设备对玉米浆发酵质量的影响

刘井权,孟祥玉,李峰

(1.齐齐哈尔大学，黑龙江 齐齐哈尔 161000；2.齐齐哈尔市正弘德食品有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

设备对玉米浆发酵质量的影响

刘井权1,孟祥玉1,李峰2

(1.齐齐哈尔大学，黑龙江 齐齐哈尔 161000；2.齐齐哈尔市正弘德食品有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

在以玉米浆为原料生产植物蛋白调味液的过程中，要重视设备对产品质量的影响。文章分析了设备对玉米浆生产植物蛋白调味液质量的影响因素，提出发酵罐设计的要求，探讨了泵、板框压滤、灭菌、储存等设备对产品质量的影响。

玉米浆；植物蛋白调味液；发酵罐设计；设备安装

玉米是我国重要的粮食作物，近年来玉米大丰收,库存量加大,玉米深加工企业也在增加。玉米深加工主要是生产玉米淀粉类产品及衍生的其他产品，在玉米深加工过程中，产生大量的富含水溶性蛋白质的玉米浸泡液等副产物，玉米浸泡液直接排放，会造成环境污染问题，所以，玉米加工厂把玉米浸泡液经浓缩后变为玉米浆。玉米浆利用途径主要是作为微生物发酵的营养源；浓缩后添加到饲料中作为氮源；经过微生物及酶分解生成植物蛋白调味液；植物生长剂等多种用途。用于微生物氮源及植物生长剂的需求量小；玉米浆吸湿性强，在饲料中使用也受到了限制，所以，玉米浆生产植物蛋白调味液是玉米深加工企业的有效途径。

玉米浆利用微生物发酵法可开发出附加值较高的调味品添加剂——植物蛋白调味液。植物蛋白调味液具有无毒、不产生酸法水解的“类氯丙醇”等有害物质[1]。价格低廉，每吨成本200～300元，是调味品企业降低成本、增加经济效益的有效途径。调味品厂添加少量的设备如特制发酵罐、板框压滤机等设备即可生产植物蛋白调味液。

玉米浆具有成分相对复杂、酸度大、蛋白质含量高、不易水解、发酵反应条件不易掌握的特点。在生产中往往注重生产工艺参数的研究，忽略了设备要求的特殊性，本文就玉米浆生产植物蛋白调味液中设备设计、安装、选型等做一个总结，供参考。

1 玉米浆发酵水解设备

水解罐是玉米浆经过成曲发酵水解的容器，玉米浆发酵具有黏度高、酸度大、需要热量多等特点。玉米浆发酵时需要3次加热：第1次是玉米浆的原料处理工序，为了使玉米蛋白质达到适度变性的目的，玉米浆进入到发酵罐后要加热到沸腾状态；第2次玉米浆经过成曲中多种酶系的作用后，为了保证产品质量和安全性要进行灭酶；第3次板框压滤后，水解液要进行灭菌处理。如果是连续作业，第2次和第3次可以合并为1次。水解罐内加热时，一般采用发酵罐夹层通入蒸汽的方式，由于夹层内的热量主要通过热传导到达罐内玉米浆，加热时间长，耗能多，加热夹层厚度应该大于10 cm，夹层厚加热速度快，降温也迅速；也可以采用直管加热，直管底部安装减震装置，减轻罐内液体加热时发生的震动。

底部出料口周围无夹层，直接安装出料管路，防止阻力系数大、管道发生堵料现象。

水解罐顶部应该加排气装置，排气口安装轴流风机强制排风，排除原料中二氧化硫；水解中产生的代谢气体水蒸汽等，减少水解罐内气体对身体、设备及房屋的损害。

为了使玉米浆水解彻底，防止成曲沉积在发酵罐底部，造成出料口堵塞，水解罐搅拌桨在玉米浆发酵时一般要安装3个，底层搅拌桨距离发酵罐底部为2 cm左右，距离大，成曲在发酵罐底部形成沉积，影响成曲蛋白酶作用效果，容易发生物料输送的堵塞现象；最上边的搅拌桨安装要低于水解液表面30 cm处。

2 玉米浆输送设备

2.1 离心泵

离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动的原理工作的。在玉米浆发酵物料输送时，流量低，扬程小，采用单级、单吸、立式泵即可。在玉米浆输送过程中，离心泵轴一般低于发酵罐液面，启动时不需要灌水。在安装时要减少输送管路中的阻力，降低压头损失，设计时弯头、阀门尽量少些。输送黏度大、固形物多、温度高的玉米浆，有时会使离心泵产生汽蚀现象。

离心泵操作时应注意以下几点：

禁止无水运转，禁止在过低的流量下运行；

输送含有成曲的玉米浆水解液，容易在管道内发生沉淀，停泵前，要及时用清水冲洗泵和管道，防止堵塞。排出泵内积存的液体，防止锈蚀和冻裂；

为了防止玉米浆发酵液滞留在管道中，增强清洗效率，避免北方气温寒冷产生泵体冻裂的现象，玉米浆生产输送物料管路安装要有一定的倾斜角，防止物料的滞留，便于清洗。进料管路要高于出料管路。

物料流量控制。根据生产量选择相应流量的离心泵，为了保证生产的扩大需求，离心泵流量一般都留有一定余量，在进入板框压滤时流量大，会使过滤效果差，为了保证离心泵和板框压滤机相匹配，可以通过调节阀门来进行流量控制。管路流量较大时也可以采用回流管路进行流量调节。

2.2 螺杆泵

螺杆泵是依靠泵体与螺杆所形成的啮合空间容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵[2]。螺杆泵具有可变量输送、自吸能力强、可逆转、能输送含固体颗粒的液体、流量均匀连续、振动小、噪音低等特点，可以用于玉米浆发酵液流体输送。

螺杆泵操作时应注意以下几点：

螺杆泵不出水原因是泵体及吸水管未灌满水；吸水管破裂等；

螺杆泵对污物不太敏感，输送黏度较大且含有颗粒成曲的玉米浆比较适合；

螺杆泵停车时，应先关闭排出停止阀，并待泵停转后，关闭吸入停止阀；

在板框压滤进料时要保证物料品温低于50 ℃，不允许螺杆泵没有物料进行空转，螺杆泵会因为物料品温高和螺杆泵空转，而造成橡胶定子的损坏。

3 玉米浆发酵分离设备

板框压滤机是把玉米浆与成曲混合液流经过滤布，固体停留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼，滤液部分则透过滤布，成为不含固体的清液的一种常用的压滤设备。玉米浆中含有成曲、玉米浆混浊物等物质，含固率高，最高可达20%～35%，板框式压滤机具有处理量大、过滤效果好、自动化程度高等优点，是玉米浆发酵固液分离首选设备。框式压滤机由主机(机架和滤室)、液压部件和电气等部分组成。

板框压滤机在安装使用时应该注意的事项：

造成板框间渗水的原因：输送物料的泵液压低；滤布破损；滤室清洗不彻底。解决方法：提高输送泵的压头，更换破损滤布，加强板框滤室的清洗；

滤饼成形性差的原因：原料泵供料不足、浓度小、成曲粉碎效果差，在压滤过程中滤饼形成不连续或者有堵塞。解决办法：增加泵体的流量供料，调整工艺，改善供料，减少管路阻力，提高成曲粉碎度；

过滤压力必须小于设备的安全压力，玉米浆水解液经过灭酶后，温度较高，入框物料品温要低于80 ℃，以防引起板框变形；

滤布的材质、孔径要根据压滤的不同单元操作进行调节，第1次压滤时固形物多、黏度大，滤布要使用强度大、滤布孔径相应的压滤条件；第2次压滤时，成曲和混浊物含量比较低，滤布孔径要小，提高成品的澄清度；

板框压滤机应水平放置在地面上，用底脚螺栓固定在基础上。板框压滤机最好和输送泵安装在同一平面上，减少输送阻力，降低劳动强度；

压滤开始时通过板框的水解液要进行回流，进行二次过滤，因为初始过滤液混浊(滤饼没有形成)；

板框清理时滞留的过滤液，要返回水解罐中，进行二次水解，防止原料浪费。

4 玉米浆发酵储存设备

在玉米浆发酵过程中使用储存罐有三部分：一是玉米浆原料储存设备；二是压滤后的滤液暂存设备；三是成品储存设备。

储存罐底部要有锥底，减少沉淀物对产品质量的影响；储存罐上面要有封头，防止屋顶冷凝水带菌进入，引起杂菌污染，造成配制的下游产品发生二次发酵现象；储存罐支架要留有一定维修高度；为防止大型储存罐破裂，在罐体上加保护箍。

储存罐抽浆时在抽油管的底部安装一个向上弯头，防止底部沉渣被抽走。

如果在压滤时水解液浓度低，过滤液混浊度高，可以在二次压滤时加入活性炭，比例为0.3%～0.5%。

5 玉米浆发酵清洗设备

玉米浆发酵设备清洗是为了保证产品的安全性，防止滞留物在设备及管路中的留存，腐蚀设备及管路，单体发酵罐可以采用简单清洗法，多个发酵罐要用CIP清洗系统清洗。

5.1 预清洗

在罐底的发酵液放完之后，每次用水预清洗2遍，每次时间为10 min。清除滞留在水解罐上的发酵物，排出滞留在罐底的沉积物。

5.2 碱洗

玉米浆pH为3.5～4.4。用碱液冲洗的目的：中和玉米浆中的酸；除去滞留在发酵罐容器内的污物。碱水溶液价格低廉，毒性弱，具有较强的除垢洗涤力，广泛用于发酵罐的洗涤。影响洗涤效果的因素：与洗涤表面接触的时间；表面产生的物理作用力；洗涤剂用量；洗涤溶液的温度、水质；污物组成等。罐底冲洗干净后，用总碱度为6000 mg/L的洗涤液循环冲洗。

5.3 除去碱液

发酵罐洗涤干净后，用清水冲洗，用酚酞指示剂显示不呈粉红色，表明罐内的碱液已经除去即可。

5.4 多个发酵罐清洗

多个发酵罐的清洗要采用设备复杂、价格高的CIP清洗系统，才能保证罐体的清洁度。CIP清洗系统能使生产计划合理化及提高生产能力；清洗效果好；节省人力成本；设备一次性投入大；清洗后应无异味，表面光亮，无积水，无膜，无污垢[3]。

6 玉米浆发酵灭菌设备

超高温瞬时灭菌机具有处理量大、灭菌时间短、节省能源、操作简单、连续作业、出口液体温度低、清洗方便、清洗时不用拆卸机件等特点，在液体灭菌中被广泛应用。

玉米浆植物蛋白调味液由离心泵泵入灭菌机中经过热交换装置进行预热，再经过充满高压的高温装置，玉米浆迅速加热到130 ℃，保持约3 s，物料中的微生物及酶类很快被杀灭。物料出高温桶后通过与冷料的热交换获得冷却，一般温度低于65 ℃，通过离心泵输送到暂存罐中[4]。

[1]刘井权，郑喜群.玉米浆生产植物蛋白调味液质量影响因素探讨[J].中国调味品，2016,41(11)：146.

[2]肖旭霖.食品机械与设备[M].北京：科学出版社,2007:34-37.

[3]李平兰，王成涛.发酵食品安全生产与品质控制[M].北京：化学工业出版社,2005:67.

[4]张忠平，尚剑书，贾丽娜，等.利用新型设备是提高酱油质量的有效途径[J].中国调味品，2012，37(7)：120.

Effect of Equipment on the Fermentation Quality of Corn Steep Liquor

LIU Jing-quan1, MENG Xiang-yu1, LI Feng2

(1.Qiqihar University, Qiqihar 161000,China；2.Qiqihar Zhenghongde Foods Co., Ltd., Qiqihar 161000, China)

In the production process of vegetable protein seasoning liquid with corn steep liquor as raw material, the influence of equipment on product quality should be given attention. In this paper, the equipment factors affecting the quality of vegetable protein seasoning liquid are analyzed, the design requirements of fermentation tank are put forward, and the effects of pump,plate-frame filter,sterilization and storage eguipment on the product quality are explored.

corn steep liquor;vegetable protein seasoning liquid;fermentation tank design;equipment installation

2016-12-18

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12531753)

刘井权(1958-)，男，高级工程师，主要从事调味品的研究与教学工作。

TS201.5

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.06.019

1000-9973(2017)06-0093-03