.4且内夹角α的范围为90°～120°并连接有出料管道1.4.1，所述回转壳1底部的进料口为倒圆锥体1.3且内夹角β范围为90°～120°并连接有进料管道1.3.1和排污阀1.10，所述排污阀1.10可根据工艺需要设置其控制位置，所述第一壳体1.1直径为d1优选400mm，l1长度优选300mm，所述第二壳体1.2直径为d2优选480mm，长度l2优选650mm，所述第二壳体1.2和第一壳体1.1的直径分别为d2与d1其比值为1.2～1.6∶1且长度分别为l2与l1其比值为1∶2～2.5，所述回转壳1总高度l分别与第二壳体1.2和第一壳体1.1平均直径(d1+d2)/2之比为5～6∶1，回转壳1总高度l与l1和l2的关系为l=3×l1+2×l2，作为优选回转壳1总高度l为2200mm。参照附图3，所述酸解混合器1.5为带有搅拌器的混合罐一端分别设有磷酸入口1.5.1用于添加食品级磷酸和原料入口1.5.2用于添加蛋白料液另一端通过管道1.8与回转壳1的底部的进料口的进料管道1.3.1连接，所述管道1.8上依次设有出料阀1.5.3和进料泵1.6，进料泵1.6此处优选离心泵。所述各回转壳依次通过管道1.8连接，所管道1.8分别连接出料管道1.4.1和进料管道1.3.1其直径优选为65mm。参照附图3用于示意安装位置，所述脉冲式连续酸解反应器采用二级或多级的回转壳1串或/和并联式结构，采用串联式结构可以均匀自反应以达到充分络合的过程，采用串联式结构形式即可缩短反应时间。若采用串联式结构：原料入口1.5.2的蛋白料液和磷酸入口1.5.1的食品级磷酸进入带有搅拌的酸解混合器1.5，通过进料泵1.6的离心泵和连接管道1.8汇入回转壳ⅰ1.7，并流入下一级回转壳ⅱ1.9，磷酸与蛋白液中的金属离子发生剧烈反应直到反应结束，制备得到的大米蛋白液最终通过回转壳ⅱ1.9顶部流入外接的储罐；再经旋流分离后去除金属离子，为下一步离心分离重金属离子提供保证。所述的脉冲式连续酸解反应器接入的进料泵1.6，流量为5～10m3/h。反应结束用清水冲洗，然后从排污阀1.10排出污水；若采用并联式结构是将串联式结构在进一步整体并联已达到缩短反应时间的目的。下面通过三组施例进一步说明：实施例1以新鲜的米渣（市售）为原料，本实例制取工艺步骤如下：（1）浸泡：投料1000kg新鲜米渣，经检测，米渣中蛋白为63%、脂肪为9.4%，镉为1.1mg/kg，采用绞龙输送机送至8m³已添加好45℃热水的调浆罐中，调节物料浓度为15～25%，搅拌时间为0.5～1.5小时；（2）研磨：用化工泵将料液输送至湿式磨机进行粉碎，得到为60目的浆液；（3）酸解反应：将研磨后的物料和浓度为10%的食品级磷酸分别通过化工泵和计量泵从原料入口1.5.2和磷酸入口1.5.1输送至酸解混合器1.5为带有搅拌器的的混合罐。维持混合罐中的温度为60～70℃,调节料液的ph为3.5～3.6，再通过进料泵1.6将混合后的料液输送至回转壳中，使得磷酸和物料进行充分的反应。进料泵1.6流量q为9m3/h。最后再将反应后料液从顶部流入外接的储罐，料液降温至50℃；（4）离心分离：用化工泵将加酸反应后料液输送至十二级旋液分离器中，进料流量为20～21m³/h,底物出流量为12～12.5m³/h，保持底流压力为0.8～0.85mpa，收集底流料液至皂化反应罐中；（5）皂化反应：添加浓度为10%食品级氢氧化钠液至ph6.9-7；（6）过滤：将料液泵入板框压滤机，进行固液分离，此过程用70℃热水进行冲洗板框滤饼10min，可将皂化的脂肪、水溶性杂质等排出；（7）干燥：压滤后的滤饼用螺旋输送机送至干燥机进行气流干燥；（8）粉碎：干燥脱水的物料进入粉碎机，入料170μm粉碎后40～45μm物料不外溢，即得大米蛋白成品。实施例2以新鲜的米渣（市售）为原料，本实例制取工艺步骤如下：（1）浸泡：投料1000kg新鲜米渣，经检测，米渣中蛋白为63%、脂肪为9.0%，镉为0.98mg/kg，采用绞龙输送机送至8m³已添加好45℃热水的调浆罐中，调节溶液浓度为10～12%，搅拌时间为0.5～1.5小时；（2）研磨：用化工泵将料液输送至湿式磨机进行粉碎，得到为60目的浆液；（3）酸解反应：将研磨后的物料和浓度为10%的食品级磷酸分别通过化工泵和计量泵从原料入口1.5.2和磷酸入口1.5.1输送至酸解混合器1.5为带有搅拌器的的混合罐。维持混合罐中的温度为60～70℃,调节料液的ph为3.5～3.6，再通过进料泵1.6将混合后的料液输送至回转壳中，使得磷酸和物料进行充分的反应。进料泵1.6流量q为6.5m3/h。最后再将反应后料液从顶部流入外接的储罐，料液降温至50℃；（4）离心分离：用化工泵将加酸反应后料液输送至十二级旋液分离器中，进料流量为20～21m³/h,底物出流量为12～12.5m³/h，保持底流压力为0.8～0.85mpa，收集底流料液至皂化反应罐中；（5）皂化反应：添加浓度为10%食品级氢氧化钠液至ph6.9-7；（6）过滤：将料液泵入板框压滤机，进行固液分离，此过程用70℃热水进行冲洗板框滤饼10min，可将皂化的脂肪、水溶性杂质等排出；（7）干燥：压滤后的滤饼用螺旋输送机送至干燥机进行气流干燥；（8）粉碎：干燥脱水的物料进入粉碎机，入料170μm粉碎后40～45μm物料不外溢，即得大米蛋白成品。实施例3以新鲜的米渣（市售）为原料，本实例制取工艺步骤如下：（1）浸泡：投料1000kg新鲜米渣，经检测，米渣中蛋白为63%、脂肪为9.4%，镉为0.81mg/kg，采用绞龙输送机送至8m³已添加好45℃热水的调浆罐中，调节物料浓度为15～25%，搅拌时间为0.5～1.5小时；（2）研磨：用化工泵将料液输送至湿式磨机进行粉碎，得到为60目的浆液；（3）酸解反应：将研磨后的物料和浓度为10%的食品级磷酸分别通过化工泵和计量泵从原料入口1.5.2和磷酸入口1.5.1输送至酸解混合器1.5为带有搅拌器的的混合罐。维持混合罐中的温度为60～70℃,调节料液的ph为3.5～3.6，再通过进料泵1.6将混合后的料液输送至回转壳中，使得磷酸和物料进行充分的反应。进料泵1.6流量q为12m3/h。最后再将反应后料液输送至缓存罐中，料液降温至50℃；（4）离心分离：用化工泵将加酸反应后料液输送至十二级旋液分离器中，进料流量为20～21m³/h,底物出流量为12～12.5m³/h，保持底流压力为0.8～0.85mpa，收集底流料液至皂化反应罐中；（5）皂化反应：添加浓度为10%食品级氢氧化钠液至ph6.9-7；（6）过滤：将料液泵入板框压滤机，进行固液分离，此过程用70℃热水进行冲洗板框滤饼10min，可将皂化的脂肪、水溶性杂质等排出；（7）干燥：压滤后的滤饼用螺旋输送机送至干燥机进行气流干燥；（8）粉碎：干燥脱水的物料进入粉碎机，入料170μm粉碎后40～45μm物料不外溢，即得大米蛋白成品。上述实施例数据详见参照表1。项目蛋白质含量（%）脂肪（%）灰分（%）镉含量（mg/kg）得率（%）实例一828.53.780.2165实例二80.24.62.170.2067实例三875.881.780.2568表1本发明大米蛋白的分析结果当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本
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的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。当前第1页12