（农产品加工及贮藏工程专业论文）半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究.pdf

半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 摘要 淀粉糖是以谷物、薯类等农产品为原料，最主要的是玉米运用生物技术经过水解转化 而生产的。近些年来，连续糖化技术应用于淀粉糖的生产，代替了传统酸法制糖工艺，推 广双酶法及高、低压喷射液化技术。但国内蒸汽压力普遍偏低且不稳定，液化过程中需消 耗大量的蒸汽。挤压膨化技术的兴起，为淀粉糖浆工业又提供了新的发展方向。 挤压膨化技术作为一种高温短时处理原料的方法，在许多领域有着广泛的应用。杨铭 铎等人在对谷物膨化机理的研究中就以挤压膨化物为研究对象，对谷物的膨化机理进行了 探讨，得出挤压膨化技术应用于食品、酿造黄酒、食醋、白酒、淀粉糖工业的理论依据， 并用实践证明了膨化技术确实是一种节能、保鲜、提高原料利用率、消化率、提高生产效 率的一种新型加工技术，具有广阔的开发前景。 半干法即省去传统的玉米浸泡、糊化、液化、糖化等大量耗水的生产过程，直接采用 脱胚去皮玉米粉进行挤压处理，使糊化、液化、糖化一步完成。本研究以脱胚、脱皮玉米 粉为原料，通过挤压正交预试验，对所得物料进行水分、脂肪、蛋白质、还原糖、淀粉含 量进行测定，得出该方法所得物料d e 值能够达到中转化糖浆标准的结论。又通过单因素 挤压和膨化的对比试验，得出用挤压方法处理脱胚、脱皮玉米粉所得物料的d e 值完全能 够达到公主岭黄龙食品有限公司液化后料液的d e 值标准。并且，本方法节省了设备投资、 水和能量消耗。 本研究结果如下： 1 、挤压正交预试验结果：水分含量5 5 , - , - 8 7 、脂肪含量0 2 4 0 5 0 、蛋白质 含量5 1 6 5 、淀粉含量5 4 - 2 3 5 、d e 值3 1 - 1 4 2 。1 4 样品的d e 值1 4 2 ，达 到大成公司液化液d e 值1 4 的标准。 2 、挤压单因素试验结果：在条件为水分含量4 0 、5 0 ，挤压温度1 5 0 、1 6 0 c ， 加液化酶量0 4 、0 6 ，加糖化酶量1 0 、1 2 情况下，1 4 样品水分含量为：8 0 、d e 值4 0 2 ；2 捍样品水分含量为：9 0 、d e 值3 9 5 。 3 、膨化单因素试验结果：在条件为水分含量1 5 、2 0 、2 5 、3 0 ，挤压温度1 3 0 ，加液化酶量0 4 、0 6 、0 8 、1 o ，加糖化酶量0 6 、0 8 、1 0 、1 2 情况下， 1 4 膨化物料水分含量为：3 8 、d e 值2 5 4 ；2 4 膨化物料水分含量为：4 9 、d e 值2 5 9 ； t 3 。膨化物料水分含量为：6 7 、d e 值2 7 6 ；4 “膨化物料水分含量为：8 3 、d e 值2 9 7 。 4 、通过单因素试验结果对比得出挤压后物料的d e 值远远高于膨化后物料的d e 值， 并且膨化的效果没有达到淀粉糖d e 值标准。挤出单因素的方法可应用于实际生产。 5 、经过能耗计算，得出本研究每年比大成公司节省水1 9 x 1 0 6 吨，省电1 0 x 1 0 9 千瓦 时，并且减少了环境的污染，节省了喷射液化设备的投资，经济效益非常可观。 关键词：淀粉糖，挤压，膨化，d e 值，能耗 t h er e s e r c ho ns e m i d r yc o r ns t a r c hs u g a rp r o d u c t i o no f k e yt e c h n o l o g i e s a b s t r a c t s t a r c hs u g a r , p o t a t oa n do t h e ra g r i c u l t u r a lp r o d u c t sa sl a wm a t e r i a l s ，t h em o s ti m p o r t a n tt h i n gi st h eu s e o fb i o t e c h n o l o g yc o i t it h r o u g ht h eh y d r o l y s i si n t o p r o d u c t i o n i nr e c e n ty e a r s ，t h et e c h n o l o g yu s e df o r g l y c a t e ds t a r c hs u g a rp r o d u c t i o n , w h i c hi n s t e a do ft h et r a d i t i o n a la c i dm e t h o dt op r o d u c es u g a r , t os p r e a d d i p l - e n z y m i cm e t h o da n dh i g ha n dl o wp r e s s u r es p l a yl i q u e f a c t i o nt e c h n o l o g y b u ts t e a mp r e s s u r ei n d o m e s t i ci sl o wa n du n s t a b l e ，l i q u e f a c t i o np r o c e s sn e e dt oc o n s u m eal a r g ea m o u n to fs t e a m t h er i s eo f e x t r u s i o nt e c h n o l o g y ，p r o v i di n d u s t r yo fa m y l a c e u ms a c c h a r u mw h i t han e wd i r e c t i o no fd e v e l o p m e n t e x t r u s i o nt e c h n o l o g ya sas h o r t - t e r mh i g h - t e m p e r a t u r em a t e r i a l sp r o c e s s i n gm e t h o d sh a v eaw i d er a n g e o fa p p l i c a t i o n si nm a n yf i e l d s y a n gm i n e - d u o ，w h oi nt h ee x p a n s i o no fc e r e a li nt h e s t u d yo nt h ee x t r u s i o no f t h i ss t u d y ，a n dd i s c u s s e dt h ee x p a n s i o no fc e r e a lm e c h a n i s m ，y i e l d e de x t r u s i o nt e c h n o l o g ya p p l i e dt oc o m et o t h ef o o d ，b r e w i n gy e l l o ww i n e ，v i n e g a r , l i q u o r , s t a r c hs u g a ri n d u s t r ya n dt h e o r e t i c a lb a s i s ，p r a c t i c eh a sp r o v e d t h a tt h eu s ea n de x p a n s i o nt e c h n o l o g yi sr e a l l yas a v i n ge n e r g y ，p r e s e r v a t i o n , i m p r o v et h eu t i l i z a t i o no fr a w m a t e r i a l s ，d i g e s t i b i l i t y ，i n c r e a s ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo fan e wt y p eo fp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ，h a sb r o a d d e v e l o p m e n tp r o s p e c t s s e m i - d r yt h a ti so m i tt h et r a d i t i o n a ls o a k i n gc o r n , p a s t i n g , l i q u e f i e d , g l y c o s y l a t e d , a n ds oal o to fw a t e r p r o d u c t i o np r o c e s s ，d i r e c t l yf r o me m b r y o su s e df o re x t r u s i o np e e l e dc o r nf l o u rp r o c e s s i n g , t h ep a s t i n g , l i q u e f i e d ，s a c c h a r i f i c a t i o np r o c e s s i n gw e r ec o m p l e t e do n es t e p i nt h i ss t u d y ，f r o me m b r y o s ，p e e l i n gc o r nf l o u r a sr a wm a t e r i a l ，t h r o u g ho r t h o g o n a ls q u e e z ep r e l i m i n a r yt e s t , c a l t yo u tt h ed e t e r m i n a t i o no ft h em a t e r i a l s f r o mt h ew a t e r , f a t , p r o t e i n , r e d u c i n gs u g a ra n ds t a r c hc o n t e n t ，y i e l dt h em e t h o dd r a w nf r o mt h em a t e r i a ld e v a l u ec a nb ea c h i e v e di nt h em i d d l ei n v e r t e ds u g a rs t a n d a r dc o n c l u s i o n t h r o u g hs i n g l ef a c t o re x t r u s i o na n d e x p a n s i o no ft h ec o m p a r a t i v et e s t , y i e l do b t a i n e db ys q u e e z i n ga p p r o a c hf r o me m b r y o s ，p e e l i n gc o mf l o u r f r o mt h ed em a t e r i a lt oa c h i e v ef u l lv a l u eo fg o n g z h u l i n gh u a n g l o n gf o o dc o ，l i q u e f i e df e e dt h ed ev a l u e s t a n d a r d s i na d d i t i o n , t h i sm e t h o ds a v e de q u i p m e n ti n v e s t m e n t , w a t e ra n de n e r g yc o n s u m p t i o n t h er e s u l t so ft h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 s q u e e z i n go r t h o g o n a lp r e l i m i n a r yt e s tr e s u l t s ：m o i s t u r ec o n t e n to f5 5t o8 7 0 2 4t 0o 5 0f a tc o n t e n t , p r o t e i nc o n t e n t5 1 6 5 a n ds t a r c hc o n t e n to f 5 4t o2 3 5 ，d ev a l u eo f 3 1t o1 4 2 1s a m p l eo f d ev a l u eo f 1 4 2t oh u a n g l o n gc o m p a n yo f l i q u e f i e dd ev a l u eo f t h e1 4s t a n d a r d s 2 s q u e e z i n gs i n g l e f a c t o rt e s tr e s u l t s ：i nc i r c u m s t a n c e so fm o i s t u r ec o n t e n t4 0 、5 0 ，e x t r u s i o n t e m p e r a t u r e1 5 0 ( 2 、1 6 0 c ，a n dl i q u e f i e dv o l u m eo f 0 4 、o 6 a n d1 0 、1 2 o f g l u c o a m y l a s e ，1s a m p l e m o i s t u r ec o n t e n tf o r ：8 0 ，d ev a l u eo f 4 0 2 ；s a m p l em o i s t u r ec o n t e n tf o r ：9 o ，d ev a l u eo f 3 9 5 3 e x p a n d e ds i n g l e f a c t o rt e s tr e s u l t s ：i nc i r c u m s t a n c eo fm o i s t u r ec o n t e n to f15 ，2 0 ，2 5 ，3 0 e x t r u s i o nt e m p e r a t u r e1 3 0 ，a n dl i q u e f i e dv o l u m eo fo 4 、o 6 、o 8 、1 0 ，g l u c o a m y l a s eo f0 6 、 0 8 、1 0 、1 2 ，l 4e x p a n d e d m a t e r i a l sf o rw a t e rc o n t e n t ：3 8 ，d ev a l u eo f2 5 4 ：2 4e x p a n d e dm a t e r i a l s i i i f o rw a t e rc o n t e n t ：4 9 ，d ev a l u eo f2 5 9 ，3 4e x p a n d e dm a t e r i a l sf o rw a t e rc o n t e n t ：6 7 d ev a l u eo f2 7 6 4 4e x p a n d e dm a t e r i a l sf o rw a t e rc o n t e n t ：8 - 3 d ev a l u eo f2 9 7 4 b yc o n t r a s ts i n g l e f a c t o rt e s tr e s u l t sc o m ea f t e rt h ee x t r u s i o nm a t e r i a l sd ev a l u ef a rh i g h e rt h a nt h e e x p a n s i o no ft h em a t e r i a l sa f t e rd ev a l u e ，a n dt h ee x p a n de f f e c td o e sn o tm e e tt h es t a n d a r dd ev a l u e 5 a f t e re n e r g ye x p e n d i t u r ec a l c u l a t i o n ，d r a wo nt h er e s e a r c hs a v ew a t e r1 9 1 0 6t o n sa n dp o w e r - s a v i n g 1 0 1 0 k i l o w a t th o u r s e a c hy e a rt h a nd a c h e n gc o m p a n y a n dr e d u c ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s a v et h ej e t l i q u e f a c t i o ne q u i p m e n ti n v e s t m e n t , e c o n o m i ce f f i c i e n c yi sv e r yi m p r e s s i v e k e y w o r d s ：s t a r c hs u g a r , s q u e e z e ，p u f f i n g , d ev a l u e ，e n e r g ye x p e n d i t u r e i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名： _ 姆 签字日期：0 b 谚年f 月汐日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。同意吉林农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 学位论文作者签名：习海 签字吼洲年多月弘日 导师签名：鳓 签字日期洲年百月沙日 吉林农业大学硕士学位论文 半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 1 、前言 1 1 玉米深加工的概述 我国的玉米产量居世界第2 位，仅吉林省年产玉米1 7 8 亿公斤。在很多玉米产区，农 民不把玉米当主食，使商品玉米增加，因此，如何进一步提高玉米的经济效益，对发展我 国玉米生产，有重要意义【1 1 。 玉米深加工的产品主要有以下几种： ( 一) 淀粉及变性淀粉一副产玉米油、玉米蛋白粉、饲料 ( 二) 各种淀粉糖( 1 ) 结晶葡萄糖和食用葡萄糖浆 ( 2 ) 不同d e 值的葡萄糖浆及粉末葡萄糖( 全糖粉) ( 3 ) 果葡糖浆 ( 4 ) 饴糖、高麦芽糖、麦芽糊精。副产玉米油、玉米蛋白粉、饲 料 ( 三) 酒精一副产酒糟蛋白饲料 ( 四) 葡萄糖浆及山梨醇、食用氢化油一副产玉米蛋白粉、饲料酵母 ( 五) 其他发酵制品一副产玉米纤维饲料 玉米的化学成分如表1 1 所示。 表1 - 1玉米的化学成分 单位： 成分范围平均值 成分 范围平均值 水分 7 2 31 5灰分 1 1 - 3 91 3 淀粉 6 4 - 7 87 0纤维 1 8 3 5 2 - 2 8 蛋白质 8 - 1 4 9 5 - 1 0 半纤维 5 - 6 脂肪 3 1 - 5 74 4 - 4 7糖分 1 5 - ：3 72 5 1 1 1 淀粉糖发展历史 淀粉糖是淀粉深加工产量最大的产品，它的消费领域广，消费数量大，可以说是淀粉 深加工的支柱产品。 淀粉制糖首先开始于我国，“糖 字早在北魏时期贾思勰著的齐民要术( 5 3 3 5 4 4 年) 中就已使用。根据若干古书的记载，至迟在公元前1 0 0 0 年左右，我国劳动人民已经 l 吉林农业大学硕士学位论文 半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 采用酶水解法制造饴糖，远远领先于西方国家。 明末宋应星著的天工开物( 1 6 3 7 年) 中介绍了制饴糖方法，其中有“饴饧人巧千 方，以供甘旨，不可枚述 句，可见当时饴糖的产品种类已经很多。书中还特别提到“一 窝丝产品，它是将热饴用拔糖棒多次拉拔而成，颜色白而发光，松虚多孔，既酥且甜， 一直到现在仍然是有名的一种饴糖产品。 在1 8 1 1 年，德国化学家柯乔夫用硫酸处理马铃薯淀粉，原意是制造可能代替阿拉伯 树胶用的胶粘剂，但酸的作用过度，所得产物为粘度很低的液体，清澄，具有甜味。柯乔 夫继续研究这种液体，最后制成一种糖浆，放置一定时间以后有结晶析出，用布袋装盛， 压榨，除去大部分母液，得固体产品。这就是最早的利用酸法水解淀粉制造糖品。当时正 值拿破仑战争时代，由于战争封锁，欧洲不能获得甘蔗糖，乃有不少工厂设立生产这种淀 粉糖，主要供应酿造工业为原料。直至1 8 1 5 年战争结束，甘蔗糖恢复进口，这种淀粉糖 工厂才相继停工。 1 1 2 淀粉糖概述 淀粉糖分为结晶淀粉糖和淀粉糖浆。结晶淀粉糖是由淀粉糖浆脱水结晶而成的。淀粉 经酸水解完全糖化的最终产物为葡萄糖，而经不完全糖化的产物，其糖分组成为葡萄糖、 麦芽糖、低聚糖、糊精等，称为淀粉糖浆 2 1 。 淀粉的水解在工业上称为转化，按照不同的转化程度，淀粉糖浆可分为三类：( 1 ) 低 转化糖浆，也称为低d e 糖浆。d e 值在2 0 以下的产品( 分为5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 等4 种) 。其 组成主要为较大分子的糊精，微带甜味或根本无甜味，称为麦芽糊精。采用酶法或酸酶法 工艺。水解液一般经喷雾干燥制成流散性高的白色粉末状产品，水溶性高、黏度大、吸潮 性低、易于消化。多用作食品的基料、增稠剂、抗结块剂和吸附剂等。( 2 ) 中转化糖浆， 也称为中d e 糖浆，一般称其为液体葡萄糖。d e 值在4 0 , - - , 6 0 之间，产量大，特别是d e 值为4 2 者产量最大。用于制硬糖果。( 3 ) 高转化糖浆，也称高d e 糖浆。d e 值在6 0 - 7 0 之间。具有较高的甜度和较高发酵糖分组成。其中葡萄糖和麦芽糖各占4 0 。中、高转 化糖浆多用作糖果中的甜味剂，药物制造中的矫味剂或载体。 1 2 国外淀粉糖发展现状 美国生产淀粉糖已有1 5 0 多年历史，是世界最大的淀粉糖生产国家【3 】。葡萄糖浆及结 晶葡萄糖的总产量，从1 9 9 2 年至1 9 9 7 年的五年中，年平均递增3 5 。1 9 9 7 年达最高产 量4 3 7 7 万吨，此后逐年下降至2 0 0 2 年的4 0 2 2 万吨，年平均递减1 5 4 1 。 日本人口1 2 6 亿，国土少，粮食中除大米能自给9 0 外其余大麦、小麦、大豆、玉 米大部分需进口，淀粉糖产量约2 3 0 万吨，果葡糖浆占5 0 ，人均消耗淀粉糖约l8 公斤，日 本开发新产品的能力强，拥有先进的分离技术，发酵工程，提取技术，酶的开发研究也很 有成就，加上先进的生产设备，所以日本淀粉糖的品种比较多，除传统的酸法和酶法转化 2 吉林农业大学硕士学位论文 半干法玉米淀粉耱生产关键技术的研究 的糖浆、果萄糖浆和高d e 值葡萄糖浆外，还生产含麦芽糖4 5 ，5 0 - 5 5 和7 0 - 9 5 的麦芽糖浆，以及含5 0 , - 6 0 麦芽三糖浆，5 0 - - 一7 0 麦芽四糖糖浆，还有一种含4 0 麦芽六糖和麦芽七糖的混合糖浆。 韩国人口4 7 0 0 万，淀粉糖年产量9 0 万吨，人均淀粉糖1 9 公斤，玉米从美国、中国 进口，韩国可乐饮料全部采用5 5 果葡糖浆，年产果葡糖浆4 8 万吨，结晶葡萄糖2 万吨， 韩国淀粉糖厂自动化程度较高，采用微机系统，可以用电脑设定参数，工厂的研发力量也 强。 1 3 我国淀粉糖行业发展现状及前景 我国食糖生产和消费政策，一直提倡以蔗糖为主，淀粉糖为辅，特别是在食糖供应不 足，年进1 2 11 0 0 2 0 0 万吨的年代。国家曾大力扶植和推广淀粉糖【5 】。曾经由国家投资，建 立了几个万吨级的淀粉糖企业，但淀粉糖始终发展不起来，经常是年产量不到蔗糖总量的 1 1 0 。一直到“九五 后期，由于淀粉糖行业的技术进步，收率和质量提高，物料消耗下 降；企业集约化规模化经营，1 0 万吨级企业的出现；建设投入大幅下降；体制改革深化。 综合以上各种因素，淀粉糖产品成本大幅下降，出现了单价低于蔗糖的新情况，淀粉糖市 场逐渐扩大，成为食糖市场的重要补充。1 9 9 9 年时我国淀粉糖产量还不到6 0 万吨，到2 0 0 0 年我国淀粉糖产量达到了1 0 0 万吨，2 0 0 1 年达到了1 4 0 万吨，2 0 0 2 年达到了2 0 0 万吨， 2 0 0 3 年达到了3 0 0 万吨，2 0 0 4 年已经达到了3 4 7 万吨。其中结晶葡萄糖和啤酒糖浆这两 个品种，发展尤为迅速。“十五 期间，我国以高科技生物工程技术积极发展淀粉糖产业， 淀粉糖行业在规模、产量、品种等方面得到了快速发展，2 0 0 5 年我国淀粉糖产量达4 2 0 万吨，居世界第二位，其中结晶葡萄糖达1 2 0 万吨，居世界第一位，六年时间淀粉糖产量 增长七倍，平均年增长率为3 8 3 。2 0 0 6 年达到了5 0 0 万吨。“十一五期间，我国淀粉 糖产量平均年增长将大于1 5 ，期末总产量可望达到8 0 0 万吨。 虽然要实现全面替代蔗糖困难重重，但我国淀粉糖工业的发展势头仍是不可阻挡的。 在目前国内糖市场总体不景气大环境下，近几年仍有很多新兴的淀粉糖企业建成，同时一 些老牌淀粉加工企业也纷纷上马新的淀粉糖项目，国内淀粉糖产量还要上一个新的台阶。 淀粉糖工业除了为某些特种食品生产麦芽糖和不同d e 值葡萄糖以外，应发展可做食糖的 工业用糖，如高d e 值的全糖。同时应加强综合利用，降低成本。大力宣传淀粉糖功能性优 点，以推广其应用，扩大淀粉糖的影响，增加消费者对淀粉糖的认同度。此外应积极开发 淀粉糖的深加工产品。例如，葡萄糖的各种衍生物在当前也成为国内外研究开发的热点产 品，在食品、医药及其他领域也呈现出了广阔的市场前景。 1 4 淀粉糖工艺的发展 从美国淀粉糖发展历史来看，1 8 5 0 年开始生产酸转化糖浆，1 9 2 1 年起生产结晶葡萄 糖，1 9 3 0 年美国开始采用酸酶合并糖化工艺生产高甜度糖浆，1 9 6 3 年利用离子交换技术 气 吉林农业大学硕士学位论文半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 精制糖液再用喷雾干燥生产全糖粉，1 9 6 5 年用b 一淀粉酶生产高麦芽糖浆，1 9 6 6 年麦芽 糊精投入生产，1 9 6 8 年4 2 果葡糖浆在食品上得到广泛应用。约于1 9 6 0 年，日本开始 用淀粉酶液化和葡萄糖淀粉酶糖化的双酶法生产结晶葡萄糖工艺【6 】。 1 4 1 酸法制糖工艺 自1 8 1 1 年德国化学家k i r c h o f f t 7 1 发明了酸法水解淀粉形成葡萄糖技术以来，这一技术 的推广应用一直是许多人关注的焦点，随着1 9 2 0 。年美国人n e w k i r k 8 】对葡萄糖结晶提纯 技术的贡献，致使葡萄糖生产技术全面趋向成熟并推广应用，而作为制糖技术的基础，酸 法淀粉转化工艺也随之进入工业化生产阶段。 传统的酸法制糖工艺，需要高温高压，淀粉水解生成的葡萄糖受酸和热的催化作用， 发生复合反应、水解反应和分解反应，产生一些不可发酵性糖及其一些列有色物质，使糖 液色泽变深，降低了产品的转化率，增加了糖液精制的困难，产生的葡萄糖液质量下降， 味道变差，而且由于生产的糖业质量差，对后道精制带来不利影响，对于味精、甘油、青 霉素等以葡萄糖为碳源的发酵工业的发酵、提取、精制液产生不利影响。由于酸法淀粉糖 浆是以酸作催化剂水解淀粉的，其水解的主要特点是非专一性，因此为了获得较高纯度的 淀粉糖浆，应尽量减少糖化时杂质的生成。所以，酸水解淀粉糖浆对淀粉的质量要求较高 ( 见表1 2 ) 。另外，酸水解法所使用的催化剂包括：盐酸、硫酸、草酸。这三种酸分别有 造成设备造成腐蚀，使糖液变浑浊，价格昂贵的缺点。这些不利因素都是限制淀粉糖浆行 业发展的重要原因。 表1 - 2 酸水解淀粉糖浆对淀粉质量的要求( ) t a b l e1 2 t h er e qo fa c i dh y d r o l y z es t a r c hs y r u pt os t a r c hq u a l i 够( ) 项目指标项目指标 水分1 1 1 4 ( 或淀粉乳)脂肪 0 0 4 o 0 6 总蛋白质0 3 - 0 5粗纤维 o 0 1 0 0 2 水溶性蛋白质 0 0 l o 0 2 二氧化硫 0 0 0 1 0 0 0 3 灰分0 0 8 0 1 0 p h 4 5 5 5 酸法中转化糖浆的工艺流程为： 水、酸- - - 3 纯碱- - 3 淀粉( 或淀粉乳3 0 ) 一配料一糖化一中和一过滤一一次脱色一过滤一 一次蒸发一二次脱色一过滤一二次蒸发一贮存一灌装一成品 4 吉林农业大学硕士学位论文 半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 1 4 2 双酶法制糖工艺 1 9 4 0 年后，美国人开始在此工艺中部分使用酶制剂，从而创立了酸酶法制糖技术剀。 自6 0 年代后，随着酶制剂的积极开发运用【1 0 , 1 1 1 和喷射液化器的出现，将喷射液化技术用 于双酶法制取糖浆可避免酸法制糖不足的结论，经多家厂家的生产实践已被证实。酶制剂 的研发水平不断提高，日本人开发出以酶制剂完全取代强酸作为催化剂的转化方法并将其 应用于实际生产过程中，从而诞生了全酶法制糖技术。这就是今天制糖技术的基础。 采用酶糖化之前需要先使淀粉液化，液化是利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚 糖等，使粘度大为降低，流动性增高，所以工业上称为液化【1 2 】。酶液化和酶糖化工艺称为 双酶法。双酶法生产葡萄糖工艺，是以作用专一的酶制剂作为催化剂，反应条件温和，复 合分解反应较少【1 3 1 ，因此采用双酶法生产葡萄糖，提高了淀粉等原料的转化率及糖液浓度， 改善了糖液质量，是较为理想的制糖方法。 双酶法制糖工艺流程： 亚硫酸溶液 原料玉米一净化一浸泡一破碎一胚芽分离一细磨一纤维、蛋白分离一 淀粉洗涤一淀粉乳( 浓度3 0 ) i 一耐高温淀粉酶 一次喷射液化( 1 0 5 - - - 1 1 0 ) 液化保温( 9 5 - - 9 7 ，l h ) i 二次喷射( 1 4 5 - - , 1 5 5 ) l 高温维持( 3 - - - 5 m i n ) l 二次液化 冷却( 9 5 - 9 7 ) l 糖化一糖化用酶类 助滤剂一i 过滤一助滤剂 活性碳l + 脱色一离子交换一真空蒸发一成品 吉林农业大学硕士学位论文 半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 但国内蒸汽压力普遍偏低且不稳定，这种方法对液化工段的技术要求又相对严格u 4 j ， 液化过程需要高温高压，消耗大量的蒸汽，要想得到高质量的糖品仍需以淀粉为原料，所 有这些都无疑限制了喷射液化法制取糖浆工艺的推广使用。因此，承待开发出一种既能适 应市场需求，又能降低原料成本的新工艺。挤压膨化技术的兴起，为淀粉糖浆工业又提供 了新的发展方向【1 5 】 1 5 挤压膨化技术的发展及应用 第一台单螺杆挤压机产生于1 9 2 0 年，主要用于热塑料挤压【1 6 1 。随着挤压膨化技术的 不断发展和完善，其特有的优越性越来越被人们所认识，并逐渐向各个领域，包括食品工 业、饲料工业等行业的渗透【1 7 , 1 8 。早在十九世纪中期，挤压膨化作为一种新型的食品加工 技术就已问世【1 9 1 。1 8 5 6 年，美国人沃德申请了第一份关于食品膨化技术的专利【2 0 1 ，在本 世纪3 0 年代末期，g e n e l lm i l l s 第一次将挤压膨化技术应用于谷物方便食品上，1 9 3 6 年第 一台应用于谷物加工的单螺杆挤压蒸煮机问世，并在该行业中取得成功，第一次生产出了 膨化玉米圈。1 9 4 6 年a d a m sc r o p 才有商业用玉米膨化机应市【2 1 1 。4 0 年代、5 0 年代膨化 饲料挤出机有很大发展。6 0 年代大多将挤压机用于谷物加工的预处理。4 0 年代末，随着 挤压技术的发展，挤压机的应用在食品领域中进一步扩大，种类繁多的大量方便食品、即 席食品、小吃食品、断奶制品、儿童营养米粉等挤压方便产品相继问世。美国用挤压式膨 化机生产出小学生课间食品，深受欢迎。5 0 年代初，迅速发展的挤压蒸煮由于省时省力， 很大程度上取代了当时的饼干焙烤。利用挤压技术处理淀粉等，取得了较好的糊化效果 2 2 j 。 到了6 0 年代，膨化技术的研究与应用范围已扩大到了酿造等少数行业【2 引，如日本龟甲万 酿造株式会社将原料大豆进行酿造酱油，蛋白质利用率由原来的6 5 达到了9 0 ，提高了 蛋白质的产量和质量，改善了酱油的风味：日本还用挤压原料制酒、制豆浆等【2 4 1 。6 0 年代 中期，挤压机进一步发展完善，应用h t s t ( 高温高压短时杀菌) 挤压机对食物进行有效 热处理、杀菌、钝化酶活力，也证明可挤压手段对营养成分破坏较少。近3 0 多年来，英、 美、法、原苏联、日、荷、意、波、葡、德、瑞士诸国已研制生产了各类食品挤压机，有 的大量投产三四十年，形成了市场。7 0 年代欧美的方便食品中，3 5 1 妇食品挤压机生产。 1 9 8 0 平底，欧洲共同体成员国的食品热处理的国际协作计划( c o g 9 1 计划) 中，挤压膨化 技术占有重要地位【2 5 2 6 】 1 6 国内外对食品挤压膨化技术的研究现状 国外在食品挤压技术方面，进行了多项研究，如物料的粘度模型、表现粘度和模型( 弹 性元件m a x w e l l 模型的组合) ，也对压力、温度、机筒内的滞留时间与产品质量、淀粉的 a 一化程度进行试验研究。8 0 年代中期美国新泽西洲罗杰斯大学的食品先进工艺研究中心 ( c e n t e rf o ra d v a n c e df o o dt e e h n o l o g y ，c a f t ，凯夫特中心) ，将食品挤压蒸煮列为三大研 究领域之一【2 7 】。食物物料在高温高压的挤压机内，利用物理的方法，使大分子的淀粉、蛋 6 吉林农业大学硕士学位论文半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 白质和脂肪切断成为小分子的物质，引起化学性质的变化，由量变引起质变，c a f 的试验 均表明，经挤压膨化的玉米粉，其中的淀粉裂解为糊精和糖( 如还原糖含量增多，由原料 中的1 0 一1 3 2 增至2 1 州2 2 ) ，膨化玉米果原料中不加糖，也会有甜昧，可认为是 还原糖增多所致，这一过程般是在口腔内完成。在唾液中酶的作用才会使淀粉裂解，成 为糊精和麦芽糖等，挤压膨化中的糊化技术，相当于消化器官的延伸，是一种“科学而理 想的食品加工新工艺”【2 8 】。 在发酵工业上，尤其在啤酒工业上，利用挤压膨化工艺代替蒸煮糊化工艺的优点，很 早就引起了国内外广大学者的注意，各国学者也都纷纷展开了对这一领域的研究 2 9 j 。 早在八十年代，日本利用膨化大麦制备麦芽汁的方法就已获得专利p 。1 9 8 6 年，b r i g g s 进行了利用膨化大麦、小麦、玉米为啤酒辅料的实验研究 3 1 】。1 9 8 7 年，1 9 8 8 年d a l e s 和 d e c l o u r 也分别进行了利用挤压物料做啤酒辅料的研究工作【3 2 l 。计算机检索表明：在所查 国际文献中，没发现将挤压膨化技术应用于淀粉糖品生产中的研究论文或成果报道，然而， 淀粉糖浆与啤酒、味精等一些发酵行业在糖化液的制取上，其基本原理是一致的。因此， 将膨化技术用于淀粉糖浆的生产是具有可行性的依据的 3 3 , 3 4 j 。 当今世界，对挤压蒸煮机已具有新的认识，是一个独特的、可以高温瞬时、多工序循 序完成的特殊生物化学反应器，为g , j n 多品质、多风味的工程食品提供了良好的装备，正 在作较为深入系统的研究，具有广阔前景i i 引。 我国挤压膨化技术研究与应用同国外发展相比还有较大差距，具体表现在：挤压机理 研究相对滞后；物料特性对挤压性能的影响研究不足；生产厂家对新产品的开发研究不够 重视，企业投入少，开发能力薄弱，产品风味单调，品种少，市场寿命周期短。相应的挤 压膨化设备存在能耗高、自动化程度低、系统稳定性差的缺点，高新技术应用少；设备同 样存在着使用故障多、可靠性差的通病；制造厂家设计开发和制造手段落后，c a d 、c a t 、 c a m 、c a p p 等只是处于普及推广的初始阶段等，极大地限制了挤压膨化技术的应用与发 展，难以带来良好的规模效益。因此，大力发展挤压膨化技术与设备并加速它在食品生产 中的应用步伐以促进我国食品工业的发展，是目前工程技术人员应着重考虑的一个课题 【3 l 】 o 7 0 年代后期，国内开始生产食品挤压机，1 9 7 9 年北京食品研究所等单位研n d , 型自 热式食品膨化机。8 0 年代初苏州第二米厂和山东食品发酵工业研究所先后研制挤压膨化 机【3 2 1 。黑龙江商学院于1 9 7 9 年首先在国内研制了膨化食品，接着在杨婀娜教授的带动下 【3 5 1 ，进一步将膨化技术应用于中转化糖浆的生产中，得出结论，将膨化新工艺用于淀粉糖 浆生产，可省去玉米磨粉，浸泡等工序，缩短了生产时间，与原工艺在相同时间内，可使 液化、糖化更完全，有利于生产高水解程度的淀粉糖浆，并且膨化新工艺的钙离子使用量 减少5 0 ，可降低原料成本，所得产品基本符合要求【3 6 】。经挤压膨化的玉米粉中的粗脂肪 会下降6 0 ，甚至全部消失。膨化后的玉米果的水溶性增加4 0 以上，淀粉a 化程度在 吉林农业土学磕士学位艳文 丰十法t 来淀粉檐生产关键挂术的研究 9 8 p 以上，因此食品挤压机不仅是机械加工设备也可认为是一种新型的生物化学反应器， 对其变化机理，有待深入研究，可以预计，这一新的加工工艺将在改造传统的酿造工业o t 刨制更科学的工程食品，发展新的饲料加上工业等诸多方面发挥重要的作用”。 本研究旨在证明通过挤压膨化技术，使糊化、液化、糖化在挤出腔内通过复合反应同 时进行，通过单因素对比试验，对比挤压机和膨化机生产出的物料还原糖的含量是否可以 达到传统制糖工艺的糖含量，比较哪种方法更好。 1 7 挤压加工原理 挤压机分为单螺杆挤压机和双螵杆挤压机两大类。单螺杆挤压机按其螺纹升程和螺槽 深度的变化可分为等距变深螺杆、等深变距螺秆、变深变距螺杆。本研究采用实验室现有 的由长春盛达食品工业研究所研制的j c 6 0 型等距变深单螺杆挤压机进行试验。如图l - 1 所示。 图卜i 等距变深单螺杆挤压机 f i g 1 - 1 e q l j a la p p c a r i 瞎i n t e r v a l d a r k e ns i i 斟es c o w e x a u d i a g m a c h i n e 食品挤压加工概括地说就是：利用温度和压力两个因素嗍将食品物料置于挤压机的 高温高压状态下，然后突然释放至常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。挤 吉林农业大学硕士学位论文半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 压加工方法是疏松的原料从料斗进入机筒内，随着螺杆的转动，沿着螺杆方向向前输送。 由于受到机头的阻力作用，固体物料逐渐压实，同时物料受到来自机筒的外部加热以及物 料在螺杆与机筒的强烈搅拌、混合和摩擦等作用，温度升高，压强增大，变成熔融状态 4 0 l ， 使得淀粉粒解体，同时机腔内温度压力升高( 温度可达到1 5 0 一- 2 0 0 。c ，压力3 一- s m p a t 4 ， 然后从一定形状的模孔瞬间挤出，由高温高压突然降至常温常压，其中游离水分在此压差 下急骤汽化，水的体积可膨胀大约2 0 0 0 倍。膨化瞬间，谷物结构发生了变化，它使生淀 粉( d - 淀粉) 转化成熟淀粉( a 淀粉) ，同时变成片层装疏松的海绵体，谷物体积膨大几倍 到十几倍。挤压装置结构图见图1 2 所示。 图卜2 挤压装置结构示意图 f i g 1 - 2 s c h e m a t i cd i a g r a mo fe x t r u d e rs t r c t u r e 卜模头2 一套筒3 一螺杆4 一料斗 1 - m o u l dh e a d2 - l i n i n g3 一s c r e w4 一p o w d e rf u n n e l 如图1 3 所示，当疏松的食品原料从加料斗进入机筒内时，随着螺杆的转动，沿着螺 槽方向向前输送，称为加料输送段。与此同时，由于受到机头的阻力作用，固体物料逐渐 压实，又由于物料受到来自机筒的外部加热以及物料在螺杆与机筒的强烈搅拌、混合、剪 切等作用，温度升高、开始熔融，直至全部熔融，称为压缩熔融段。由于螺槽逐渐变浅， 继续升温升压，食品物料得到蒸煮，出现淀粉糊化，脂肪、蛋白质变性等一系列复杂的生 化反应，组织进一步均化，最后定量、定压地由机头通道均匀挤出，称为计量均化段。上 述即为食品挤压加工的三段过程。 9 吉林农业大学硕士学位论文 半干法玉米淀粉糖生产关键技术的研究 沦j 黑，慨i 。慨。确j m 肌， 1 y ， e转繇瀑瓣斌 钐钐 。，一， 钐勿 _ 一 一一 一 l 一 。2 一一 3 一 图卜3 挤压加工过程示意图 f i g 1 - 3 d e l i n e a t i o no f e x t r u d i