玉米淀粉液化工藝研究

楊志強，于濤，張春泓

（吉林省輕工業(yè)設計研究院，吉林長春130021）

玉米淀粉液化工藝研究

楊志強，于濤，張春泓

（吉林省輕工業(yè)設計研究院，吉林長春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)的噴射液化器進行一系列液化試驗，確定了傳統(tǒng)的液化技術淀粉乳最高濃度為40%。超過此濃度后，采用中溫酶保溫預液化，降低淀粉黏度再采用噴射器液化，最終實現(xiàn)了50%的淀粉乳完全液化，該技術在淀粉糖生產中可以為后續(xù)工段節(jié)省蒸汽，達到節(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，流動性好，為糖化創(chuàng)造條件。液化技術是淀粉糖生產中的關鍵技術。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量。

天然玉米中的淀粉是結構緊密的微粒，其中存在著結晶與非結晶區(qū)，不易受酶的作用，當?shù)矸垲w粒加熱到60℃以上時，淀粉顆粒的結構逐漸破壞，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。不同來源的淀粉達到糊化時所需的溫度不同，谷物淀粉比薯類淀粉較難糊化，但若采用105℃～110℃的溫度進行糊化，可以滿足多數(shù)淀粉對糊化的要求。

目前，在淀粉糖生產中，國內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值達到15%~18%，碘試反應不顯藍色即為液化完全。這種低濃度的淀粉乳液化主要的缺點是濃度低、用水量大，液化時蒸汽耗量大，再經(jīng)過糖化后需要進行蒸發(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行了玉米淀粉液化條件優(yōu)化試驗，確定了現(xiàn)有液化技術淀粉乳最高濃度為40%，再通過中溫酶保溫預液化和高溫噴射液化的新型液化集成技術，能將高濃度淀粉乳（50%）達到糖化需要的DE值（還原糖值），碘試反應不變藍，糖漿質量好，葡萄糖收率高。

1 材料和方法

1．1原料

玉米淀粉：理化指標見表1。

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

試驗用酶制劑：諾維信耐高溫α淀粉酶標示活性：120KUN/mL（相當于國家標準20000u/mL的4倍，即80 000 u/mL）。

1．2主要設備與儀器

0.34 m3調漿罐、0.3m3液化層流罐、0.3m3保溫攪拌液化罐：自制；M103-030噴射液化器：美國水熱公司；Waters600高效液相色譜儀：美國waters公司；WZS-Ⅰ阿貝折射儀：上海長方光學儀器有限公司；DELTA320精密pH計：德國梅特勒-托利多集團。

1.3 試驗過程

用液化噴射器進行高溫噴射液化試驗，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），液化時間為120min，取樣檢測DE值。然后進行了50%的淀粉乳中溫酶保溫預液化條件優(yōu)化試驗和預液化液高溫噴射液化時間條件優(yōu)化試驗。

2 結果與討論

2.1 傳統(tǒng)液化技術不同淀粉乳濃度液化結果

傳統(tǒng)液化技術不同淀粉乳濃度液化結果見表2、表3。

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

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

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

從表3來看，淀粉乳濃度為35%時液化結果和30%的淀粉乳基本相同。

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

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

2.2 傳統(tǒng)噴射液化技術試驗結論

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%的淀粉乳無法噴射液化，因此噴射液化技術最高淀粉濃度為40%。

2.3 中溫酶保溫預液化條件優(yōu)化試驗和高溫噴射液化結合試驗結果

2.3.1 中溫酶保溫預液化條件優(yōu)化試驗結果

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

2.3.1.1 預液化溫度對黏度和DE值的影響

以50%淀粉乳為底物，pH5.5，酶添加量0.5 L/t，液化時間40min。在不同的溫度下進行液化，檢測黏度和DE值變化，結果如圖1。

圖1 50%的淀粉乳預液化黏度和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，同時料液DE值在不斷升高，而且在溫度達到85℃以后升高加快。因此確定中溫酶保溫預液化適宜溫度在80℃~85℃。

2.3.1.2 酶制劑添加量對黏度和DE值的影響

以50%淀粉乳為底物，pH5.5，保溫溫度83℃，液化時間40min。在不同的酶添加量下進行液化，檢測黏度和DE值變化，結果如圖2。

圖2 50%的淀粉乳預液化黏度和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，同時料液黏度隨加酶量在下降，但是當酶添加量為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 反應時間對黏度和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取樣檢測黏度和DE值，結果如圖3。

圖3 50%的淀粉乳預液化黏度和DE值隨反應時間變化曲線Fig.3 Viscosity and DE valuew ith reaction time curveof 50%of the starchm ilk Liquefaction

從圖3來看隨著反應時間增長，料液的DE值升高，黏度下降，但當反應時間在40min后DE值上升變快，而反應時間在30min后，料液黏度下降變緩[5]，因此確定中溫酶保溫預液化適合的反應時間為30min~ 40min。

2.3.2 中溫酶保溫液化液高溫噴射液化試驗結果

由于淀粉乳經(jīng)過保溫預液化后，已經(jīng)有一定的糊精和糖產生，再經(jīng)過高溫噴射液化目的是使其進一步液化完全，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間。

試驗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的條件下進行噴射液化，每隔10min取樣檢測DE值，結果見圖4。

圖4 液化DE值隨液化時間變化曲線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值隨液化時間增長而增高，在液化50min~60min時DE值滿足糖化條件，所以噴射液化最佳液化時間為50min~60min。

2.4 高濃度淀粉液化試驗結論

經(jīng)過試驗，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，保溫液化時間30min~40min；高溫噴射液化pH5.6，溫度105℃，加酶量0.45 L/t，液化時間50min~60min。

3 結語

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，確定了傳統(tǒng)的液化技術淀粉乳最高濃度為40%；并進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，保溫液化時間30min~40min，高溫噴射液化pH5.6，溫度105℃，加酶量0.45 L/t，液化時間50min~60min。實現(xiàn)了50%的淀粉乳完全液化，為淀粉糖生產提供了一項節(jié)能降耗的技術參考。

[1]尤新,趙繼湘,王家勤,等.淀粉糖品生產與應用手冊[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1997:77-82

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[3]王艷紅.不同工藝對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”科技攻關項目（2012BAD34B07）

楊志強（1971—），男（漢），正高級工程師，學士，研究方向：淀粉糖及糖醇生產新技術開發(fā)。