王鵬飛
無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)
小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植面積最廣的作物,全世界1/3的人口以小麥為主食,小麥?zhǔn)侨澜绔@取淀粉及其副產(chǎn)品所需的最重要的原材料,工業(yè)化生產(chǎn)小麥淀粉的時候,由于小麥籽粒本身特性,會產(chǎn)生二種結(jié)構(gòu)、純度不同的淀粉,即小麥A淀粉和B淀粉。小麥A淀粉是經(jīng)過精制的淀粉,純度比較高,顆粒直徑比較大,蛋白、脂肪等雜質(zhì)含量少,而這種淀粉也是我們工業(yè)化淀粉制糖中首選的原料。
由于小麥淀粉生產(chǎn)工藝的獨(dú)有特征,目前全世界比較先進(jìn)的工藝路線主要是以三相臥螺工藝為主,即面粉經(jīng)過和面、均質(zhì)、分離、精制而成。而小麥液糖工藝又是以小麥A淀粉乳通過調(diào)漿、液化、糖化、過濾、蒸發(fā)濃縮[1]而得到的糖漿,該糖漿主要為發(fā)酵提供碳源。由于我國的玉米價格比小麥價格便宜,而且玉米比小麥的淀粉生產(chǎn)成本低,所以在我國小麥淀粉及其衍生物的生產(chǎn)規(guī)模很小,尤其是小麥淀粉制糖工廠更是少之又少。反之由于白俄羅斯、俄羅斯、哈沙克斯坦等國家獨(dú)特的地理氣候,加上機(jī)械化程度高,種植成本低,導(dǎo)致小麥淀粉在其地區(qū)的生產(chǎn)優(yōu)勢非常明顯,近年來越來越多的小麥淀粉及其衍生物的生產(chǎn)項(xiàng)目接踵而至。筆者根據(jù)多年在獨(dú)聯(lián)體國家從事小麥淀粉乳制糖工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)從以下幾個方面對小麥淀粉乳制糖工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析,為企業(yè)的生產(chǎn)和項(xiàng)目建設(shè)提供參考依據(jù)。
要想制得髙質(zhì)量糖漿必須要有優(yōu)質(zhì)的小麥淀粉,而髙效生產(chǎn)小麥淀粉首先必須將小麥加工成面粉,因而小麥面粉加工工藝會直接影響到制糖工藝,有些企業(yè)對此認(rèn)識不足,往往沒有對面粉工藝提出必需的要求,例如:粉路中未曾設(shè)有脫胚提胚工序,成品面粉含胚過多,導(dǎo)致面粉中的脂肪過高,給小麥制糖加工帶來麻煩。同樣有效去除籽粒的外皮即麩皮也至關(guān)重要,小麥通過配麥、潤麥、脫胚、提胚、清粉、分層碾磨、刷麩等工藝后,可以保證在破損淀粉水平非常低的同時,得到高產(chǎn)量、高質(zhì)量的小麥面粉。
表1 小麥A淀粉乳組分技術(shù)指標(biāo)對比 %
隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,三相臥螺法生產(chǎn)小麥淀粉乳工藝已經(jīng)成為主流工藝。通過表1可知,提胚后的面粉經(jīng)過三相臥螺法工藝加工成A淀粉乳后,A淀粉乳中粗脂肪含量已經(jīng)與玉米濕法加工的淀粉乳指標(biāo)接近,完全滿足淀粉制糖的進(jìn)料條件。而沒有提胚后的面粉通過三相臥螺法工藝加工后粗脂肪依然很高,說明小麥淀粉車間在淀粉生產(chǎn)過程中對脂肪的去除是有限的,而影響小麥淀粉乳制糖工藝中過濾效果好壞和小麥淀粉乳液化后層流形態(tài)的不同也主要是由脂肪造成的。
玉米淀粉乳的制備主要是通過濕法加工工藝而得,濕法加工中浸泡是主要環(huán)節(jié),在浸泡過程中加入亞硫酸溶液,溫度控制在52 ℃左右[2],使得玉米淀粉在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中主要以酸性pH的條件進(jìn)行的。而溫度的控制也不會太低,導(dǎo)致精制后的淀粉乳pH值為4.0~4.5,溫度在35 ℃左右[2]。小麥淀粉乳是通過小麥面粉加工而成,小麥面粉進(jìn)入濕法分離車間第一步就是和面,和面的過程中要加堿、加35 ℃左右的水,這樣導(dǎo)致小麥淀粉乳制備的整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是在微堿性的條件下進(jìn)行的,而且小麥淀粉乳溫度控制的比較低,最后精制完的小麥淀粉乳pH值為7.0~7.5,溫度15 ℃左右。
在整個小麥淀粉乳制糖的工藝中,調(diào)漿工段所采用的方法不同,為了保證α-高溫淀粉酶合適的pH作用范圍,需要將小麥淀粉乳從堿性狀態(tài)下調(diào)至合適的范圍,即調(diào)至pH值4.5~5.0范圍內(nèi),這樣就需要加酸來完成,這是工藝設(shè)計(jì)中重要的一點(diǎn)。另外在小麥淀粉乳進(jìn)噴射前的預(yù)加熱能量計(jì)算上,小麥淀粉乳需要從15 ℃加熱到55 ℃,溫差40 ℃,足足比玉米淀粉預(yù)加熱溫度高出20 ℃。筆者以年加工10萬t小麥商品淀粉為例,淀粉乳濃度32%,則該溫差下,小麥淀粉乳預(yù)熱需要的蒸汽消耗比玉米淀粉乳預(yù)熱每小時多消耗蒸汽(表壓6 bar)量約1 t。如果不能準(zhǔn)確的進(jìn)行設(shè)計(jì),這是一個很大的能量損失。
由于小麥特有的結(jié)構(gòu)形態(tài)和小麥淀粉獨(dú)特的生產(chǎn)工藝,使得小麥A淀粉乳中組分比較復(fù)雜,很難避免會摻雜一些B淀粉乳和其它物質(zhì),而B淀粉顆粒非常小,這樣有利于與蛋白、戊聚糖等物質(zhì)粘結(jié)在一起,會造成液化不徹底,從而影響液化層流效果。當(dāng)液化噴射結(jié)束后,淀粉乳進(jìn)入層流罐內(nèi),隨著液化時間的加長,液化層流形態(tài)不同,筆者通過生產(chǎn)玉米淀粉液化液和小麥淀粉液化液進(jìn)行比較可以看出,玉米淀粉液化液顏色發(fā)黃,蛋白能夠很好的結(jié)合在一起,絮凝物比較大,而且很清晰漂浮于層流罐的視鏡表面。小麥淀粉液化液顏色比較淺,蛋白絮凝成非常小的團(tuán)狀物,這些小的團(tuán)狀物不能形成大的絮凝物,而是混合在液化液中。造成二種不同液化形態(tài)的主要原因是由于小麥A淀粉乳中的脂肪、戊聚糖、纖維等含量相對較高。小麥淀粉液化液這種獨(dú)有的特性給小麥制糖后期過濾造成很大困難,從而影響產(chǎn)能的提高。為了保證設(shè)計(jì)產(chǎn)能,在設(shè)計(jì)初期就要充分考慮過濾濾速的影響,選擇合理的過濾設(shè)備來進(jìn)行設(shè)計(jì),這也是小麥淀粉乳制糖中的一個重要設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
小麥淀粉乳與玉米淀粉乳在制糖工藝中酶制劑選型方面略有不同,玉米淀粉乳僅需要加二種酶,即α-耐高溫液化酶、復(fù)合糖化酶。而小麥淀粉乳制液糖工藝中需要加入3種酶,第一種是α-耐高溫液化酶[3],上文提到小麥A淀粉乳的pH值比較高,約為7.0~7.5之間,將pH調(diào)至酸性范圍,不僅要考慮液化工段液化酶的pH值,還要綜合考慮后面糖化時加入糖化酶的pH值,選擇那種更適宜的酶制劑,筆者認(rèn)為還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)行成本來決定。重點(diǎn)是選擇不同型號的α-耐高溫液化酶,對酸的用量不同,選用的計(jì)量泵的流量是不同的,另外玉米淀粉乳是加堿調(diào)pH值,小麥淀粉乳是加酸調(diào)pH值,在設(shè)備的材質(zhì)選型方面也不同。這是小麥淀粉乳在制糖工藝設(shè)計(jì)中與玉米淀粉乳的不同之處。第二種是高效復(fù)合糖化酶[3],選擇盡量減少復(fù)合反應(yīng)和終點(diǎn)DX值高的糖化酶即可。第三種是溶血磷脂酶[3],應(yīng)用小麥淀粉乳為原料生產(chǎn)液糖時,這是一種非常重要的酶。由于小麥淀粉乳其成分含有較多的磷脂類物質(zhì),需要溶血磷脂酶通過分裂酯鏈而從溶血磷脂中有選擇地玄除脂肪酸,從而能破壞這些分子的內(nèi)在乳化能力,有效的提高過濾速度。因此當(dāng)原料中溶血磷脂水平含最較高時, 它能有效提升糖液的過濾速度,保證我們設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。
通過以上分析,小麥淀粉乳在制糖工藝中與玉米淀粉乳還是有很大差距,我們不但要考慮小麥淀粉乳的原料特性,還要從設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上分析要點(diǎn),為客戶提供可靠、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。