第六章淀粉生产

►第六章淀粉生产第一节概述►一、淀粉的理化性质►（一）、淀粉粒的一般性状：►1、环层结构；►2、偏光十字。►（二）、淀粉的分子结构：直链与支链。►（三）、淀粉的性质：►1、物理性质：白粉、吸湿、比重大于水、但不溶于冷水；►2、化学性质：淀粉→可溶性淀粉→糊精→麦芽糖→葡萄糖►各种糊精的特性名称与碘反应比旋光度沉淀所需乙醇浓度淀粉糊精兰色+190~+195°40%显色糊精红褐色+190~+195°65%消色糊精不显色+192°溶于70%乙醇，蒸去乙醇即成球晶体麦芽糊精不反应+181~+182°不沉淀二、玉米加工概述►（一）发展历史：►玉米是世界三大粮食作物之一，年总产量约6亿吨；美、中分别占34%和22%。我国玉米75%用作饲料，10%食用，15%工业原料；美国90%以上均经不同程度加工开发，用作工业原料和饲料。►玉米深加工开始于美国国内战争期间，以托马思.金斯福特（ThomasKingsford）开发的玉米淀粉水解工艺为标志。1844年在新泽西州泽西市成立第一个玉米淀粉生产厂。►1866年用淀粉酶水解技术生产葡萄糖，随着15年后结晶葡萄糖制造工艺的开发，玉米甜味剂等其他产品的开发也开始了。►1882年第一次生产出玉米蛋白饲料，1889年商品玉米油上市。1893年开始回收浸泡玉米的浸泡水，浓缩后作饲料。►1900年酸变性淀粉工业化生产，15年后氧化淀粉问世。1945年至1955年间开发交联糯玉米淀粉、阳离子淀粉和羟乙基淀粉等。►（二）我国玉米生产加工现状►20世纪80年代初开始淀粉生产先进技术的引进，先后有十多家工厂全套引进淀粉和淀粉糖的生产技术和设备，经过科技攻关，我国小型规模装备已基本实现国产化并替代进口；►在淀粉深加工方面，先后开发了数十种变性淀粉产品，另外，低聚糖、l-乳酸、赖氨酸等的开发研究已具有一定水平；我国已具有3万~5万吨/年的低聚糖生产能力，约2万吨/年的乳酸生产能力。完全中国自主产权的生物降解塑料技术，其淀粉添加量已达70%以上，处于世界先进水平。►存在的问题：►1、规模小，产品单一，综合利用率低►2、行业整体水平不高，生产技术落后►3、加工企业点多面广，缺乏统一的行业规划和管理，致使低水平重复建设现象严重►4、产品开发缺乏可持续性，开发周期长►（三）国外玉米工业发展现状►当前国际上以美国为主。食品饮料用高果糖浆和汽车用燃料酒精已成为玉米深加工的两大支柱产业。同时，造纸用变性淀粉、淀粉降解塑料、超级吸水剂等已形成工业规模，年消耗均在150多万吨以上。►在欧洲目前淀粉年总产量约800万吨，其中一半转化为淀粉糖；在亚洲的日本、韩国都是进口玉米生产淀粉糖，目前日本淀粉糖产量近百万吨，韩国已达30多万吨，我国淀粉糖产量只有约60万吨。►玉米变性淀粉在欧美已发展成熟，美国每年玉米变性淀粉的产量约90万吨，其中造纸用65%，食用25%，其他10%。美国的斯特利公司和国家淀粉化学公司都是提供全系列变性淀粉的国际大型公司，另外还有美国CPC国际公司、荷兰AVEBE公司、日本CPCNSK技术株式会社、德国汉高公司、丹麦DDS罗那公司等。（四）玉米深加工产品种类►1、淀粉糖类►2、变性淀粉类►3、发酵制品类：酵母、酒精、甘油、丙酮、丁酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸、味精、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、黄原胶、茁霉多糖、环状糊精、酶制剂、单细胞蛋白、红曲色素、抗菌素等。►4、以上产品进一步深加工产品：维生素C、淀粉降解塑料、乳酸钙、乳酸乙酯、酵母提取物和各种添加剂等。►饲料也是玉米的一个主要应用领域。►（五）我国玉米分类►1、按中国国家标准（GB1953-1999）分类：►黄玉米►白玉米►混合玉米：混入本类以外超过5%的►2、按粒形、硬度及用途分►（1）普通玉米：马齿型、硬粒型、中间型、硬偏马型（硬占75%）、马偏硬型。►（2）特种玉米：高赖氨酸玉米、高直链玉米、高油玉米、甜玉米、爆裂玉米、糯玉米►第二节玉米淀粉提取工艺►（一）对原料的技术要求►淀粉含量≥70％油脂≥4.5％►籽粒发芽率≥50％千粒质量210-220g►籽粒密度≥700kg/m3含水量≥15％►杂质含量底，无害虫感染等（马齿型和半马齿型玉米）►►原料玉米►↓►清理►↓►H2SO3水→浸泡→浸泡液（浓缩）→玉米浆►↓►玉米粗破碎►↓►胚芽分离→胚芽→胚芽油►↓►浆料磨细►↓►筛分与洗涤→皮渣→饲料►↓►蛋白质分离→淀粉粒的洗涤→干燥→成品►►（二）工艺原理及操作►1、玉米清理：►⑴筛选；⑵密度分选（去石机）；⑶磁选；►⑷清洗，可用洗涤机进行清洗。►2、玉米浸泡：►⑴目的和作用机理：►目的：降低玉米籽粒的机械牢固性，削弱连结键，提出淀粉可溶物，使淀粉吸水膨胀，皮层胚芽、胚乳易于分离。►机理：用一定浓度的亚硫酸水溶液增加皮层膜透性，打开蛋白质网膜，抑制微生物活动。►当SO2的浓度降到0.05%时会引起乳酸发酵，从而降低pH值，限制其他有害菌体的生长，同时乳酸菌还可以促进玉米蛋白质的软化与膨胀。►乳酸不挥发，在浓缩浸泡水时仍残留在浓缩液中，保持溶液中的Mg2+和Ca2+，有利于减少蒸发设备加热体上不溶性物质的沉淀。►⑵工艺条件：►H2SO3水溶液浓度：0.2-0.3％►PH值：3.5►温度：48-55℃，太高会使►淀粉糊化►时间：60-70h►浸泡前后玉米化学组成变化►化学组成浸泡前％浸泡后％组分变化量►（占原含量％）►淀粉69.3773.86+6.47►油脂5.065.4+5.72►蛋白质10.268.74-14.48►戊糖5.345.93+9.21►纤维素2.372.32-2.11►灰分1.40.59-57.86►水溶物质6.153.16-48.62►亚硫酸浓度对淀粉提取率的影响亚硫酸的浓度浸渍时间（h）淀粉提取率（％）►0.1％SO22482►0.2％SO22483►0.3％SO22488►0.4％SO22489►亚硫酸浓度对蛋白质溶出率的影响SO2含量0.040.10.150.180.250.40.8溶出11.4715.5216.2716.113.2611.410.76蛋白质►(3)浸泡工艺：►①静止浸泡法，可溶物浓度5-6％；►②逆流浸泡法，可溶物浓度7-9％。►(4)浸泡要求：►含水量达40-46％，可溶物含量≤1.8％►酸度：对100g干物料用0.1mol/LNaOH≤70ml►(5)亚硫酸水溶液的制备：燃烧硫磺。►3、破碎及胚芽分离：破碎时约放出20-25％的淀粉►⑴粗破碎：一次4-6瓣，二次10-12瓣。►⑵胚芽分离：①胚芽漂浮槽法，适合于小规模►生产；►②旋液分离器。►⑶胚芽的筛分与洗涤：一般采用三道50°重力►曲筛，回收淀粉和蛋白。洗涤水用过程►水，加SO2约0.08%以保持筛面清洁。►►4、浆料的精磨►经过破碎和分离胚芽之后，由淀粉粒、麸质、皮层和含有大量淀粉的胚乳碎粒等组成破碎浆料。在浆料中大部分淀粉与蛋白质、纤维等仍是结合状态，要经过离心式冲击磨进行精细磨碎►精磨目的：使淀粉最大限度地游离，分出纤►维渣►设备：砂盘磨、粉碎机、锤碎机、针磨（冲►击磨）5、纤维分离：曲筛逆流洗涤►6、蛋白质的分离►⑴流槽分离：流槽的规格：长30-40m，宽40-50m，坡度0.3％，控制流速：6-8米/分（比较原始的方法）►⑵离心分离：可采用多台离心机连续进行。►三个部分：壳体、传动机构、带有锥形碟片的转子►(3)旋液分离器►如果离心分离的结果是为了收集重液并要求保证重液的质量，如在乳品行业中对牛奶进行离心是为了得到高质量的奶脂，而对脱脂奶中的成份没有严格要求（即允许有少量的分散奶脂），可使用碟片上开孔在距离离开轴线2/3的位置上，如左图所示。►►如果离心分离的结果是为了收集轻液并要求保证轻液的质量（浓缩的倍数高），而对重液的成份没有严格要求（浓缩的倍数低），可使用碟片上开孔在距离离开轴线1/3的位置上，如右图所示►8、干燥：⑴机械脱水，除水73％，用离心式过滤机。►⑵气流干燥：除水15％，淀粉与空气运动14-20m/s,空气温度可达140-160℃。►第三节玉米淀粉生产副产品处理及综合利用►副产物主要是玉米浆、胚芽、玉米纤维、蛋白粉►（一）玉米浆►从浸泡罐排出的浸泡水含有很多的玉米可溶物、乳酸发酵物和一些不溶性物质。浸泡水通常被浓缩到干物含量40~45%，然后与纤维混合干燥成蛋白饲料，也可用于特种配料配方，或用作工业发酵营养源。当用作工业发酵营养源时，浸泡水应在浸泡温度下发酵12h，不能低于49℃，否则引起酵母发酵，生成酒精和二氧化碳，造成损失。►玉米浆含丰富维生素B和矿物质，国内较多的是生产抗生素和味精，也可提取菲汀和饲料蛋白►（二）胚芽►玉米胚中含油48%左右，含蛋白质13%，含淀粉12%。►玉米油的不饱和脂肪酸含量达85%以上，主要为油酸、亚油酸，人体吸收率达97%以上。玉米油中含有谷固醇，具有抑制胆固醇增加的作用。玉米油还富含VE。►玉米胚芽饼一般作饲料处理。►（三）蛋白粉►玉米子粒蛋白质总量约10%，其中胚芽20%，胚乳76%。玉米蛋白质分四种：白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白（溶于70~80%酒精）、谷蛋白（溶于稀碱）►用60%酒精100mL可溶入30g的玉米醇溶蛋白。这种醇溶蛋白具有很强的耐水性、耐热性和耐脂性。在食品工业中，醇溶蛋白可作为被膜剂，可防潮、防氧化，喷在水果上可增加光泽。►（四）玉米纤维►一般用做饲料，也可用于发酵。►玉米纤维的化学组成成分含量/%纤维素蛋白质葡萄糖木糖阿拉伯糖灰分未知成分1111.83218.710.51.214.6合计100►第四节从马铃薯种提取淀粉►淀粉占马铃薯块茎干物质的80％，水分占全部块茎的3/4。►工艺流程：►1、原料的选择、输送与清洗►水力输送，洗涤机清洗，流水槽。►2、粉碎和筛理：尽可能使块茎细胞破裂，并从中释放出淀粉颗粒。►3、细胞液的分离：细胞液的存在会发生氧化作用使淀粉颜色发暗，可用离心机分离细胞液，剩下的浆料可用净水或工艺水按1：1或1：2的比例稀释送到下道工序►4、从浆料中洗涤淀粉：用水在不同结构的筛分设备上洗涤►5、细胞液水的分离：采用卧式沉降式离心机►6、淀粉乳的精制①斜槽沉淀②离心分离③旋液分离►或在振动筛、离心筛、弧形筛上进行，筛网应采用双料筛绢或尼龙筛绢，每平方厘米筛孔数在1400个以上，孔眼尺寸在140～160微米，筛孔有效面积占筛面的34%左右►筛洗后的淀粉乳中细渣占淀粉乳的干物质量≤0.5%►①斜槽沉淀：长30-60米，宽50厘米，斜度1/200-1/500，在流槽末端增设一沉淀池，以回收淀粉。►②离心机法：碟片式喷嘴型离心机►三级逆流洗涤►③旋液分离器由许多平行排列的旋流管组成，中间是进料室，两头是溢流室和底流室。分离过程是使物料在一定压力下由切线方向进入旋流管的圆筒部分，物料筒高速旋转而产生离心力，比重较轻的蛋白质粒子趋于管的中心，呈螺旋状上升，由溢流口排出，比重较重的淀粉颗粒则在离心力作用下移向管壁，呈螺旋状下降至底流口排出。►第五节变性淀粉生产►一、基本概念►1、定义：采用物理、化学、生物化学的方法，使淀粉的结构、物理性质和化学性质改变，从而制成具有特定性能和用途的产品，称为变性淀粉或修饰淀粉。►2、目的：①适应各种工业应用要求。►②开辟淀粉的新用途，扩大应用范围。►二、分类►1、物理变性：预糊化淀粉、烟熏淀粉►2、化学变性：糊精、酸变性淀粉►3、酶法变性：直链淀粉、环状糊精、普鲁蓝►三、变性程度的衡量►糊化度、DE值、黏度等。►取代度（DS）：指每个D-吡喃葡萄糖残基中羟基被取代的平均数。一般每个D-吡喃葡萄糖残基中有三个可被取代的羟基。►摩尔取代度（MS）：平均每摩尔的吡喃葡萄糖残基中取代基的物质的量。►四、变性淀粉生产工艺►湿法生产：►淀粉乳（计量）反应洗涤脱水干燥筛分►成品化学药品、水或溶剂调温排液排液热空气干法生产►即淀粉在含少量水(通常在20%左右)或少量有机溶剂的情况下与化学试剂发生反应生成变性淀粉的一种生产方法►干法生产工艺流程：►化学药品►淀粉乳吸附脱水预干燥固相反应快速冷却►淀粉混匀►水平衡►化学药品►筛分包装►成品热空气加热►