第四章++淀粉质原料的蒸煮

3.2淀粉质原料的蒸煮3.2.1蒸煮的目的1、使淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可发酵性糖。2、灭菌。3、降低原料醪液的黏度。4、排除原料中含有的低沸点有害物质，如甲醇、氰化物等。3.2.2蒸煮的理论基础1、淀粉粒的结构（1）淀粉粒的结构•淀粉是由直链淀粉、支链淀粉与少量的矿物质和脂肪酸等混合形成颗粒状的淀粉颗粒。•淀粉是白色的微小颗粒，不溶于冷水和有机溶剂。淀粉分子链氢键针状晶体聚集淀粉颗粒•淀粉颗粒的形状可分为圆形、椭圆形和多角形三种。一般含水分高、蛋白质少的植物颗粒比较大些，形状比较整齐些，大多数呈圆形或卵形，如马铃薯、木薯的淀粉。•淀粉颗粒具有的抵抗外力作用较强的外膜，其化学成分与内部淀粉相同，但由于外层水分损失和胶粒结构更加紧密，因而其物理性能和内部淀粉不同。（2）淀粉的分子结构•淀粉是由αD葡萄糖基组成的高分子物质。•根据淀粉分子链结构的不同可以分为直链淀粉和支链淀粉两类。直链淀粉是由D葡萄糖基通过α1,4-葡萄糖苷键连接的无分支的长链组成。直链淀粉平均含有200～980个葡萄糖单元，分子量相当于32000～160000。•支链淀粉分子结构较直链淀粉复杂，除α-1，4键缩合的葡萄糖链以外，还以α-1，6键使葡萄糖单元缩合，成树枝分枝结构，支链淀粉分子量较大，平均含有600～6000个葡萄糖单元，分子量大约为100000～1000000。2、淀粉的膨化和糊化（1）膨化作用淀粉是一种亲水胶体，当淀粉与水接触，水就渗透薄膜而进入到淀粉颗粒里面，淀粉颗粒吸水分后能发生膨涨现象，使淀粉的巨大分子链发生扩张，因体积膨大，重量增加，这种现象称为膨化作用。（2）糊化作用在淀粉质原料蒸煮的过程中，当温度升至糊化温度60～80℃时，淀粉颗粒体积已膨胀到50～100倍，此时，各分子之间的联系削弱，使淀粉颗粒之间分开，此现象在工艺上叫做淀粉糊化。使淀粉颗粒解体成为溶解状态的温度，称为糊化温度。（3）淀粉的液化糊化后，温度继续上升，当达到130℃左右时，支链淀粉也几乎全部溶解，网状组织被彻底破坏，淀粉溶液变成黏度较低的流动性醪液，这种现象称为液化。（4）淀粉糊化醪的反生（老化）现象•糊化淀粉重新结晶所引发的不溶解效应称为老化。•蒸煮醪在温度降低时，黏度会逐步增加，降到60℃时，变得非常黏，到55℃以下会变成凝胶，时间一长，则会重新产生部分结晶，这种现象称为淀粉糊化醪的反生。3、蒸煮过程中原料的化学变化（1）淀粉（2）糖（3）纤维素（C6H10O5）n和半纤维素吸水后产生膨胀。（4）果胶物质（5）蛋白质（6）脂肪4、影响蒸煮的主要因素1）原料的品种及其性质2）原料的粉碎程度3）加水比（甘薯原料∶水=1∶3.2～3.5，对于玉米原料为1∶2.8～3.0）4）预热温度和时间5）蒸煮条件：温度、时间6）蒸煮设备3.2.3蒸煮的工艺方法1、间歇蒸煮1）蒸煮设备——锥形蒸煮锅（立式蒸煮锅）2）间歇蒸煮工艺•间歇加压蒸煮工艺流程：加水→投料→升温→蒸煮→吹醪①加水水温：整粒原料蒸煮水温一般要求在80℃左右。粉状原料蒸煮水温一般在50℃左右。加水比：依据原料内淀粉与水的含量，并且根据所要求的糖化醪含有16％～17％干物质的浓度来确定原料的加水比。•一般粉状原料，1∶4.0；甘薯原料，1∶3.2～1∶3.4；谷物原料，1∶2.8～1∶3.0。②投料投料方法：整粒原料，当所投入的原料数量完毕后，即可关闭加料盖，进汽，或者可以在投料过程中同时通入少量蒸气，便于上下翻动，使蒸气冲击原料，起搅拌作用。粉状原料，先在调浆桶内调匀，送入蒸煮锅，以防原料由于产生粉粒结块，引起蒸煮不彻底。投料时间：根据锅的容量大小和投料方法而异，一般为15～20min。③升温•关闭加料口盖，打开排汽阀门，同时通入蒸气，把锅中的冷空气完全赶净，以防锅内有冷空气存在而产生冷压力。•升温时间：40min。④蒸煮•循环排气•装醪量：75~80%⑤吹醪•蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸煮锅排出，并送入到糖化锅内。•吹醪时间不得少于10~15min。3）不同原料的间歇蒸煮工艺条件4）间歇蒸煮过程中应注意事项①蒸煮前预先浸泡原料，要防止低温浸泡时间过长。②当原料投入蒸煮锅以后，应该开大蒸气搅拌，避免原料下沉，并解决浸泡不完全问题，但是升温速度不能太快，否则原料内部来不及充分吸水，而表面已经糊化，形成内部不透水的情况，导致原料糊化不透，产生不熟的蒸煮醪。③间歇蒸煮中如果采用粉末原料，则必须考虑设置一个拌料罐，在粉料投入蒸煮锅前先调成分浆，再用泵打入锅内。④蒸煮时必须充分排除锅内的空气。5）间歇蒸煮的缺点①高压蒸煮时间长，蒸汽与原料接触不均匀，糊化质量不够好。②蒸气消耗大，而且需要量不均衡。③辅助操作时间长，设备利用率低。④劳动强度大。⑤设备占地面积大。2、连续蒸煮工艺1）锅式连续蒸煮2）管式连续蒸煮3）柱式连续蒸煮1）锅式连续蒸煮①工艺流程原料→斗式升运机→料斗→锤式粉碎机→螺旋拌料器（即绞龙）→混合桶→泥浆泵→蒸煮锅→后熟器→气液分离器→真空冷却→糖化锅②锅式连续蒸煮流程的特点A.所需要的主要设备是利用工厂原有的间歇蒸煮锅改造的，改装时只需要原有蒸煮锅串联起来，再增加预热器和后熟器即可。B.蒸煮质量好，糖分损失少。同时，整个操作过程是在体积比较大的连续罐内进行，对于带有皮壳的原料或纤维等固形物较多的醪液，甚至对黏度稍大些的醪液，也不易产生堵塞现象。C.应用此流程可以不需考虑重砌锅炉房。2）管式连续蒸煮特点：•流速较快，故醪液和蒸汽在管道连续蒸煮器内应该是混合的较好，因而蒸煮醪的质量也应该是较均匀的，但实际上，并非如此理想。•设备占地面积相应的较少，也即是设备费用和建筑费用都较节省。3）柱式连续蒸煮4）连续蒸煮与间歇蒸煮的比较连续蒸煮较间歇蒸煮具有如下的优点：①淀粉利用率高②设备利用率高③热能利用率高④劳动生产率高5）连续蒸煮工艺流程的比较①锅式连续蒸煮•其优点是可利用原有设备，不许要较高的压力蒸汽，并节约蒸汽，降低煤耗可达10～15%，而且操作简单，整个生产过程基本上没有堵塞现象，淀粉利用率可提高1～2%。•其缺点是：设备占地面积较大，蒸煮时间较长，蒸汽与物料接触不够均匀。②管式连续蒸煮•其优点是粉浆扩散面积大，使与蒸汽充分接触，蒸煮迅速均匀。另外，设备占地面积小，生产能力大，生产操作容易实现机械化、自动化，生产管理方便。•其缺点：需要较高压力蒸汽（0.98万帕斯卡）和高压泵，并要求原料处理较细，否则管道会出现阻塞现象。同时，醪液流速快，蒸煮时间短，使醪液质量难以保证。另外，生产不大容易控制，淀粉利用率提高不多。③柱式连续蒸煮•其优点是由于蒸煮柱直径较大，物料停留时间比管道连续蒸煮的时间长，因而掌握起来比较稳定，容易操作，不易堵塞。还由于蒸煮柱阻力较小，所以，蒸煮时用的压力较低，酒精工厂不需要压力较高的锅炉。•其缺点是：要求掌握操作技术较高，否则加热器容易发生堵塞现象。3、蒸煮新工艺介绍（1）低温低压蒸煮工艺流程：α-淀粉酶↓木薯干片→一级粉碎→二级粉碎→螺旋拌料→（1.0～2.0mm）↑55℃热水粉浆预热至55℃→喷射液化→88℃液化100min→成熟蒸煮醪特点：①淀粉出酒率高，原料耗用率低；②采用蒸煮温度为88℃，比高温蒸煮节约大量的蒸汽；③冷却水用量少。（2）生料的无蒸煮工艺生玉米粉无蒸煮工艺工艺流程：防腐剂↓↓酒母玉米原料→粉碎→调浆→糖化→发酵→蒸馏→成品工艺条件：粉碎粒度1.5～2.0mm，加水比：1∶2.0～2.2，糖化酶用量：50单位每克原料，酵母细胞数106～107个/mL。思考题1.淀粉质原料为什么要进行蒸煮？其工艺流程如何?2.什么是糊精？什么是糊化?3.蒸煮温度对原料中的蛋白质有什么影响？4.为什么蒸煮时速度不能太快、温度不宜太高?5.间歇蒸煮易产生哪些不正常的现象？6.哪些因素对完成规定的糊化率产生影响?