6-玉米淀粉生產(chǎn)1匯總課件

1、第六章 玉米淀粉生產(chǎn) 概 述淀粉是食品的重要組分，是人體熱能的主要來源。淀粉采用相應(yīng)的技術(shù)改性，可得到各種變性淀粉，從而改善其應(yīng)用效果，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。淀粉和變性淀粉可廣泛應(yīng)用于食品、紡織、造紙、醫(yī)藥、化工等許多行業(yè)。淀粉經(jīng)水解作用可制得若干種類的淀粉糖產(chǎn)品，如糊精、麥芽糖、淀粉糖漿、葡萄糖、功能性低聚糖。葡萄糖經(jīng)異構(gòu)化還可以生產(chǎn)高果糖漿。淀粉經(jīng)水解、發(fā)酵作用可轉(zhuǎn)化成酒精、有機(jī)酸、氨基酸、核酸、抗生素、甘油、酶、山梨醇等若干種類的轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。 一、玉米子粒結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成 玉米是世界上主要糧食作物之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。美國為世界上玉米最大的生產(chǎn)國，2011年,產(chǎn)量為3億多t，占全世界玉米

2、總產(chǎn)量的46。中國玉米產(chǎn)量為2億t左右，居世界第2位。 玉米有很多類型，如馬齒型、半馬齒型、硬粒型、甜質(zhì)型、糯質(zhì)型、爆裂型、高直鏈淀粉型、高賴氨酸型和高油型等。世界上大面積種植的主要是馬齒型、半馬齒型和硬粒型玉米。適合生產(chǎn)淀粉的原料主要是馬齒型，糯質(zhì)型和高直鏈淀粉型玉米是專用淀粉的原料。1.玉米種子結(jié)構(gòu)2.玉米子粒的化學(xué)組成玉米子粒的化學(xué)組成主要是淀粉，約占子粒質(zhì)量的71.8，這是把玉米作為淀粉生產(chǎn)原料的主要依據(jù)。除此之外，還含有蛋白質(zhì)、油脂、纖維素、可溶性糖、礦物質(zhì)等。 玉米子粒結(jié)構(gòu)的不同部分所含化學(xué)成分的量是不同的，淀粉主要含在胚乳中，皮層主要含纖維素及灰分。胚芽中除脂肪外，蛋白質(zhì)、灰分及

3、可溶性糖含量也較高。 表6-1 馬齒型玉米各部分的化學(xué)組成 占子粒%淀粉蛋白質(zhì)脂肪灰分可溶性糖胚芽11.58.318.534.410.311.0胚乳82.386.68.60.860.310.61種皮0.85.39.73.81.71.5果皮5.37.33.50.980.070.343.玉米子粒的特征與淀粉生產(chǎn)工藝的關(guān)系從玉米子粒中提取淀粉需要把子粒的各種化學(xué)組分進(jìn)行有效地分離，以便最大程度地提純淀粉，并回收其他成分。濕磨工藝是目前惟一有效的方法。 玉米子粒硬度大，要采取浸泡法使其吸水軟化。玉米子粒皮層結(jié)構(gòu)緊密，通透性差，浸泡時(shí)要添加SO2等成分增加皮層膜的透性。胚芽含油量大，但韌性強(qiáng)，加工時(shí)根據(jù)

4、這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)玉米進(jìn)行粗破碎、分離胚芽?？扇苄猿煞忠话阃ㄟ^浸泡工藝分離出來。玉米胚乳中淀粉與蛋白質(zhì)的結(jié)合非常牢固，比小麥淀粉與蛋白質(zhì)結(jié)合要牢固得多，在濕法加工中，單用水不能使蛋白質(zhì)和淀粉很好地分離，要通過所添加的SO2氧化還原性質(zhì)打開包圍在淀粉粒表面的蛋白質(zhì)網(wǎng)膜。皮層及纖維則主要是在濕磨后采取篩選方式去除。二、玉米淀粉提取工藝流程自1842年玉米淀粉濕磨工藝提取開始在美國應(yīng)用以來，100多年中，人們對(duì)玉米濕磨工藝進(jìn)行了許多改進(jìn)。我國玉米淀粉工業(yè)起步較晚，濕磨工藝是1956年從前蘇聯(lián)引進(jìn)的，直到20世紀(jì)80年代末期，我國的玉米淀粉工業(yè)開始有較大幅度的發(fā)展?，F(xiàn)在，我國淀粉年產(chǎn)量約400萬t，其中玉米

5、淀粉約占80。工藝流程中，大致可分為4個(gè)部分：玉米的清理去雜；玉米的濕磨分離；淀粉的脫水干燥；副產(chǎn)品的回收利用。 其中玉米濕磨分離是工藝流程的主要部分。 如果與淀粉的水解或變性處理工序連接起來，可以考慮用濕磨的淀粉乳直接進(jìn)行糖化或變性處理，省去脫水干燥的步驟。三、玉米淀粉提取工藝及操作要點(diǎn)1.玉米原料選擇、加工前的清理和輸送a 生產(chǎn)淀粉要求玉米要充分成熟，含水量符合標(biāo)準(zhǔn)，未經(jīng)熱風(fēng)干燥處理。 b 玉米在收獲、脫粒及運(yùn)輸、儲(chǔ)藏的過程中，不可避免的要混進(jìn)各種雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在進(jìn)入浸泡工藝之前必須清理干凈，否則會(huì)給后面的工序帶來麻煩，增加淀粉中的灰分，降低淀粉的質(zhì)量。石子、金屬雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)器設(shè)備。

6、c 玉米的清理主要用風(fēng)選、篩選、密度去石、磁選等方法。其除雜方法的原理與小麥、水稻的清理相同。 d 清理后的玉米送至浸泡罐進(jìn)行浸泡。一般多采用水力輸送法，水通過提升機(jī)把玉米送至罐頂上的淌篩之后與玉米分離再流回開始輸送的地方，重新輸送玉米，循環(huán)使用。這一輸送過程也起到了清洗玉米表面灰塵的作用。在輸送過程中，注意定時(shí)排掉含有泥沙的污水，補(bǔ)充新水，保證進(jìn)罐玉米的潔凈。2.玉米的濕磨分離從玉米的浸泡到玉米淀粉的洗滌整個(gè)過程都屬玉米濕磨階段，在這個(gè)階段中，玉米子粒的各個(gè)部分及化學(xué)組成實(shí)現(xiàn)了分離，得到濕淀粉漿液及浸泡液、胚芽、麩質(zhì)水、濕渣滓等。A. 玉米的浸泡 玉米的浸泡是濕磨的第一環(huán)節(jié)。浸泡的效果如何，

7、影響到后面的各個(gè)工序，以至影響到淀粉的得率和質(zhì)量。一般情況下，將玉米子粒浸泡在含有0.20.3濃度的亞硫酸水中，在4855的溫度下，保持6072h，即完成浸泡操作。（1）浸泡作用a 在浸泡過程中亞硫酸水可以通過玉米子粒的基部及表皮進(jìn)入子粒內(nèi)部，使包圍在淀粉粒外面的蛋白質(zhì)分子解聚，角質(zhì)型胚乳中的蛋白質(zhì)結(jié)晶型結(jié)構(gòu)被破壞，亞硫酸氫鹽離子與玉米蛋白質(zhì)的二硫鍵起反應(yīng)，從而降低蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量，增強(qiáng)其水溶性和親水性，使淀粉顆粒容易從包圍在外圍的蛋白質(zhì)中釋放出來。b 亞硫酸作用于皮層，增加其透性，可加速子粒中可溶性物質(zhì)向浸泡液中滲透。c 亞硫酸可鈍化胚芽，使之在浸泡過程中不萌發(fā)。胚芽的萌發(fā)會(huì)使淀粉酶活化，使

8、淀粉水解，對(duì)淀粉提取不利。d 亞硫酸具有防腐作用，它能抑制霉菌、腐敗菌及其他雜菌的生命活力，從而抑制玉米在浸泡過程中發(fā)酵。e 亞硫酸可在一定程度上引起乳酸發(fā)酵形成乳酸，乳酸有利于玉米的浸泡作用。 f 經(jīng)過浸泡可起到降低玉米子粒的機(jī)械強(qiáng)度，有利于粗破碎使胚乳與胚芽分離。 經(jīng)過浸泡，玉米中710的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移到浸泡水中。其中無機(jī)鹽類可轉(zhuǎn)移70左右；可溶性碳水化合物可轉(zhuǎn)移42左右；可溶性蛋白質(zhì)可轉(zhuǎn)移16左右。淀粉、脂肪、纖維素、戊聚糖的絕對(duì)量基本不變。轉(zhuǎn)移到浸泡水中的干物質(zhì)有一半是從胚芽中浸出去的。浸泡好的玉米含水量應(yīng)達(dá)到40 以上。 (2) 浸泡方法 玉米浸泡的工藝有3種，即靜止浸泡法、逆流浸泡法和

9、連續(xù)浸泡法。a 靜止浸泡法是在獨(dú)立的浸泡罐中完成浸泡過程，玉米中的可溶性物質(zhì)浸出少，達(dá)不到要求，現(xiàn)已淘汰。b 逆流浸泡法是國際上通用的方法，該工藝是將多個(gè)浸泡罐通過管路串聯(lián)起來，組成浸泡罐組。各個(gè)罐的裝料，卸料時(shí)間依次排開，使每個(gè)罐的玉米浸泡時(shí)間都不相同。 通過泵的作用，使浸泡液沿著裝玉米相反的方向流動(dòng)，使最新裝罐的玉米，用已經(jīng)浸泡過玉米的浸泡液浸泡，而浸泡過較長時(shí)間的玉米再注入新的亞硫酸水溶液，從而增加浸泡液與玉米子粒中可溶性成分的濃度差，提高浸泡效率。浸泡水中干物質(zhì)的濃度是沿著順時(shí)針方向提高的，而玉米粒中可溶性物質(zhì)含量及單位時(shí)間浸泡程度則是按逆時(shí)針方向降低，這種方法又叫逆流擴(kuò)散法。 c 連

10、續(xù)浸泡是從串聯(lián)罐組的一個(gè)方向裝入玉米，通過升液器裝置使玉米從一個(gè)罐向另一個(gè)罐轉(zhuǎn)移，而浸泡液則逆著玉米轉(zhuǎn)移的方向流動(dòng)，工藝效果很好，但工藝操作難度比較大。 (3)亞硫酸水溶液的制備 浸泡玉米用的亞硫酸水溶液是通過硫磺燃燒爐，使硫磺燃燒產(chǎn)生的SO2氣體與吸收塔噴淋的水流結(jié)合發(fā)生反應(yīng)形成亞硫酸水溶液，經(jīng)濃度調(diào)整后，進(jìn)入浸泡罐。 B. 玉米的粗破碎與胚芽分離 (1)胚芽分離的工藝原理 玉米的浸泡為胚芽分離提供了條件，因?yàn)榻?jīng)浸泡、軟化的玉米容易破碎。胚芽吸水后仍保持很強(qiáng)的韌性，只有將子粒破碎，胚芽才能暴露出來，并與胚乳分離。所以玉米的粗破碎是胚芽分離的條件。破碎后的漿料中，胚乳碎塊與胚芽的密度不同，胚芽

11、的相對(duì)密度小于胚乳碎粒，在一定濃度的漿液中處于漂浮狀態(tài)，而胚乳碎粒則下沉，可利用旋液分離器進(jìn)行分離。 (2)玉米的粗破碎粗破碎就是利用齒磨將浸泡的玉米破成要求大小的碎粒。一般經(jīng)過兩次粗破碎，第一次破碎可將玉米破成46瓣，經(jīng)第一次胚芽分離后，再進(jìn)一步破碎成812瓣，將其中的胚芽再次分離。 進(jìn)入破碎機(jī)的物料，固液相之比應(yīng)為1：3，以保證破碎要求，如果含液相過多，通過破碎機(jī)速度快，達(dá)不到破碎效果。如果固相過多，會(huì)因稠度過大，而導(dǎo)致過度破碎，使胚芽受到破壞。 (3)胚芽的分離從破碎的玉米漿料中分離胚芽通用的設(shè)備是旋液分離器。水和破碎玉米的混合物在一定的壓力下經(jīng)進(jìn)料管進(jìn)入旋液分離器，破碎玉米的較重顆粒漿

12、料做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在離心力的作用下拋向設(shè)備的內(nèi)壁，沿著內(nèi)壁移向底部出口噴嘴。胚芽和玉米皮殼密度小，被集中于設(shè)備的中心部位經(jīng)過頂部噴嘴排出旋液分離器。 在分離階段，進(jìn)入旋液分離器的漿料中淀粉乳濃度很重要，第一次分離應(yīng)保持1113，第二次分離應(yīng)保持1315。 粗破碎及胚芽分離過程中，大約有25的淀粉破碎形成淀粉乳，經(jīng)篩分后與細(xì)磨碎的淀粉乳匯合。 分離出來的胚芽經(jīng)漂洗，進(jìn)入副產(chǎn)品處理工序。 C. 漿料的細(xì)磨碎 經(jīng)過破碎和分離胚芽之后，由淀粉粒、麩質(zhì)、皮層和含有大量淀粉的胚乳碎粒等組成破碎漿料。在漿料中大部分淀粉與蛋白質(zhì)、纖維等仍是結(jié)合狀態(tài)，要經(jīng)過離心式?jīng)_擊磨進(jìn)行精細(xì)磨碎。 物料進(jìn)入沖擊磨，玉米碎粒經(jīng)過

13、強(qiáng)力的沖擊，使玉米淀粉釋放出來，而這種沖擊作用，可以使玉米皮層及纖維質(zhì)部分保持相對(duì)完整，減少細(xì)渣的形成。 為了達(dá)到磨碎效果，要遵守下列工藝規(guī)程：進(jìn)入磨碎的漿料應(yīng)具有3035的溫度，稠度120220 g/L。用符合標(biāo)準(zhǔn)的沖擊磨，經(jīng)一次磨碎，達(dá)到所要求的磨碎效果。其他各種磨碎機(jī)，一次研磨往往達(dá)不到磨碎效果，要經(jīng)過多次研磨。這步操作的主要工藝任務(wù)是最大限度地釋放出與蛋白質(zhì)和纖維素相結(jié)合的淀粉，為以后這些組分的分離創(chuàng)造良好的條件。 D. 纖維分離 細(xì)磨漿料中以皮層為主的纖維成分是通過曲篩逆流篩洗工藝從淀粉和蛋白質(zhì)乳液中被分離出去。曲篩又叫120度壓力曲篩，篩面呈圓弧形。漿料沖擊到篩面上的壓力要達(dá)到2.

14、12.8 kg/cm2。由6或7個(gè)曲篩組成篩洗流程。 曲篩逆流篩洗流程的優(yōu)點(diǎn)是淀粉與蛋白質(zhì)能最大限度地分離回收，同時(shí)節(jié)省大量的洗渣水。分離出來的纖維經(jīng)擠壓干燥作為飼料。E. 麩質(zhì)分離 通過曲篩逆流篩洗流程的第一道曲篩的乳液中的干物質(zhì)是淀粉、蛋白質(zhì)和少量可溶性成分的混合物，干物質(zhì)中有56的蛋白質(zhì)。前面已經(jīng)提到，經(jīng)過浸泡過程中SO2的作用，蛋白質(zhì)與淀粉已基本游離開來，利用離心機(jī)可以使淀粉與蛋白質(zhì)分離。在分離過程中，淀粉乳的pH值應(yīng)調(diào)到3.84.2，稠度應(yīng)調(diào)到0.92.6g/L，溫度在4954，最高不要超過57。 離心機(jī)分離的原理是蛋白質(zhì)的相對(duì)密度小于淀粉，在離心力的作用下形成清液與淀粉分離，麩質(zhì)水

15、和淀粉乳分別從離心機(jī)的溢流和底流噴嘴中排出。一次分離不徹底，還可將第一次分離的底流再經(jīng)另一臺(tái)離心機(jī)分離。分離出來的麩質(zhì)(蛋白質(zhì))漿液，經(jīng)濃縮干燥制成蛋白粉。 F. 淀粉的清洗 分離出蛋白質(zhì)的淀粉懸浮液干物質(zhì)含量為3335，其中還含有0.20.3的可溶性物質(zhì)，這部分可溶性物質(zhì)的存在，對(duì)淀粉質(zhì)量有影響，特別是對(duì)于加工糖漿或葡萄糖來說，可溶性物質(zhì)含量高，對(duì)工藝過程不利，嚴(yán)重影響糖漿和葡萄糖的產(chǎn)品質(zhì)量。 為了排除可溶性物質(zhì)，降低淀粉懸浮液的酸度和提高懸浮液的濃度，可利用真空過濾器或螺旋離心機(jī)進(jìn)行洗滌，也可采用多級(jí)旋流分離器進(jìn)行逆流清洗，清洗時(shí)的水溫應(yīng)控制在4952。 經(jīng)過上述6道工序，完成了玉米的濕磨

16、分離的過程，分離出了各種副產(chǎn)品，得到了純凈的淀粉乳懸浮液。如果連續(xù)生產(chǎn)淀粉糖等進(jìn)一步轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品，可以在淀粉懸浮液的基礎(chǔ)上進(jìn)一步轉(zhuǎn)入糖化等下道工序，而要想獲得商品淀粉，則必須進(jìn)行脫水干燥。 3. 淀粉的脫水干燥 濕淀粉不耐儲(chǔ)存，特別是在高溫條件下會(huì)迅速變質(zhì)。從上述濕法工藝流程中分離得到的含量為3638的淀粉乳要立即輸送至干燥車間。淀粉脫水要相繼用兩種方法：機(jī)械脫水和加熱干燥。 a 淀粉的機(jī)械脫水 機(jī)械脫水對(duì)于含水量在60以上的懸浮液來說是比較經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的方法，脫水效率是加熱干燥的3倍。因此，要盡可能地用機(jī)械方法從淀粉乳中排除更多的水分。玉米淀粉乳的機(jī)械脫水一般選用離心式過濾機(jī)。過濾篩網(wǎng)一般選用1

17、20目金屬網(wǎng)，篩網(wǎng)借助金屬板條和環(huán)固定在轉(zhuǎn)子里。 淀粉的機(jī)械脫水也可采用真空過濾機(jī)進(jìn)行。淀粉的機(jī)械脫水雖然效率高，但達(dá)不到淀粉干燥的最終目的，離心過濾機(jī)只能使淀粉含水量達(dá)到34左右。真空過濾機(jī)脫水只能達(dá)到4042的含水量。而商品淀粉要干燥到1214的含水量，必須在機(jī)械脫水的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步采用加熱干燥法。 b 加熱干燥 淀粉在經(jīng)過機(jī)械脫水后，還含有3638的水分。要迅速干燥淀粉，同時(shí)又要保證淀粉在加熱時(shí)保持其天然淀粉的性質(zhì)不變，主要采用氣流干燥法。 氣流干燥法是松散的濕淀粉與經(jīng)過清凈的熱空氣混合，在運(yùn)動(dòng)的過程中，使淀粉迅速脫水的過程。經(jīng)過凈化的空氣一般被加熱至120140作為熱的載體。在淀粉干燥的過程中，淀粉粒表面