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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 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 筛选 密度分选 去石机 磁选 清洗 可用洗涤机进行清洗 2 玉米浸泡 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 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 SO224820 2 SO224830 3 SO224880 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 静止浸泡法 可溶物浓度5 6 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 粗破碎 一次4 6瓣 二次10 12瓣 胚芽分离 胚芽漂浮槽法 适合于小规模生产 旋液分离器 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 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 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 机械脱水 除水73 用离心式过滤机 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 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 斜槽沉淀 离心分离 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 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 离心机法 碟片式喷嘴型离心机三级逆流洗涤 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 适应各种工业应用要求 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 酸变性淀粉生产工艺淀粉乳酸解离心中和洗涤脱水干燥筛分包装成品1 操作要点 将淀粉乳送入反应罐 升温到37 38 加入适量盐酸恒温酸解反应3 4h 反应结束后 放出物料 用离心机脱水 回收酸液 然后用5moL L的Na2CO3溶液中和酸变性淀粉乳 使pH为6 0左右 洗涤至中性 经脱水后进行气流干燥 过筛后包装即为成品 回收酸液供下批用 2 控制指标 酸变性的主要目的是降低淀粉糊的黏度 因此转化过程中常用测定热糊流度的方法来控制 流度是黏度的倒数 测定流度是用一只特制的玻璃漏斗 下方连有玻璃毛细管 若100mL蒸馏水流经此漏斗为70s 酸变性淀粉样品溶液在70s内流过的体积 mL 为此样品的流度 3 用途 1 食品工业 制造软糖 果子冻2 造纸工业 利用酸变性淀粉成膜性好 膜强度大 黏度低等特性 作为特种纸张表面涂胶剂 以改善纸张的耐磨性 耐油墨性 提高印刷性能 3 纺织工业 用来进行棉织品和棉 合成纤维混纺织品的上浆和整理处理 五变性淀粉在食品工业中的应用 一 原淀粉缺陷及变性目的 1 口感差2 黏度不一致3 受剪切作用敏感4 稳定性差 易老化5 溶解性 有时需要比原淀粉糊更好的溶解性 通过变性达到以下目的 改善蒸煮特性减缓老化降低糊凝胶倾向增加糊冻融稳定性降低糊及凝胶吸水性改善糊及凝胶的透明度及光泽改善糊及凝胶的质构改善膜结构改善黏着性引入疏水基团 提高乳化稳定作用 二 食用变性淀粉的基本变性方法 1 交联 通过引入双官能团试剂 与颗粒中两个不同淀粉分子中的羟基发生反应 加强了氢键 减缓了颗粒膨胀的速率及降低了膨胀颗粒破裂的敏感性 交联度愈高 承受高温 剪切 低pH值的能力愈强 2 稳定化 在淀粉颗粒分子上引入某些基团形成空间位阻 使得淀粉糊化温度降低 黏度增大 透明度增加 回生程度减少 凝胶能力下降 抗冷冻性能提高 适于做增稠剂和稳定剂 主要包括酯化淀粉和醚化淀粉