专利名称：一种魔芋综合利用的方法
一种魔芋综合利用的方法
技术领域：
本发明属于食品原料加工领域，特别涉及一种魔芋全生物量综合利用方法。背景技术：
魔芋是迄今地球上发现的唯一大量含有葡甘聚糖的植物。中国拥有丰富而优质的魔芋资源，早在1700余年前即有栽培魔芋的记载，但直到20世纪80年代初期，其研究利用几乎为空白。但随后的20多年，我国的魔芋产业发生了翻天覆地的变化。如今我国魔芋已由一个自生自灭的小蔬菜作物，发展成为目前南方山区农民致富的拳头经济作物之一，产品也由当初的单一黑魔芋豆腐到目前的百余种食品，还广泛应用于医药、化工、石油、纺织等行业中，目前魔芋已形成一个新兴的朝阳产业。魔芋是我国的特产资源，我国约有20多个品种，其主要分布在长江流域以南的湖北、湖南、四川、云南、贵州、江西、安徽、广西和台湾等地。魔芋是重要的经济作物，原料生产具有产量高，效益明显的特点。我国魔芋的种植面积约43万亩，鲜芋年产量约20万吨。据分析，魔芋块茎含淀粉1. 46%、蛋白质2. 56%、脂肪0. 13%、葡甘露聚糖64. 78%、还原糖 11. 61%、纤维素11. 43%、灰分3. 76%、水分17. 76 %，还含有多种维生素和生物碱1 %
2 % ο目前我国只重视魔芋精粉出口带来的效益，而在魔芋产品的深度开发上尚十分欠缺。其实在魔芋加工成精粉的同时，还会产生魔芋飞粉等副产物。就国内普遍采用的魔芋精粉干法而言，加工会产生10% 20%的皮、废渣等下脚料，其中魔芋皮占主要部分，由于这些下脚料具有刺鼻的辛辣味，对植物的生长、发育具有较强的抑制和伤害作用，因此，目前均将其作为垃圾处理。在魔芋精粉加工过程中还会产生重量轻、颗粒小的粉末，称为魔芋飞粉，占精粉的30% 40%，按照我国精粉年产量达5000t左右计算，全国年产飞粉1500 2000t。而魔芋飞粉含蛋白质20%左右，淀粉40%左右，还含有生物碱、黄酮类物质、多肽、 神经酰胺等活性物质。其中生物碱对许多害虫和菌类具有明显的抑制、忌避和毒杀作用， 因而可作生产无公害地膜和农药的乳化剂和增效剂；另外，魔芋经加工可分理出桦木酸、 β-谷留醇、蜂花烷、木糖以及胡萝卜素、抗坏血酸等多种物质。但是，目前魔芋飞粉大多以低价饲料或作为干燥剂出售，利用价值极低。因此，要提高魔芋的附加值必须探索新的资源利用途径。
发明内容发明目的针对目前魔芋资源化利用程度低，缺少清洁高效全生物量利用的有效方式的问题，本发明提供一种魔芋综合利用的方法，实现魔芋皮提取生物碱、魔芋块茎湿法研磨制粉、魔芋飞粉提取神经酰胺、研磨废液发酵沼气和乙醇的多联产生态产业开发，既可以提高魔芋资源利用率，降低环境污染，并实现了魔芋全生物量利用。发明构思
魔芋皮中基本上不含葡甘露聚糖，而生物碱含量较高，通常是当作垃圾丢弃，对土壤产生不良影响；魔芋块茎中葡甘露聚糖含量大于60%，其次纤维素、还原糖、蛋白质、 淀粉、脂肪等，制粉产生的副产物主要是湿法研磨废液、魔芋飞粉等，其中湿法研磨废液中主要是未提取的葡甘露聚糖、乙醇、淀粉、纤维素和还原糖等，回收乙醇后剩余的液体是发酵沼气的良好原料；魔芋飞粉资源量大，能占精粉的30% 40%，而魔芋中神经酰胺的含量高达0. 15% 0. 2 %，是神经酰胺常用原料的10倍(如米糠、米胚芽和麸皮等，仅含 0. 01% 0. 02%的神经酰胺)，用来提取神经酰胺不仅可以降低神经酰胺的成本，而且实现魔芋飞粉的高附加值利用，提取神经酰胺后的废液同样可以回收乙醇，回收乙醇后的废液也可以用于发酵沼气。通过上述途径便可以实现魔芋原料的全生物量清洁高效转化。本发明的技术方案本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于包括以下步骤1)原料前处理将鲜魔芋洗净晾干表面水分，除去表皮虫疤及顶芽等杂质，去皮， 并切块；2)魔芋皮生物碱提取采用乙醇法提取魔芋皮中的生物碱，提取后废液回收乙醇，废渣与回收乙醇后的湿法研磨废液混合，用于沼气发酵；3)魔芋块护色按照与魔芋原料1 0.5 1 2重量比加入护色水溶液进行预浸:3s ；4)魔芋汽爆将预浸处理后的魔芋原料置于汽爆罐中，设定汽爆压力为0.5 2. OMPa，维压时间为IOs 5min ；然后瞬间释放压力，即得到汽爆魔芋原料；5)汽爆魔芋湿法研磨制备魔芋粉汽爆魔芋调节水分后，直接加入保护剂进行湿法研磨、将粉碎后的汽爆魔芋粗粉过100目筛网，除去水、淀粉和杂质后，干燥制备魔芋粗粉；6)湿法研磨废液综合利用湿法研磨废液中主要是乙醇、淀粉、糖和纤维素，回收研磨液中的乙醇，剩下的研磨液中主要是淀粉、糖和纤维素，和步骤幻中回收乙醇后的魔芋皮废渣合并，用于沼气发酵；7)魔芋飞粉综合利用乙醇提取魔芋飞粉高附加值产品神经酰胺，飞粉提取神经酰胺后的提取液回收乙醇，剩余提取液中富含淀粉、蛋白质和多糖用于沼气发酵；8)乙醇回用步骤2)、6)和7)中回收的乙醇可用做魔芋精粉研磨保护剂。本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋皮中生物碱提取工艺条件为乙醇浓度75%，魔芋皮与乙醇的料液重量体积比为1 15，提取温度45°C，提取时间1. 5h。本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋飞粉中神经酰胺提取工艺条件为提取温度60°C、提取时间为35min、魔芋飞粉与乙醇的料液重量体积比为 1 4、提取溶剂为95%乙醇。本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的沼气发酵工艺参数为100ml魔芋废渣中加入25ml活性污泥，0. Ig牛肉膏，调节pH至6. 5，于50°C下发酵，收集气体；本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋护色液为100 200ppm的亚硫酸钠溶液。
本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋湿法研磨保护剂为50-70%乙醇。本发明所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的乙醇回收是在60°C下进行旋转蒸发浓缩。本发明的优点本发明具有如下优点1)能耗低、效率高、精粉纯度高。蒸汽爆破是先使用高温蒸汽处理物料，然后快速泄压，使物料结构破坏。汽爆处理既适用于干魔芋又适用于鲜魔芋。汽爆过程中魔芋主要收到两种作用，一个是机械的撕裂作用，破坏魔芋粉粒细胞壁，使得得到的葡甘聚糖粒子细胞壁发生破裂，有助于粒子内部的杂质的去除，从而减少魔芋粉的腥臭味。并且汽爆法具有效率高、时间短、能耗低等优势。2)实现了魔芋全生物量清洁高值利用。魔芋除了含有大量的葡甘露聚糖外，本身也富含大量的其他多糖、粗纤维及黄酮类物质、多肽类物质、蛋白质等活性成分。本发明根据各个组分的物理化学性质特点在汽爆分级基础上，结合葡甘露聚糖湿法制备技术，得到了魔芋精粉、神经酰胺、生物碱等高附加值产品，同时也通过生态综合利用使加工废弃物及废液都得到了清洁高效转化。从而实现了各组分的分级综合利用。
图1是本发明的技术方案流程图。
具体实施方式实施例1①魔芋前处理及魔芋皮生物碱提取400g鲜魔芋洗净晾干表面水分，除去表皮虫疤及顶芽等杂质，去皮，得到皮66g。去皮后的鲜魔芋切块备用。魔芋皮加入75%乙醇，添加量为料液比1 15，提取温度45°C，提取时间1. 后，离心分离提取液和提取渣。提取液分离提纯生物碱，得到0. 168g生物碱；提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，提取渣备用。②汽爆魔芋湿法研磨制备魔芋粉切块的鲜魔芋按照与魔芋原料1 0.5重量比加入IOOppm亚硫酸盐水溶液进行预浸3s，将预浸处理后的魔芋原料置于汽爆罐中，设定汽爆压力为0. 5MPa，维压时间为60s ；然后瞬间释放压力，即得到汽爆魔芋原料；汽爆魔芋调节水分后，直接加入60%乙醇进行湿法研磨、干燥制备魔芋粗粉33. 5g，葡甘聚糖含量 77.4% ；湿法研磨废液提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，剩余的固形物用于沼气发酵；③神经酰胺提取魔芋粉加工中产生的魔芋飞粉，按照料液比1 4加入95%乙醇，在60°C提取30min，提取液用于神经酰胺的分离纯化；得到神经酰胺0. 65g ；提取液在 60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇；④沼气发酵步骤③提取渣与步骤①提取生物碱后的魔芋皮渣和步骤②湿法研磨废液回收乙醇后的固形物混合，用于沼气发酵；IOOml魔芋废渣中加入25ml活性污泥，0. Ig 牛肉膏，调节PH至6. 5，于50°C下发酵，收集气体。
⑤乙醇回用步骤①、②、③中回收的乙醇可用做魔芋精粉研磨保护剂。实施例2①魔芋前处理及魔芋皮生物碱提取400g鲜魔芋洗净晾干表面水分，除去表皮虫疤及顶芽等杂质，去皮，得到皮66g。去皮后的鲜魔芋切块备用。魔芋皮加入75%乙醇，添加量为料液比1 15，提取温度45°C，提取时间1. 后，离心分离提取液和提取渣。提取液分离提纯生物碱，得到0. 168g生物碱；提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，提取渣备用。②汽爆魔芋湿法研磨制备魔芋粉切块的鲜魔芋按照与魔芋原料1 1重量比加入200ppm亚硫酸盐水溶液进行预浸3s，将预浸处理后的魔芋原料置于汽爆罐中，设定汽爆压力为0. 8MPa，维压时间为aiiin ；然后瞬间释放压力，即得到汽爆魔芋原料；汽爆魔芋调节水分后，直接加入70 %乙醇进行湿法研磨、干燥制备魔芋粗粉36. Sg,葡甘聚糖含量84. 6 % ； 湿法研磨废液提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，剩余的固形物用于沼气发酵；③神经酰胺提取魔芋粉加工中产生的魔芋飞粉，按照料液比1 4加入95%乙醇，在60°C提取30min，提取液用于神经酰胺的分离纯化；得到神经酰胺0. 72g ；提取液在 60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇；④沼气发酵步骤③提取渣与步骤①提取生物碱后的魔芋皮渣和步骤②湿法研磨废液回收乙醇后的固形物混合，用于沼气发酵；IOOml魔芋废渣中加入25ml活性污泥，0. Ig 牛肉膏，调节PH至6. 5，于50°C下发酵，收集气体。⑤乙醇回用步骤①、②、③中回收的乙醇可用做魔芋精粉研磨保护剂。实施例3①魔芋前处理及魔芋皮生物碱提取400g鲜魔芋洗净晾干表面水分，除去表皮虫疤及顶芽等杂质，去皮，得到皮66g。去皮后的鲜魔芋切块备用。魔芋皮加入75%乙醇，添加量为料液比1 15，提取温度45°C，提取时间1. 后，离心分离提取液和提取渣。提取液分离提纯生物碱，得到0. 168g生物碱；提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，提取渣备用。②汽爆魔芋湿法研磨制备魔芋粉切块的鲜魔芋按照与魔芋原料1 2重量比加入IOOppm亚硫酸盐水溶液进行预浸3s，将预浸处理后的魔芋原料置于汽爆罐中，设定汽爆压力为2. OMPa，维压时间为5min ；然后瞬间释放压力，即得到汽爆魔芋原料；汽爆魔芋调节水分后，直接加入70 %乙醇进行湿法研磨、干燥制备魔芋粗粉34. 6g，葡甘聚糖含量72.1%; 湿法研磨废液提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，剩余的固形物用于沼气发酵；③神经酰胺提取魔芋粉加工中产生的魔芋飞粉，按照料液比1 4加入95%乙醇，在60°C提取30min，提取液用于神经酰胺的分离纯化；得到神经酰胺0. 58g ；提取液在 60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇；④沼气发酵步骤③提取渣与步骤①提取生物碱后的魔芋皮渣和步骤②湿法研磨废液回收乙醇后的固形物混合，用于沼气发酵；IOOml魔芋废渣中加入25ml活性污泥，0. Ig 牛肉膏，调节PH至6. 5，于50°C下发酵，收集气体。⑤乙醇回用步骤①、②、③中回收的乙醇可用做魔芋精粉研磨保护剂。实施例4①魔芋前处理及魔芋皮生物碱提取400g鲜魔芋洗净晾干表面水分，除去表皮虫
6疤及顶芽等杂质，去皮，得到皮66g。去皮后的鲜魔芋切块备用。魔芋皮加入75%乙醇，添加量为料液比1 15，提取温度45°C，提取时间1. 后，离心分离提取液和提取渣。提取液分离提纯生物碱，得到0. 168g生物碱；提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，提取渣备用。②汽爆魔芋湿法研磨制备魔芋粉切块的鲜魔芋按照与魔芋原料1 1重量比加入200ppm亚硫酸盐水溶液进行预浸3s，将预浸处理后的魔芋原料置于汽爆罐中，设定汽爆压力为1. 5MPa，维压时间为aiiin ；然后瞬间释放压力，即得到汽爆魔芋原料；汽爆魔芋调节水分后，直接加入70 %乙醇进行湿法研磨、干燥制备魔芋粗粉37. 4g，葡甘聚糖含量82.1%; 湿法研磨废液提取液60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇，剩余的固形物用于沼气发酵；③神经酰胺提取魔芋粉加工中产生的魔芋飞粉，按照料液比1 4加入95%乙醇，在60°C提取30min，提取液用于神经酰胺的分离纯化；得到神经酰胺0. 62g ；提取液在 60°C旋转蒸发真空浓缩回收乙醇；④沼气发酵步骤③提取渣与步骤①提取生物碱后的魔芋皮渣和步骤②湿法研磨废液回收乙醇后的固形物混合，用于沼气发酵；IOOml魔芋废渣中加入25ml活性污泥，0. Ig 牛肉膏，调节PH至6. 5，于50°C下发酵，收集气体。⑤乙醇回用步骤①、②、③中回收的乙醇可用做魔芋精粉研磨保护剂。
权利要求
1.一种魔芋综合利用的方法，其特征在于包括以下步骤1)原料前处理将鲜魔芋洗净晾干表面水分，除去表皮虫疤及顶芽等杂质，去皮，并切块；2)魔芋皮生物碱提取以乙醇为溶剂提取魔芋皮中的生物碱，提取后废液回收乙醇， 废渣备用于沼气发酵；3)魔芋块汽爆按照与魔芋原料1 0.5 1 2重量比加入护色水溶液进行预浸3s; 将预浸处理后的魔芋原料置于汽爆罐中，设定汽爆压力为0. 5 2. OMPa，维压时间为IOs 5min ；然后瞬间释放压力，即得到汽爆魔芋原料；4)汽爆魔芋湿法研磨制备魔芋粉汽爆魔芋调节水分后，直接加入乙醇为保护剂进行湿法研磨，将粉碎后的汽爆魔芋粗粉过100目筛网，除去水、淀粉和杂质后，干燥制备魔芋粗粉；5)湿法研磨废液综合利用湿法研磨废液中主要是乙醇、淀粉、糖和纤维素，回收研磨液中的乙醇，剩下的研磨液中主要是淀粉、糖和纤维素，和步骤幻中回收乙醇后的魔芋皮废渣合并，用于沼气发酵；6)魔芋飞粉综合利用乙醇超声提取魔芋飞粉高附加值产品神经酰胺，飞粉提取神经酰胺后的提取液回收乙醇，剩余提取液中富含淀粉、蛋白质和多糖用于沼气发酵；7)乙醇回用步骤2)、5)和6)中回收的乙醇可用做魔芋精粉研磨保护剂。
2.如权利要求1所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋皮中生物碱提取工艺条件为乙醇浓度75%，料液比1 15，提取温度45°C，提取时间1.证。
3.如权利要求1所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋飞粉中神经酰胺提取工艺条件为提取温度60°C、提取时间为35min、料液比为1 4、提取溶剂为95% 乙醇。
4.如权利要求1所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的沼气发酵工艺参数为100ml魔芋废渣中加入25ml活性污泥，0. Ig牛肉膏，调节pH至6. 5，于50°C下发酵， 收集气体。
5.如权利要求1所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋护色液为 100 200ppm的亚硫酸钠溶液。
6.如权利要求1所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的魔芋湿法研磨保护剂为60-70%的乙醇溶液。
7.如权利要求1所述的一种魔芋综合利用的方法，其特征在于所述的乙醇回收是在 60°C下进行旋转蒸发浓缩。
全文摘要
针对目前魔芋资源化利用程度低，缺少清洁高效全生物量利用的有效方式的问题，本发明提供一种魔芋综合利用的方法，根据各个组分的物理化学性质特点在汽爆分级基础上，结合葡甘露聚糖湿法制备技术，实现魔芋皮提取生物碱、魔芋块茎湿法研磨制粉、魔芋飞粉提取神经酰胺、研磨废液发酵沼气和乙醇的多联产生态产业开发，既可以提高魔芋资源利用率，降低环境污染，并实现了魔芋全生物量利用。本发明具有能耗低、效率高、精粉纯度高、且实现了魔芋全生物量清洁高值利用等优点。
文档编号C12P5/02GK102524714SQ201210002239
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者邱卫华, 陈洪章 申请人:中国科学院过程工程研究所