专利名称：一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法及装置，属于玉米深加工技术领域。
背景技术：
玉米纤维皮是玉米生产淀粉过程中的副产物，其产量一般达到玉米总量的12. 5%，其中玉米纤维皮中淀粉的含量达到16 20%，特别是一些技术水平较低的玉米深加工企业生产的玉米纤维皮淀粉含量更高，达到20%以上，大大影响了淀粉的收率，因此，提取玉米纤维皮中的淀粉是淀粉及淀粉糖行业提高效益的ー个重要手段。玉米纤维皮作为玉米淀粉的副产品，价值较低，主要作为饲料原料出售。玉米纤维皮除含有16 20%的淀粉外，还含有丰富的纤维素和半纤维素，酸水解可以得到各种糖类， 包括六碳糖和五碳糖，是生产木糖和阿拉伯糖的原料；同时玉米纤维皮也是生产膳食纤维的好原料。木糖、阿拉伯糖和膳食纤维都是附加值很高的功能性食品配料，也是玉米纤维皮精深加工的主要方向。无论是生产木糖和阿拉伯糖，还是生产膳食纤维，玉米纤维皮中的淀粉及其水解物(葡萄糖)都是ー种杂质，需要在原料或者生产过程中除去。玉米纤维皮中的淀粉分为游离淀粉和联接淀粉，游离淀粉一般在3%左右，联结淀粉在15%左右，并且由于淀粉是不溶性的，因此采用水洗的办法不可行。现有的采用淀粉酶法进行纤维皮中淀粉的提取和回收，是采用间歇提取，再用水洗涤的方法进行，虽然能提取大部分的淀粉，但是耗水量大，收率低，特别是提取液浓度在1%左右，基本没有回收价值，因此这种提取方法没有应用价值。如中国专利文献CN101156691A (申请号200710132095. 2)公开了ー种高活性玉米皮膳食纤维的生产方法及其产品。该专利在制备膳食纤维过程中，先采用酶法去除玉米皮中的淀粉，制备高活性玉米皮膳食纤维，过程为将膨化后的原料粉碎，用高温-α淀粉酶进行酶解，设定ΡΗ6. 0-7. 5，酶解温度90-100°C，酶解时间30-60分钟，加酶量O. 02-0. 5%。该专利虽然淀粉去除较为彻底，但该专利最終是为提取玉米皮中的膳食纤维而设计的，配料中还加入4倍玉米皮量的玉米淀粉。如果单独应用于玉米皮提取淀粉，不仅前期处理能耗高，处理成本太高，并且提取液中由于淀粉糖的浓度太低，仅为1-1. 5wt%，无法エ业化应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法及装置。术语解释DE值又名葡萄糖值，是还原糖(以葡萄糖计)占糖浆干物质的百分比；该数值用于表示淀粉的水解程度或糖化程度。
本发明是采用如下技术方案实现的一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的装置，包括电机、提取筒、螺旋输送杆和储存罐，所述提取筒为ー倾斜的密闭筒体，所述螺旋输送杆设置于提取筒内，螺旋输送杆的一端通过连接杆与设置于提取筒下端外部的电机相连接，螺旋输送杆的长度和螺旋片直径与提取筒的长度和筒体内径相适应；提取筒侧壁下端的上表面设置有进料ロ，提取筒侧壁下端的下表面设置有水解液出ロ，水解液出ロ与储存罐相连通，提取筒侧壁上部的上表面设置有提取液进ロ，提取筒侧壁上端的下表面设置有出料ロ ；所述提取筒与水平面的夹角为30 45度。根据本发明优选的，所述提取筒的筒体包括提取段筒体和挤干段筒体，提取段筒体为圆柱形，挤干段筒体为圆锥台形，挤干段筒体的下ロ与提取段筒体的一端开ロ密闭连接，挤干段筒体的上ロ直径为下ロ直径的3/5 3/4 ;所述提取液进ロ设置于提取段筒体侧 壁上部的上表面。进ー步优选的，上述提取段筒体长度为6米，内径O. 8米；挤干段筒体长度2米，上ロ直径为O. 55米，下ロ直径为O. 8米；螺旋输送杆的长度为8米，螺旋输送杆的螺旋片与提取筒的筒体间距为2mm，相邻螺旋片之间的间距为25cm ;所述螺旋片上设置有孔径为I. 5mm的孔，所述孔的总面积为螺旋片面积的8 12%。所述水解液出口与储存罐之间设置有过滤网；所述电机为变频调速电机。一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法，包括使用本发明上述的装置，步骤如下(I)配制温度为70 90°C、pH为5 7、含有300 900U/L α -淀粉酶的提取液；(2)按照玉米纤维皮(干重)为100 200kg/h的进料速度通过进料ロ向提取筒中加入玉米纤维皮，玉米纤维皮由提取筒的底部向提取筒的顶部方向运动，按照400 1400L/h的加液速度通过提取液进ロ向提取筒中加入步骤(I)制得的提取液，提取液由提取筒的顶部向提取筒的底部方向运动，通过玉米纤维皮与提取液的逆向运动接触进行玉米纤维皮中淀粉的水解，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为2 4h，制得玉米纤维皮渣和水解液； (3)当玉米纤维皮渣中的淀粉含量大于I. 5wt%吋，通过降低玉米纤维皮进料速度、延长水解时间和/或提高水解液加液速度进行调节；当水解液的DE值小于15%时，通过降低玉米纤维皮进料速度、延长水解时间和/或提高提取液的淀粉酶浓度进行调节；当玉米纤维皮渣淀粉含量不大于干基纤维皮的I. 5%，水解液的DE值大于15%吋，回收水解液和玉米纤维皮渣。根据本发明优选的，所述步骤(I)中，α-淀粉酶为中温α-淀粉酶或高温α-淀粉酶，当α-淀粉酶为中温α-淀粉酶时，配制温度为70 75°C，当α-淀粉酶为高温α -淀粉酶时，配制温度为85 90°C。根据本发明优选的，所述步骤(I)中，pH为5. 5 6. 5。该pH范围为淀粉酶的最适pH。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中，玉米纤维皮(干重)的进料速度与提取液的加液速度之比为I :(5 6)，单位为1^/し
根据本发明优选的，所述步骤(2)中，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为2. 5 3h。根据本发明优选的，所述步骤(2)中，玉米纤维皮中淀粉的水解步骤后，还包括挤干步骤。エ艺原理含有淀粉的玉米纤维皮从装置的进料ロ连续进入提取筒，在螺旋输送杆的缓慢转动下将玉米纤维皮向上推进，同时提取液从提取液进ロ进入提取筒，在重力的作用向提取筒下方流动，遇到向上推进的玉米纤维皮，在透过玉米纤维皮的同时，提取液中的α -淀粉酶将不溶于水的淀粉水解为溶于水的淀粉糖，井随水解液通过螺旋片上的小孔和螺旋片与提取筒筒体之间的缝隙稳定的流向提取筒下端，由水解液出ロ流出。在提取液和玉米纤维皮的水解提取过程中，提取液中的提取物浓度自上而下逐渐提高，玉米纤维皮在上行过程中，淀粉被逐渐水解提取，纤维皮最終经挤干排出。在运行过程中，刚进入提取筒筒体的提取液始終和提取完全的物料接触，即将排出的水解液和刚进入提取筒筒体的玉米纤维皮接触，水解反应彻底，有效物收集完全，提取筒通过设置挤干段筒体对玉米纤维皮渣进行挤干，同时回收提取液。有益效果I、本发明所述方法实现了玉米纤维皮淀粉的稳定、连续提取，提取效率高，收率高，特别是提取的水解液浓度高，为间歇提取浓度的3 5倍，并且酶耗和水耗大幅度降低；2、本发明可以通过调节进料速度、水解时间和加液速度实现对水解液和玉米纤维皮渣中淀粉含量的控制，使得玉米纤维皮中的淀粉回收具有了现实意义，并为玉米纤维皮的进ー步精深加工提供了便利，具有很好的应用推广前景。
图I是本发明所述装置的结构示意图；其中1、电机，2、进料ロ，3、水解液出口，4、储存罐；5、螺旋输送杆，6、提取液进ロ，7、提取筒，8、出料ロ，11、提取段筒体，12、挤干段筒体；图2是本发明所述螺旋片的结构示意图；其中9、孔，10、螺旋片。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进ー步说明，但本发明所保护范围不限与此。
实施例中的玉米纤维皮来自鲁洲生物科技(山东)有限公司玉米淀粉生产后的副产品，经检测，实施例I和实施例2中的玉米纤维皮中的淀粉含量为18. lwt%，含水率12wt% ;实施例3中的玉米纤维皮中的淀粉含量为18. 4wt%，含水率50wt%。中温α -淀粉酶和高温α -淀粉酶均购自山东隆大生物工程有限公司；电机为购自南京申马电机有限责任公司功率为7. 5kw的变频调速电机。实施例I一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的装置，包括变频调速电机I、提取筒7、螺旋输送杆5和储存罐4，所述提取筒7为ー倾斜的密闭筒体，所述螺旋输送杆5设置于提取筒7内，螺旋输送杆5的一端通过连接杆与设置于提取筒下端外部的变频调速电机I相连接，螺旋输送杆5的长度和螺旋片10直径与提取筒7的长度和筒体内径相适应；提取筒7侧壁下端的上表面设置有进料ロ 2，提取筒7侧壁下端的下表面设置有水解液出ロ 3，水解液出ロ 3与储存罐4相连通，水解液出ロ 3与储存罐4之间设置有过滤网；提取筒7侧壁上部的上表面设置有提取液进ロ 6，提取筒7侧壁上端的下表面设置有出料ロ 8 ;所述提取筒7与水平面的夹角为45度；所述提取筒7的筒体包括提取段筒体11和挤干段筒体12，提取段筒体11为圆柱形，提取段筒体11长度为6米，内径O. 8米；挤干段筒体12为圆锥台形，挤干段筒体12的下ロ与提取段筒体11的一端开ロ密闭连接，挤干段筒体12长度2米，挤干段筒体12的上ロ直径为O. 55米，下ロ直径为O. 8米；所述提取液进ロ 6设置于提取段筒体11侧壁上部的上表面；上述螺旋输送杆5的长度为8米，螺旋输送杆5的螺旋片10与提取筒7的筒体间距为2mm，相邻螺旋片10之间的间距为25cm ;所述螺旋片10上设置有孔径为I. 5mm的孔9，所述孔的总面积为螺旋片面积的10%。 实施例2利用实施例I所述装置进行酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法，步骤如下(I)配制温度为70 72°C、pH为6、含有300U/L中温α -淀粉酶的提取液；(2)按照玉米纤维皮为113. 6kg/h (干重为100kg/h)的进料速度通过进料ロ向提取筒加入玉米纤维皮，玉米纤维皮由提取筒的底部向提取筒的顶部方向运动，按照400L/h的加液速度通过提取液进ロ向提取筒加入步骤(I)制得的提取液，提取液由提取筒的顶部向提取筒的底部方向运动，通过玉米纤维皮与提取液的逆向运动接触进行玉米纤维皮中淀粉的水解，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为4h，经挤干后，制得玉米纤维皮渣和水解液；(3)经检测，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. 4wt%，水解液中淀粉糖的浓度为4. 7wt%, DE值为15. 8%，回收水解液和玉米纤维皮渣。经连续回收水解液和玉米纤维皮渣5小时后，经检測，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. 2wt%，水解液中淀粉糖的浓度5. lwt%，提取液DE值16. 5% ；经连续回收水解液和玉米纤维皮渣6小时后，经检測，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. 2wt%，水解液中淀粉糖的浓度5. 0wt%，提取液DE值16. 8% ；经连续回收水解液和玉米纤维皮渣8小时后，共投料908. 8kg，得到水解液2687kg，水解液中淀粉糖的平均浓度5. 0wt%, DE值16. 7%，淀粉的提取收率为92. 8%。上述水解液可直接用于淀粉糖生产中的淀粉乳调浆。实施例3利用实施例I所述装置进行酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法，步骤如下(I)配制温度为88 90°C、pH为6、含有900U/ml高温α -淀粉酶的提取液；(2)按照玉米纤维皮为227. 3kg/h (干重为200kg/h)的进料速度通过进料ロ向提取筒加入玉米纤维皮，玉米纤维皮由提取筒的底部向提取筒的顶部方向运动，按照1200L/h的加液速度通过提取液进ロ向提取筒加入步骤(I)制得的提取液，提取液由提取筒的顶部向提取筒的底部方向运动，通过玉米纤维皮与提取液的逆向运动接触进行玉米纤维皮中淀粉的水解，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为2h，经挤干后，制得玉米纤维皮渣和水解液；
(3)经检测，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. 3wt%，水解液中淀粉糖的浓度为3. 3wt%, DE值为16. 2%，回收水解液和玉米纤维皮渣。经连续回收水解液和玉米纤维皮渣7小时后，经检測，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. 0wt%，水解液中淀粉糖的浓度3. 4wt%，提取液DE值15. 7% ；经连续回收水解液和玉米纤维皮渣9小时后，共投料2045. 7kg，得到水解液8900kg，水解液中淀粉糖的平均浓度3. 4wt%, DE值16. 7%，淀粉的提取收率为92. 9%。上述水解液可加入喷射液化后的液化液中。实施例4利用实施例I所述装置进行酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法，步骤如下
(I)配制温度为88 90°C、pH为5. 8、含有700U/ml高温α -淀粉酶的提取液；(2)按照玉米纤维皮为200kg/h (干重为100kg/h)的进料速度通过进料ロ向提取筒加入玉米纤维皮，玉米纤维皮由提取筒的底部向提取筒的顶部方向运动，按照400L/h的加液速度通过提取液进ロ向提取筒加入步骤(I)制得的提取液，提取液由提取筒的顶部向提取筒的底部方向运动，通过玉米纤维皮与提取液的逆向运动接触进行玉米纤维皮中淀粉的水解，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为3h，经挤干后，制得玉米纤维皮渣和水解液；(3)经检测，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. lwt%，水解液中淀粉糖的浓度为3. 8wt%, DE值为15. 3%，回收水解液和玉米纤维皮渣。经连续回收水解液和玉米纤维皮渣7小时后，经检測，玉米纤维皮渣中的淀粉含量为I. lwt%，水解液中淀粉糖的浓度4. 2wt%，提取液DE值15. 5% ；经连续回收水解液和玉米纤维皮渣9小时，共投料1800kg，得到水解液3710kg，水解液中淀粉糖的平均浓度4. lwt%, DE值15. 6%，淀粉的提取收率为91. 8%。上述水解液可加入喷射液化后的液化液中。
权利要求
1.一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的装置，其特征在于，包括电机、提取筒、螺旋输送杆和储存罐，所述提取筒为一倾斜的密闭筒体，所述螺旋输送杆设置于提取筒内，螺旋输送杆的一端通过连接杆与设置于提取筒下端外部的电机相连接，螺旋输送杆的长度和螺旋片直径与提取筒的长度和筒体内径相适应；提取筒侧壁下端的上表面设置有进料口，提取筒侧壁下端的下表面设置有水解液出口，水解液出口与储存罐相连通，提取筒侧壁上部的上表面设置有提取液进口，提取筒侧壁上端的下表面设置有出料口 ；所述提取筒与水平面的夹角为30 45度。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述提取筒的筒体包括提取段筒体和挤干段筒体，提取段筒体为圆柱形，挤干段筒体为圆锥台形，挤干段筒体的下口与提取段筒体的一端开口密闭连接，挤干段筒体的上口直径为下口直径的3/5 3/4;所述提取液进口设置于提取段筒体侧壁上部的上表面。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述提取段筒体长度为6米，内径0.8米；挤干段筒体长度2米，上口直径为0. 55米，下口直径为0. 8米；螺旋输送杆的长度为8米，螺旋输送杆的螺旋片与提取筒的筒体间距为2mm，相邻螺旋片之间的间距为25cm ;所述螺旋片上设置有孔径为I. 5mm的孔，所述孔的总面积为螺旋片面积的8 12%。
4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述水解液出口与储存罐之间设置有过滤网；所述电机为变频调速电机。
5.一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法，包括使用权利要求I所述装置，步骤如下 (1)配制温度为70 90°C、pH为5 7、含有300 900U/La -淀粉酶的提取液； (2)按照玉米纤维皮干重为100 200kg/h的进料速度通过进料口向提取筒中加入玉米纤维皮，玉米纤维皮由提取筒的底部向提取筒的顶部方向运动，按照400 1400L/h的加液速度通过提取液进口向提取筒中加入步骤(I)制得的提取液，提取液由提取筒的顶部向提取筒的底部方向运动，通过玉米纤维皮与提取液的逆向运动接触进行玉米纤维皮中淀粉的水解，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为2 4h，制得玉米纤维皮渣和水解液； (3)当玉米纤维皮洛中的淀粉含量大于I.5wt%时,通过降低玉米纤维皮进料速度、延长水解时间和/或提高水解液加液速度进行调节；当水解液的DE值小于15%时，通过降低玉米纤维皮进料速度、延长水解时间和/或提高提取液的淀粉酶浓度进行调节；当玉米纤维皮渣淀粉含量不大于干基纤维皮的I. 5%，水解液的DE值大于15%时，回收水解液和玉米纤维皮渣。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(I冲，a-淀粉酶为中温a-淀粉酶或高温a-淀粉酶，当a-淀粉酶为中温a-淀粉酶时，配制温度为70 75°C，当a-淀粉酶为高温a -淀粉酶时，配制温度为85 90°C。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(I)中，pH为5.5 6. 5。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，玉米纤维皮的进料速度与提取液的加液速度之比为I :(5 6)，单位为kg/L。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，玉米纤维皮中淀粉的水解时间为2. 5 3h。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，玉米纤维皮中淀粉的水解步骤后，还包括挤干步骤。
全文摘要
本发明涉及一种酶法连续提取玉米纤维皮中淀粉的方法及装置，装置包括电机、提取筒、螺旋输送杆和储存罐，所述螺旋输送杆设置于提取筒内，水解液出口与储存罐相连通；方法步骤如下(1)配制提取液；(2)玉米纤维皮与提取液逆向运动接触进行玉米纤维皮中淀粉的水解；(3)当玉米纤维皮渣中的淀粉含量大于1.5wt%时，通过降低玉米纤维皮进料速度、延长水解时间和/或提高水解液加液速度进行调节；当水解液的DE值小于15%时，通过降低玉米纤维皮进料速度、延长水解时间和/或提高提取液的淀粉酶浓度进行调节。本发明实现了玉米纤维皮淀粉的稳定、连续提取，提取效率高，收率高，水解液浓度高，为间歇提取浓度的3～5倍。
文档编号C12M1/40GK102703315SQ20121016233
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者牛纪超, 王德友, 王新增, 赵玉斌 申请人:山东省鲁洲食品集团有限公司