玉米淀粉加工艺

玉米淀粉的生产工艺主讲：余世锋博士玉米概述•玉米起源于南美洲,然后由欧洲、非洲传入亚洲，玉米在我国经有470多年栽培历史。玉米又称蜀黍,它是世界三大粮食作物之一，又是重要的饲料原料，由于其为干地作物，单产高、增产潜力大，因此在农业生产中占重要的地位。作为工业原料，玉米比甘薯含有较高的脂肪和蛋白质，因而自20世纪50年代以来，世界上淀粉、淀粉糖、酒精工业，越来越多地用玉米代替甘薯作原料，这也大大促进了玉米生产的发展。•我国玉米分布趋于很广，南到海南诸岛，北至黑龙江省，东至我国台湾地区，西至新疆，均有玉米的种植，但主要集中在东北、华北及西南地区。全国30多个省（市、自治区）都有玉米栽培，集中分布在从东北向西南的一条斜长形地带上。我国整个玉米的生产地区可以分成三个大区：•a.北方春玉米区，包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、宁夏及河北、陕西和山西大部分地区，播种面积约占全国的27%。•b.黄淮平原春、夏玉米区，包括山东省、河南省、河北省、山西省、江苏及安徽等地，播种面积约占全国的40%。•c.西南丘陵玉米区，包括四川、贵州、云南和广西等地，播种面积约占25%。•目前，我国是世界十大玉米产区之一，2010年预计总产量约1.68亿吨以上，占第二位。第一节玉米的结构及其化学组成1.玉米籽粒的结构和分类玉米籽粒是由皮层、糊粉层、胚乳和胚等几部分构成。其中，皮层和糊粉层占籽粒质量的5.24%~6.37%，胚芽占1.26%~13.55%，胚乳占81.9%~83.5%。皮层由果皮和种皮组成。果皮是指籽粒外面的一层具有厚壁和微孔的长椭圆形的细胞，坚硬而且紧密。种皮由一层很薄的不具备细胞构造的半透明膜组成，含有色素，可保护玉米籽粒免受寄生霉菌的侵蚀。糊粉层占整粒重，由透明的大细胞组成。胚乳分为角质和粉质两类，角质胚乳结构紧密，硬度大，透明而有光泽；粉质胚乳结构相对较疏松，细胞较大。淀粉主要含在胚乳的细胞中。胚芽位于玉米基部，富有柔韧和弹性，不易破碎，加工时可完整的分离出来，脂肪含量很高。在玉米淀粉湿磨法加工中，果皮、根冠、糊粉层均属于纤维部分。2.玉米的工艺品质玉米淀粉生产加工中，要求玉米原料应具有优良的工艺品质表现在以下几个方面：(1)粒度。玉米籽粒的大小差别较大，一般长度为7~16mm,宽度5~12mm，厚度3~7mm，玉米粒度差别越大，玉米清理和破碎难度也越大。(2)密度、容重、千粒重。（3）破碎难易。玉米加工过程中，胚乳易碎，胚不易碎，皮层更不易破碎。角质玉米籽粒较坚实，强度大，不易被破碎，磨碎后细渣较多，渣的流动性较好。粉质玉米籽粒较松散，强度小，易于破碎，磨碎后细渣含量较少。玉米类型按粒形、硬度及用途分类根据玉米的粒形、硬度及用途的不同，将玉米分为普通玉和特种玉米两类：a.普通玉米可以分为以下几类：马齿型：籽粒呈马齿形，胚乳的两侧为角质，中央和顶端为粉质。硬粒型：籽粒呈圆形或短方形，胚乳周围全是角质。中间型：马齿型和硬粒型各占一半硬偏马型：硬粒型占75%左右。马偏硬型：马齿型占75%b.特种玉米特种玉米是指具有特殊用途的各种玉米的总称。特种玉米a.高赖氨酸玉米：所谓高赖氨酸玉米就是籽粒中赖氨酸含量较普通玉米有较大提高的一种玉米类型。高赖氨酸玉米的特点是籽粒蛋白质中玉米醇溶蛋白比例下降，优质的玉米谷蛋白比例相应提高，其结果使籽粒赖氨酸含量提高。目前大田栽培的高赖氨酸玉米的籽粒赖氨酸含量已达0.35%，色氨酸达0.20%,高出普通玉米1~2倍。由于玉米籽粒醇溶蛋白含量的减少，高赖氨酸玉米籽粒多为不透明的粉质胚乳，色泽灰暗，充实度较差，其加工品质较低。目前已有半硬粒型的高赖氨酸玉米杂交种，上述不良性状有所改善。b.高直链玉米：这种玉米的特点是淀粉中的直链淀粉含量特别高，普通玉米中的直链淀粉含量为25%左右，而高直链玉米淀粉的直链淀粉含量达到80%。与普通玉米相比，高直链玉米的蛋白质和脂肪含量比较高，但淀粉的含量较低，为58%~66%淀粉的颗粒较小并且形状不规则，湿法加工淀粉出率较低。高直链玉米淀粉需进行加压糊化，其淀粉膜特性很好。c.高油玉米：高油玉米是籽粒具有较高脂肪含量的类玉米,高油玉米籽粒油分高达8~15%甚至更高。高油玉米的油，85%集中在籽粒胚中，因此高油玉米都具有大胚特性。d.甜玉米：甜玉米是指在乳熟期或蜡熟期，籽粒中含有较多可溶性糖的一类玉米。这类玉米在乳熟期采收，较普通玉米含有较更多的低聚糖和水溶性多糖，因而食之较甜，构成了甜玉米的特有风味。乳熟期的甜玉米可以用来鲜食或加工成罐头，因此又称之为果蔬玉米。e.爆裂玉米：爆裂玉米是指那些籽粒在常压条件下容易被膨爆成玉米花的玉米类型。爆裂玉米属硬粒型，籽粒较小，产量较低，角质胚乳比例很高，能够在常压下加温膨胀形成玉米花，且其膨胀倍数远远大于普通玉米。f.糯玉米：糯玉米又称蜡质玉米，起源于我国，是普通玉米的突变类型，其特点是籽粒淀粉构成中几乎100%是支链淀粉。糯玉米的食用品质和糯米相当，能够代替糯米制成多种食品。3.玉米的化学成分•玉米淀粉的化学组分中，淀粉70~72%，蛋白质8%~11%，脂肪4%~6%，灰分1.2%~1.6%，纤维5~7%，可溶糖4.5%，含水量一般为12~16%。玉米籽粒的化学组成随玉米品种的不同而变化，粉质玉米富含淀粉和脂肪，硬质玉米富含蛋白质。玉米籽粒中所含的各种化学物质在籽粒的各个部位的分布是不均匀的。淀粉主要集中在胚乳中，淀粉制取过程中需要把籽粒的各种化学成分进行充分地分解，从而获得尽可能纯净的淀粉，并有效地制取和利用其他成分。玉米与其他粮食类淀粉质原料相比，最大特点是含有丰富的脂质，这些脂肪主要集中于胚芽中，玉米油是一种附加价值很高的副产品，胚芽干物质中含脂肪约30~40%，但玉米淀粉生产中的最关键问题也是如何去除脂肪。玉米中含有的蛋白质，主要是醇溶蛋白、白蛋白、球蛋白和谷蛋白。球蛋白的70%集中于胚芽，籽粒的其他部位主要是醇溶蛋白。（2）玉米粒的蛋白质玉米含有约8%~14%的蛋白质,这些蛋白质9.4%在胚乳中，18.8%在胚芽中。玉米粒中的蛋白质主要是醇溶蛋白和谷蛋白，分别占40%左右。而白蛋白、球蛋白只有8%~9%。因此，从营养角度考虑，玉米蛋白不是人类理想的蛋白质资源。唯独玉米的胚芽部分，其蛋白质中白蛋白和球蛋白分别含有30%，应该是一种生物学价值较高的蛋白质。（3）玉米的脂肪玉米中含有干物质4.6%左右的脂肪，近代研究培育的新品种，其脂肪含量可达7%。玉米子粒的脂肪主要含在胚芽中，一般胚芽含油达35~40%。玉米的脂肪约有72%液态脂肪酸和28%固体脂肪酸，其中有软脂酸、硬脂酸、花生酸、油酸、亚麻二烯酸等。玉米脂肪的皂化价一般为189~192，碘化价为111~130。此外，玉米还含有物理性质和脂肪相似的磷脂，它们和脂肪同样均是甘油脂，但酯键处含磷酸，玉米含磷脂在0.28%左右。另外，玉米子粒中含有大约1.24%灰分，但其组分比较复杂，主要分布在胚芽和玉米皮中，在玉米淀粉的浸泡过程中，有很多溶入浸泡水中。（4）维生素（5）矿物质矿物质在玉米籽粒中的分布是不均匀的，皮层、胚芽中含量较高，胚乳中含量很低。玉米籽粒中矿物质主要由钙盐、钠盐、钾盐、镁盐、铁盐等成分组成，见表。玉米深加工的概况一、国内玉米深加工类型1.生产淀粉及各种淀粉糖（麦芽糊精、结晶葡萄糖、不同DE的葡萄糖浆及粉末葡萄糖、果葡糖浆及麦芽糖）。副产品：玉米油、玉米蛋白粉、纤维、蛋白饲料等。2.淀粉糖和糖醇（结晶葡萄糖糖和山梨醇、麦芽糖、木糖和木糖醇）3.谷氨酸；副产品：玉米油、玉米蛋白粉、纤维蛋白饲料4.柠檬酸；副产品：玉米蛋白饲料。5.酒糟；副产品：酒糟蛋白饲料。二、国外玉米深加工产品（一）匈牙利（二）美国美国是世界上玉米加工业最发达的国家，重点发展的是两大方向：一为玉米加工成淀粉，经糖化生产淀粉糖；二为玉米制乙醇（食用级及燃料乙醇）。玉米淀粉糖化系列的主要产品有淀粉糖、变性淀粉、麦芽糊精、葡萄糖浆、结晶葡萄糖浆、果葡萄浆。两个方向均产出玉米胚芽或胚芽油、胚芽饼、玉米蛋白粉、玉米浆等。（三）欧洲1.罗盖特跨国集团2.散列斯塔德国公司。三、我国玉米深加工业现状及发展趋势•1我国玉米深加工业现状•1.1国内玉米深加工产业链条不断延伸•经过多年发展，我国玉米深加工产品巳达200余种，是我国粮食作物加工中加工链条最长、产品最多的品种。目前我国深加工业的产品结构已出现了较大变化，从原来主要以淀粉和酒精为终端产品的初级加工为主逐步向继续对淀粉再加工的精深加工发展。总体来看，淀粉类产品(含淀粉糖)和酒精类产品仍然是玉米深加工业的主要产品。目前，淀粉类产品(含淀粉糖)约占深加工产品的55%，酒精类产品约占30%，另外还有赖氨酸、柠檬酸、味精，玉米油、DDGS等其他产品约占15%。•1.2国内玉米消费结构的总体情况•2000年之后，随着国内玉米深加工业的逐步发展，玉米深加工业消费量快速增加，所占玉米总消费比例不断扩大，虽然饲料消费数量总体增长，但所占比例下降。2008/09年度，我国玉米消费中食物消费约占7%左右，饲料消费约占63%左右，工业消费约占27%左右。其他消费所占比例较小。总体来讲，玉米的消费中，饲料消费数量总体保持稳定，工业消费所占比例呈逐年上升势头。•1.3国内深加工业玉米消费量近年出现相对稳定态势•进入21世纪，我国玉米深加工业出现快速发展势头，2001/02年度，我国深加工消耗玉米数量约为1250t，2008/09年度、我国玉米深加工消耗玉米量为3850万t，7年增加了2600万t，年均增幅为17.4%(图1)（略）。•从增长阶段看，2006年以前是深加工业玉米消费量增加最快的时期，年均增幅达36.1%，特别是2005/06年度，深加工业消费玉米量从上年度的2100万t猛增至3150万t，增幅高达50%。之后，随着国家政策对玉米深加工业的限制与引导，玉米深加工业消费玉米量开始进入相对稳定的时期，虽然深加工玉米消费数量仍然出现逐年上升势头，但增幅已明显下降。2006/07年度深加工玉米消费量增幅为11.11%，较上年度的50%出现较大下降，2007/08、2008/09年度继续下降，增幅分别为8.57%和1.32%。这说明随着国家对玉米深加工业的规范与引导，国内玉米深加工业近年来已经出现了相对稳定发展的态势。四、我国玉米深加工的主要产品1.玉米淀粉和变性淀粉：2.淀粉糖：全糖,低聚糖,结晶葡萄糖,麦芽糖;3.氢化:山梨醇,表面活性剂等4.发酵:酒精,味精,柠檬酸,酶制剂等5.氧化:葡萄糖酸,内酯(凝固剂)6.玉米胚:玉米油,饲料蛋白粉等7.玉米纤维蛋白饲料或饲料酵母。2.1玉米淀粉•2000年以来，我国淀粉业发展迅速，根据中国淀粉工业协会统计，2008年我国淀粉总产量为1818万t，较2007年增加168万t。我国淀粉生产主要以玉米淀粉为主，木薯、马铃薯和红薯等淀粉所占比例较小。2008年，玉米淀粉产量约为1685万t，约占总产量的93%，消耗玉米量约在2500万t，占国内玉米消费量的17%。我国是淀粉的主要出口国之一，特别是2000年之后，我国玉米淀粉出口量出现了较大幅度增长，2008年，我国玉米淀粉出口量约达45万t。玉米淀粉是玉米深加工行业的基础，从对玉米淀粉的再加工情况看，利用生物技术和化工技术主要生产以下几类产品：一是生产包括乙醇和玉米化工醇在内的醇类产品：二是生产果葡糖浆、麦芽糖、结晶葡萄糖和葡萄糖浆等糖类产品：三是生产赖氨酸、苏氨酸和精氨酸等酸类产品；四是生产变性淀粉。2.2玉米乙醇由于玉米是生产燃料乙醇的重要原料，随着燃料乙醇生产的快速发展，我国加工酒精消耗玉米量快速增加。从2006年底开始，国家基于对粮食安全的考虑，对玉米乙醇的生产给予限制，玉米乙醇产量趋于稳定。据统计，2008年我国玉米乙醇产量约为380万t，消耗玉米约1200万t，约占国内玉米消费总量的8%。2008年，我国燃料乙醇产量约为146万t，主要是以玉米为原料。目前我国是仅次于巴西和美国的全球第三大燃料乙醇生产国，燃料乙醇正在东北三省及河南、安徽、江苏、山东和河北等地的27个地市推广使用，并逐