玉米湿磨生产浸泡工艺的发展与研究 摘要：本文综述了国内外玉米浸泡工艺的发展，介绍了亚硫酸氢钠浸泡、SO2递减浸泡、乳酸浸泡、酶法浸泡、高压浸泡以及综合浸泡几种先进的工艺方法，缩短了玉米浸泡时间，提高了淀粉收率，为国内玉米浸泡工艺技术的应用提供了理论和实践依据。
关键词：玉米；湿磨工艺；浸泡 目前，国际上采用的淀粉加工的主要工艺是玉米淀粉湿法加工工艺，在加工过程中所涉及的第一道工序是玉米浸泡工序，浸泡效果的好坏、浸泡时间的长短直接影响加工中淀粉成品和其他副产品的收率、质量和生产成本,所以被称之为最重要的一道工序。传统的玉米浸泡工艺普遍采用0.2%-0.3%浓度的亚硫酸溶液在48-53℃条件下进行浸泡，浸泡时间为48-72h【1】。传统方法存在浸泡时间长，生产成本高、生产效率低，耗能高，废水排放量大等缺点，同时释放的SO2气体污染环境，应用较高浓度亚硫酸溶液浸泡玉米还会在一定程度上造成设备的腐蚀，地下水污染，产品中亚硫酸残留等结果【2】。 基于以上原因，就有必要对浸泡工艺进行技术革新。近些年来，国内外的许多相关人员在玉米浸泡工艺上做了的大量研究工作。在此，本文就对国内外该技术的发展现状进行探讨。
1 传统工艺改进浸泡法 1.1 亚硫酸氢钠浸泡法 近年来，有些工厂采用亚硫酸氢纳浸泡工艺，它是在亚硫酸溶液中加入氢氧化钠溶液，制得0.12%一0.14%的亚硫酸氢钠溶液后送往浸工序，同时控制浸泡温度50-52℃，浸泡时间32-36h。与亚硫酸浸泡工艺相比，该法浸后玉米指标提高，见表1，同时缩短了浸泡时间，保证了淀粉收率，降低了对周围设备的腐蚀程度。 1.2 SO2递减浸泡法 王勇【3】等发明了一种食用级玉米淀粉生产中的玉米浸泡工艺，它是对现有逆流浸泡法技术的改进：在亚硫酸浸泡阶段中，各浸泡罐或浸泡段中浸泡液的SO2浓度控制范围0.04-0.30%，
表1 亚硫酸氢钠溶液与亚硫酸溶液浸渍玉米指标比较 单位：% Table1 The index of corn contrast between Na2HSO3 steeping and H2SO3 steeping Unit: % 项目 Na2HSO3溶液浸渍玉米 H2SO3溶液浸渍玉米 浸后玉米水分 43.1 42.7 浸后玉米SO2 0.0338 0.0343 浸后玉米可溶物含量 2.78 2.85 浸后玉米可溶性蛋白质含量 1.05 1.14 其中进入破碎磨前的第一个浸泡罐或浸泡段浸泡液中SO2浓度，低于进入破碎磨前的第二个 浸泡罐或浸泡段浸泡液中SO2浓度，进入破碎磨前的第二个浸泡罐或浸泡段浸泡液中SO2浓度为各罐最高浓度，其余各浸泡罐浸泡液中SO2浓度依亚硫酸倒罐的方向依次逐级递减，其浓度梯度差为0.01-0.10%。采用该工艺流程，可有效控制生产过程中SO2的百分含量，确保产品淀粉中SO2的百分含量稳定在0.003%以下。该法可缩短浸泡时间至28-32h，淀粉收率保持不变。
2 乳酸浸泡法 玉米浸泡过程中可生成乳酸。乳酸可降低浸泡液的PH值，限制其它微生物的生长，起到防止玉米及浸渍液腐败的作用。同时，乳酸还和亚硫酸结合，对提高玉米浸泡效果起协同作 用，提高玉米籽吸水率，缩短浸泡时间，促进玉米籽中蛋白质和淀粉的分离，从而提高淀粉的产率和质量【4-6】。在实际生产中，浸泡液中的乳酸菌的接种源是玉米和水，因此接种量很少，从而导致了浸泡过程中乳酸菌的作用不明显。为了提高乳酸菌的数量，可采用人工接种的方法,以使其充分发挥作用。 2.1 添加乳酸杆菌液 目前，已有研究人员在玉米浸泡过程中添加乳酸杆菌液，进行试验研究【7】。试验结果表明，添加乳酸杆菌液(以浸泡水量的lO% 接入种子液)后可加强浸泡的效果，并同时证明了当亚硫酸浓度为0.1%时，玉米浸泡效果较好。所以，在浸泡开始时，把乳酸杆菌液以10%的量接种于玉米浸泡液中，同时保持亚硫酸的浓度为0.1%，这样在浸泡温度控制为50℃时，可使浸泡的时间由68h缩短到32h，同时也可以使玉米淀粉的得率提高1%。 2.2 接种嗜热乳酸菌 赵寿经【8】等从淀粉生产厂的玉米浆中筛选出耐50℃高温的嗜热乳酸菌，以不同浓度的接种量接种到玉米浸泡水（含0.2%H2SO3的自来水）中，研究嗜热乳酸菌对缩短玉米浸泡时间的效果。结果表明，接入10%的嗜热乳酸菌可缩短玉米细胞破壁所需有效乳酸浓度到达的时间，使浸泡过程第一阶段的浸泡时间由20 h缩短为14 h；乳酸菌发酵使浸泡液的PH值迅速降低并保持水平。因此，在玉米浸泡过程的第1阶段不加入SO2 同样可以抑制其他微生物的生长，从而减少了环境污染。同时浸泡时间减少到32h，淀粉收率为65.1%。
3 酶法浸泡 为了优化浸泡效果，缩短浸泡时间，研究人员尝试用酶代替亚硫酸来降解蛋白质网【9】。 3.1 加入诺沃酶 芬兰研制了一种新的鸡尾酒酶：Econaste EP434【10】, 它的主要成份包括纤维素、半纤维素、果胶酶和肌醇六磷酸钙镁降解酶。其研究的初衷是为了消化玉米细胞壁中的物质和肌醇六磷酸钙镁，以防玉米浸泡液蒸发浓缩时形成污泥。 在进行扩大Econaste EP434酶的应用范围研究时，研究人员将其用于玉米浸泡实验中。用传统的方法，在实验室规模，浸泡48小时，温度为50℃，加入0.2%SO2，加入Econaste EP434（70PU/g），可使总淀粉收率增加2.1%，即从94.4%增加到95.5%，而淀粉纯度不变。 在证明了应用型酶Econaste EP434能提高淀粉收率并能改善玉米浸泡液质量之后，研究人员又对用这种酶是否能缩短浸泡时间进行了实验，实验过程中，逐步减少浸泡时间，并同时反比地增加酶剂量，浸泡时间可以减少到12小时而淀粉收率没有任何明显的损失。采用两步浸泡可以减少浸泡时间至10小时，淀粉回收率也高于传统浸泡，但纤维的联结淀粉含量略高，具体数据见表2。 表2 酶制剂浸渍、两步法浸渍和亚硫酸浸渍对比试验结果 单位：%（干基） Table2 Experiment result contrast among enzymatic steeping、two steep steeping and H2SO3 steeping Unit: % 对比项目 0.2%SO2的亚硫酸水浸渍 Econaste EP434酶制剂（70PU/g）浸渍 两步法浸渍
玉米浆（浸渍液）收率 5.26 5.61 2.91 胚芽收率 7.34 7.12 8.80 纤维渣收率 9.7 9.21 9.64 其中联接淀粉含量 19.01 17.16 20.99 淀粉收率 64.09 65.49 65.53 其中蛋白质含量 0.37 0.37 0.37 蛋白粉（麸质）收率 7.31 6.24 6.8 其中蛋白质含量 46.57 51.43 56.47 浸渍中干物含量 2.21 2.35 5.45 淀粉抽提率 94.4 96.5 96.5 总干物收率 95.91 95.92 98.41 3.2 加入蛋白酶 任海松【11】等以玉米为原料，设计了酶法提取玉米淀粉的工艺路线，并对此工艺进行了研究。研究表明：蛋白酶添加量为1.5 mL，浸泡液pH值为3.4，浸泡温度为50℃，浸泡时间为14h时，玉米得率为最高，为74.66%。 赵寿经【12-13】等将蛋白酶活性高发期的发酵液添加到玉米浸泡液中进行试验研究。试验结果表明，当玉米在含有O.1的H2SO3和O.5%的乳酸的浸泡液中浸泡18 h后，调节浸泡液的PH值为7.0，然后加入2O%的蛋白酶发酵液继续浸泡6h，淀粉得率为67.79%。此法与传统工艺相比，淀粉得率提高了9.5%，S02含量降低了O.1%，总的玉米浸泡时间由36h缩短至24h。 3.3 加入纤维素酶 纤维素酶是一种复合酶,它可以使玉米籽粒的细胞壁很快分解、崩溃，从而提高玉米的浸泡效果，缩短浸泡时间。段玉权【14】等人研究了在玉米浸泡液中添加纤维素粗酶制剂，探讨纤维素酶对玉米浸泡效果的影响。通过合理的设计实验，找出了纤维素酶最佳酶解时间和纤维素酶解最佳浓度。实验结果显示：使用O.3%的纤维素酶与O.1%的SO2的浸泡液浸泡玉米12小时后,玉米淀粉得率为57.O%，为最佳值。
4 高压浸泡法 高压浸泡技术【15】是近年来发展的制取玉米淀粉的一项新技术，就是试图用高压方法来加速玉米的吸水速率，从而取代传统的亚硫酸浸泡工艺。试验证明，传统的亚硫酸工艺玉米吸水至少要12h才能达到饱和，而使用高压浸泡技术只需浸泡1-2h，玉米含水就可达40%-50%,当压力为1.5MPa，胚乳能充分膨胀并具有弹性，当压力为10.5Mpa,仅浸泡5 min就可使玉米含水率达35%，甚至更高。此法与常规方法即连续浸泡工艺比较，不使用亚硫酸，可大大降低设备防腐的投资；浸泡时间大大缩短；浸泡容积小，可大大减少设备和土建的投资；能耗和污水处理费用也将大幅度降低，具体数据见表3。
表3 高压浸泡工艺与连续浸泡工艺参数的比较 Table3 Technological parameter contrast between high pressure hydration and continuous steeping 项目 高压浸泡工艺 连续浸泡工艺 浸泡时间/h 2-3 30-50 浸泡装置容量/m3 5-6 50-85 用水量/（m3/t玉米） 0.4-0.8 1.2-1.8 玉米干物质转入浸泡液的含量/% 0.3-0.5 5-6 废水量/（m3/t玉米） 0.1-0.5 3-5 淀粉得率/% 70-72 67-70
浸泡及浸泡液蒸发耗能/% 50-70 100
5 综合浸泡法 5.1发酵法和酶法综合浸泡 赵寿经【16】首先将玉米籽粒在含有嗜热乳酸菌的浸泡液(50±2℃)中发酵浸泡12 h，让玉米籽粒充分吸水至饱和，细胞壁受到乳酸的破坏。然后加入菠萝蛋白酶，继续浸泡作用4h，使菠萝蛋白酶通过乳酸菌在细胞壁上产生的坑洞进入玉米籽粒细胞，降解包裹淀粉颗粒