低温挤压酶解干法脱胚玉米取代淀粉生产糖浆技术

申勋宇，申德超，2

(1.山东理工大学 农业工程与食品科学学院， 山东 淄博 255091;2.淄博汇创生物科技有限公司， 山东 淄博 255000)

1 问题的提出

目前国内外葡萄糖糖浆、麦芽糖浆的生产过程主要将玉米湿法脱胚提取淀粉，然后经喷射糊化、液化和糖化过程，得到DE值不同和麦芽糖含量不同的糖浆[1-3].笔者经多年研究[ 4-15]，实现了以低温挤压酶解干法脱胚玉米挤出物代替淀粉生产糖浆，省去淀粉生产过程和淀粉乳的喷射液化过程，简化传统淀粉糖浆、葡萄糖浆、果糖浆、麦芽糖等及淀粉糖衍生物柠檬酸、谷氨酸、赤鲜糖醇、山梨醇、低聚异麦芽糖等[16]的糖化生产过程，降低了淀粉糖浆的生产成本.

2 工作原理

为了研究低温挤压酶解干法脱胚玉米，在挤压机内部的套筒和螺杆之间的降解过程，采用“急停法”，将挤压机在正常工作条件下突然停止螺杆的转动，迅速打开套筒，沿螺杆分段采集样品，取样位置如图1所示.

图1 取样位置示意图

应用低温挤压酶解技术，使糖浆原料在挤压机内完成原料中的淀粉糊化及转化成糊精和低聚糖的过程，使不溶性淀粉颗粒(抗性淀粉颗粒)减少.在挤压过程中，添加酶制剂的脱胚玉米，从喂入挤压机至挤出的过程中，淀粉的糊化度由12%增至95.53%～97.87%，其还原糖含量由1.24%增至9.44%～9.78%，抗性淀粉(不溶性淀粉)含量由2.42%减至0.96%～1.02%[14]，这表明，添加酶制剂的脱胚玉米在挤压中淀粉完成了淀粉糊化过程和淀粉转化成糊精和低聚糖的过程.同时，脱胚玉米中的抗性淀粉含量减少，使可利用淀粉增加1.40%～1.46%.

可以看出，添加酶制剂的脱胚玉米在挤出过程中，已经完成了传统酶法的淀粉经105℃喷射过程，在95～97℃保温90 min，完成淀粉糊化和转化成糊精及低聚糖的过程，以及在130～140℃喷射过程，使不溶性淀粉颗粒在高温下分散、减少的过程.为省去传统酶法的淀粉生产过程和淀粉乳的喷射糊化、液化过程，提供了科学的依据.

3 糖化工艺

传统酶法糖化工艺与本项技术的糖化工艺如图2所示.本项技术与传统酶法糖化工艺相比，省去两次喷射液化.对于省去第二次喷射液化保留第一次喷射液化的糖化工艺，生产1吨糖浆可节省约10度电、0.085吨蒸汽[17].

(a)传统酶法糖化工艺 (b)本项技术糖化工艺 图2 传统酶法糖化工艺与本项技术糖化工艺对比

4 原料成本

4.1 糖浆原料

用挤压酶解干法脱胚玉米粉，以及淀粉乳、淀粉吨成本分析见表1.

取玉米原粮、玉米淀粉和淀粉乳的价格分别为2540元/t、3203元/t和3074.88元/t.其中淀粉乳折成干基淀粉，减去糖渣售价，综合成本为3599.2元/t；脱胚玉米粉折成干基淀粉吨成本3712.93元/t, 减去糖渣售价，综合吨成本3252.735元/t(见表1)；淀粉乳得到干基淀粉吨成本3620.23元/t, 综合吨成本3599.23元/t.脱胚玉米粉折成干基淀粉综合吨成本，比淀粉乳得到干基淀粉综合吨成本便宜3599.23-3252.74=346.49元.由于吨糖浆约使用干基玉米淀粉750kg，每吨糖浆原料降低成本346.49×0.75=259.87元.

表1 挤压酶解干法脱胚玉米粉，以及淀粉乳、淀粉吨成本分析[18]

*若含水率14%，脱胚玉米粉得率0.82，脱胚玉米淀粉纯度为86.5%.干基脱胚玉米粉的淀粉吨成本=(((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

综上，本项技术可以使目前传统酶法以淀粉(乳)为原料生产的每吨糖浆，成本降低285.27元/t(259.87+8.4+17.0 =285.27).若工程实践的不可预见性占降低成本的5%～30%，上述每吨糖浆降低成本200～270元/t.

4.2 玉米原粮耗量

每吨糖浆(浓度75%)需干基玉米淀粉750kg，按玉米原粮的含水率14%、干法脱胚玉米出率80%、干法脱胚玉米中淀粉含量86.5%计，则每吨糖浆需玉米原粮1.26t).使用湿法脱胚玉米生产的淀粉，得到1吨淀粉(含水率14%)，其中，干基淀粉为0.86t，需1.56t玉米原粮[2](含水率14%)，现要得到0.75t干基淀粉，需玉米原粮1.36t.可见，每生产1吨糖浆，本项目技术与传统酶法以淀粉为原料生产糖浆技术相比，可以节约0.1t玉米原粮.

4.3 水耗量

目前传统酶法以淀粉为原料生产糖浆，生产1吨干基淀粉需水5.81t[2]，生产1吨糖浆需要0.75t干基淀粉，需水5.81×0.75=4.3575t.玉米湿法脱胚生产1吨淀粉(含水率14%)用水量高出生产1吨干法脱胚玉米粉用水量的75倍[2].对于本项目技术，干法脱胚玉米折成1吨干基淀粉需玉米原粮1.64t,约需水0.108t.挤压1.64t对应的脱胚玉米加水量水0.375 t，总共需水0.483t.生产1吨糖浆需要0.75t干基淀粉，需水0.483×0.75=0.3623t.对于生产1吨糖浆，本项技术以低温挤压酶解干法脱胚玉米为原料用水量，比传统酶法以淀粉为原料用水量，节水4.0t.

5 试验研究、生产中试

生产试验研究结果表明：低温挤压酶解干法脱胚玉米的淀粉转化率为96.37%～98.48%、糖浆收率为106.89%～109.28%[14].生产葡萄糖浆，糖化12h，糖浆的DE值≥97%，生产超高麦芽糖浆，糖化40h，麦芽糖含量≥90%.其蛋白质含量、色度、透光率等质量指标均达到国标准[19-20]，有关技术成果达到国际领先水平.

6 结 论

1) 低温挤压酶解干法脱胚玉米在挤出过程中，已经完成了传统酶法的淀粉经喷射糊化、液化过程，挤出物的糊化度为由12%增至95.53%～97.87%，其还原糖含量由1.24%增至9.44%～9.78%，抗性淀粉(不溶性淀粉)含量由2.42%减至0.96%～1.02%，可利用淀粉增加1.40%～1.46%.

2) 本项技术简化了目前国内外传统酶法糖化工艺过程，省去淀粉生产过程和淀粉的喷射糊化、液化过程，糖化时间减少1/3～2/3，糖浆质量达到国家标准.避免淀粉生产的工业排水带来环境污染，省去制污费用.

3) 本项目技术与目前国内外传统酶法使用淀粉乳生产糖浆相比，生产1吨糖浆(浓度75%)，成本降低200～270元/t.

4) 本项目技术与目前国内外传统酶法使用玉米淀粉生产糖浆相比，生产1吨糖浆(浓度75%)可降低玉米原粮用量0.1t，用水量减少4.0t.

致 谢

论文撰写过程中，淄博汇创生物科技有限公司习文社高工、山东理工大学马成业副教授和李宏军教授对本文中的主要数据进行了认真核算，在此表示感谢!

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