Мокрое измельчение кукурузы

Влажное измельчение кукурузы — это процесс дробления кукурузных зерен на их составные части: кукурузное масло , белок , кукурузный крахмал и волокна . Он использует воду и ряд этапов для разделения частей, которые будут использоваться для различных продуктов. ^[1]

Промышленность влажного помола кукурузы была основным компонентом американского производства на протяжении более 150 лет. Переработчики кукурузы создали процесс разделения кукурузных зерен на их составные части для производства различных продуктов с добавленной стоимостью . Четыре основных компонента, такие как масло , белок , крахмал и волокна , являются основными продуктами процесса влажного помола кукурузы. Ассоциация производителей продуктов из кукурузы была образована в 1913 году, когда группа компаний по переработке кукурузы успешно росла. ^[2]

Влажное измельчение кукурузы — это процесс, в котором компоненты кукурузных зерен извлекаются для получения высокоочищенного продукта. Большинство продуктов этого процесса являются ценными и в основном требуются пищевой промышленности. Благодаря этому процессу каждая часть кукурузы полезна для производства качественных ингредиентов. Характеристики этого процесса основаны на физическом разделении компонентов, в основном по весу и размеру. Вода необходима, поскольку это мокрый процесс, и она работает как агент разделения/носителя на этапах промывки. Поэтому этот процесс можно считать имеющим высокие капитальные затраты. ^[3] Единственным химическим веществом, используемым в этом процессе, является водный раствор диоксида серы , который используется в процессе замачивания . Кукуруза замачивается в этом растворе для смягчения ядра, чтобы масло в зародыше не загрязняло другие продукты и его было легко отделить. ^{[ требуется цитата ]}

Согласно стандартам Министерства сельского хозяйства США , кукуруза 5-го класса ^{[ необходимо дополнительное объяснение ]} обычно используется для мокрого помола. ^[4] Собранную кукурузу необходимо очистить перед помолом. Тестер докеджа с соответствующим номером сита используется для удаления частиц, отличных от требуемого зерна, таких как кусочки початков, посторонние семена, металлические частицы, листья, грязь, и можно рассчитать процент содержащегося докеджа. ^[5] Затем очищенную кукурузу анализируют на ее состав с помощью спектрометра NIR . Анализ состава желтой зубовидной кукурузы, проведенный в Центре исследований использования сельскохозяйственных культур Университета штата Айова, приведен в таблице ниже. ^{[ необходима ссылка ]}

В этом процессе кукуруза гидратируется , чтобы ослабить гранулы крахмала из белковой матрицы, оставляя зародыш устойчивым к помолу. Этот процесс снижает плотность зародыша и смягчает ядро, что облегчает помол. В воду также добавляются такие химикаты, как диоксид серы и молочная кислота . Молочная кислота разрушает белковую матрицу эндосперма и способствует лучшему разделению крахмала. Она также снижает pH, предотвращая рост микробов. SO2 реагирует с дисульфидными связями и ослабляет матрицу, позволяя гранулам крахмала чисто отделяться. Он также служит антимикробным средством . В конце замачивания белковая матрица ослабевает, белки эндосперма растворяются, а некоторые растворимые твердые вещества диффундируют в замочную воду. Чистая кукуруза замачивается в больших резервуарах с водой при температуре 125-130˚F, содержащей молочную кислоту и диоксид серы, в течение почти 40 часов. Затем замочную воду сливают с помощью сит соответствующего размера и концентрируют с помощью многоэффектных испарителей. ^[4] Использование концентрированной замочной воды: этот экстракт богат белком и может использоваться в качестве питательной среды для ферментации с целью получения ферментов или антител . Он также используется в кормах для животных. ^{[ требуется ссылка ]}

Как предполагает этап процесса, на этом этапе зародыш отделяется от других частей кукурузы. Извлечение зародыша как можно более неповрежденным необходимо для предотвращения любого загрязнения масла в конечных продуктах. Для грубого помола размягченных кукурузных зерен используются такие мельницы, как дисковые мельницы . Помол происходит медленно, а элементы, используемые для помола, тупые, чтобы обеспечить целостное удаление зародыша. К измельченному материалу добавляется вода, чтобы получить густую кашицу из измельченных зерен и цельного зародыша. ^[4] Содержание сырого масла в зародыше 40-50% делает его менее плотным, чем другие частицы, и в результате зародыш плавает в смеси. Затем смесь пропускается через гидроциклоны зародышей с верхним и нижним сливом. Верхний слив будет состоять в основном из зародыша и воды, а нижний слив будет содержать волокна, крахмал, белок и воду. Верхний слив проходит через гидроциклон несколько раз, поскольку 100% разделения не может быть достигнуто за один проход. Отделенный зародыш очищается, высушивается и проходит через пресс для зародышей, чтобы извлечь из него масло. В качестве альтернативы можно также использовать экстракцию растворителем . Твердые частицы, оставшиеся после извлечения масла, называются зародышевой мукой, которая затем высушивается. ^{[ необходима цитата ]}

Мука из зародышей является хорошим источником аминокислот и носителем микроингредиентов в рецептурах кормов для животных. Очищенное кукурузное масло можно использовать в качестве салатного масла и масла для готовки. Его также используют для приготовления маргаринов на основе кукурузного масла. ^{[ необходима цитата ]}

Нижний продукт гидроциклона, состоящий из клетчатки, белка и крахмала, тонко измельчается и просеивается с помощью нескольких мельниц и сит с подачей под давлением. Сита используются для отделения клетчатки от смеси. Для удаления грубых и тонких волокон используются сита различных размеров. Используется клиновидное или профильное сито. Крахмал и белок проходят через сито и собираются, тогда как волокна остаются на сите, и это называется кукурузным глютеновым кормом. Принцип разделения заключается в разнице размеров. Кукурузный глютеновый корм содержит приблизительно 21% белка, 1% жира, 10% клетчатки и 15% крахмала. Поскольку он богат водорастворимыми питательными веществами, он используется в качестве одного из основных ингредиентов в кормах для животных . Его также можно использовать для производства очищенного кукурузного волокна, которое будет употребляться в пищу человеком. ^[4]

Суспензия, содержащая только белок и крахмал, называется мельничным крахмалом. ^[6] Вода удаляется из мельничного крахмала в загустителе перед его перемещением в сепаратор. Центробежные силы применяются для разделения крахмала и глютена, которые различаются по плотности. Более тяжелая крахмальная суспензия затем многократно промывается в гидроциклонах пресной водой. Поток крахмала обычно содержит 90% крахмала, а поток глютена состоит из 60% белка. ^[4] Более легкий глютен, отделенный сверху, сгущается, а тяжелый глютен далее отправляется на обезвоживание в вакуумный ротационный фильтр. Эта кукурузная глютеновая мука состоит приблизительно из 60% белка, 1% жира и 3% клетчатки. Технологическая вода из обоих процессов либо добавляется в замочную воду, либо удаляется. Поскольку в ней содержится около 60% белка, ее используют в качестве корма для животных и продуктов из зеина . ^{[ требуется цитата ]}

Крахмал проходит многоступенчатую промывку с использованием гидроциклонов. Супернатанты отделяются на каждой стадии промывки. Вода с каждой стадии рециркулируется в предыдущие гидроциклоны, чтобы обеспечить максимальное отделение крахмала. Очень высокую чистоту крахмала (>99,5% db) можно получить путем мокрого помола. Чистота важна, когда конечным продуктом является кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы или крахмал, подлежащий модификации (с использованием химикатов или ферментов), но она не важна при производстве этанола . После центрифугирования и промывки крахмал сушат. ^[4]

Побочные продукты составляют 34% от выхода мокрого помола. Фактически, 23% перерабатываемой кукурузы имеет очень низкую или нулевую ценность. Клетчатка, концентрированная замоченная вода и мука из зародышей смешиваются для получения кукурузного глютенового корма. Как упоминалось ранее, кукурузный глютеновый корм также используется в качестве корма для животных. Хотя в названии обоих продуктов есть слово «глютен», в них нет глютенового белка – его нет в цельной кукурузе. ^[7]

Типичные данные по урожайности (на с. д.) желтой зубовидной кукурузы приведены в таблице ниже. ^[8]

Процесс мокрого помола будет иметь пять основных продуктов: твердые частицы крутой воды, зародыш, волокна, крахмал и глютен . Однако побочным продуктом этого процесса будет кукурузное масло, кукурузная глютеновая мука , мука из кукурузных зародышей, кукурузный глютен и кормовая крутая вода. В среднем один бушель кукурузы обычно содержит около 32 фунтов крахмала или 33 фунтов подсластителей или 2,5 галлона топливного этанола и 11,4 фунтов глютенового корма и 3 фунта глютеновой муки и 1,6 фунта кукурузного масла. ^{[9] [10]}

Хотя мокрый помол кукурузы использовался в течение многих лет для производства продуктов питания, кормов для животных и топлива, исследователи продолжают искать способы повышения эффективности. Например, одно исследование показало, что время замачивания можно сократить с 40 часов до 6–8 часов, если добавить ферменты, такие как протеаза , и если помол проводить в два этапа. Этот метод устраняет диоксид серы и дает тот же объем, что и традиционный процесс. ^[11] Другое исследование показало, что добавление целлюлазы и фермента для расщепления фитиновой кислоты сокращает время замачивания. В традиционном процессе фитиновая кислота кукурузы в основном попадает в кукурузный замоченный раствор. ^[12] Еще одно исследование пыталось уменьшить начальное содержание влаги и увеличить температуру воздуха для сушки, но получило снижение выхода, поскольку низкое содержание воды затрудняло отделение белка от крахмала. ^[13]

• Кукуруза