玉米粉_淀粉_制糖生产及设备的改进与实践

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湍流搅拌, 使受液化的淀粉充分分散, 在短时 间内达到喷射液化温度, 瞬间完成玉米粉浆 的糊化和液化, 然后继续在维持管中维持 105～ 110℃, 5～ 10m in。料液注入液化罐, 再 次加入液化酶在 95～ 97℃下进行二次液化, 两次加酶及增加管道连续液化, 使酶法喷射 液化取得了实质性的改进, 达到了较好的效 果。
淀粉的利用有多种途径, 淀粉糖是淀粉 深加工的主要途径之一。 淀粉糖品的种类很 多, 每一种类中又有不同规格的产品。各种淀 粉糖具有不同的甜度、风味及其性能。淀粉制 糖能用任何种类的淀粉质农作物作原料, 生 产不受季节和地区限制, 其中以玉米较好, 副 产品集中, 效益高, 淀粉及淀粉糖成本低, 具 有竞争力。美国利用本国产玉米为原料, 大力 发展淀粉制糖, 年产量增加快, 现在各种淀粉 糖品总产量达 1 000 万 t (干基) 以上, 远远超 过由甘蔗糖和甜菜糖总产量。其次是日本, 产 玉米少, 以进口玉米发展淀粉糖工业, 现年产 量 约达 200 万 t (干基计) , 淀粉制糖快速发 展, 已成为重要的制糖工业。我国淀粉糖工业 近年来发展很快, 估计年产量约 45 万 t, 但我 国人口众多, 现仍存在糖品产量不足、品种少 等问题。我们应参照国外先进经验, 努力发展 我国的淀粉糖工业。 玉米是三大粮食作物之 一。美国年产 2. 29 亿 t, 人均达 1 t 左右, 占世 界玉米产量的 40%。 我国玉米产量约 1. 27 亿 t, 占世界第二位, 但人均约 100 kg, 按人均 占有量计算并不富裕。 我们必须加强对玉米 资源进行合理利用, 开展深度加工和综合利 用。在以玉米为主要原料的工业企业, 要实行 食品和饲料的联产, 更好地提高玉米的经济 效益, 以进一步促进玉米生产的发展。用玉米
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(2) 节能; ( 3) 副产物回收集中, 便于销售、处理或 深加工; (4) 生产过程三废排放量小。比较适合建 中、小规模的糖厂, 而且在副产物充分利用之 后, 可降低生产成本, 可以获得较好的效益。 但在 1990 年以前, 玉米粉直接制淀粉糖 工艺存在着下列问题: (1) 米粉直接投料制糖, 得糖回收率偏 低, 有相当一部分淀粉在粉渣中未被分离出 来, 影响糖的收得率; ( 2) 玉米粉杂质多, 液化液的纯度差, 糖 化后终点D E 值偏低, 一般在 91～ 93; (3) 产品色泽不稳定, 透光度也低一些。 根据上述情况, 为进一步提高糖的收得 率及稳定和提高产品质量, 1992 年我们在原 生产工艺路线基础上, 吸收和借鉴国外的先 进技术及设备, 进行针对性的调整, 对液化工 段、过滤工段、离交工段、脱色工段等进行了 改进, 在 55 型二代高果糖浆的工程中采用了 新的生产工艺。 二代高果糖浆生产改进后主要生产工 艺: 玉米→制粉→调制粉浆→喷射管道液化 →二级液化→板框压滤→糖化→一次粉末炭 脱色→转鼓过滤→离子交换→……果葡糖浆 ……→二次颗粒炭脱色→蒸发→二代高果糖 浆 经在液体葡萄糖及高麦芽糖浆的生产中 不断的实践改进, 调整后的新工艺对提高糖 的收得率, 改善糖浆质量, 在几项工程建设中 获得明显的效果。 下面就制糖生产中的主要 变化进行探讨。
连续喷射液化法, 其操作由于是在密闭 的管道内进行的, 便于连续化生产, 改善了液 化生产场地的环境, 安全操作, 蒸汽用量少, 能耗低; 液化温度控制在更合适的温度范围; 由于液化效果好, 液化液中的蛋白质等杂质 易于凝聚结合, 给糖液的精制工艺带来了许 多便利之处。
调整后的新工艺与原来采用常规工艺相 比的优点:
近年来开发了玉米干磨制粉工艺。 中国 食品发酵工业研究所自 1983 年以来对玉米 直接法制果葡糖浆工艺技术进行了研究试 制, 并获得了成功, 已投入工业化生产。 玉米 干法制粉工艺与玉米湿磨淀粉法比较其特 点:
(1) 节约建厂投资;
Ξ 第一作者: 学士, 高级工程师。 收稿时间: 1998- 04- 09, 改回时间: 1998- 12- 18
批号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均
调整后新工艺 (% )
67. 78 78. 89 78. 61 71. 11 70. 28 65. 83 74. 17 76. 94 77. 78 75. 83 73. 72
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原采用常规工艺 (% )
61. 67 51. 35 61. 94 61. 39 53. 06 55. 56 67. 5 52. 5 59. 72 57. 22 58. 2
(1) 玉米干物质收得率高 由于液化条件 的改变, 在高温的影响下, 使一部分蛋白质变 性凝聚。 在液化液过滤时滤速提高, 滤液清 亮, 玉米粉干物质的收得率明显提高。表 1 为 采用原来的常规工艺和调整后的新工艺, 在 生产正常情况下的 10 批玉米粉液化后干物 质收得率的数据。
表 1 玉米粉液化后干物质收得率 (% )
表 2 糖化液的 D E 值
工艺条件
糖化酶用量 糖化时间 (u g 干物质) (h)
终点 D E 值
常规中温酶 一级液化
80～ 100
高温淀粉酶 二级液化
55～ 80
38～ 48 30～ 50
一 般 91～ 93; 个 别 接 近 95
70% 的 批 次 97～ 98; 最高达
98. 7
由表 2 看出, 改进后的液化工艺, 不仅用 酶量减少, 而且对提高糖化液的 D E 值获得 了很好的效果, 按目前液化条件, 滤液糖化终 点 D E 值可稳定在 97～ 98, 已达到规定的标 准 (按国外异构糖浆主要指标, 糖分组成中葡 萄糖含量应该是 95%～ 96% )。
大突破。日本率先实现工业化生产。近 10 年 来, 各国逐渐淘汰了传统酸法生产工艺, 取而 代之的酶法生产工艺推动酶法制糖工业的迅 速发展。
我国于 80 年代初引进了美国的蒸汽喷 射液化器, 使液化得以连续进行, 并开始应用 淀粉酶液化和糖化酶糖化的双酶法制糖工 艺。 采用酶法工艺, 无论是生产何种淀粉糖, 液化均是关键工序。我所自 1986 年采用喷射 液化器技术。 由于当时国内尚无耐高温淀粉 酶, 而采用的是简易的一级液化法, 即在一定 浓度的玉米粉浆内加入所需要的 7658 细菌 淀粉酶, 调 pH 6. 0～ 6. 5, 利用喷射液化器把 玉米粉浆加热到 86～ 88℃, 直接引入液化反 应罐液化。 此种液化工艺效果不十分理想。 1992 年以后我们采用了耐高温淀粉酶二级 液化代替一级液化工艺, 并在液化设备配套 方面又进行了改进。 将原来的一次加酶调整 为两次加酶, 第一次在喷射液化之前加入, 在 喷射液化器后增加管道设备进行高温管道液 化, 管道设计为用 180°的弯头连接成从下至 上以排管形式排列, 料液从管道的下部进入, 从上部排出 (见图 1 中维持管道排列) , 使料 液先进先出, 液化均匀一致。其液化工艺流程 见图 1。利用喷射液化器的结构特点: 蒸汽从 喷嘴周围喷射出, 沿其周围供给粉浆, 粉浆形 成环状膜, 高速的蒸汽又把粉浆推进增压管 (混和管) 混合, 并强制高速通过细管, 进行
制糖有以下好处: (1) 我国种植玉米的地区远比种植甘蔗
或甜菜的地区为广; (2) 使用原料不受季节限制, 工厂可以全
年生产; (3) 与甘蔗、甜菜比较, 生产过程能耗低,
且制糖设备较为简单; (4) 除可得到糖类外, 还可得到价格较高
的玉米油和高蛋白饲料, 从而进一步降低制 糖成本。
目前国际上高果糖浆生产均采用精制淀 粉为生产原料。 玉米先经湿磨法工艺制成精 制淀粉, 再以精制淀粉为原料生产果葡糖浆。 精制淀粉虽然纯度高, 淀粉回收率也高一些, 但采用上述工艺, 建厂投资大、工艺路线长, 适合于生产规模较大的淀粉糖生产厂, 对规 模小的淀粉糖生产厂不合算。 只有年生产规 模在 3～ 4 万 t 以上的产量, 才可获得一定的 规模效益。
过滤的目的是除去糖化液中的不溶性杂
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质, 是淀粉糖化液的主要精制工序之一。过滤 表面的真空室造成与大气之间的压力差, 形
操作的好坏直接影响到产品的质量、成本和 成一定厚度的硅藻土预涂层。 然后滤液在真
为了克服脱色液板框过滤的困难、糖的 损失大等缺点及提高糖液质量, 我所根据玉 米制糖年产 3 000 t 的规模, 采用了过滤面积 为 5m 2 的预涂型转鼓真空过滤机过滤脱色 后的糖化液。 其流程见图 2 所示。
(4) 操作简单, 易于掌握, 投入少。连续喷 射液化操作简单, 易于掌握, 从而提高了工 效。 同时利用空间, 仅在原设备基础上, 加一 根维持反应管道, 设备简单, 投入少, 厂房占 用面积少。
(5) 产品质量好。 由于酶法转化率高, 糖 液水解程度均匀, 酶作用产物单一, 副反应 少, 形成的杂质及色素较少, 故能提高产品质 量。 1. 2 采用硅藻土预涂转鼓真空过滤机
注: 玉米粉由二级玉米经干磨加工而成。
(2) 提高糖化效率, 改进糖液质量。 提高 糖化液的 D E 值, 增加糖液中的葡萄糖含量
是提高糖液质量的主要指标之一, 尤其对发 挥固定化葡萄糖异构酶的功能及果糖、葡萄 糖的分离关系十分密切。 表 2 为按常规液化 工艺及改进后的液化工艺所得的液化液经糖 化后的D E 值数据。
1 玉米粉制糖生产工艺及设备的改进 与实践
1. 1 液化 60 年代末期, 国外酶水解理论研究的新
进展, 促进淀粉酶法水解生产工艺技术的重
图 1 液化工艺流程图
1. 调浆池 2. 泵 3. 喷射器 4. 维持管 5. 液化罐 6. 泵
第 25 卷 第 2 期 徐苏莉等: 玉米粉 (淀粉) 制糖生产及设备的改进与实践
(3) 提高和促进结晶速度和晶体的形态 规律性。 结晶法分离二代果糖是以果葡糖浆 为原料, 经结晶法分离工艺制二代果糖, 对结 晶糖膏的纯度有一定要求, 尤其糖液的 D E 值是主要指标之一, 如果糖浆的D E 值在 95 以上, 可在 3～ 4 d 完成结晶工序, 而且晶体 形态规律、整齐, 降低糖膏的粘度, 有利糖膏 的分离, 若糖浆D E 值小于 93, 结晶时间一般 需超过 5 d, 甚至 8 d 才能达到结晶的要求, 而 糖膏的粘度大, 影响分离。
生产水平。在淀粉糖生产中, 原采用的过滤方 空抽吸作用下穿过预涂层经分配阀进入滤液
法是采用聚丙烯板框压滤机对脱色后的糖化 槽中, 滤液中微细颗粒则被吸嵌在硅藻土表
液进行过滤, 这种过滤方法存在一些缺点:
层, 并被自动切入硅藻土表层的刮刀不断将
( 1) 压滤机使用一段时间后, 由于板、框 其刮除 (连同硅藻土表层一起) , 使过滤始终
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玉米粉 (淀粉) 制糖生产及设备的改进与实践
徐苏莉 何开祥
(中国食品发酵工业研究所, 北京, 100027)
摘 要 玉米干磨制粉直接法加工淀粉糖, 是 80 年代发展起来的, 具有投资少、能耗低、三废 污染影响少等优点。其不足之处是玉米的有效部分未得到充分利用。本文介绍在 90 年代初, 经生产实践改进的工艺和设备, 取得理想的效果。 玉米粉干物质收得率由 58. 2% 提高到 73. 7% , 糖化终点 D E 值由小于 94 提高到大于 97。 新工艺以其产品质量优, 生产成本低的优 越性, 在市场开发中具有明显的竟争力。 关键词 干磨加工 淀粉糖 固形物含量
变形引起板、滤布、框间压不严实造成漏液、 是在新的预涂层表面上进行, 从而达到固液
喷料, 引起过滤后的液体不清, 影响正常生 分离的目的。
产;
( 2) 间歇操作劳动强度大, 工作环境差,
自动化程度低;
(3) 过滤速度随着滤饼的逐渐增厚而降
低, 而且滤饼的洗涤和滤布的洗涤回用较费
时间、劳动强度大、效率低。