美国玉米淀粉深加工公司的新技术

2024-01-18 理论教育版权反馈

【摘要】：美国的玉米产量约占全球玉米总产量的五分之二。在美国玉米产品精制公司，淀粉糖是玉米淀粉深加工产量最大的一类产品。陆婉珍在美国玉米产品精制公司研发中心的分析部工作，主要任务是为淀粉水解制取冷水可溶性淀粉工艺建立一种分析方法，以判断淀粉的水解程度。美国玉米产品精制公司的试验研究表明，通过酸法水解淀粉可以得到在冷水中溶解性极好的淀粉，即冷水可溶性淀粉。

1953年7月，陆婉珍离开了西北大学，被美国玉米产品精制公司（现改名为美国玉米制品国际有限公司）聘任为研究员。玉米产品精制公司成立于1906年，是目前世界上生产 D-葡萄糖量最大的公司，也是淀粉和糖浆（玉米糖浆、高果糖玉米糖浆等）的主要供应商之一。该公司位于伊利诺伊州芝加哥郊区的韦斯切斯特市阿尔格镇，距闵恩泽工作的纳尔科化学公司很近。陆婉珍和闵恩泽在工作附近的地方租到了一套大房子，是二层楼房的底层。这栋房子的主人是一位意大利人。楼房位于郊外一处空旷的山坡上，有客厅、书房和两间卧室，还有厨房和卫生间，月租为150美元。当时，他们两人每月的工资已有1 000美元，除了所得税和必要的开支外，有近一半的收入可以储存起来。经济宽裕了，居住条件改善了，周末还常常有朋友光临，他们的这段生活相对稳定，也很惬意。

美国是世界玉米种植面积最大、总产量最多的国家。美国的玉米产量约占全球玉米总产量的五分之二。美国玉米总产量的60%多用作家畜饲料，生产肉、蛋、奶等供人们直接食用，约20%出口，有约5%用作工业原料。美国是最发达的玉米深加工国家，制造几千种重要产品，其范围从酒精到医药。

玉米中含有蛋白质、淀粉、油分和糖等化学成分，但各种化学成分分布在玉米的不同部位中。玉米的中间部分为胚芽，含油分多。包围在胚芽外部的白色体为软胚乳，主要成分是淀粉。软胚乳两旁的深色部分为硬胚乳，主要含有淀粉和蛋白质。玉米的最外层是麸皮，主要含纤维素。通过物理方法，可将玉米颗粒分离成淀粉、蛋白质、胚芽、纤维和玉米浆等不同产品，各种产品的产率因原料的成分和加工工艺而不同。一般情况下，玉米的主要化学成分及其含量（以干基表示）为：淀粉约占70%左右，蛋白质约占10%左右，油分、糖分和纤维分别约占2%～4%。

美国玉米产品精制公司主要以玉米为原料，通过深加工技术，为60余类工业提供化学成分，涉及食品、饮料、制药、酿造、造纸和纺织等行业。该公司采用湿法加工玉米生产淀粉，首先用亚硫酸溶液中浸泡玉米粒，然后将其破碎，从中分离胚芽，剩余物细磨碎成玉米糊，而后筛分，使纤维与淀粉、蛋白分开；将淀粉、蛋白悬浮物分离成淀粉和麸质，最后洗涤制得淀粉。经过上述各道工序，玉米湿淀粉用作生产淀粉糖和糖浆，胚芽用作生产玉米油，纤维用于生产玉米饲料。

浸泡玉米粒的亚硫酸溶液中含有5%～12%的总固形物，将其减压浓缩可得到含50%～60%总固形物的玉米浆。玉米浆中含有丰富的可溶性氨基酸和各种生物素，它是青霉素等抗生素发酵培养基的主要成分，可提高青霉素的产率达十倍之多。20世纪40年代初美国玉米产品精制公司便将玉米浆用于青霉素的生产。

玉米淀粉是淀粉中最主要的品种，占世界淀粉总量的80%。玉米淀粉是玉米加工的初级产品，不但可直接使用，更是重要的工业原料，广泛应用于食品、制糖、发酵、医药、造纸、化工等行业，约三分之二的淀粉用于食品、医疗、饮料等方面，三分之一用于造纸、包装、纺织、石油等方面。

在美国玉米产品精制公司，淀粉糖是玉米淀粉深加工产量最大的一类产品。淀粉糖的种类繁多，附加值较大，主要包括葡萄糖、麦芽糖、麦芽糖浆、果糖等产品，以麦芽糖浆、高麦芽糖浆和葡萄糖为主，这几类品种占淀粉糖比重的80%以上。1911年，美国玉米产品精制公司推出了“KARO”牌子的糖浆。淀粉糖可直接用于食品添加，也是下游产品的原料，例如，葡萄糖、麦芽糖、果糖可直接用于食品，加氢处理后，分别得到山梨醇、麦芽糖醇和甘露糖醇，它们统称为多元糖醇，应用于医学、食品工业、化妆品工业、农业等领域。

将玉米淀粉通过物理、化学和酶等手段改变其颜色、黏度、凝沉性等物化性质，可制成多种变性淀粉，例如预糊化淀粉、酸化淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉、接枝淀粉等。变性淀粉在造纸业用作添加剂，其应用量最大，约占总量的50%～60%，可生产出各种高级纸，同时还可减轻对环境的污染。在食品工业，变性淀粉可以增强食品的韧性和黏度，改善食品的口感，延长保存期。由于通过变性提高了淀粉糊的透明度，因此可以改善食品的外观，提高其光泽度。所以在生产肉制品、调味料、果冻、糖果、松脆点心等时，都可以添加变性淀粉，以提高产品质量。在石油工业，变性淀粉主要用于石油钻井液、压裂液和油气生产的添加剂等多种场合。玉米淀粉在碱、氧气和催化剂作用下可氧化水解得到一种含有多羧基的聚合物。该聚合物由于具有羧基，对钙、镁等金属离子具有一定的络合能力。且由于分子中有分子量相对较大的部分，对污垢有一定的分散作用，可作为洗涤助剂应用于合成洗涤剂中。

玉米湿法加工生产淀粉的副产物——玉米蛋白粉除直接用作饲料外，还可用作生产味精（谷氨酸钠）和其他氨基酸的原料。玉米醇溶蛋白具有良好的成膜性、黏接性和防水、防湿性能，还具有耐酸、耐油等特性，可广泛应用于医药、食品及化工等行业。玉米胚芽中富含油分，玉米油的主要组成为不饱和油酸和亚油酸，营养价值高、味觉好、不易变质，是一种高级食用油。1911年美国玉米产品精制公司推出“MAZOLA”牌子的玉米油，深受消费者的欢迎。从玉米油中还可生产卵磷脂和脑磷脂，它们是良好乳化剂和抗氧剂，在食品、医药和其他工业中的应用很广。玉米油中还含有甾醇，甾醇是制造性激素的原料。

陆婉珍在美国玉米产品精制公司研发中心的分析部工作，主要任务是为淀粉水解制取冷水可溶性淀粉工艺建立一种分析方法，以判断淀粉的水解程度。淀粉是葡萄糖的高聚体，天然淀粉不溶于冷水，在工业应用中受到限制。淀粉在一定条件下能够被水解成一系列分子量较小的物质，这些水解产物的理化性质各异，功能不尽相同。通过控制水解条件，将淀粉根据应用的需要进行适度水解，可获得不同分子量的适用产品，冷水可溶性淀粉就是其中的一种产品。美国玉米产品精制公司的试验研究表明，通过酸法水解淀粉可以得到在冷水中溶解性极好的淀粉，即冷水可溶性淀粉。

在制取冷水可溶性淀粉时，必须严格控制水解的条件，若水解程度高，则大部分淀粉会转化成麦芽糖和葡萄糖；若水解程度低，则在冷水中的溶解度很低。当时还没有现成的分析方法来确定何时可终止这类水解过程，以得到理想的水解产物。陆婉珍通过详尽的文献调研和大量的试验，最终采用几年前马丁和辛格刚刚发明的纸色谱技术较好地解决了这一问题。由于不同程度水解产物的分子量有明显差异，它们在纸色谱上随展开剂向前移动的距离也有较大差异。利用显色的方法可使纸上不同的水解产物呈现有颜色的斑点而得到纸色谱图，理想的水解产物（冷水可溶性淀粉）有其特征的纸色谱图，通过这种分析方式便可及时控制淀粉水解的程度。

在美国玉米产品精制公司，陆婉珍对企业研发有了深入了解。企业为获取高额经济效益，必须通过先进的科技手段不断开发出新产品。研发的产品不仅要紧贴市场需求，还要重视个性化产品的开发^[10]。美国企业对产品品牌以及研发过程中的知识产权的重视程度给陆婉珍留下了极其深刻的印象，这些理念在美国学校里是很难学到的，但对陆婉珍回国后的工作却起到了非常重要的作用。陆婉珍一直认为这是她留学美国八年最大的收获。(www.chuimin.cn)

【注释】

[1]陆婉珍访谈，2011年10月11日，北京。资料存于采集工程数据库。

[2]陈家镛、刘蓉：伊利诺大学。长沙：湖南教育出版社，1990年，第190页。

[3]陆婉珍访谈，2011年10月11日，北京。资料存于采集工程数据库。

[4]Buffy　Lockette：Father of UF Chemistry Dies at Age 89。美国佛罗里达大学网站，2007年1月16日。

[5]俞惟乐（1926—　），女，生于上海，祖籍江苏吴县，我国色谱学科的开拓者之一。1948年毕业于上海圣约翰大学化学系，1950年获美国私立范德比尔特大学理学硕士学位。1950—1958年在中国科学院大连工业化学研究所（现中科院大连化物所）任研究实习员、助理研究员、题目组长、代理室主任。1958年参加组建兰州石油研究所（现中国科学院兰州化学物理研究所），并一直在该所工作，历任题目组长、室主任、副所长。她是第五、六、七、八届全国政协委员，1983年获全国“三八”红旗手称号。

[6]俞惟乐给陆婉珍采集工程小组的信，2012年1月22日。资料存于采集工程数据库。

[7]Howard K．Schachman：Irving Myron Klotz（1916—2005）。2011年，内部资料。

[8]Howard K．Schachman：Irving Myron Klotz（1916—2005）。2011年，内部资料。

[9]陆婉珍访谈，2011年10月11日，北京。资料存于采集工程数据库。

[10]陆婉珍访谈，2011年10月11日，北京。资料存于采集工程数据库。

美国玉米淀粉深加工公司的新技术

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