淀粉生产的基本工艺
谷类、薯类、豆类中,除主要含有淀粉外,一般都还含有不同数量的纤维素、蛋白质、脂肪、无机盐和其他物质。因此,从原料中提取淀粉,不仅要将原料破碎,使淀粉分离出来,而且还必须将非淀粉物质分开,以得到水分含量大约为10%~15%、质白质0.28%~0.35%、纤维素0.1%、脂肪0.23%~0.28%及无机盐0.1%的工业生产淀粉。当需要生产高纯度的淀粉时,可进一步精制提净。
(一) 工艺流程\
原料的预处理→ 浸泡→ 破碎→ 分离胚芽→ 磨碎→ 分离纤维→ 分离蛋白质→清洗淀粉→ 脱水和干燥→ 成品整理。
当然,不是所有的淀粉原料都要经过这10道工序,而是要根据淀粉原料的性状来决定。一般来说薯类原料的加工工艺比较简单,不需要分离胚芽工序,谷类原料的加工工艺比较复杂,加工玉米、高梁需要分离胚芽,而小麦还需要做成面团,经过揉洗再提淀粉。
(二) 工艺简介
1. 原料清理
淀粉原料中夹杂的泥沙、石块和杂草等各种杂质。不仅会影响淀粉生产工艺操作,而且还合影响成品质量。所以在原料破碎之前,必须经过预处理,清除各种夹杂物。
原料清理的方法应根据原料的品种而定,通常有湿法和干法两种。
(1) 湿法处理 薯类原料常常有泥沙等夹杂物,可以用湿法处理,用水在流送沟中粗洗和在洗涤机中清洗。
① 流送沟粗洗 以马铃薯作原料的淀粉工厂,一般采用流送沟的方法,流送沟既可作为轮送装置,又可作为洗涤装置。流送沟内流水用水泵从一端泵入,借助水力输入马铃薯,耗水量约为马铃薯量的5~6倍。在流送过程中,大部分泥沙、石块可被除掉。草杆可用除草器除去。在流送沟的尾端为一洼池,底部装铁栅,马铃薯留在铁栅上,污水流过铁栅由水沟排出。也可能入沉淀池中,经沉淀泥沙后,清水可循环使用。在铁栅上的薯类原料可用螺旋输送机或斗式提升机输送到洗涤机进行清洗。
② 洗涤机清洗 带有搅拌装置的洗涤机主要是洗去残留在薯类原料表面的污泥,同时进一步除沙、除草,以免损坏破碎机。
(2) 干法处理 谷类或豆类原料在收获、干燥和运输过程中,常会混入玉米棒,各种碎片、杂粮、石块以及其他杂质。这些杂质进入破碎机内,容易损坏工作构件,造成设备事故和人身事故。同时碎粒中的小碎片存在将会影响浸泡液在料堆中的正常流动,杂质还可造成进料口堵塞,使物料流通不畅,造成停车事故。轻杂质和粉尘可采用吸风分离除去;磁性金属杂质由永磁滚筒清除;杂粮、碎片、玉米棒和石块由筛选法、比重去石机等分离。
2. 原料浸泡
(1)浸泡的作用 除含60~80%水分的鲜薯原料可直接进行破碎外,谷类、豆类和薯干等原料含水分低,颗粒坚硬,有的还有胚芽,泡处理后,方能破碎。浸泡有以下的作用。
① 软化颗粒 谷类、豆类和薯于等在浸泡过程中大量吸收水分,使颗粒软化,降低颗粒结构强度,有利于胚乳的破碎。由于玉米胚芽和皮层吸收水的数量大大超过胚乳,所以增强了胚芽和皮层的韧性,不易碎裂。例如浸泡良好的玉米颗粒,用手指压挤时,籽粒软得足以轻易地裂开,胚芽能容易地脱离而不黏附在胚乳或种皮上。当胚乳在水中捣碎搅拌时,淀粉能容易地分离产生一种白色的乳浊液。
② 溶出部分水溶性物质 在水分通过颗粒的胚芽和皮层向胚乳内部渗透的同时,颗粒中一部分水溶性物质和浸泡水之间存在浓度差,借扩散作用而溶出水溶性物质。如浸泡好的玉米,溶出物质约占胚芽重量的35%,占全干物质的6.0%~6.5%。溶出物中以灰分最多,其次是糖分和蛋白质。这些物质溶解出来,有利以后的分离操作。
③清洗原料 淀粉原料在浸泡过程中,不仅能使黏附在原料表面的泥沙脱落,而且还因原料与杂质的比重不同,能有效地分离各种轻、重杂质,有利原料粉碎和提粉。
(2)浸泡剂的作用 浸泡剂对某些淀粉原料可起到一些特殊作用。加用碱水浸泡淀粉原料,能促进原料中的蛋白质溶解;用石灰水(即氢氧化钙)浸泡薯干能使薯干中的蛋白质部分溶解,在薯干磨碎和洗涤过程中,若保持淀粉乳的pH值在9~10,能促使蛋白质凝聚,使色素物质悬浮于溶液中,易于分离;石灰水中的钙离子可降低果胶之类胶体物质的黏性,使薯液易于过筛,从而提高淀粉的质量和得率。又如用二氧化硫水溶液浸泡玉米和小麦等谷类原料能松驰和破坏各粒细胞中蛋白质基质的组织结构,促使淀粉游离出来。二氧化硫对于蛋白质的分散作用,主要是利用共还原性和酸性。同时,二氧化硫水溶液浸泡谷物还能抑制微生物繁殖和活动。一般说来,每千克浸泡好的玉米籽粒原料要吸收二氧化硫0.2~0.4g。
(3)浸泡的方法
浸泡可分为单桶浸泡法和逆流浸泡法。
① 单桶浸泡法(又称间歇式浸泡法) 将淀粉原料倒入浸泡器内,加入浸泡水并保持一定的温度和浓度。经过规定的浸泡时间后,先将浸池水放出,然后打开放料阀,将浸泡后的原料排出。单桶浸泡法一般都用新鲜水进行浸泡,它的浸泡效果较好,但耗水量大,溶出的物质不易回收而造成损失。
② 逆流浸泡法 用几只或几十只浸泡桶顺序连接,每只桶装备一个泵,浸泡水从出料的前1只桶泵入而从加料的第一只桶徘出。按此操作重复进行。此法的优点是耗水量少,浸泡水中所溶解的水溶性物质的浓度高,有利于回收,缺点是浸泡率不如单桶浸泡高。
3. 原料破碎
从薯类、谷类和豆类等淀粉原料中提取淀粉,都须经过破碎工序,使淀粉颗粒从原料细胞中游离出来。
含水分高的鲜薯淀粉原料可直接进行破碎,再分离纤维。谷类和豆类等原料应经过浸泡软化后,方能破碎。对于含有胚芽的谷类原料,最好是先进行粗碎,使胚芽从谷粒上脱落下来,分离掉胚芽后再进行纫碎。
4. 分离胚芽、纤维和蛋白质
(1) 胚芽分离 玉米和高梁等带胚芽的谷类原料,因胚芽含大量的脂肪和蛋白质,而淀粉含量很少,所以在经过粗碎后,必须先经过分离胚芽,然后再进行磨碎、分离纤维和蛋白质等工序。分离胚芽的方法,主要是利用胚芽和粉质胚乳碎片之间比重的差异进行。分离设备有老式的胚芽漂浮分离槽和较先进的旋液分离器两种。前者是利用胚乳和胚芽比重不同,由自然沉阵和漂浮达到分离,后者则是粗碎的原料在一定的压力下,以正切的方向进入旋液分离器上部圆筒,产生旋流,胚乳部分的比重大,受到的离心惯性力大,被甩向外层,沿分离器壁下降到底部排出,称为底流。比重较小的胚芽受离心惯性力的作用较小,流向分离器的中心部分,以涡流状态经由上部中央管溢流排出。旋液分离器占地少,易于维修和清理,操作条件有较大的灵活性。回收的胚芽用加工过程水在曲面筛上逆流洗涤2~3次,除去吸附的淀粉。清洗的胚芽便于干燥和综合利用。
(2) 细磨和分离纤维 淀粉原料经过分离胚芽和细磨,或直接破碎后,所得到的大多为糊状物料,除含有大量淀粉外,还含有纤维和蛋白质等组分。为了得到质量较高的淀粉和良好地完成分离操作,必须除去这些物质,通常是先分离纤维后分离蛋白质。
分离纤维大都采用过筛的方法,称为筛分工序。筛分工序包括清洗胚芽和粗细纤维、回收淀粉等作业。传统方法是使用老式的六角筛、平摇筛。现代化的淀粉工厂都采用曲筛和离心筛。
(3) 分离蛋白质 淀粉原料经过破碎、分离纤维后所得的淀粉乳,除了含有大量淀粉外,还含有蛋白质、脂肪和灰分等物质。这些物质的比重顺序为:泥沙>淀粉>细渣>蛋白质,它们在悬浮液中的沉降速度不同。因此,利用其比重不同可使它们分开。
通常分离蛋白质用传统的静止沉淀法或流动沉淀法。现代淀粉工厂广泛用离心分离法和旋液分离法。静止沉淀法设备简单,也可获得较纯净的淀粉,但缺点是每次沉淀约需6h~8h,较费时,设备生产能力低。此外,淀粉长时间停留在沉淀桶内,容易发酵变质,且影响质量、得率。流动沉淀法是淀粉乳在槽内作薄层流动,淀粉颗粒沉淀降距离比沉淀桶短,沉淀时间短,且蛋白质由槽尾连续流走,分离效率较高。但仍然存在槽内淀粉停留时间长、容易发酵变质、淀粉得率低、不易保持环境卫生、劳动条件差、间歇生产以及占地面积大等缺点。离心分离法分离效率高、设备体积小、密闭生产、连续操作,故在现代淀粉厂内广泛采用离心机代替流槽分离蛋白质。唯一的缺点是设备结构复杂,造价昂贵。旋液分离法是使用较新式的旋液分离器进行分离蛋白质的方法。旋液分离器与离心机比较,其结构简单、造价便宜、节省劳力、使用方便,分离效率也较高。
5. 清理、干燥和成品整理
(1)清洗淀粉 淀粉乳经分离蛋白质后,通常还含有一些水溶性杂质,必须进行清理。最简单的淀粉清洗方法在淀粉桶或池内进行,重复加入清水、搅拌、静置、沉淀、排出上清液的步骤,最后可得到较为纯净的淀粉。此法的缺点是大费时间。较先进的清洗方法是两台串联的真空吸滤机连续操作和多级旋液分离器进行清洗淀粉。
(2) 淀粉的干燥 在现代淀粉厂中大都采用干燥机连续干燥,常用的干燥机有转筒式干燥机、真空圆筒式干燥机、立式旋转干燥机、带式干燥机和气流干燥机等。
(3) 成品整理 干燥后的淀粉,往拄粒度很不整齐,必须进行筛分和粉碎工序,才能作为成品淀粉。用气流干燥机所得的淀粉呈粉末状,可直接作为成品出厂。
为了防止筛分过程中粉尘飞杨,甚至引起粉尘爆炸,必须加强筛分和粉碎设备的密闭措施。同时还需安装通风、除尘设备,及时回收飞扬的粉末淀粉。