Våtmalning av majs
Våtmalning av majs är en process för att bryta majskärnor i sina beståndsdelar: majsolja , protein , majsstärkelse och fibrer . Den använder vatten och en serie steg för att separera delarna som ska användas för olika produkter.
Historia
Majs våtmalningsindustrin har varit en primär komponent i amerikansk tillverkning i mer än 150 år . Majsraffinaderier etablerade processen att separera majskärnor i sina beståndsdelar för att producera en mängd olika förädlade produkter. De fyra huvudkomponenterna som olja , protein , stärkelse och fiber är den primära produkten från majs våtmalningsprocessen. Associated Manufacturers of Products from Corn bildades 1913 när gruppen av majsraffineringsföretags industri framgångsrikt växte.
Beskrivning
Våtmalning av majs är en process där komponenter av majskärnor extraheras för att producera en högrenad produkt. De flesta av produkterna från denna process är värdefulla och krävs främst av livsmedelsindustrin. Genom denna process är varje del av majsen användbar för att producera kvalitetsingredienserna. Egenskaperna för denna process är baserade på fysisk separation av komponenter, mestadels efter vikt och storlek. Vatten behövs eftersom det är en våt process och det fungerar som separation/bärare i tvättsteg. Därför kan denna process anses ha höga kapitalkostnader. Den enda kemiska användningen i denna process är vattenhaltig svaveldioxidlösning , som används i blötläggningsprocessen . Majsen blötläggs i denna lösning för att mjuka upp kärnan så att oljan i grodden inte förorenar andra produkter och är lätt att separera. [ citat behövs ]
Processsteg
Rengöring
Enligt standarderna från det amerikanska jordbruksdepartementet används majs av klass 5 [ ytterligare förklaring behövs ] vanligtvis för våtmalning. Skördad majs måste rengöras innan den mals. Dockagetestare med lämpligt siktnummer används för att ta bort andra partiklar än det nödvändiga spannmålet som kolvbitar, främmande frön, metallbitar, löv, smuts och procentandelen av dockage som finns kan beräknas. Den rengjorda majsen analyseras sedan med avseende på dess sammansättning med hjälp av en NIR- spektrometer . Sammansättningsanalysen av gul bucklig majs utförd vid Center for Crops Utilization Research, Iowa State University, registreras i tabellen nedan. [ citat behövs ]
| Fukt (i %) | Protein (i %, torr basis) | Olja (i %, db) | Stärkelse (i %, db) | Densitet (i g/cc) | Testvikt (i lb/bu) |
|---|---|---|---|---|---|
| 13.8 | 8,93 | 4,29 | 70,4 | 1,282 | 65,6 |
Brötning
hydratiseras majsen för att lossa stärkelsegranuler från proteinmatrisen samtidigt som grodden lämnas motståndskraftig mot malning. Denna process minskar groddtätheten och mjukar upp kärnan, vilket gör fräsningen lätt. Kemikalier som svaveldioxid och mjölksyra tillsätts också i vattnet. Mjölksyra bryter ner endospermproteinmatrisen och hjälper till att separera stärkelse bättre. Det sänker också pH, vilket förhindrar tillväxt av mikrober. SO2 reagerar med disulfidbindningarna och försvagar matrisen, vilket gör att stärkelsegranulat kan separeras rent. Det fungerar också som ett antimikrobiellt medel . I slutet av blötläggningen försvagas proteinmatrisen, endospermproteiner solubiliseras och en del lösliga fasta ämnen diffunderar ut i brantvattnet. Den rena majsen genomsyras av stora tankar med vatten vid 125-130˚F innehållande mjölksyra och svaveldioxid i nästan 40 timmar. Brantvattnet dräneras sedan med hjälp av nätsiktar av lämplig storlek och koncentreras med hjälp av förångare med flera effekter. Användning av koncentrerat steepwater: Detta extrakt är proteinrikt och kan användas som näringsmedium för jäsning för att producera enzymer eller antikroppar . Det används också i djurfoder. [ citat behövs ]
Bakterieåtervinning
Som processsteget antyder separeras i detta steg grodden från de andra delarna av majsen. Att återvinna grodden så intakt som möjligt är nödvändigt för att förhindra eventuell oljeförorening i slutprodukterna. Utslitningskvarnar som skivkvarnar används för att grovmala de mjukgjorda majskärnorna. Slipningen är långsam och de element som används för att slipa är trubbiga för att säkerställa intakt borttagning av groddar. Vatten läggs till det malda materialet för att göra en tjock slurry av macererade kärnor och hela groddar. Råoljeinnehållet på 40-50 % i groddar gör den mindre tät än andra partiklar och som ett resultat flyter groddar i blandningen. Blandningen leds sedan genom groddhydrocykloner med ett över- och underflöde. Överflöde kommer huvudsakligen att bestå av groddar och vatten och underflöde kommer att ha fibrer, stärkelse, protein och vatten. Bräddavloppet passerar genom hydrocyklonen flera gånger eftersom 100 % separation inte kan uppnås i en enda passage. Den separerade grodden rengörs, torkas och passeras genom en groddpress för att extrahera olja från den. Lösningsmedelsextraktion kan också användas alternativt. De fasta partiklarna som finns kvar efter oljeutvinning kallas groddmjöl som torkas ytterligare. [ citat behövs ]
Groddmjöl är en bra källa till aminosyror och är en bärare av mikroingredienser i djurfoderformuleringar. Den raffinerade majsoljan kan användas som salladsolja och matolja. Det används också för att förbereda majsolja margariner. [ citat behövs ]
Fiberåtervinning
Underflödet från hydrocyklonen bestående av fibrer, protein och stärkelse finmals och siktas med hjälp av flera malkvarnar och tryckmatade siktar. Skärmar används för att separera fibern från blandningen. Olika skärmstorlekar används för att ta bort grova och fina fibrer. En kilstång eller profilstångsskärm används. Stärkelse och protein passerar genom skärmen och samlas upp medan fibrerna stannar kvar på skärmen och det kallas majsglutenfoder. Principen för separation är skillnad i storlek. Majsglutenfodret , 1 % fett och 10 % fibrer och 15 % stärkelse. Eftersom det innehåller mycket vattenlösliga näringsämnen, används det som en av huvudingredienserna i djurfoder . Det kan också användas för att producera raffinerad majsfiber som ska användas som mänsklig konsumtion.
Proteinåtervinning
Uppslamningen som bara innehåller proteinet och stärkelsen kallas kvarnstärkelse. Vatten avlägsnas från kvarnstärkelsen i ett förtjockningsmedel innan det flyttas till en separator. Centrifugalkrafter appliceras för att separera stärkelse och gluten som skiljer sig i densitet. Den tyngre stärkelseuppslamningen tvättas sedan flera gånger i hydrocykloner med färskvatten. Stärkelseströmmen har vanligtvis 90 % stärkelse och glutenströmmen består av 60 % protein. Det lättare glutenet, separerat från toppen, förtjockas och det tunga glutenet skickas vidare för avvattning i ett vakuumroterande filter. Denna majsglutenmjöl består av cirka 60 % protein, 1 % fett och 3 % fibrer. Processvattnet från båda processerna tillsätts antingen till stöpvatten eller avlägsnas. Eftersom den har cirka 60 % protein används den som djurfoder och zeinprodukter . [ citat behövs ]
Stärkelsebearbetning
Stärkelse går igenom tvätt i flera steg med hydrocykloner. Supernatanterna separeras vid varje tvättsteg . Vattnet från varje steg recirkuleras till de tidigare hydrocyklonerna för att säkerställa att maximal mängd stärkelse separeras. En mycket hög renhet av stärkelse (>99,5 % db) kan utvinnas genom våtmalning. Renhet är viktig när slutprodukten är majssirap med hög fruktoshalt eller stärkelse som ska modifieras (med kemikalier eller enzymer), men det är inte viktigt under etanolproduktion . Efter centrifugering och tvättning torkas stärkelsen.
Tillverkning av samprodukt
Biprodukter står för 34 % av våtmalt utbyte. Faktum är att 23 % av majsen som bearbetas har mycket lågt eller inget värde. Fibern, koncentrerat steepwater och groddmjöl blandas för att producera majsglutenfoder. Som tidigare nämnts används majsglutenmjöl även som djurfoder. Även om båda har "gluten" i namnet, finns inget glutenprotein i dem - det finns inget i majs överlag.
En typisk fast avkastning (på db) data för gul bucklig majs visas i tabellen nedan.
| Fraktion | Avkastning på torr basis (i %) |
|---|---|
| Stärkelse | 58-68 |
| Glutenmåltid | 5,8-15,4 |
| Fiber (grov+fin) | 8.8-19.2 |
| Bakterie | 5,2-10,5 |
| Brantvattenlösliga | 5,1-7,5 |
| Total återvinning av fasta ämnen | 97,3-99,9 |
Primärprodukter
Våtmalningsprocessen kommer att ha fem huvudprodukter: fasta ämnen i brant vatten, groddar, fibrer, stärkelse och gluten . Däremot kommer samprodukten från denna process att producera majsolja, majsglutenmjöl , majsgroddmjöl, majsgluten och foder med brant vatten. Genomsnittet av en skäppa majs kommer i allmänhet att ha cirka 32 lb stärkelse eller 33 lb sötningsmedel eller 2,5 liter bränsleetanol och 11,4 lb glutenfoder och 3 lb glutenmjöl och 1,6 lb majsolja.
Forskning
Även om våtmalning av majs har använts i flera år för att producera mat, djurfoder och bränsle, fortsätter forskare att söka effektivitet. Till exempel visade en studie att blötläggningstiden kan minskas från 40 timmar till 6–8 timmar om enzymer som proteas tillsätts och om malning görs i två steg. Denna metod eliminerar svaveldioxid och ger samma mängd som den konventionella processen. En annan studie visade att tillsats av cellulas och ett enzym för att bryta ned fytinsyra minskar blötningstiden. I den konventionella processen hamnar majsens fytinsyra till stor del i majsstöpluten. Ännu en annan studie försökte minska den initiala fukthalten och öka torkluftstemperaturen men erhöll minskade utbyten eftersom låg vattenhalt hindrade protein från stärkelse.