第三章淀粉生产和制糖01概述02一般工艺

2019/10/4第三章淀粉生产和制糖一、概述二、淀粉生产的一般工艺三、淀粉糖生产第一节概述2019/10/4第一节概述一、生产原料主要包括谷类、薯类、豆类和野生淀粉植物。2019/10/4木薯2019/10/4木薯植株2019/10/42019/10/4马铃薯和玉米2019/10/4大豆与马铃薯淀粉2019/10/4橡子2019/10/42019/10/4•二、淀粉的用途•主要包括食品工业、纺织工业和文具生产。•其中应用最多的是食品工业——变性淀粉、淀粉糖、发酵饮料、食品、发酵多糖、维生素、有机酸、单细胞蛋白、酶制剂等。•2019/10/4淀粉加工的各种食品2019/10/4淀粉加工的各种食品2019/10/4三、淀粉生产的方法•1淀粉生产的理论依据•淀粉的两个重要性质：淀粉不溶于冷水，淀粉的比重比水和蛋白质、纤维素、脂肪等大。•2淀粉生产的方法——物理分离的方法。2019/10/4四、淀粉的性质（一）淀粉的物理性状1形状和大小（可见图片）2偏光十字和轮纹（可见图片）3含水量2019/10/4部分淀粉颗粒扫描电镜图像a—小麦（1000）b—小麦（2000）c—玉米（2000）d—高直链淀粉（2000）e—马铃薯淀粉（600）f—木薯（2000）g—大米（600）2019/10/42019/10/4淀粉的结构直链淀粉的螺旋型结构支链淀粉的分子结构支链淀粉的分子形式2019/10/4•（二）物理性质•1一般物理数据——比重、比热、吸光度等。•2胶体性质•3淀粉糊化和淀粉糊的性质•淀粉糊的性质——粘度、澄清度、流动性等。•2019/10/4淀粉糊化过程模型Tg—玻璃化温度Tm—熔化温度2019/10/4淀粉糊化温度淀粉糊化开始温度（℃）糊化结束温度（℃）玉米6472马铃薯5667木薯5264甘薯58762019/10/4（三）淀粉的化学性质•呈色反应•与碱反应•与有机、无机试剂反应（变性淀粉）•水解反应2019/10/4淀粉糖和变性淀粉2019/10/4第二节淀粉生产的一般工艺•由于提取淀粉的全过程需要大量的水，所以淀粉提取工艺有“水磨法”之称。•原料选择及处理→浸泡→破碎→分离胚芽→分离纤维→分离蛋白质→清洗→干燥→成品整理→成品淀粉2019/10/42019/10/42019/10/4马铃薯淀粉生产工艺流程图2019/10/4一、原料的选择及处理•1．原料的选择•适合于提取淀粉的原料应具备的条件：•淀粉含量高，高产作物，价格低，易于加工，易于储存，副产品价值高等。•现实生产中没有完全具备上述条件的原料，只是相对而言。2019/10/42．原料的处理（净化或清理）•处理方法因原料不同和杂质种类不同而异。•新鲜的薯类原料都是由地下挖出的，通常带有泥土、草杆等杂质，一般采用水洗的方法将其除去。•谷类原料如玉米和高梁较纯净，无须清洗，但附有麸皮、泥沙、玉米轴碎块，以及碎粒等，一般采用风选、筛选、磁选和水选的方法进行处理，以得到比较纯净的原料。2019/10/4薯类清洗设备1—加料口2—滚筒3—螺旋导板4—出料口5，6—排污口7—喷头鼠笼式清洗机示意图螺旋式清洗示意图2019/10/4二、原料的浸泡•淀粉生产过程中，新鲜原料不需要浸泡，谷类、豆类和甘薯干需要浸泡。•1．浸泡的作用•（1）软化颗粒，增加皮层和胚芽的韧性•（2）溶出一部分水溶性物质，减轻后续工序的负担•（3）清洗原料2019/10/42．浸泡剂•浸泡剂对于某些原料可以起到某些特殊作用，但是不同的淀粉原料使用不同的浸泡剂。•薯类通常使用碱水浸泡（饱和石灰水）•谷类原料主要利用亚硫酸作浸泡剂。•具体浸泡剂在不同原料浸泡中所起的作用不同。2019/10/4饱和石灰水在甘薯干淀粉生产中的作用•使甘薯中的纤维增大，破碎后纤维和淀粉易分离，淀粉颗粒破碎较少。•使色素容易渗出，存在于浸泡液中，可提高淀粉的白度。•钙质可降低果胶类物质的粘性，使甘薯糊易于筛分，提高筛分效果。•保持碱性，抑制微生物的生命活动。•淀粉乳在流槽分离时，淀粉回收率高，并使其不受蛋白质的污染。2019/10/4亚硫酸在玉米淀粉生产中的作用•在玉米浸泡过程中，亚硫酸溶液浸入籽粒内部，使蛋白质分子分散化，使一部分蛋白质分子由不溶性变为可溶性。•亚硫酸能使胚芽钝化，并使种皮由半渗透变为完全渗透，使籽粒中的水溶性物质更快地溶解于浸泡液中。•在亚硫酸作用下，硬胚乳中的蛋白质失去其结晶状态变膨胀，而呈凝胶状，这有助于淀粉粒从包围它的蛋白质中游离出来。•亚硫酸还有防腐作用，能抑制霉菌、腐败菌及其它微生物的生命活动。2019/10/43．浸泡的方法•主要有三种方法：单桶浸泡法、逆流浸泡法和连续浸泡法。•（1）单桶浸泡法•首先将淀粉原料倒入浸泡器中，加入浸泡水（含有浸泡剂）保持一定的温度和浓度，经过规定的进口时间后，先将浸泡水放出，然后打开放料阀门，将浸泡后的原料排出。•优点：一般都用新鲜水进行浸泡，浸泡效果较好。•缺点：耗水量大，溶出的水溶性物质不能回收（因为浓度低）。2019/10/4•1—出料•2—进水•3—进料•4—浸泡水•单桶浸泡罐示意图2019/10/4（2）逆流浸泡法•用几只或几十只浸泡桶（罐）按顺序连接起来，在第一只桶中加入原料，而最后一只桶放出浸泡好的原料，浸泡水从放料的前一只桶泵入，而从加料的第一只桶排出。•每只桶装备一个泵，能将桶中的浸泡水从桶底排水管引出，经过加热后由桶的上部流入本桶内，循环浸泡，达到一定的浸泡时间后，再将浸泡水移入次一桶内进行浸泡，按此操作重复进行，由于开始浸泡的原料与使用最久的浸泡水接触，而浸泡最久的原料与新鲜的浸泡水接触，所以，称为“逆流浸泡法”。2019/10/4•玉米浸泡罐结构及控制示意图2019/10/4逆流扩散浸泡工艺流程2019/10/4浸泡罐组逆流操作原理2019/10/42019/10/42019/10/4重点要掌握的是“水动料不动”。•优点：耗水量小，浸泡水中能溶解大量的水溶性物质，浓度较高，回收时耗能较少。•缺点：各个桶间水的移动不是连续的，而是经过一定时间后再将浸泡水移入次桶，因此，从一桶泵出水后，到另一桶的水充满以前，桶内的原料一度停止浸泡，影响了浸泡效果。2019/10/4•实际生产过程中的有关问题说明：•1.放料问题。•2.加料问题。•3.特殊情况的处理。2019/10/4（3）连续浸泡法•在逆流浸泡法的基础上，罐内装入的玉米通过卸料口和空气升液器来实现罐与罐之间的循环，并且与浸泡液的循环方向相反，这样一来，进一步加大了玉米与浸泡水之间可溶性物质的浓度差，可达到理想的浸泡效果，但是，连续浸泡的工艺其设备布置比较复杂，设备投资也比较大。2019/10/4三、破碎•1．破碎的目的•破碎的目的是：破坏淀粉原料的细胞组织，使淀粉颗粒从细胞内游离出来，为提取淀粉创造条件。2019/10/42．破碎的方法•破碎的方法依原料的种类不同而不相同，对于薯类原料可直接进行破碎再进行纤维的分离（筛分），有的将初次分离出来的含有淀粉的薯渣继续进行多次粉碎，进一步破坏细胞组织，游离淀粉颗粒。•对于谷类原料和豆类原料应先进行浸泡，才能进行破碎，对于含有胚芽的谷类原料要先经过破碎（粗碎）将胚芽分离出去，然后再利用粉碎设备进一步进行粉碎，使淀粉和纤维与蛋白质很好地分离开，从而有利于提取淀粉。2019/10/4应该说明的问题•1.破碎在实际生产过程中是和胚芽分离以及纤维的分离交替进行，而不是完全按照生产工艺进行的。•2.粗碎和细碎分别要进行两次。•粗碎的要求：第一次粗碎要将原料粉碎到4~6块的小块，第二次是10块以上的小块。2019/10/43破碎设备•具体破碎的设备也是根据提取淀粉所用的原料种类不同而异，如甘薯淀粉的提取其破碎设备是薯豆磨浆分离机（性能较好，且为比较的专用设备），玉米淀粉生产过程中的破碎设备有两种，一种是粗碎设备—齿盘式破碎机，而磨碎是利用针磨。2019/10/4破碎设备示意图（玉米脱胚机）2019/10/4凸齿玉米脱胚机2019/10/4棒状针磨（实物图）2019/10/4立式针磨2019/10/4•棒状针磨结构示意图2019/10/4棒状针磨工作原理2019/10/4冲击磨（卧式）2019/10/4卧式冲击磨结构示意图•1—供料器•2—上盖•3—静针盘•4—转子•5—机体•6—上轴承座•7—机座•8—低轴承座•9—液力耦合器•10—电机2019/10/4薯类破碎机械锉磨机锤片式粉碎机爪式粉碎机砂盘粉碎机2019/10/4四、分离胚芽•1．分离胚芽的原理•胚芽的吸水能力强，吸水量可达本身重量的60%，膨胀程度高，且因含有大量脂肪，比重比较小，玉米胚芽的比重约为1.03，而胚乳的比重为1.6，因此可以利用两者的比重差异来进行分离。2019/10/42．分离胚芽的方法•目前分离胚芽的方法主要有两种：U形槽分离法和旋液分离器法。•（1）U形槽分离法（传统分离胚芽的方法）•此槽是木制或铁制的长槽，内有刮板、溢流口和搅拌器。其规格是：长约6米、高1.7米、上部宽1.3米，容积约10立方米。•胚芽分离的过程：将粗碎的原料碎粒和9波美度（相当于比重为1.06）的淀粉乳混合，从槽的一端引入，缓慢流向末端。因为胚芽比重小，漂浮在液面上，被移动的刮板从液面上刮向溢流出口，较重的胚乳沉向槽底，经由一只缓慢旋转（6转/分）的轴式搅拌器推向末端的底部出口，卸出槽外，这样使胚芽和胚乳两者分离开。2019/10/4（2）旋液分离器法•利用旋液分离器分离胚芽是比较先进的分离方法，旋液分离器是由上部圆筒和下部圆锥体连接而成。2019/10/4旋液分离器2019/10/4•分离过程：粗碎的原料在2.5~3kg/cm2的压力下，以正切的方向进入旋液分离器上部的圆筒，并作旋转运动产生旋流，胚乳部分比重比较大受到的离心力大，在离心力的作用下，被抛向设备的内壁，沿分离器壁下降到底部排出，称为底流。比重较小的胚芽部分受离心惯性力的作用较小，流向分离器的中心部分，以涡流的形式经上部中央管溢流排出。•优点：分离效率高，占地面积小，设备需要的材料少，生产能力高。•缺点：耗用的电力较U形槽法略高。2019/10/4五、纤维分离•1．筛分的目的•是分离纤维，从破碎的原料中分离出淀粉。分离的效率越高，则最后的渣中存留的游离淀粉越少。•2．筛分的具体工序•筛分工序包括清洗胚芽、纤维和回收附着的淀粉等操作。例如：玉米淀粉提取的筛分工段将胚芽、粗细纤维等分离开，并分别清洗送往榨油和饲料车间，所得的淀粉乳主要是淀粉和蛋白质，再送往蛋白质分离工序进行蛋白质分离。2019/10/43．筛分的设备•常用的筛分设备主要有转筒筛、振动平筛、离心筛、曲筛等，一般马铃薯淀粉厂常用的是转筒筛和离心筛，玉米淀粉厂常用的是曲筛（现在最好的是120°压力曲筛）。2019/10/4各种筛子1—机架2—传动机构3—滚轮4—筛体5—筛面振动平筛示意图六角筛2019/10/4喷淋式锥形离心筛压力曲筛结构示意图2019/10/4离心筛原理图2019/10/4皮渣曲筛筛洗流程2019/10/4六、蛋白质分离•分离的原理：淀粉的比重比蛋白质要大：淀粉为1.6左右，蛋白质为1.3左右。•一般分离蛋白质的方法主要有：静止沉淀法、流动沉淀法、离心分离法和悬液分离法等。2019/10/4•1．静止沉淀法•这是一种简单的蛋白质分离方法。可将淀粉乳放于沉淀桶或池中静置几小时，使淀粉沉淀，蛋白质悬浮于水中，而泥沙沉于桶或池的底部的最下层，先将上部的蛋白质水放出，再加入清水，搅起淀粉乳，使其混合均匀，再静置使淀粉沉淀，如此重复几次，可获得比较纯净的淀粉产品。•缺点：耗费时间，设备生成能力低（每次沉淀需要6-8小时），因为淀粉长时间停留在沉淀池内，易使淀粉发酵变质，不仅影响淀粉质量，而且影响淀粉得率。2019/10/42．流动沉淀法•该法是借助流槽分离蛋白质的方法，所以又称“流槽法”。•流槽为细长形的平底槽，槽总长25~30米、宽40~50厘米、槽底坡度为每米2~3毫米，槽头高度为本25厘米，逐渐降低。•分离过程：淀粉乳从槽头输浆管流出，呈薄层流向槽尾，淀粉颗粒的比重大，沉淀速