低溫?cái)D壓酶解干法脫胚玉米取代淀粉生產(chǎn)糖漿技術(shù)

申勛宇，申德超，2

(1.山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院， 山東 淄博 255091;2.淄博匯創(chuàng)生物科技有限公司， 山東 淄博 255000)

1 問(wèn)題的提出

目前國(guó)內(nèi)外葡萄糖糖漿、麥芽糖漿的生產(chǎn)過(guò)程主要將玉米濕法脫胚提取淀粉，然后經(jīng)噴射糊化、液化和糖化過(guò)程，得到DE值不同和麥芽糖含量不同的糖漿[1-3].筆者經(jīng)多年研究[ 4-15]，實(shí)現(xiàn)了以低溫?cái)D壓酶解干法脫胚玉米擠出物代替淀粉生產(chǎn)糖漿，省去淀粉生產(chǎn)過(guò)程和淀粉乳的噴射液化過(guò)程，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)淀粉糖漿、葡萄糖漿、果糖漿、麥芽糖等及淀粉糖衍生物檸檬酸、谷氨酸、赤鮮糖醇、山梨醇、低聚異麥芽糖等[16]的糖化生產(chǎn)過(guò)程，降低了淀粉糖漿的生產(chǎn)成本.

2 工作原理

為了研究低溫?cái)D壓酶解干法脫胚玉米，在擠壓機(jī)內(nèi)部的套筒和螺桿之間的降解過(guò)程，采用“急停法”，將擠壓機(jī)在正常工作條件下突然停止螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，迅速打開套筒，沿螺桿分段采集樣品，取樣位置如圖1所示.

圖1 取樣位置示意圖

應(yīng)用低溫?cái)D壓酶解技術(shù)，使糖漿原料在擠壓機(jī)內(nèi)完成原料中的淀粉糊化及轉(zhuǎn)化成糊精和低聚糖的過(guò)程，使不溶性淀粉顆粒(抗性淀粉顆粒)減少.在擠壓過(guò)程中，添加酶制劑的脫胚玉米，從喂入擠壓機(jī)至擠出的過(guò)程中，淀粉的糊化度由12%增至95.53%～97.87%，其還原糖含量由1.24%增至9.44%～9.78%，抗性淀粉(不溶性淀粉)含量由2.42%減至0.96%～1.02%[14]，這表明，添加酶制劑的脫胚玉米在擠壓中淀粉完成了淀粉糊化過(guò)程和淀粉轉(zhuǎn)化成糊精和低聚糖的過(guò)程.同時(shí)，脫胚玉米中的抗性淀粉含量減少，使可利用淀粉增加1.40%～1.46%.

可以看出，添加酶制劑的脫胚玉米在擠出過(guò)程中，已經(jīng)完成了傳統(tǒng)酶法的淀粉經(jīng)105℃噴射過(guò)程，在95～97℃保溫90 min，完成淀粉糊化和轉(zhuǎn)化成糊精及低聚糖的過(guò)程，以及在130～140℃噴射過(guò)程，使不溶性淀粉顆粒在高溫下分散、減少的過(guò)程.為省去傳統(tǒng)酶法的淀粉生產(chǎn)過(guò)程和淀粉乳的噴射糊化、液化過(guò)程，提供了科學(xué)的依據(jù).

3 糖化工藝

傳統(tǒng)酶法糖化工藝與本項(xiàng)技術(shù)的糖化工藝如圖2所示.本項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)酶法糖化工藝相比，省去兩次噴射液化.對(duì)于省去第二次噴射液化保留第一次噴射液化的糖化工藝，生產(chǎn)1噸糖漿可節(jié)省約10度電、0.085噸蒸汽[17].

(a)傳統(tǒng)酶法糖化工藝 (b)本項(xiàng)技術(shù)糖化工藝 圖2 傳統(tǒng)酶法糖化工藝與本項(xiàng)技術(shù)糖化工藝對(duì)比

4 原料成本

4.1 糖漿原料

用擠壓酶解干法脫胚玉米粉，以及淀粉乳、淀粉噸成本分析見表1.

取玉米原糧、玉米淀粉和淀粉乳的價(jià)格分別為2540元/t、3203元/t和3074.88元/t.其中淀粉乳折成干基淀粉，減去糖渣售價(jià)，綜合成本為3599.2元/t；脫胚玉米粉折成干基淀粉噸成本3712.93元/t, 減去糖渣售價(jià)，綜合噸成本3252.735元/t(見表1)；淀粉乳得到干基淀粉噸成本3620.23元/t, 綜合噸成本3599.23元/t.脫胚玉米粉折成干基淀粉綜合噸成本，比淀粉乳得到干基淀粉綜合噸成本便宜3599.23-3252.74=346.49元.由于噸糖漿約使用干基玉米淀粉750kg，每噸糖漿原料降低成本346.49×0.75=259.87元.

表1 擠壓酶解干法脫胚玉米粉，以及淀粉乳、淀粉噸成本分析[18]

*若含水率14%，脫胚玉米粉得率0.82，脫胚玉米淀粉純度為86.5%.干基脫胚玉米粉的淀粉噸成本=(((2540+89.2+36+12+2+21.68-256-180)/0.86)/0.82)/0.865= 3712.93

**3712.93-377.36÷0.82=3252.735

綜上，本項(xiàng)技術(shù)可以使目前傳統(tǒng)酶法以淀粉(乳)為原料生產(chǎn)的每噸糖漿，成本降低285.27元/t(259.87+8.4+17.0 =285.27).若工程實(shí)踐的不可預(yù)見性占降低成本的5%～30%，上述每噸糖漿降低成本200～270元/t.

4.2 玉米原糧耗量

每噸糖漿(濃度75%)需干基玉米淀粉750kg，按玉米原糧的含水率14%、干法脫胚玉米出率80%、干法脫胚玉米中淀粉含量86.5%計(jì)，則每噸糖漿需玉米原糧1.26t).使用濕法脫胚玉米生產(chǎn)的淀粉，得到1噸淀粉(含水率14%)，其中，干基淀粉為0.86t，需1.56t玉米原糧[2](含水率14%)，現(xiàn)要得到0.75t干基淀粉，需玉米原糧1.36t.可見，每生產(chǎn)1噸糖漿，本項(xiàng)目技術(shù)與傳統(tǒng)酶法以淀粉為原料生產(chǎn)糖漿技術(shù)相比，可以節(jié)約0.1t玉米原糧.

4.3 水耗量

目前傳統(tǒng)酶法以淀粉為原料生產(chǎn)糖漿，生產(chǎn)1噸干基淀粉需水5.81t[2]，生產(chǎn)1噸糖漿需要0.75t干基淀粉，需水5.81×0.75=4.3575t.玉米濕法脫胚生產(chǎn)1噸淀粉(含水率14%)用水量高出生產(chǎn)1噸干法脫胚玉米粉用水量的75倍[2].對(duì)于本項(xiàng)目技術(shù)，干法脫胚玉米折成1噸干基淀粉需玉米原糧1.64t,約需水0.108t.擠壓1.64t對(duì)應(yīng)的脫胚玉米加水量水0.375 t，總共需水0.483t.生產(chǎn)1噸糖漿需要0.75t干基淀粉，需水0.483×0.75=0.3623t.對(duì)于生產(chǎn)1噸糖漿，本項(xiàng)技術(shù)以低溫?cái)D壓酶解干法脫胚玉米為原料用水量，比傳統(tǒng)酶法以淀粉為原料用水量，節(jié)水4.0t.

5 試驗(yàn)研究、生產(chǎn)中試

生產(chǎn)試驗(yàn)研究結(jié)果表明：低溫?cái)D壓酶解干法脫胚玉米的淀粉轉(zhuǎn)化率為96.37%～98.48%、糖漿收率為106.89%～109.28%[14].生產(chǎn)葡萄糖漿，糖化12h，糖漿的DE值≥97%，生產(chǎn)超高麥芽糖漿，糖化40h，麥芽糖含量≥90%.其蛋白質(zhì)含量、色度、透光率等質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[19-20]，有關(guān)技術(shù)成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平.

6 結(jié) 論

1) 低溫?cái)D壓酶解干法脫胚玉米在擠出過(guò)程中，已經(jīng)完成了傳統(tǒng)酶法的淀粉經(jīng)噴射糊化、液化過(guò)程，擠出物的糊化度為由12%增至95.53%～97.87%，其還原糖含量由1.24%增至9.44%～9.78%，抗性淀粉(不溶性淀粉)含量由2.42%減至0.96%～1.02%，可利用淀粉增加1.40%～1.46%.

2) 本項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)化了目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)酶法糖化工藝過(guò)程，省去淀粉生產(chǎn)過(guò)程和淀粉的噴射糊化、液化過(guò)程，糖化時(shí)間減少1/3～2/3，糖漿質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).避免淀粉生產(chǎn)的工業(yè)排水帶來(lái)環(huán)境污染，省去制污費(fèi)用.

3) 本項(xiàng)目技術(shù)與目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)酶法使用淀粉乳生產(chǎn)糖漿相比，生產(chǎn)1噸糖漿(濃度75%)，成本降低200～270元/t.

4) 本項(xiàng)目技術(shù)與目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)酶法使用玉米淀粉生產(chǎn)糖漿相比，生產(chǎn)1噸糖漿(濃度75%)可降低玉米原糧用量0.1t，用水量減少4.0t.

致 謝

論文撰寫過(guò)程中，淄博匯創(chuàng)生物科技有限公司習(xí)文社高工、山東理工大學(xué)馬成業(yè)副教授和李宏軍教授對(duì)本文中的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行了認(rèn)真核算，在此表示感謝!

[1]蘇 瓊，王彥斌.淀粉精細(xì)化學(xué)品及其應(yīng)用[M].北京:民族出版社，2004：204-240.

[2]尤 新.淀粉糖品生產(chǎn)與應(yīng)用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999：26-29.

[3]劉亞偉.玉米淀粉生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004：280-299.

[4]山東理工大學(xué).擠壓蒸煮淀粉糖漿原料的加工方法、加工裝置和糖化方法:中國(guó)，ZL 200510045327.1[P].2006-05-24.

[5] 山東理工大學(xué).擠壓加酶淀粉糖漿原料的加工方法、裝置和糖化方法：中國(guó)，ZL 200710015601.X[P]. 2007-10-17.

[6] Assignee:Shandong University of Technology. PROCESSING METHOD AND DEVICE FOR EXTRUSION OF RAW MATERIALS WITH ENZYMES ADDED FOR PRODUCTION OF STARCH SYRUP,AND SACCHAROGENIC METHOD FOR EXTRUDED RAW MATERIALS:USA，US 8241685 B2[P].2009-08-27.

[7] 申德超.低溫?cái)D壓酶解法制備蛋白質(zhì)及多肽：中國(guó)，ZL 201210396360.9[P].2013-02-06.

[8] 淄博匯創(chuàng)生物科技有限公司，申德超.擠壓加酶糖漿原料生產(chǎn)麥芽糖漿的糖化方法：中國(guó)，201310300202.3[P].2013-11-06.

[9] 申德超. 生產(chǎn)超高麥芽糖漿原料的擠壓酶解和糖化方法：中國(guó)，ZL 201210421665.0[P]. 2013-01-30.

[10] 淄博匯創(chuàng)生物科技有限公司，申德超. 擠壓加酶糖漿原料生產(chǎn)糖漿的糖化方法：中國(guó)，201310300163.7[P].2013-11-06.

[11]蔣漢文，陳黟，岳孝芳，等.熱工學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社，1996.

[12]肖志剛.擠壓膨化脫胚玉米生產(chǎn)淀粉糖漿的試驗(yàn)研究[D]. 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2002.

[13] 奚可畏.擠壓蒸煮玉米淀粉、脫胚玉米制取葡萄糖漿的試驗(yàn)研究[D] . 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[14] 馬成業(yè).低溫?cái)D壓添加淀粉酶的脫胚玉米生產(chǎn)糖漿的糖化試驗(yàn)研究[D]. 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2010.

[15]蔡玉玲.低溫?cái)D壓添加淀粉酶脫胚玉米生產(chǎn)超高麥芽糖漿的試驗(yàn)研究[D].淄博：山東理工大學(xué)，2011.

[16].金樹人，李瑛，夏桂珍,等.糖醇生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008：22-64

[17]蔣漢文，陳黟，岳孝芳，等.熱工學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社，1996.

[18] 河南魯山縣萬(wàn)通通機(jī)械制造有限公司、河南省玉米雜糧成套工程技術(shù)研發(fā)中心. 低脂玉米粉生產(chǎn)果葡糖漿及玉米熟蛋白生產(chǎn)工藝可行性分析報(bào)告[Z].2013.1.

[19]GB/T 20885-2007. 葡萄糖漿[S].

[20] GB/T 20883-2007. 麥芽糖[S].