CN102850460B - 分段式玉米浸渍方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分段式玉米浸渍方法，包括净化、预热、浸渍I、释压放液、破碎、旋流分离、粗磨、去皮、浸渍II、射流及细磨步骤，得粗淀粉乳。本发明与现有技术相比，设备投资节省89.5%；压力罐浸渍可于2小时内完成，节省保温耗能；并压力罐浸渍可完整提取玉米胚芽，解决高温压榨玉米油导致蛋白变性问题，可为玉米淀粉厂生产高质素的植物蛋白，提供可行性基础。同时，传统玉米浸泡工序段产生的含有亚硫酸和蛋白质的废水，需蒸发回收蛋白，而本发明利用气浮和过滤方式，溶液则不必采取蒸发的方式回收蛋白，并且本发明工艺水总体用量降低94.4%，为污水处理系统降低压力。

Description

分段式玉米浸渍方法

技术领域

本发明涉及一种玉米淀粉生产工艺中的浸渍玉米的方法，尤其涉及一种分段式玉米浸渍方法。

背景技术

目前主流的湿法玉米淀粉生产过程中的浸渍机理，为Cox，MacMasters和Hibert提出的，利用亚硫酸对玉米麸质蛋白的作用，其反应式为：

RS-SR+ SO₃ ^2--——RSSO₃ ^-+RS^-

亚硫酸作为浸渍液，浸渍温度50℃，时间24小时以上，蛋白质硫代硫酸盐可逐渐扩散，转入玉米浸渍液（玉米浆）中，玉米粒的蛋白质网状结构被部分分散，其余则松软易于脱开淀粉颗粒，以便进入研磨和分离工序段。

作为湿法玉米淀粉生产工艺的第一步，这种浸泡方法用“化学能”，为蛋白和淀粉颗粒的分离创造了基本条件。然而，其缺陷有四点无法避免：

1、设备量庞大，耗能高，浸渍用水量大。

2、浸泡时间长。“逆流浸渍法”普遍采用56～70小时不等的工艺，而整个工艺过程皆须对大量的水和玉米进行50℃的保温处理，特别是在北方的冬天，庞大的浸泡罐的热损耗，是相当惊人的。

3、从玉米粒浸渍过程中的干物质变化可见，玉米胚芽中糖分，矿物质和可溶性蛋白损失达90%，而且由于酸溶液的作用，导致胚芽异味严重，作为原料榨油之后，只能做畜禽饲料使用。

4、环保压力巨大，由于浸渍水水量大，浸泡出来的蛋白质及杂质可溶物等含量很高（玉米浆干基含量4%左右），直接排放将是很严重的污染问题，故此，需使用气浮、过滤和多效蒸发器等多种综合工艺手段回收其中干物质，导致进一步耗能，而相对于玉米浆中蛋白回收的研究，由于蛋白质在长时间的高温和亚硫酸作用下变性，导致也只能停留在饲料级别的方向上。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，经过多次试验和研究，提供了一种分段式玉米浸渍方法，解决了现有技术中耗时长，成本高的问题。

本发明的技术方案包括如下步骤：

净化：玉米清洁，去除杂质；

预热：在预热罐中，将上述净化后的玉米与水以重量份数比为，玉米：水=1:1.5～3的比例混合预热；预热流动水55℃～60℃，热水循环预热时间为15分钟至30分钟；

浸渍I：上述预热好的玉米打入压力罐，并且封住所有阀门，用高压泵给压至1.5MP，浸渍2小时；

释压放液：将上述浸渍I好的物料释放压力，并将玉米与浸泡水同时放至缓存罐，静置或利用机械均匀搅拌15分钟；

破碎：将上述释压放液后的玉米破碎；

旋流分离：将上述破碎后的玉米旋流分离玉米胚芽；

粗磨：将上述去胚芽并破碎后的玉米粗磨；

去皮：将上述粗磨后的玉米去皮；

浸渍II：将上述去皮后的玉米破碎颗粒，此时为玉米糁状态，通过射流方式吸入SO2，并做浸渍，浸渍时间为2小时，亚硫酸溶液的SO2浓度为0.15%～0.25%，干基与亚硫酸溶液的重量份数比为，干基：亚硫酸溶液=1:1.5～2；

细磨：将上述射流后的物料细磨；

得粗淀粉乳：细磨后筛去麸质纤维，得粗淀粉乳。

所述的预热至射流步骤，各个步骤均保持温度为50℃。

所述的预热步骤中，玉米与水的重量份数比为，玉米：水=1:1.5。

所述的浸渍I步骤中，每半小时用泵补压，使玉米含水量的质量百分比达到40%～45%。

所述的射流步骤中，利用文丘里管的低压原理和微湍流原理，将混合液用0.9～1.5Mp的压力通过低压射流器喷射。

所述的浸渍II步骤中，干基与亚硫酸溶液的重量份数比为，干基：亚硫酸溶液=1:1.5。

本发明的优点效果如下：

1、设备投资

现有技术中单罐浸渍，典型设备为400m³的大罐，玉米罐中保持50℃需48h。

现有技术中逆流浸渍，典型设备为8台一组，浸渍罐，总容积400m³，则每罐至少50m³，也按典型48h计。

本发明，同生产量，压力1.5Mp，压力罐容积约为35m³，保温50℃，时间2h。

以此计算，由于压力1.5Mp，压力罐比普通罐体成本偏高，计算需16-18mm钢板制，另需各种压力阀门和压力仪表，淀粉厂在玉米浸泡环节内的设备投资，浸渍罐设备总计投入节省80%以上。

由于浸泡水无浸出杂质，进入脱胚磨流程，另计算，用于浓缩浸泡水的“多效蒸发器”并蒸汽发生系统，包括配电、锅炉等可完全省略，即100%。

2、浸泡工序段用于保温的耗能

北方地区天气寒冷，容积总当量400m3的金属罐体，暴露于厂房或场地，全部依赖“逆流”的中间加热浸渍液的环节，整个过程需最少48小时，长的可达72小时。而利用本发明分段浸渍法的浸渍I步骤，即压力罐浸渍，可于2小时内完成，故降低热能流失的耗能相当可观。

3、新副产品玉米胚芽的生产

玉米胚芽内的蛋白质，是对人体来说营养价值极高的蛋白源，因其氨基酸构成与大豆迥异，是用作食用植物全价蛋白的不可或缺的蛋白源，也可做医用植物蛋白提取原料。但是，经过玉米淀粉流程的亚硫酸浸泡，其蛋白质变性变味严重，只能做饲料蛋白源，而使用本发明压力罐浸渍可完整提取玉米胚芽，解决高温压榨玉米油导致蛋白变性问题，可为玉米淀粉厂生产高质素的植物蛋白，提供可行性基础。

4、节能环保

玉米浸泡工序段产生的含有亚硫酸和蛋白质的废水，必须使用蒸发的方式回收蛋白质，而进入到“浸渍II”阶段所需分离的蛋白质为酸溶和醇溶蛋白，由于蛋白质分子结构比较大，溶液则不必采取蒸发的方式回收蛋白，利用气浮和过滤方式即可，这样就为污水处理系统降低压力。“浸渍I”阶段的浸渍水蛋白浸出量微小，可积累处理，并循环利用浸渍用水，故无原湿法浸渍工艺中所谓“玉米浆”的过程产物。

附图说明

图1为本发明工艺流程框图。

图2为玉米浸渍过程浸渍液干物质变化情况曲线图。

图3为玉米浸渍过程乳酸含量变化情况曲线图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明包括如下步骤：

净化：玉米清洁，去除杂质；

预热：在预热罐中，将上述净化后的玉米与水以重量份数比为，玉米：水=1:1.5的比例混合预热。预热流动水50℃-60℃，热水循环预热时间为15分钟至30分钟；

浸渍I：将上述预热好的玉米用PW型污泥泵打入压力罐，并且封住所有阀门，用高压泵给压至1.5MP，保持温度50℃，并每半小时用高压泵补压，共浸渍2小时；使玉米含水量的质量百分比达到40%～45%；

释压放液：将上述浸渍I好的物料释放压力，并将玉米与浸泡水同时放至缓存罐，静置或利用机械均匀搅拌15分钟，此过程为压力浸渍法中不可缺少的压力反释放过程，可使一直受水压的玉米粒在无压状态下尽可能吸水，从而达到水分饱和状态；

破碎：将上述释压放液后的玉米用脱胚磨破碎；

旋流分离：将上述破碎后的玉米用胚芽旋流器旋流分离玉米胚芽；

破碎与旋流分离两步，与现有技术中湿法玉米淀粉工艺同，为分2级磨与2级旋流；

粗磨：将上述去胚芽并破碎后的玉米通过齿轮磨粗磨，此时干基呈玉米糁状态，除玉米种皮之外，玉米糁80目透过率可达90%以上，由于水的软化作用，玉米皮无“过度破碎”可通过简单筛分分离；

去皮：将上述粗磨后的玉米用离心筛将玉米皮筛去；此步骤目的并非筛去麸质纤维，故使用粗筛即可完成去皮；

射流：利用文丘里管的低压原理和微湍流原理，将混合液用0.9～1.5Mp的压力通过低压射流器喷射；

浸渍II：将上述去皮后的玉米破碎颗粒，此时为玉米糁状态，通过射流方式吸入SO2，并做浸渍，浸渍时间为2小时，亚硫酸溶液的SO2浓度为0.2%～0.3%，干基与H₂SO₃溶液的重量份数比为，干基：亚硫酸溶液=1:1.5；

细磨：用笼式粉碎机将上述射流后物料细磨；

得粗淀粉乳：细磨后筛去麸质纤维，得粗淀粉乳。

实施例2

所述的预热步骤中，玉米与水的重量份数比为，玉米：水=1:1。采取热水循环式预热，可于15分钟内完成预热过程。

所述的浸渍II步骤中，干基与H₂SO3溶液的重量份数比为，干基：H₂SO₃溶液=1:2。其它步骤同实施例1。

实施例3

所述的预热步骤中，玉米与水的重量份数比为，玉米：水=1:3。采取静态式预热，于15分钟内完成预热过程。其它步骤同实施例1

本发明的工作原理如下：

本发明主要区别于湿法浸渍玉米的技术关键点就在于将原来“一次浸渍”分成“两阶段”，即下文所提到的“浸渍I”和“浸渍II”，并且将第二阶段移至淀粉分离工艺流程前，这样“浸渍II”阶段的工艺耗时即可平行于其他工艺时间进程了。

本发明浸渍I步骤，其目的与现有浸泡法不同，仅为使玉米浸软，易于破碎，而不以分解玉米麸质蛋白为目的。故全过程为水在高压作用下，向玉米粒内部运动，而基本无干物质从玉米粒中向外转移至浸泡液，浸泡液内也没有添加任何酸碱盐类物质，故此，无需释放浸泡液，可让浸泡液随原料进入下一流程即脱胚磨。

经旋流分离步骤所得玉米胚芽，与现有工艺有所不同，因并为被亚硫酸作用，短短2个小时之内，乳酸未来得及发酵，故胚芽当中纤维含水刚刚达到饱和而不易破碎，但其中的糖类、矿物质和可溶纤维素并未浸泡至浆液，最重要的是，胚芽当中的水溶蛋白和酸溶蛋白也并未浸泡至浆液，而是完整地保留在胚芽当中，若在压榨玉米油的过程中，保持蛋白不变性，其回收的高品质蛋白可做食品——植物蛋白粉的原料，而不是像现有技术中逆流浸泡法所产生的玉米浆经过多效蒸发器的浓缩，只能喷液在纤维饲料上。

射流方式依靠文丘里（Giovanni·Battista·Venturi）管形成低压真空区的文氏效应，将去皮去胚芽并且初步粉碎的淀粉粗浆，用0.9～1.5Mp的压力射入射流器，射流器形成的低压区将预制好的亚硫酸溶液吸入，并且，利用湍流反应区的微湍流效应，即大雷诺系数下射流产生的溶液超饱和现象，使H₂SO₃呈瞬间超饱和状态，进而令亚硫酸迅速完成上述需24小时以上的蛋白质的散解反应。

文氏效应的真空效率不高，约为10%左右，但是，其瞬间形成溶液400倍溶解力的超饱和效应却为用物理条件提高化学反应速度，提供了相当有利的条件，相当于化学反应当中的微搅拌。故进入细磨步骤，以用物理能帮助其将微小的淀粉颗粒释放出来。由于进料前物料颗粒均匀，没有胚芽和玉米皮等杂质，故使笼式粉碎机或叫针磨机的效率，也有相应提高，无需分级，可节省粉碎能源35%。

浸渍II步骤目的，是将已经成为玉米糁混合液的原料中的蛋白质解散，故此步骤加入亚硫酸溶液。SO₂浓度为0.15%～0.25%。但是，由于此阶段原料已经形成分散的玉米粉混合液状态，浸渍水与干物质比例照原浸渍水与干物质比例可不同，喷射前调整至1:1.5即可。浸渍II步骤虽称之为浸渍，但是其浸渍过程完全是工艺时间内的，无需保温状态下的长时间浸渍和大容积的罐或池。利用文丘里管的低压原理和微湍流原理，将混合液喷射，吸入一定比例的亚硫酸溶液，可在几分钟之内完成整个蛋白质分解的过程。

本发明以浸渍玉米100kg为例，一次为静态浸渍法时间56h，一次为分段浸渍法中浸渍I步骤的2h所得浸渍液。两次实验总结数据如表1所示。

通过表1可以看出，本发明浸渍I步骤的压力浸渍法，不会造成玉米粒中的干物质向浸泡水中转移，特别是玉米胚芽的蛋白损失非常小，接近于无。分离胚芽和玉米皮之后，利用喷射的方式进行第二步骤，以分离麸质蛋白为目的的浸渍。而此时，物料总干物质量降低20%以上，并且含“生命物质”形态的蛋白质，已经随胚芽离开工序，不参与反应过程，所以可以大幅降低SO₂用量，实验为原静态浸泡法使用量的80%。浸泡过程的另一目的，即通过浸泡令麸质纤维和蛋白质的网状结构疏解，已经由粉碎步骤部分完成，故也可一定程度地降低SO₂用量和反应时间。

通过表1可以看出，压力浸渍法产生的玉米浆其干物质含量相当低，而且由于其中未添加任何化学药剂，可直接参与破碎工艺而不必另行处理。此玉米浆已经不是传统工艺所产生的必须经由蒸发回收蛋白意义上的玉米浆。

图2为玉米粒单罐浸渍，温度50℃，周期56h，起始亚硫酸质量百分比浓度为SO₂ 0.1%，浸渍0～8h浸渍液中SO₂浓度直线下降，8h处，干物质曲线与SO₂含量曲线相交处，为反应活跃点，16h及之后，SO₂变化放缓，56h时，浸渍液干物质含量达到工业生产经验值7g/100mL。

由图3可见，16h及以后浸渍时间越长，浸渍液中乳酸含量越高，56h时达到2.0g/mL(于浸渍液则相当于28g/100g),16～35h时，乳酸菌活性直线升高，以后逐步降低。

这两个图说明，无论是SO₂作用于玉米，还是乳酸作用于玉米，在时间轴上，干物质的变化都有一个峰值，喷射作用就是通过为这个峰值创造物理条件，从而达到瞬间完成反应，以节省时间的。经过喷射后的粗玉米浆，不必等待乳酸作用，直接进入细磨流程，而细磨过程中，对粗玉米浆的搅动可以帮助亚硫酸溶液作用于蛋白质，使其呈松散状态，从而达到释放淀粉颗粒的最终目的。

Claims (4)

1.一种分段式玉米浸渍方法，其特征在于包括如下步骤：

净化：玉米清洁，去除杂质；

预热：在预热罐中，将上述净化后的玉米与水以重量份数比为，玉米：水=1:1.5～3的比例混合预热；预热流动水50℃-60℃，热水循环预热时间为15分钟至30分钟；

浸渍I：上述预热好的玉米打入压力罐，并且封住所有阀门，用高压泵给压至1.5MPa，浸渍2小时；

释压放液：将上述浸渍处理后的物料进行压力释放，并将玉米与浸泡水同时放至缓存罐，静置或利用机械均匀搅拌15分钟；

破碎：将上述释压放液后的玉米破碎；

旋流分离：将上述破碎后的玉米旋流分离玉米胚芽；

粗磨：将上述去胚芽并破碎后的玉米粗磨；

去皮：将上述粗磨后的玉米去皮；

浸渍II：将上述去皮后的玉米破碎颗粒，此时为玉米糁状态，通过射流方式吸入SO₂，并做浸渍，浸渍时间为2小时，亚硫酸溶液的SO₂浓度为0.15%～0.25%，干基与H₂SO₃溶液的重量份数比为，干基：亚硫酸溶液=1:1.5～2；

细磨：将上述射流后的物料细磨；

得粗淀粉乳：细磨后筛去麸质纤维，得粗淀粉乳；

所述的预热至射流步骤，各个步骤均保持温度为50℃；

所述的浸渍I步骤中，每半小时用泵补压，使玉米含水量的质量百分比达到40%～45%。

2.根据权利要求1所述的分段式玉米浸渍方法，其特征在于所述的预热步骤中，玉米与水的重量份数比为，玉米：水=1:1.5。

3.根据权利要求1所述的分段式玉米浸渍方法，其特征在于所述的浸渍II步骤中，干基与亚硫酸溶液的重量份数比为，玉米：亚硫酸溶液=1: 1.5。

4.根据权利要求1所述的分段式玉米浸渍方法，其特征在于所述的射流步骤中，利用文丘里管的低压原理和微湍流原理，将混合液用0.9～1.5 MPa的压力通过低压射流器喷射。