玉米的深加工与利用

1玉米的深加工与利用胡新宇，宁正祥（华南理工大学食品与生物工程学院，广州五山510641)粮油食品科技2001，9（1）：6-11摘要：我国是一个农业大国，每年的玉米产量十分可观。长期以来，由于受各种因素困扰，我国的玉米工业一直未得到良好发展。本文对国内外玉米发展历史、现状及方向进行了介绍、分析，并针对我国玉米工业的生产状况归纳出玉米综合加工与利用的模式，以期对促进生产实际发挥一定的作用。关键词：玉米；加工；利用1998年，我国的玉米产量约在1.24亿吨左右，为历史上第二大丰收。但由于多年来供大于求，且受亚洲金融危机的影响，1999年度我国的玉米市场将技术低迷，形势很不乐观。玉米原产于南美。是世界主要的粮食作物之一，占世界粮食总产量的25％左右。我国的玉米产量约占谷物产量的五分之一，居世界第二位。长期以来，由于受观念和技术的制约，我国的玉米加工产品结构单一，质量较差，原料利用率低，致使整个行业陷入恶性循环。与此同时，世界第一玉米大国--美国的玉米应用则一直呈发展趋势，从1980年耗玉米1623万吨到1990年耗玉米3439万吨，再到1996年的4191万吨，在16年里递增6.1％。面对如此鲜明的对比，我们必须转变思想，大力发展玉米的深加工，扩大玉米的综合利用，开发出更多适应市场需求的产品，以提高玉米的经济价值，促进玉米种植业与加工来的健康发展。1生产淀粉1.1玉米原淀粉淀粉是自然界最丰富的资源之一，由不同原料制造的淀粉统称为原淀粉，而由玉米生产的淀粉称为玉米原淀粉。它保持了玉米谷粒中原淀粉固有的基本特性，是诸多领域的原料。如在食品中可用作抗结块剂、稀释剂、成型剂、悬浮剂等，在纺织、造纸、制药、建材、淀塑料、味精生产等方面也有广阔的用途。我国的淀粉工业主要是在十一届三中全会之后才有所发展，1979年产量为28万吨，1991年达到149万吨，年递增14％。进入90年代，玉米淀粉的生产规模迅速扩大，约占淀粉生产总量的80％，最大的企业玉米淀的年生产能力已达25万吨。2尽管中国淀粉工业发展速度较快，但也存在着明显的不足，主要是：工厂规模小，产品质量不稳定，以1991年为例，美国24家工厂生产玉米淀粉1510万吨（万吨以上的企业只有60个），且产品质量达优级的工厂为数不多，与国际水平之间存在较大差距，能耗高，环境污染严重，国有中、小型淀粉厂由于水、电、汽的消耗较大，成本要比国外高15~20%，大部分工厂做不到闭锁循环，废水排放量大，环境污染严重；收率低、损失大，国际水平的淀粉厂淀粉收率以干基计都在66％以上，而我国的平均水平约64％。干物质损失的国际2％以下，而我国的淀粉厂多数在8％左右。鉴于上述情况，我们只有采取现代化的技术，合理的利用原料，扩大生产规模，才可使多数陷于停产或减产的淀粉厂焕发出生机与活力。1.2变性淀粉原淀粉用途广泛，但随着工业生产的飞速发展，其性质在许多方面的应用中已不适合。因此，人们用化学、物理或酶法来处理原淀粉，改变其物理和化学性质，减少或去掉某些不利的性质，加强某些功能或增加新的性质，使其适应各种要求且效果更好。这种处理后得到的产品都称为变性淀粉。1.2.1变性淀粉的发展变性淀粉的历史大约有150年，工业化较早的是欧美国家。本世纪初，荷兰Avebe将变性淀粉投入工业化生产，1982年，美国生产变性淀粉180万吨，占当年淀粉产量的1/3，1982~1992年期间，美国变性淀粉的出口增加了20倍，为美国企业带来了可观的经济效益；1983年欧共体共生产淀粉140万吨，其中变性淀粉为65万吨，而欧洲最大的淀粉公司法国的罗盖特公司年产淀粉及变性淀粉达120万吨，销售收入13亿美元。目前国外比较著名的变性淀粉公司有美国的CPC国际公司，日本的CCPC-NSK株式会社，荷兰的Avebe公司，德国的汉高公司和法国的罗盖特公司。我国的变性淀粉起步较晚，80年代以来，有许多科研单位，大专院校和企业进行了变性淀粉的研究，近年来共生产变性淀粉30万吨左右，主要用于纺织与造纸。相对于国外的蓬勃发展，当前我们的产品品种不多，售后技术指导不够，价格相对较高，而客房又尚未意识到变性淀粉的优质，因而造成我国的变性淀粉工业比较滞后。原因主要有两个，一是市场开拓与消费观念的落后，二是技术与3产品质量不过关。变性淀粉的生产设备与工艺并不复杂，但产品技术含量较高，且专用性强。只有掌握了技术，且针对不同部门、不同设备和不同的工艺来提供变性淀粉，才可获得质优对路的产品。好的产品生产出来后，还要积极开拓市场，销售人员应具有专业知识，将变性淀粉的优良特性、使用条件以及提高产品质量的效果向用户作出解释，以利其决定采用和正确使用。1.2.2变性淀粉的应用1.2.2.1用于纸制品生产国外变性淀粉的最在纸和纸制品工业，美国用于纸和纸制品工业的淀粉占变性淀粉生产总量的60％左右，我国目前还处于试用阶段，估计未来的年需求约为35万吨。1.2.2.2用于纺织业中国纺织工业每年所用变性淀粉只占纺织浆料的10％，相对美国浆料使用69％的变性淀粉的水平，我们的用量还是很低的。除浆料以外，变性淀粉在纺织的印染、织物后整理、无纺布等方面都可以应用，因此其市场前景是广阔的。1.2.2.3用于石油钻井石油钻井需压裂，我国多用植物胶类，平均每口井需1.5吨，但植物胶价格太高，有的还要进口。若用变性淀粉替代，既可降低成本，又可节约外汇。1.2.2.4用于食品工业用于食品加工的淀粉应当在高温、高剪切力和低pH值条件下保持较好粘度稳定性，低温时不易凝沉，脱水或析不，低浓度时能产生光滑的非凝胶结构，有清淡的风味且溶液透明，原淀粉无法满足这些要求，而变性淀粉却可做到。目前在食品中使用的变性淀粉有酸变性淀粉（糊粘度低，适用于胶姆糖、果冻、蜜饯等）、氧化淀粉（糊稳定性好，适用于蛋黄酱、胶冻和软糖）、淀粉醚（抗老化，用于果冻、冰淇淋）、预糊化淀粉（冷水中膨胀，适用于方便食品），以及一种代替油脂的变性淀粉（使食品有脂类风味却产生很少热量）。1.2.2.5其它用途随着科技不断发展，变性淀粉的品种越来越多，用途也愈发广泛。医药工业开始用它生产片剂；羟乙基淀粉用来代血浆；高度交联淀粉用作橡胶制品的润滑4剂；淀粉黄原酸酯用于电镀废水处理；淀粉接枝共聚物因吸水力特强而用于卫生巾、面巾纸、婴儿尿布、绷带，在农业上可用于土壤保墒及种子包衣等。通过对变性淀粉应用的介绍可看出，就性淀粉的发展为有关工业提供了良好的添加料，以对产品质量的提高，成本降低，提高社会及经济效益都起到很好的作用，因此变性淀粉是淀粉工业发展的重要方向，应该也一定会在中国有更大的发展。2玉米淀制糖淀粉制糖是运用不同的工艺技术，将淀粉水解而生产出具有不同甜度和功能性质的糖品。随着工业化进程的加速发展，对糖品的要求除甜味之外，还对风味、结晶性、溶解性、吸湿性、保湿性、焦化性、化学稳定性和代谢性有要求，淀粉制糖的品种多，因而具有较大优势。淀粉糖一般甜度低、风味浓、润性好、色泽美且具有保健功能，在制药、食品、饲料等行业都可应用。淀粉制糖可用任何种类的含淀粉农作物为原料，其中以玉米为好，因其淀粉及淀粉溏的成本低，且其副产品多，所以收入高，具有竞争力。2.1淀粉制糖的发展甜味是多数人所喜欢的味道。远古时代，人们以蜂蜜为食品甜味料，但因其产量有限而远远满足不了需求。大约3000年前，古代中国首先通过淀粉水解制得麦芽糖。而西方国家的淀粉制糖则起步较晚，直到拿破伦战争时代才开始。1920年美国开始大规模用淀生产葡萄糖。尽管淀粉制糖首先由我国开始，但国外近30年发展很忆人，产量也很大。1967年美国的克林顿玉米加工公司开始用异构化技术生产含42％的果糖的果葡糖浆，1977年又采用连续色谱分离技术将果糖与葡萄糖分开而得到高果糖浆（果糖含量90％以上）。1981年，随着结晶技术的发展，美国Xyralin公司建立了第一间工厂用由色谱分离所得的含果糖97％的超高果糖溶液生产纯结晶果糖。目前美国玉米深加工产量最在原就是淀粉甜味剂，其淀粉总量的70~80％用来生产淀粉糖。1980年的产量为195万吨，1990年为286万吨。1998年美国淀粉工业协会有9家公司，23个工厂，年产量达1000万吨，其中700万吨为果葡糖浆，250万吨为葡麦糖浆。50万吨为结晶葡萄糖。欧共体淀粉产是不50％用5于生产淀粉糖，亚洲的日本（日本55％的淀粉用来生产淀粉糖）和韩国的淀粉糖业发展较忆人。另外，淀粉糖品在加拿大与墨西哥的发展也很快。在西方的某些国家，淀粉糖已取代蔗糖而成为食糖的主要部分；如美国1996年人均消费淀粉糖38.2公斤，超过了蔗糖的30.3公斤。而我国，由于国情、认识程度、消费水平及生活习惯等原因，淀粉糖市场发展较慢，1997年的产量只有50万吨，且存在积压的情况。但我们有理由相信，随着经济的不断发展，人们生活水平的提高，科学知识的普及，消费结构也会发生变化，对食品的营养、安全及保健的要求会越来越高，淀粉糖的需求必将大幅上升。因此，我们要参照国外的先进技术与经验，解决现在所存在的淀粉糖品质量差、品种不足和产量低的问题，促进淀粉糖业的大发展。2.2几种重要的淀粉糖品2.2.1麦芽糊精麦芽糊精是淀粉水解程度最浅的产品，几乎无甜。它的甜味、水溶性、吸湿性、褐变性、冰点下降度是淀粉糖品中最低的，而粘度、粘着力、防粗冰结晶、泡沫稳定化、增稠性等方面最强，即使高浓度也不会掩盖其它的香气与味道，消化吸收性好，耐酸碱。用于咖啡、汤料等粉末食品，起到赋形、保持风味和防褐变的作用。在糖果中可防止吸潮、优化口感、维持结晶稳定性。调味品用它作为增稠剂。另外，麦芽糊精还可在婴儿食品及冷冻食品中应用。2.2.2果葡糖浆葡萄糖经葡萄糖异构酶所催化的异构人反应而生成果糖，这样的糖浆为果葡糖冻。由于它含有果糖，因而甜味素质优良。果糖易于代谢，并不受胰岛素控制，适于糖尿病人食用，食用后所产生的血糖增高程度低于葡萄糖。果糖的代谢速度较快，利于手术病人的复原。目前饮料所用果糖占其总量的2/3，特别是运动饮料、含维生素的营养饮料。由于果糖稳定性较低，易与蛋白质等含氮物质发生美拉德反应，将其用于焙烤食品（面包、蛋糕、月饼等），可获得比较理想的色泽与风味。此外，果糖近年来在口服液、甜味果酒、利口酒、除口臭糖果中也开始应用。2.2.3结晶果糖6结晶果糖是用高纯度果糖液为原料，加入果糖晶体，经冷却结晶、分离、干燥而制得。60年代欧洲取得了其对人体生理功能的药理方面的研究进展，确证为一种非凡的单糖。70年代芬兰、法国、西德和奥地利开始生产，80年代美国也开始生产，但受产量与价格的限制，目前多用于保健食品、医疗药品。结晶果糖晶体流动性好，水溶性在糖类中最高，保香性好，代谢不受胰岛素影响，对心脏有益，可与金属螯合解毒，分解体内的酒精，节约蛋白质适合外科大手术。2.2.4偶合糖淀粉与砂糖的混合液经环糊精葡糖基转移酶作用而得到的产物为偶合糖。由于其还原糖含量少，与蛋白质一起加热不易变色。不易被细菌作用，具有抗腐蚀性，可防止蛀牙。日本已开始用它代替砂糖，用于糖果、饼干、果酱中，以保护儿童牙齿。2.2.5麦芽糖口2.2.5.1麦芽糖将淀粉用淀粉酶处理，再经脱色、脱盐、浓缩等精制工艺而得到的产品。麦芽糖的甜度为蔗糖的40％，可抑制食品的脱水和淀粉老化，保持产品的柔软，适于在食品表面挂糖衣，延长食品的货架寿命。2.2.5.2无水结晶麦芽糖无水结晶麦芽糖于1986年由日本率先生产应用。是将纯度85％以上的原液经浓缩后，在50℃以上结晶，再用挤出法、粉碎法或喷雾干燥而成。无水结晶麦芽糖一般用于低水分食品，可用为特殊的脱水剂，用作各种液体或浆状食品的基料，从而保持食品原有的香味，延缓氧化。目前无水结晶麦芽糖在浓缩果汗、干酪、稀奶油、调味料、酒类（白兰地、威士忌）和香料生产中已开始使用。2.2.5.3麦芽糖醇是由麦芽糖加氢制成的产品，由日本东和化成株式会社于1981年工业化生产成功。它的特点是低热值，吸收慢，不会使血糖上升；腐蚀性低，不引起蛀牙；造粒性、压片性好；耐热性强，不易发生美拉德反应。主要用于糖果、营养补助剂、保健食品、糕点、果酱和果汗粉的生