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此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除第四章 玉米淀粉特性4.1生物合成4.1.1生物合成淀粉是一种微小的颗粒物质，是玉米最重要的组成部分，在其他的农作物中也大量的存在，它的组成、颗粒形状及大小，与其来源品种有很大的关系（表4.1）。在农作物种子中存在有大量的淀粉，例如玉米种子中，为以后的生根发芽提供必要的食物储备（此时生成的根还起不到供应能量的作用）,这些农作物是人类食品及动物饲料的高能量组成成分，如果淀粉能以相对高的纯度分离出来的话，它可以作为食品原料及工业用途。4.1.2分子形式玉米淀粉的分子颗粒较小，原生质体和（amyloplasts）是玉米颗粒胚乳细胞的组成部分，（amyloplasts）中的酶把一些基础的物料转化为组成淀粉颗粒的大分子物质，在生长的初期，在每个（amyloplasts）中有不止一个得胚芽细胞颗粒，但是随着生长以及（amyloplasts）再分，使得一个（amyloplasts）中只有一个胚芽。淀粉是葡聚糖的多聚物，几乎全部由脱水葡萄糖链组成的多聚物。链有两种基本形式，支链和直链淀粉，并且每种链淀粉对应不同的酶系。支链和直链淀粉在半结晶的淀粉颗粒中以氢键结合呈放射状排列（4.3.1），而其中的主要的结构成分是支链淀粉。颗粒是从颗粒的中心一层一层的堆积而生长的，这可以用显微镜观察得到。每当玉米接近成熟或者淀粉颗粒达到足够大时，淀粉颗粒中的淀粉的一些特性就会发生一定的变化，尤其是直链淀粉增多。现在还没有证据证明淀粉颗粒周围存在隔膜，尽管在干淀粉中，淀粉颗粒的外层比内层的结构更加紧密，因为外层失去了更多的水分。4.1.3在合成中酶的作用淀粉合成中的酶的作用的细节仍然在研究中，所以在此只是一个概述。酶的作用大概有三个主要的步骤：1.基本颗粒的形成（即葡萄糖颗粒的形成）。2.用葡萄糖分子结合成直链状的分子链。 3.往直链上加分支链。表4.1淀粉特性 淀粉种类黄玉米蜡质玉米高直链淀粉玉米小麦颗粒大小（微米）5-25 平均为15 5-25 平均为152-24 平均为102-10 20-35颗粒形状圆的或多角形圆的或多角形圆 伸长等多样的圆的或椭圆的旋光Black crossBlack crossBlack crossBlack cross直链/直链（大约）26/741/99高于80/2025/75胶凝温度范围144-162/62-72145-162/63-72153-212/67-100126-14752-64油脂含量0.5%0.3%0.4%1.0%淀粉糊澄清度不透明的半透明的不透明的不透明的淀粉糊质地Short高黏度Long stringy fluidHard gelShort高黏度 机械拉伸性中等低中等中等糊的粘性气味 味道低低低低注:高直链淀粉只有在高压蒸煮到150才能成糊(disperse) 一般的淀粉酶（amylases）在淀粉的合成过程中几乎不起任何的作用，因为淀粉酶的反应是在降解淀粉。淀粉合成的原料由光合作用以葡萄糖磷酸或其他低分子颗粒的形式来提供的，但是在植物体内部主要是以蔗糖的形式来传输的，所以任何描述淀粉合成过程的图表都是以蔗糖的降解开始的，图4.1就是这样的一个图表，表4.2是一些主要涉及到的一些酶。这只是一个假设，会有很多的变数，仍然需要大量的研究者来证实或澄清一些东西。4.2淀粉颗粒4.2.1实验室分离实验室中从玉米中分离淀粉还存在一些问题，干磨法会导致部分淀粉颗粒的一些破坏，而湿磨法会由于浸泡酸变性导致淀粉黏度降低。Adkins和Greenwood建议应该在104（40）的条件下在pH值为6.5的醋酸盐缓冲溶液（加0.01M氯酸汞）浸泡40-50小时，然后软化破碎玉米颗粒，玉米浆液通过75微米的曲筛，筛下物蛋白和淀粉与甲苯不断的震动是蛋白变性，然后蛋白被离心分离法除去。但是很多人反对氯酸汞加入，Watson指出浸泡液中以硫酸氢钠的形式加入0.1%的二氧化硫可以使淀粉不大量的凝沉、老化。角质胚乳中的一些小颗粒的淀粉，很难从纤维碎片中分离出来。4.2.2双折射4.2.3结晶4.3化学特性4.3.1支链和直链就如这章前部分所说，淀粉由两种不同的葡萄糖聚合物支链和直链组成，化学式都为(C6H10O5)n，脱水葡萄糖之间以alpha 1，4糖苷键相互连接，在支链淀粉中存在alpha 1，6糖苷键，如图4.3主链与分支链以alpha 1，6糖苷键连接。支链和直链的比例以及由此引起的淀粉的特性的变化与淀粉的来源有关，一般的玉米含有大约26%的直链淀粉，蜡质玉米中几乎不含有直链淀粉。（如表4.1所示）。直链链长为几百到几千个单位不等（平均的分子量大约为600000）,直链以双螺旋结构存在于淀粉颗粒中，该双螺旋又与碘和一些脂肪酸复合（4.3.3和4.3.5），直链的这种线性结构是由氢键连接的，氢键是相邻的两个分子的羟基之间的一种松散的连接，在一定的条件下，它会引起老化现象，造成颗粒结晶沉淀（4.4.4）。氢键的这种性质一直保持，甚至在分子部分水解以后依然保持。相反，支链淀粉的分子特别大，大约由1500000个脱水葡萄糖单位组成（分子量大约为250000000）。它的结构高度分支，每个分支链长为大约20个脱水葡萄糖单位。它的分支链中没有氢键，所以支链淀粉即使浓度很高也不容易凝沉，在冷却时它形成了一种很软的纤维胶体。支链淀粉溶液的黏度较高，但是连续搅拌时容易老化。支链淀粉有很广的应用，例如它可以作为食品变性淀粉的原料，从蜡质玉米中可以加工出非常纯的支链淀粉（1.3.6），这些淀粉都是以颗粒形式存在的。一部分的直链淀粉可以通过把玉米淀粉溶解于热水中而过滤除去，直链淀粉也可以在玉米淀粉溶液中沉淀而除去，这只是一些特殊的操作，正常生产中一般用不到。4.3.2还原性 支链和直链淀粉都不具有还原性，而葡萄糖、果糖以及其他糖类具有还原性，他们可以与碱性铜溶液反应，生成了氧化亚铜沉淀。具有还原性的是葡萄糖分子的一碳部分，在由葡萄糖分子聚合而成的长链中，除了链一端的一个分子，其他的葡萄糖分子都是以alpha 1，4糖苷键连接的，一个长链只有一端的一个葡萄糖分子具有还原性，而由于链长太长，这个分子根本不起什么作用。但是，当水解该聚合链时，许多的葡萄糖单位释放出来，这样的话可以用还原性的大小判断水解的程度，水解程度可以用葡萄糖的百分含量来表示，这就是水解产物中的DE值，如果全部水解成葡萄糖（实际中不可能），DE值为100。4.3.3 碘反应一般的玉米淀粉溶液与碘酸钾溶液的碘反应显示亮蓝色，但是一般由于淀粉颗粒排列太密而显示黑色。变色的原因是碘与直链淀粉分子形成了复合物，碘原子进入了双螺旋结构的内部。这是一个比较特殊的反应，可以用所用的碘的量来测量分析直链淀粉的含量。支链淀粉在这个条件下只与一小部分的碘反应，显示红色，但通常由于直链淀粉的存在，红色被很深的蓝色所覆盖，在蜡质玉米淀粉中（大部分是支链淀粉），会显示紫色。直链淀粉的双螺旋结构还可以与其他物质复合，例如玉米淀粉中的脂肪，所以当用碘液测量直链淀粉含量之前一般先要出去脂肪。碘与直链淀粉聚合物的颜色随直链淀粉的聚合度（DP）而变化。当直链淀粉的链长由于酸或酶的水解而减少时，颜色会从聚合度（DP）为100时的紫色变为聚合度（DP）为20时的褐色。温度也影响显色反应，当溶液加热时，蓝色消失，可能是由于双螺旋结构的变形而引起的，当冷却时也会出现相同的变化。4.3.4旋光度4.3.5杂质商业淀粉含有很少量残留的杂质一般是蛋白与脂肪的混合物，一般玉米淀粉的成分分析如下： 碳水化合物99.0%干基蛋白0.35%干基可溶蛋白0.01%-0.015%干基脂肪0.55%干基灰分0.1%干基磷0.01-0.02%干基水分12%商业级注意在工业生产中蛋白量一般通过凯式定氮法测量值乘以6.25，而可溶蛋白一般是指多肽和氨基酸。蛋白和淀粉在玉米颗粒中以矩阵的形式排列，成品淀粉中蛋白含量的多少或多或少是由生产者的注意力决定的，但是对玉米淀粉来说，很难把这个值降到0.25%以下。一些残留的蛋白一般与脂肪或直链复合在一起。只有少量的脂肪可以用一般的脂肪溶剂（石油醚或四氯化碳）从淀粉中分离出来，除非淀粉首先进行酸解。但是大部分的脂肪可以缓慢的从颗粒淀粉中分离出来通过一些亲水溶剂，例如甲醇溶剂。可以通过首先球磨淀粉加快脂肪的分离。玉米淀粉中的脂肪物质大部分存在于直链淀粉中，并且与一些氮和磷连接在一起，尽管大部分的磷可以独自的酯化进入淀粉中。尽管含量都非常的小，但是对淀粉的性质有一定的影响。例如，马铃薯淀粉中的酯化磷酸盐（大约为0.05%-0.1%）对淀粉的水解产物的缓冲力又很大的影响，去掉脂肪的玉米淀粉凝胶温度降低，峰值粘度降低。4.3.6水分含量淀粉颗粒在冷水中不溶，但是与周围大气中的水分建立了平衡。在室温下50%的空气相对湿度对应12%的淀粉水分含量，淀粉的这种对水的吸附现象有滞后性，例如，淀粉水分含量在它与外界环境达到平衡之前不能被确定。 4.4溶解性4.4.1 热力凝胶当淀粉悬浮液加热时，淀粉颗粒由于吸收了一部分水，稍微膨胀，但是仍然保持双折射性质。如果继续加热超过某一温度范围后，淀粉颗粒突然膨胀到原来体积的许多倍。这种凝胶作用是不可逆的并且伴随淀粉颗粒光学性质的消失。这是由于加热到一定的程度时，热量足够的大以至于克服了颗粒之间的氢键的作用。不同来源的淀粉凝胶温度并不相同。玉米淀粉的凝胶温度范围大概在62-72（144-162），但是较小的颗粒抵抗凝胶的能力更强，它的温度范围为100（212）以上。高直链淀粉需高压加热到100以上才能完全凝胶。在凝胶时，淀粉浆变的相对的透明，而随膨胀颗粒的聚集，淀粉浆黏度显著的增加。继续加热，尤其伴随搅拌时，一部分的膨胀颗粒被破坏、分裂，未膨胀的一些淀粉进入了胶状的溶液中，使溶液的黏度降低。淀粉在溶液中分散的程度（就像酶降解时要求的分散度）要求机械的剪切作用（例如：均质作用）或在一定的压力下过热然（flash to atmosphere）。大部分的淀粉溶液中包含有膨胀颗粒、颗粒片断以及分子分散的淀粉。随着试验条件的变化，淀粉的凝胶温度也有一定程度的变化。淀粉浆的pH值是是一个影响因素（4.4.2），但在pH值为5-7之间影响不太显著。一些化学物质例如硝酸钠和尿素，可以降低淀粉的凝胶温度，就像淀粉自身进行了酯化醚化作用一样。其他的一些化学物质例如硫酸钠提高了凝胶温度（presumably by competing for the available water）。热力凝胶是一个吸热的过程，膨胀所吸收的热量的多少一定程度上决定于于淀粉颗粒的破坏程度（the “heat of swelling”depending somewhat on the extent of any starch granule damage）.最近的的研究表明，吸收的热量大约为4.3cal/gram abs（相当于7.7 BTU/1b.干基）。4.4.2化学凝胶在室温下，一些化学物质可以破坏淀粉颗粒中的氢键，引起淀粉颗粒的膨胀和分散。最常见的是碘化物（氢氧化钠），其他的具有该特性的试剂还包括尿素、二甲基的亚砜以及水杨酸盐、硫氰酸盐、碘化物。淀粉的氢氧化钠溶液被假定含有的全部是分子水平的淀粉（没有颗粒片断），并且它的黏度就被设定为淀粉的固有黏度。二甲基的亚砜淀粉溶液通常用来研究淀粉分子结构和反应。4.4.3 酸解淀粉在生产商用玉米淀粉浆时（corn syrup），玉米淀粉被所用的酸胶凝、水解，通常用高温盐酸在一定的压力下。这导致淀粉分子的的快速的自由的分解、淀粉浆黏度的减小、还原糖量增多。大部分生产中只要求部分的水解，但是无论如何，在实际的生产中都很难达到彻底的降解，因为有副反应的存在，尤其在高浓度的淀粉溶液中，副反应生成了异麦芽糖、龙胆二糖以及其他的转化产品，在7.4有关于此的详细介绍。4.4.4 淀粉的回生、老化如上文所说，玉米淀粉在加热的条件下在水溶液中可以很好的溶解，所得到的溶液在温度保持在90（194）以上时，非常的稳定，但是冷却时会出现回生老化的现象。在稀溶液中，冷却到70（158）时，部分淀粉颗粒生成不规则形状的淀粉颗粒，在浓度为5%左右的淀粉溶液中，进一步的冷却会形成坚硬的胶体，这种现象主要是由于直链淀粉的直链之间通过氢键重新连接起来，形成了不能溶解的聚集体颗粒。支链在稀溶液中冷却时比较稳定，在浓溶液中冷却也仅仅很柔软的纤维胶体。直链淀粉的这种结晶可以把直链淀粉从支链淀粉中分离出来，直链淀粉冷却是形成的这种沉淀物很难再溶解了，即使用煮沸的水都难溶解，但是可以溶于二甲基亚砜或亚砜的碱溶液中。通过把淀粉颗粒引入乙酰基或羟基可以避免发生这种回生、老化现象；作者推测大概是因为新引入的基团使直链淀粉的直链方向发生了变化，使直链之间的氢键很难与接近、结合。而淀粉轻微的水解（降解）能使这种老化回生现象严重，例如酸解的淀粉浆（DE值很仅为低，30以下）在加工过程中或在储存过程中冷却时特别容易回生（haze formation）,这种现象可以通过用生物淀粉酶（细菌的脱浆淀粉酶）来阻止，7.2.2.2有详细介绍。酸解淀粉浆的成分并不很稳定，（and the enzyme preferably attacks the larger molecules that tend to reassociate）,大部分的酸解淀粉的DE值在30以上，酶解淀粉的DE值在15以上，它们中都不包含有可以发生回生的大的淀粉颗粒。还有另外的一种现象叫高温回生。储存在75-90（167-194），分散性很好，DE值非常的低的的淀粉浆高压加热到150（302）或用95（203）的耐高温淀粉酶喷射该淀粉浆，这样的条件下一小时左右时会生成直链淀粉与脂肪酸的复合物，该复合物的颗粒直径为15-40微米，而且颗粒易碎。（which have some degree of crystallinity,exhibiting a polarization cross）。这种淀粉容易被错误地认为是原淀粉（native starch），但是，它的颗粒是那些未膨胀的淀粉颗粒的2-3倍，而且颗粒更加圆，同时它也容易受机械力的破坏，形成扇形片断。高温回生可以通过酯化（乙酰化）该淀粉或者是醚化作用而得到抑制，但是通过氧化作用引入羟基对高温回生没有影响。一定程度水解后进行酶液化处理的淀粉的这种回生能力消失，但是具体的水解程度还没有确定。4.5 变性为了满足食品生产及工业生产的要求，需要对淀粉进行一定的化学变性。大部分的变性是针对悬浮液中的淀粉颗粒的。干燥后的淀粉颗粒表面上与一般的淀粉颗粒相似，但是某些方面的物理特性已经发生了很大的变化。淀粉变性可以降低淀粉的热粘性、抑制淀粉的老化回生、使淀粉浆在低pH值或机械剪切时仍保持稳定。在第十章有详细的阐述。4.6 性质评估（evaluation）4.6.1一般特性对于玉米湿磨的生产企业来说，淀粉浆的主要特性是总蛋白以及可溶蛋白的含量，在4.3.5已经分析了这种淀粉浆。当淀粉或变性淀粉在浓缩或包装时，黏度的控制也是非常重要的（4.6.3），另外总蛋白、pH值、清洁度、灰分、以及二氧化硫含量都是一些常规指标。4.6.2 simple cook4.7.3 凝胶温度范围在4.4.1中提到，当淀粉在水中加热时，颗粒膨胀，并且偏振现象（polarization cross）消失。这样的话用安有（hot stage）的显微镜可以很方便的测出淀粉的凝胶温度。就如Watson所描述的那样，涂有淀粉试样的薄片慢慢加热，2/min，同时在（partially crossed nicol）下进行观察，可以看到单个的颗粒胶凝作用非常的迅速，但是随颗粒的不同，温度有一定范围的变化，普通的淀粉颗粒的凝胶温度为62-72（144-162）。凝胶温度范围受淀粉变性的影响，或受加入的盐和糖的影响。表4-3选择的给了一些数据。道尔工艺之玉米油篇淀粉工业类 2007-10-20 15:09:08 阅读296 评论1 字号：大中小 14.1介绍玉米油是从玉米中获得的很有价值的副产品，湿磨工艺的其中一个优点就是玉米胚芽的收率最大化，从而也尽可能获得大量的玉米油。玉米油不是完全均匀分散在玉米中的，在不同的湿磨产品中粗油的量（crude fat determination）在一定程度上根据分析程序和制备方法的不同而变化。这样的话通过对玉米的精心的磨碾，或者用高沸点溶剂可以获得额外的玉米油产品（waxes）。除此之外， 玉米淀粉中的油脂一般含量为0.55%，而且在淀粉中复合的非常紧密，很难用一般的脂肪溶剂溶出来即使淀粉被完全水解。因此，湿磨操作中油脂的收率有很大的不同。用传统的方式，可以获得大约90%的油脂，其中80%来自于胚芽，假定剩余部分油脂由于水解而丢失。从湿磨车间出来的胚芽一般含有45-50%的油脂和2-4%的水分。需要进行干燥使得榨油更简单，也确保胚芽的储存稳定性。但是应该避免过度的干燥和快速干燥，这容易造成胚芽易碎，而且在榨油过程中破碎，影响收率。干燥以后的胚芽需要进行冷却，有时通过合适的气力输送系统进行冷却，以避免油脂质量的退化和储存过程中可能的火灾。粗油通过螺旋挤压或者用机械挤压结合正己烷溶剂萃取的方式来获得。如果用到溶剂的话需要通过蒸汽脱附方式从产品中回收溶剂。萃取完油之后残留的物质是高蛋白物质，一般作为胚芽粉出售，或者与麸质饲料混合（9.5）。生产出来的粗油含有一些不溶杂质，可以通过筛分去除，并通过过滤和离心进行澄清。大部分的玉米油用在食品中，所以需要精炼该油脂，去除一些不需要的成分例如风味物质以及一些蜡状物（waxes），这需要一系列的步骤：脱胶、碱精炼、漂白、除臭。生产人造黄油时，玉米油需要氢化以生产出更加饱和的脂肪，它在室温下为固体。 14.2 胚芽销售对于小的湿磨车间来说安装胚芽加工设备很不划算。因为胚芽质量不统一，玉米油和胚芽粉的市场价变动的非常厉害14.3 油脂的组成以及特性玉米油脂的特性决定了它广泛的食品工业用途。不含胆固醇而且含有大量的多不饱和物，所以它被视为非常有营养的物质。另外，甘油酯含有脂肪酸亚油酸和亚麻酸，它们是人体的基本物质（essential）。玉米油的主要组成成分是脂肪酸甘油酯，但是粗油含有一些不需要的非甘油酯组分。游离脂肪酸促进了油脂在蒸煮（cooking）过程中发烟，当过量存在是还影响到其风味；磷脂对风味也有一定的影响，应起了油脂在加热时变黑变暗，而且在水分存在的情况下可以沉淀；蜡状物（waxes）促使油脂在冷却时雾化（cloudy）。 下文介绍的精炼过程就是为了减少这些不必要的组分，以生产出标准的具有柔和气味的颜色较淡的产品。而具有抗氧化性的维生素E仍然保持在精炼后的油脂中可以阻止油脂腐烂发臭。植物甾醇类也顺便保留下来，而且对油脂没有什么反作用。在粗油精炼过程中出现的油脂组分的变化在表14.1显示，另外还有物理性质方面的一些数据，这个表还包含精炼玉米油的食品化学规范说明。14.4 榨取输送到榨油工序的胚芽如果储存过的话，它的温度通常接近于环境温度。在榨油前通过螺旋输送加热到93-116。也可以用直接的蒸汽喷射法使得水分含量调整到大约3%。准备好的胚芽直接进入榨油机（一段关于榨油机的工作过程没翻译）。榨油会产生一定的热量，为了避免烧焦胚芽饼和使油脂褪色，通常再循环一部分部分冷却的油脂，并用这部分油脂来冲洗脱水桶的外部。水平螺旋的轴也可以用热水来进行“冷却”。在理想操作的条件下，榨油机可以使残留的胚芽粉中的油脂含量减少到7-10%，这对于小的生产车间来说还是比较经济合理的。如果直接卖掉胚芽粉的话，它需要通过引入一部分蒸汽使得它的水分含量达到10%左右。如果榨油后还要进行溶剂萃取（浸油），榨油机调整到生产的胚芽粉的油脂含量达到20-25%，这样的话节省了榨油机的能量使用，并且减少了榨取时随油脂一起出来的杂质物质，同时为浸油提供了结构组成合理的胚芽粉。榨取的油脂通常或多或少含有一些不可溶的杂质。通常用连续的曲筛或者离心机工序来除掉这些杂质。例如，如果安装有几个挤压机，可以安装一个筛子槽（图14.1）。一部分筛分过的油脂被部分冷却，用来冷却榨油桶（上文所说）。剩余的油脂过滤（一般用压滤机）、冷却然后通过泵去储存。或者榨取的油脂可以通过离心机进行澄清，然后在储存之前冷却到24-35。从粗油中筛分下来的一些不溶杂质（foots）再与胚芽进料一起混合进入榨油机。产生过多的不溶杂质常常是由于条夹板（worn barrel bars）使用时间太长，或易碎的胚芽造成的，这导致大量的玉米油随不溶杂质（foots）又返回到榨油机中，这使得进料大大增加，从而使得榨油机螺旋很难抓住，导致生产能力下降，油脂损失进入胚芽粉增多。 14.5 溶剂萃取从榨油工序出来的胚芽粉通常含有23%的油脂，用正己烷萃取到大约1.5%的油脂含量。这种溶剂易燃而且比较昂贵，所以必须回收利用。 浸油之前，胚芽粉中通入蒸汽，使其水分含量从4%达到12%，并在200下保持几分钟，通过辗片机（flaking rolls），使其薄片厚度为0.01英寸。制好的薄片进入浸油工序，并在逆流系统中与溶剂密切接触，然后过滤，剩余干物用蒸汽进行除溶剂处理，然后产品轻微干燥到水分含量大约为10%。除溶剂和干燥可以结合到一起通过一系列直立的盘子（trays）来进行，物料从顶部流向底部，而蒸汽直接喷射到顶部的盘子的物料中，这样底部的盘子不是被直接加热的。过滤的液体物质即萃取液中含有20%的油脂（其余为溶剂），它通过蒸发器（蒸发器部分被来自除溶剂工序的溶剂蒸汽加热）。蒸发后的产品含有90%的油脂，该产品然后被在真空下工作的圆柱形蒸汽喷射器出来的逆流蒸汽带走残余的溶剂。正己烷溶剂与水的混合物一起被浓缩，然后通过移注法（decantation）分离再利用。在这里需要有溶剂系统的排放，用冷凝器可以避免大量的溶剂损失，或者可以通过在矿物油中被吸收然后用蒸汽分离法来回收溶剂避免了大量的溶剂损失。 14.6 超临界的萃取（supercritical extraction）这种技术还未被广泛的应用，但是它有一些优点，尤其从环境的方面来考虑。一般的液体二氧化碳在-55到31的范围内稳定，它是一种无极的（nonpolar）溶剂，作为萃取媒介它有几方面的优点，包括不具可燃性，没有毒性。然而溶解能力相对较低，而且在回收溶剂时会出现溶剂状态的变化（例如，在蒸发液体二氧化碳时）。当二氧化碳温度被提升到其临界温度31以上时，它不能被液化，但是用了大量的压力。，这些压力改变了气体的密度，这样的话足够的压力可以使得该气体密度达到液体的密度。这种“超临界液体”的特性与液体的特性相似，包括溶解能力，溶解能力主要靠它的密度。这样的话再55压力为400Bar时，密度为0.9，该流体可以溶解2-3%的油脂。在恒温下（constant）减少压力到100Bar时,密度变为0.3，这时溶解性几乎可以忽略，这样就可以分离出油脂。这种超高压的应用显然是不利的，这种工艺现在仅在高价产品的生产例如香料萃取中证明是比较划算的，但是在以后一定有非常广泛的应用。14.7 精炼粗玉米油储存在38以下时比较稳定，因为其具有天然的抗氧化性。但是作为食品用途的话它必须要经过精炼以去除一些不必要的物质（14.3），精炼操作包括以下几步。 14.7.1 脱胶存在的树脂（胶）物质主要是磷脂物质，在水合作用以后它可以从热的粗油中分离出来。通过引入超过3%的水分或蒸汽进入油脂中，并在80下搅拌以促进水合，然后离心分离出沉淀物质。部分这些杂质可以通过过滤或移注粗油而去除，脱胶步骤就被免除了。假如这样的话，一些残留的磷脂在碱精炼过程中同游离脂肪酸一起去除。 14.7.2 碱精炼在这步，油脂加热到了82并用稍微过量的10%的氢氧化钠处理。用量一般比中和游离脂肪酸所需要的量多0.15%，氢氧化钠与游离脂肪酸中和形成了钠盐，混合以后进行离心分离，残留的一些磷脂以及中和形成的钠盐被作为“皂脚”除去。这些皂脚在酸化以后，被作为脂肪酸来销售。处理过的油脂用非常热的水冲洗以去除残留的皂脚，离心分离出来这些洗涤液再加入进入先前分离出来的皂脚中。如果油脂将要进行暂时的储存，需要在高真空度（27汞柱）下加热到90使干燥到水分含量为0.05%。14.7.3 漂白漂白用活化活性粘土来进行，活化活性粘土可以吸收一些发色体、残留磷脂和一些其他杂质。90的油脂用1.5%的漂白处理30分钟，然后过滤。如果油脂先期未被干燥，这步操作需要在真空下进行，这样也能达到干燥的目的。从油脂中过滤下来的用尽的粘土进行蒸发以回收一些残留的油脂，然后丢弃。被丢弃的粘土饼的油脂含量可以达到50%。14.7.4 冷滤这步去掉一些腊状物（waxes），这种物质在低温储存时会结晶出来。脱色后的油脂冷却到4几个小时或几天，然后沉淀物质用大约0.75%的助滤剂作为滤料层过滤出来。从该过滤器下来的滤饼进行蒸发以回收腊状物（waxes），腊状物（waxes）可以单独作为工业用途或动物饲料用途来销售。14.7.5 氢化作用如果油脂要被氢化，冷滤就没有必要了，油脂在漂白以后直接进入氢化过程。氢化作用去除了脂肪酸中存在的一些不饱和双键。有时候需要光照处理以提高其储存稳定性，但是，氢化的主要原因是为了增加熔点，生产人造黄油。氢化是在121、镍催化的条件下利用气态氢进行的，需要用到超过60psig,并且需要进行冷却。通过过滤去掉一些催化剂后产品进行除臭，有时候除臭前还加一步额外的漂白。 14.7.6 除臭这步除掉一些挥发性的杂质例如维生素E以及一些残留的脂肪酸，另外还有一些香味成分。冷滤后的或者氢化后的油脂被加热，并进入汽提圆柱中，汽提圆柱保持在238、压力为4mm汞柱，在这种环境下保持一小时。当油脂向下运动时，连续的蒸汽流沿着圆柱向上走，杂质随蒸汽一起带走冷凝。因为有高温要求，需要特殊的加热，许多现代化的安装用了道氏热载体（一种专利热交换流体产品）以预加热油脂和使蒸汽过热。在该温度和真空度下，油脂中不会保留一点水分。在暴露于空气之前，油脂必须被冷却到38以下，或者，如果氢化完的话冷却到高于熔点10。然后进行最终的打光过滤，最后储藏。14.7.7 储藏为避免变质恶化，玉米油应该远离空气、光照、水分和重金属储存，并且保持在38以下。不锈钢罐比较适合，由于在较冷天气时，水分在罐顶空间聚集，需要用干氮去除该水分。并且避免与铜接触。道尔工艺之离心机篇淀粉工业类 2007-10-09 14:00:07 阅读242 评论0 字号：大中小 第十六章 离心机 离心机通过物料高速的旋转产生的巨大的离心力达到物理分离的效果，如利用喷嘴离心机通过沉淀出悬浮物质可以对液体物料进行澄清，或利用在悬浮液中的密度不同来分离两种固体物料。利用（perforated basket）可以进行固体物料和液体物料的分离。离心分离的效力可以通过计算“g”值来衡量，“g”值是在离心中颗粒重量增加的数值。可以通过以下公式来计算：g=DN2/70440，D 转子的直径（英寸），N每分钟的转速。这样的话对于一个30英寸直径的转子以2800转/分钟旋转时，转子外围的“g”值为：30*2800（平方）/70440=3339在玉米加工工业中离心机有几方面的应用，利用离心机是得车间更加紧凑，后面的部分大概讲述现在应用比较广的几种离心机。16.1 喷嘴（叠片）离心机这种离心机在湿磨工业中非常的重要，它应用于破碎料（1590）浓缩（3.6.2）、淀粉与麸质的分离（3.6.3）、淀粉洗涤顶流的浓缩（3.6.4）、麸质浓缩（3.7.1）中，喷嘴离心机还用来洗涤去除淀粉变性后的多余的化学物质（10.2），一种三步分离设计的离心机可以用来去掉淀粉水解液中的浆状物质（7.7.2）。图16.1喷嘴离心机的主要的设计特点，它的转子分为两部分，并且他们固定在一起，还包含一叠圆锥叠片，叠片之间的空隙很小，喷嘴安装在转子的外围。转子设计成一定的锥度以避免喷嘴之间的固体的堆积。从顶端或底部进入转子的物料，被分配室的叶片加速，并被分配到了叶片的底端，一些重的液相被分离到了转子的外围，并通过喷嘴释放出来，形成底流。大多数的液体穿过了碟片之间的空隙，在这里进行离心分离的最主要的步骤，顶流的排放安装在转子的中心，排放受到了向心泵的作用的帮助。转子上的一摞碟片把液体物料分离成薄层（一般为1mm）。当进行分离时，重物料的颗粒在离心力的作用下向外运动，并在液体流动的影响下向上运动，快速的接触碟片壁（图16.2），当这些重物料颗粒聚集成块时它克服了液体向上流动的影响沿着碟片壁向下运动，到达喷嘴部分，并最终从喷嘴排放出来，为了达到更好的分离效果，一定要选择特殊的碟片。根据转子规格的大小一般选择6-12个喷嘴，并且喷嘴有稍微的角度以提供一些推力。离心机的标准表有不同的喷嘴大小对应不同喷嘴流量的对应表，所以一般根据工艺要求来选择不同的喷嘴直径，喷嘴直径最小不能小于1mm，否则容易造成喷嘴堵塞，最大为4mm，如果选择大的喷嘴直径的话，需要更大的马力要求（即需要大的电机）。 在一些应用中，即使选择最小直径的喷嘴也不能达到底流浓度的要求，在这种情况下，一部分产品回流到转子以提供更多的固体物料穿过喷嘴。因为穿过喷嘴的体积流量是一定的，所以回流可以使底流浓度增加，也可以使顶流体积增大。为了达到这个目的，一些离心机本身就装有这个回流管。这种方法对可以达到的最大的底流浓度有要求，如果要试图浓缩淀粉到浓度为20玻美以上，或者麸质达到22oz/gal(165克/升)时可能导致固体物料从顶流走掉。循环物料进入了离心机转子靠近喷嘴的部位，因为如果它与离心机进料混合的话，就需要对固体进行再分离，增加了离心机的负担以及能量的消耗。洗涤水也是以同样的方法进入离心机内（to carry out an efficient displacement of the original liquid），对于淀粉乳来说，固定量的洗涤水所需的进入离心机的压力由喷嘴排放出来的淀粉的浓度决定，这样的话可以通过调节进料以及循环料的数量来控制底流的波美。喷嘴离心机不同应用上的操作标准在相对应的工艺部分都由介绍。16.2锥形筛离心机如图16.3所示，该离心机由旋转的锥形筛组成，这个筛可以水平的或垂直安装，筛子上安装有洗涤喷射和螺旋叶片已曲筛表面的物料的流动。就像在9.5.1所说，这种离心机在湿磨工业中的应用主要是用于纤维的预脱水。纤维浆连续不断的进入旋转的锥形筛的窄的一端，随着物料达到一定的速度，强大的离心力使得液体、游离淀粉以及麸质等颗粒穿过锥形筛（0.2mm的直径）。在离心力的作用下固体物料移向了锥形筛的宽的部分。如果安装有螺旋的话，螺旋的旋转速度稍稍大于锥形筛的旋转速度，以便在控制的速率下传输固体物料。螺旋与锥形筛的间距需要调整以适合产品的连贯性（consistency）。随着锥形筛直径的逐渐增大离心作用也增加，所以固体物料在向锥形筛宽端移动时不断地脱水。洗涤喷射可以用于喷射到固体层，当固体沿着锥形筛移动时，但是由于在工艺中纤维已经洗涤洗涤过了，所以这步操作没有多大的作用。16.3 沉降式离心机这种连续离心机可以应用于麸质的脱水（3.7.2），除非在浸泡和磨区中二氧化硫的用量大量减少，否则沉降式离心机的脱水效果比其他的过滤装置要差。并且需要特殊的技术维护，但是，该机器非常紧凑，操作中不需要太多的注意。沉降式离心机的转子是实心的，水平安装（图16.4），转子的一端是圆锥状的。进料进入转子得圆柱与圆锥的交叉点处，在离心力的作用下，固体物料沿转子壁分离，并在螺旋轴的（转动速度稍大于转子速度）作用下移动上了转子的圆锥端，在该端固体物料脱水并从锥口释放出来。同时，液体向转子的另一端流动。在这端，当液位高于堰时排放出去，堰用来保持转子的圆柱以及部分圆锥体中充满液体，可以调节该堰来使液位变浅，从而延长了转子的脱水部分。相反的，液位变深使脱水效率降低，但是被排放的液体的（顶流）的澄清度提高。转子与传输螺旋之间的速度的差异可以在一定的范围之内进行调整，速度差异较高的话导致固体层较薄，但是固体通过脱水区域是速度较快。在具体的应用中需要经验进行最优调整。16.4篮式筐式离心过滤机篮式离心过滤机可以用于分离那些相对容易保留在过滤器以及曲筛表面的固体，该离心机在旋转时间以及洗涤方面有很大的随意性（flexibility），允许近距离的控制产品质量，并且卸载篮子的操作可以实现自动化控制。5.2.1描述了传统的水平安装的外壳离心机用于淀粉干燥前的脱水工序，图11.4展示了用于分离以及洗涤葡萄糖晶体的垂直式的篮式离心过滤机。在该部分中，因为母液的黏度非常的高，所以需要很大的离心力来消除黏度，这种离心分离机非常适合该结晶物料，（since plowing out the basket canbe done at low speed）因为它对晶体的破坏非常小.（plowing is usually done in reverse,to avoid the risk of the plow digging in if it should operate accidentally at high speed）.道尔工艺之蒸发篇淀粉工业类 2007-04-13 17:11:28 阅读418 评论1 字号：大中小 第十五章 热交换与蒸发这章详细介绍了前面几章提到的热交换设备，这些设备应用到该工艺的不同地方。15.1热交换加热和冷却在湿磨和糖工艺的很多地方都有要求，在有些工艺中，可以通过直接的蒸汽注入来达到加热的目的，例如用蒸汽喷射器等。但是，这种方法会造成中间物质稀释，导致后期蒸发量加大，另外，该办法还导致一次蒸汽冷凝液不能去电站再利用，无形中增加了锅炉水的用量。所以，该办法一般用在一些紧急的、不重要的、工艺要求稀释的或加热水的工艺过程中。所以，大部分的热交换设备要求有热交换表面，该设备类型在下文有介绍。他们用于用蒸汽给液体物料加热，用冷水给给液体物料降温，或用于两种液体物料的热交换。15.1.1管束干燥设备管束干燥是传统的干燥设备，他由许多管束密封在管束盘中，管束盘安装在加热器外壳中，一种物料从管束中通过，另一种物料或者是蒸汽从管束外通过，通过管束达到了热量的交换。如果需要经常的清洗的话，管束应该设计为直的，在大部分的设计中，管束外是不可以清洗的，除了用化学方法，图15.1所示。管束热交换的设计比较复杂，允许各部件的局部膨胀，设计为多管束通道保证一定的物料流速，如果用液体进行热交换，要保证未被污染，防止两种液体的混合造成物料的污染；如果用蒸汽换热的话，要保证系统足够的冷凝水排放能力，还有不凝结气体的排放孔也要保证；换热表面也要尽量的大，因为一般正常后就不会再增加额外的管束了。管束换热器一般用于用蒸汽加热液体物料，通过冷凝达到一定的传热速率，少量的冷凝液意味着蒸汽腔中充满了饱和蒸汽，这样通过换热表面最大的增加了温度的降低。理想的蒸汽不应该是过热的，过热蒸汽在温度降低到饱和温度之前不会凝结，这样的话一部分换热表面会一直保持干燥，结果导致传热系数降低。一般的换热蒸汽保持一个比较低的蒸汽压力（例如15psig）,如果通过减小阀得开度来得到高压蒸汽，保存的一些能量会使这些蒸汽会变为过热蒸汽，所以需要安装防过热系统，该系统会向蒸汽喷射冷凝水以防其过热（如15.2.1.1介绍）。蒸汽中存在的一些不凝结气体，对蒸汽的温度有非常重要的影响，因而也影响换热器的效率，所以一定要排放掉这些气体，它们一般存在于蒸汽腔的死角，这些排放孔一般与蒸汽的管道相连（图15.4所示），这样这些气体被蒸汽带走进入下一级。温度调节控制阀可以用来来控制该气体的排放，但一般用手阀。管束热交换器尽管比较简单、便宜，但它不适合于两种液体之间的热交换，因为两种液体在换热过程中散发出来的蒸汽易造成管束有污垢，这样的热交换一般用板式换热器，因为它比管束交换器更加灵活。15.1.5闪蒸冷却器当要求一定程度冷却的液体，如120时，用闪冷就比较方便，尤其需冷却的物料对换热壁有污染时，也可用该冷却方法，闪冷也有一定的蒸发作用。这个技术基于：物料在一定的真空度下低温沸腾，例如水在26分水银柱高（海平面）时沸点为125。这样的话，当一种热物料进入有一定真空的容器时马上沸腾，沸腾所需要的热量快速的冷却了需要冷却的物料。这个系统由闪蒸容器、冷凝器、抽真空设备组成，它的设计与蒸发中的蒸汽分离器相似。蒸发15.2蒸发器在湿磨工艺中用蒸发方法来浓缩产品非常重要，它的设备安装需要有雄厚的经济基础，尤其当要求高效的能量利用时。现在有很多的蒸发器，但是在大型的工业生产中经常应用的比较成功的是直式的管束加热器，该加热器一般为多效的，配套有热力再压缩，但是单效机械式再压缩蒸发器可以生产大量的能量,节约蒸汽资源。15.2.1多效蒸发器在这个系统中低压蒸汽用来加热第一效，从该效出来的热蒸汽随后被作为加热介质加热第二效及其他效体，各效体温度的差异的保持通过控制最末效的真空度，从最末效出来得蒸汽进入冷凝器，在冷凝器中（标准大气压）该蒸汽直接与冷水接触进行冷却，但是因为蒸汽冷凝液易被蒸汽所携带得固体物质轻微污染，所以一般用管束热交换器，这样热交换用的冷却水可以再循环利用而不受任何污染。 一般用蒸汽喷射方法或真空泵达到要求真空度，最末效要求的真空度为海平面25-26英寸水银柱高，中间效体的真空度根据热传递速率自动调整。 如果主蒸汽只用来加热第一效，热力压缩就用不到了，第一效的冷凝液直接返回电站作为锅炉用水，其他效体的蒸汽冷凝液虽然已被可溶物污染，但是，除了浸泡液的蒸汽冷凝液，其他得都可以重新应用到工艺过程中。因为在各效蒸汽的冷凝量与该效的蒸汽量是均衡的，所以各效温度逐级降低，可以通过后一效的水蒸气平衡前一效的冷凝水来达到节约二次蒸汽，这样可能造成一小部分的瞬间冷凝，补充了蒸汽。我们可以通过冷凝水一效往下一效倒，达到如上目的，但注意防止蒸汽跟随冷凝水一起被泄漏一般装一个u型密封管，或连一个冷凝水罐。蒸发器中物料的流动方向可以根据物料的性质来决定，对于黏度相对低的糖浆物料来说采取顺向进料比较方便，图15.3所示，因为产品在输送过程中温度相对比较低，但是对于高黏度的物料而言，例如含有50%的干物的浸泡液，在蒸发器的末端温度低物料黏度很高，这样热量的传递严重的削弱。在这种情况下，进料方向要与进蒸汽方向相反，即反向进料，这样物料在最高黏度的时候温度也最高，对热量传递影响小，而且不容易粘壁。这个温度比随后操作、储存的温度要求高，我们可以在出料口（一效）安装一个换热器达到冷却的效果。 在物料的进料端，物料可以通过预加热达到节约蒸汽的目的，物料与效体分出来的蒸汽进行热交换达到预加热目的，图15.3所示，这样可以使物料温度提升到第一效的沸点温度，用于预热的蒸汽将不用于后续效体，但是，这种做法相比较于用主蒸汽直接加热糖浆到其沸点来说还是非常经济的。 直立式管束蒸发器可以应用很多不同的方法进行工作，现在比较常见的应用的是：a 降膜式 b 强制循环式。在这两种蒸发方法中，液体在向下移动通过管束时被加热，并释放水蒸气进入水蒸气腔，随后水蒸气进入有非常大的直径的蒸汽分离器，在这里液体小液滴被分离出去，蒸汽进入下一效或进入冷凝器，一般通过一个筛子进行分离。降膜蒸发系统，如图15.3所示，通常用于具有热敏性产品的蒸发，例如许多的糖浆产品。液体物料被以相对低的速率用泵抽到管束顶部，通常流速为3 u.s.gal/min，管束的直径为1.5英寸，首先穿过一些分配器，例如凿孔的板，然后从管束的内表面像薄膜似的流下，物料蒸发所所生成的水蒸气向上运动，有助于物料的降膜流动，生成的水蒸气（二次蒸汽）进入分离器，蒸发完的物料聚集在效体的底部。对于热敏性物料，系统设计为一次性通道（即无自身循环），这样液体通过泵从一效进入下一效图15.3。为了经济起见，多效蒸发器的分离室一般设计为同样大小。但由于液体量小都不足以覆盖管束壁，为了避免物料在管壁变干、烧焦，蒸发器出料端的效体被设计为两通道（如图15.3所示）。对于非热敏性物料，如浸泡液，通过采取再循环设计可以避免两通道设计，如图15.4二效、三效、四效所示，该设计的物料的管束流动速率也比如上所说地降膜设计快好几倍，同时确保了物料在管束中均匀的通过。因为物料通过管束时形成了很厚的膜，也可以保证管束不易结垢。对于高浓度物料，结垢是一个非常严重的问题，因此需要快速的再循环保证管束内充满物料，如图15.4一效所示，在一效中玉米浸泡液被浓缩到了50%（采用反向进料）。为了达到最小的热量损失，每效应保持较低液位，同时也不是越低越好，液位太低容易造成泵中的气穴现象。传统的液位控制设备有很大的适应性，尤其在再循环系统中非常重要。 多效蒸发系统中温度的降低（第一效与最末效）是不同的，这与各效中热量的传递速率有关，多加一级蒸发效体可以提高蒸汽的利用率，但不会增加蒸发器的蒸发能力，因为对于某个多效蒸发系统来说，热量传递速率一定，总的温度降低即热能是一定的，只不过分配到了更多的效体中。为经济节约考虑，每效应该有一定的温度降低，如果降低的温度太大，达不到节约的效果，一般要求每效温度降低30。所以，假如系统物料可以忍受190的温度,那么选择生蒸汽的压力为5磅/平方英寸,蒸汽温度227。在系统最末效，真空度为26分水银柱高（海平面）蒸汽温度为125，这样温度降低了102，再综合考虑其他因素，可以设计为三效或四效蒸发系统。同时蒸发高浓度的溶液时得考虑物料沸点升高，尤其蒸发低分子物料如葡萄糖、果糖等时更得考虑，例如，75%的葡萄糖浆蒸发时沸点升高大约15，这意味着尽管在真空度为26水银柱高时蒸汽温度为125，糖浆实际沸点为140。假如蒸汽温度为227，不考虑其他效体的沸点升高的影响，总的温度降低了85，这样三效的蒸发器是比较经济的选择。通过热力再压缩可以节约能源，如图15.4所示,高压蒸汽通过喷射使部分一效蒸汽再压缩，又作为一效的生蒸汽利用，这种方法与额外再加一效的效果差不多，不能增