玉米淀粉液化工藝研究

楊志強(qiáng)，于濤，張春泓

（吉林省輕工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春130021）

玉米淀粉液化工藝研究

楊志強(qiáng)，于濤，張春泓

（吉林省輕工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春130021）

闡述了以不同濃度玉米淀粉為原料，在現(xiàn)有工藝條件下，通過傳統(tǒng)的噴射液化器進(jìn)行一系列液化試驗(yàn)，確定了傳統(tǒng)的液化技術(shù)淀粉乳最高濃度為40%。超過此濃度后，采用中溫酶保溫預(yù)液化，降低淀粉黏度再采用噴射器液化，最終實(shí)現(xiàn)了50%的淀粉乳完全液化，該技術(shù)在淀粉糖生產(chǎn)中可以為后續(xù)工段節(jié)省蒸汽，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

高濃度玉米淀粉乳；液化；節(jié)能降耗

液化是將淀粉先經(jīng)高溫糊化，同時(shí)在液化酶的作用下將淀粉分子斷開成短鏈，形成大量的糊精和少量的糖類，從而使淀粉的黏度下降，流動(dòng)性好，為糖化創(chuàng)造條件。液化技術(shù)是淀粉糖生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)。淀粉液化的好壞直接影響到后段工序操作之難易和淀粉糖成品的質(zhì)量。

天然玉米中的淀粉是結(jié)構(gòu)緊密的微粒，其中存在著結(jié)晶與非結(jié)晶區(qū)，不易受酶的作用，當(dāng)?shù)矸垲w粒加熱到60℃以上時(shí)，淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，體積膨脹破裂而溶于水，此過程叫糊化。糊化過程中，附著于淀粉的蛋白質(zhì)也得以分離而凝聚，淀粉只有糊化以后才能受到酶的作用。不同來(lái)源的淀粉達(dá)到糊化時(shí)所需的溫度不同，谷物淀粉比薯類淀粉較難糊化，但若采用105℃～110℃的溫度進(jìn)行糊化，可以滿足多數(shù)淀粉對(duì)糊化的要求。

目前，在淀粉糖生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)外均采用酶法噴射液化，雖然具體工藝不盡相同，但淀粉乳起始濃度均采用30%[1]，經(jīng)過調(diào)整pH，加入耐高溫淀粉酶，經(jīng)過105℃或130℃的高溫噴射液化，再經(jīng)過閃蒸溫度降至90℃左右，保溫液化90min，DE值達(dá)到15%~18%，碘試反應(yīng)不顯藍(lán)色即為液化完全。這種低濃度的淀粉乳液化主要的缺點(diǎn)是濃度低、用水量大，液化時(shí)蒸汽耗量大，再經(jīng)過糖化后需要進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，蒸發(fā)的水量大，耗氣多。本研究目的在于通過提高淀粉乳濃度和工藝條件的改變達(dá)到既能完全液化又能節(jié)能、節(jié)水的目的。

根據(jù)現(xiàn)有的淀粉液化條件進(jìn)行了玉米淀粉液化條件優(yōu)化試驗(yàn)，確定了現(xiàn)有液化技術(shù)淀粉乳最高濃度為40%，再通過中溫酶保溫預(yù)液化和高溫噴射液化的新型液化集成技術(shù)，能將高濃度淀粉乳（50%）達(dá)到糖化需要的DE值（還原糖值），碘試反應(yīng)不變藍(lán)，糖漿質(zhì)量好，葡萄糖收率高。

1 材料和方法

1．1原料

玉米淀粉：理化指標(biāo)見表1。

表1 原料玉米淀粉全分析Table1 Raw starch-w ideanalysis

試驗(yàn)用酶制劑：諾維信耐高溫α淀粉酶標(biāo)示活性：120KUN/mL（相當(dāng)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)20000u/mL的4倍，即80 000 u/mL）。

1．2主要設(shè)備與儀器

0.34 m3調(diào)漿罐、0.3m3液化層流罐、0.3m3保溫?cái)嚢枰夯蓿鹤灾?；M103-030噴射液化器：美國(guó)水熱公司；Waters600高效液相色譜儀：美國(guó)waters公司；WZS-Ⅰ阿貝折射儀：上海長(zhǎng)方光學(xué)儀器有限公司；DELTA320精密pH計(jì)：德國(guó)梅特勒-托利多集團(tuán)。

1.3 試驗(yàn)過程

用液化噴射器進(jìn)行高溫噴射液化試驗(yàn)，淀粉乳配料濃度分別為：30%、35%、40%、45%、50%，液化條件為：pH5.6，溫度105℃，加酶量0.45 L/t（淀粉干基），液化時(shí)間為120min，取樣檢測(cè)DE值。然后進(jìn)行了50%的淀粉乳中溫酶保溫預(yù)液化條件優(yōu)化試驗(yàn)和預(yù)液化液高溫噴射液化時(shí)間條件優(yōu)化試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 傳統(tǒng)液化技術(shù)不同淀粉乳濃度液化結(jié)果

傳統(tǒng)液化技術(shù)不同淀粉乳濃度液化結(jié)果見表2、表3。

表2 30%濃度淀粉乳液化試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table2 Starchm ilk of30%concentration Liquefaction testdata

表3 35%濃度淀粉乳液化試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table3 Starchm ilk of 35%concentration Liquefaction test data

從表2可以看出，當(dāng)?shù)矸廴闈舛葹?0%時(shí)，液化DE值隨著液化時(shí)間的增長(zhǎng)而增高，在90min后達(dá)到糖化要求，同時(shí)碘試反應(yīng)不變藍(lán)[2]，但液化120min后DE值偏高。

從表3來(lái)看，淀粉乳濃度為35%時(shí)液化結(jié)果和30%的淀粉乳基本相同。

表4 40%濃度淀粉乳液化試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table4 Starchm ilk of40%concentration Liquefaction testdata

從表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，淀粉乳濃度為40%時(shí)，隨著液化時(shí)間的增加DE值也在增加，但液化90min時(shí)DE值只有13.56%，而液化120min后液化DE值16.25%滿足糖化要求，同時(shí)碘試反應(yīng)不變藍(lán)。接下來(lái)進(jìn)行的45%濃度的淀粉乳液化明顯不完全，蛋白質(zhì)凝聚不好，同時(shí)碘試反應(yīng)顯藍(lán)色，而50%的淀粉乳根本無(wú)法進(jìn)行噴射液化，噴射器堵塞。

2.2 傳統(tǒng)噴射液化技術(shù)試驗(yàn)結(jié)論

30%、35%、40%濃度淀粉的液化效果合格，但是40%的淀粉乳需要液化120min，45%液化效果不合格，50%的淀粉乳無(wú)法噴射液化，因此噴射液化技術(shù)最高淀粉濃度為40%。

2.3 中溫酶保溫預(yù)液化條件優(yōu)化試驗(yàn)和高溫噴射液化結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 中溫酶保溫預(yù)液化條件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

由于中溫酶預(yù)液化目的是降低淀粉糊化后的黏度，同時(shí)要求DE值盡可能低，所以要考察最合適的預(yù)液化溫度、酶制劑添加量和反應(yīng)時(shí)間[3]。

2.3.1.1 預(yù)液化溫度對(duì)黏度和DE值的影響

以50%淀粉乳為底物，pH5.5，酶添加量0.5 L/t，液化時(shí)間40min。在不同的溫度下進(jìn)行液化，檢測(cè)黏度和DE值變化，結(jié)果如圖1。

圖1 50%的淀粉乳預(yù)液化黏度和DE值隨溫度變化曲線Fig.1 Viscosity and DE valuewith temperature curveof 50%of thestarchm ilk Liquefaction

從圖1可以看出，隨著液化溫度的提高，料液黏度在下降[4]，但溫度到80℃以后下降不明顯，同時(shí)料液DE值在不斷升高，而且在溫度達(dá)到85℃以后升高加快。因此確定中溫酶保溫預(yù)液化適宜溫度在80℃~85℃。

2.3.1.2 酶制劑添加量對(duì)黏度和DE值的影響

以50%淀粉乳為底物，pH5.5，保溫溫度83℃，液化時(shí)間40min。在不同的酶添加量下進(jìn)行液化，檢測(cè)黏度和DE值變化，結(jié)果如圖2。

圖2 50%的淀粉乳預(yù)液化黏度和DE值隨加酶量變化曲線Fig.2 Viscosity and DE valuewith enzym edosage curveof 50%of thestarchm ilk Liquefaction

圖2顯示，隨著加酶量的增加，料液DE值在升高，但酶添加量超過0.5 L/t以后，DE值升高加快，同時(shí)料液黏度隨加酶量在下降，但是當(dāng)酶添加量為0.4 L/t以后下降變緩，因此確定中溫酶保溫預(yù)液化適宜的酶制劑添加量為0.4 L/t~0.5 L/t。

2.3.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)黏度和DE值的影響

以50%淀粉乳為底物，pH5.5，保溫溫度83℃，加酶量0.45 L/t，每隔10min取樣檢測(cè)黏度和DE值，結(jié)果如圖3。

圖3 50%的淀粉乳預(yù)液化黏度和DE值隨反應(yīng)時(shí)間變化曲線Fig.3 Viscosity and DE valuew ith reaction time curveof 50%of the starchm ilk Liquefaction

從圖3來(lái)看隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，料液的DE值升高，黏度下降，但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在40min后DE值上升變快，而反應(yīng)時(shí)間在30min后，料液黏度下降變緩[5]，因此確定中溫酶保溫預(yù)液化適合的反應(yīng)時(shí)間為30min~ 40min。

2.3.2 中溫酶保溫液化液高溫噴射液化試驗(yàn)結(jié)果

由于淀粉乳經(jīng)過保溫預(yù)液化后，已經(jīng)有一定的糊精和糖產(chǎn)生，再經(jīng)過高溫噴射液化目的是使其進(jìn)一步液化完全，所以其他液化條件不變，主要考察適宜于糖化條件的液化時(shí)間。

試驗(yàn)以最佳條件制取的中溫酶保溫液化液為原料，在pH5.6，噴射溫度105℃，耐高溫淀粉酶加量0.45 L/t的條件下進(jìn)行噴射液化，每隔10min取樣檢測(cè)DE值，結(jié)果見圖4。

圖4 液化DE值隨液化時(shí)間變化曲線Fig.4 DE valueof the curvew ith the liquefaction time

從圖4可以看出，高溫噴射液化液DE值隨液化時(shí)間增長(zhǎng)而增高，在液化50min~60min時(shí)DE值滿足糖化條件，所以噴射液化最佳液化時(shí)間為50min~60min。

2.4 高濃度淀粉液化試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過試驗(yàn)，高濃度淀粉液化條件為：淀粉乳起始濃度50%，pH5.5，保溫液化溫度80℃~85℃，保溫液化加酶量0.4 L/t~0.5 L/t，保溫液化時(shí)間30min~40min；高溫噴射液化pH5.6，溫度105℃，加酶量0.45 L/t，液化時(shí)間50min~60min。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究以不同濃度的玉米淀粉為原料，濃度分別為30%、35%、40%、45%、50%，在傳統(tǒng)工藝條件下，通過一系列液化試驗(yàn)，確定了傳統(tǒng)的液化技術(shù)淀粉乳最高濃度為40%；并進(jìn)一步研究了高濃度淀粉乳（50%以上）的液化條件，最終確定了中溫酶保溫預(yù)液化的最佳條件為淀粉乳起始濃度50%，pH5.5，保溫液化溫度80℃~85℃，保溫液化加酶量0.4 L/t~0.5 L/t，保溫液化時(shí)間30min~40min，高溫噴射液化pH5.6，溫度105℃，加酶量0.45 L/t，液化時(shí)間50min~60min。實(shí)現(xiàn)了50%的淀粉乳完全液化，為淀粉糖生產(chǎn)提供了一項(xiàng)節(jié)能降耗的技術(shù)參考。

[1]尤新,趙繼湘,王家勤,等.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,1997:77-82

[2]梅進(jìn)義,張朝德.淀粉液化工藝的改進(jìn)[J].發(fā)酵科技通訊,2003(2): 13-14,26

[3]王艷紅.不同工藝對(duì)玉米淀粉液化效果的影響[J].啤酒科技,2013 (1):53-54

[4]陸婷婷,伍時(shí)華,易弋,等.高濃度木薯粉漿糊化液化黏度的研究[J].食品工業(yè)科技,2010(11):132-134

[5]黃宇彤,孫智謀,杜連祥.對(duì)高濃度玉米原料糊化液化黏度的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2001(6):21-24

Corn Starch Liquefaction Process Research

YANGZhi-qiang，YUTao，ZHANGChun-hong

（Jilin Province Light Industry Design and Research Institute，Changchun 130021，Jilin，China）

The paper describes the different concentrations of corn starch as raw material，under the existing process conditions，through a series of conventional jet liquefaction test to determine the conventional liquefaction ofstarchmilk highestconcentration of40%.Beyond thisconcentration，theuseofpre-liquefaction ofmedium temperature enzyme，reducing the viscosity of the starch，then useing liquefaction ejector，and ultimately achieve a 50%starchmilk was completely liquefied，the technology in the production ofstarch sugar can savesteam forsubsequentsteps，serve the purposeofenergy saving.

high concentrationsofcorn starchmilk；liquefaction；energy saving

2014-08-14

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.020

“十二五”科技攻關(guān)項(xiàng)目（2012BAD34B07）

楊志強(qiáng)（1971—），男（漢），正高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向：淀粉糖及糖醇生產(chǎn)新技術(shù)開發(fā)。