一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘度的方法

摘要

本发明属玉米精深加工技术领域，公开一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘度的方法，以玉米粉为原料，以粘度为技术效果的衡量指标，通过单因素和响应面设计，以双螺杆挤压膨化中的加热区温度、主机转速和进料速度、微波真空干燥中微波强度、真空度、干燥温度、干燥时间、控制电子加速器辐照中的物料水分含量、辐照剂量、辐照时间为关键控制点；设计一条“双螺杆挤压膨化、微波干燥、超微粉碎、加速器辐照”处理技术路线，实现了被辐照处理后的玉米粉调浆质量浓度为10%时粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。本发明生产技术路线简单，有利于促进玉米资源综合利用开发系列化高端淀粉糖产品与其产业化示范研究的进程。

说明书

技术领域

本发明属于玉米精深加工制糖工业的技术领域，涉及到一种借助辐照技术降 低玉米粉糊化处理过程中粘度的方法，实现了被辐照处理后的玉米辐照粉调浆质 量浓度为10%时粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

背景技术

玉米粉是玉米经磨粉加工的产物，其营养素成分含量丰富。玉米粉含淀粉69 %以上，主要由玉米淀粉组成，包括玉米直链淀粉、玉米支链淀粉。含有大量的 蛋白质、纤维和粗脂肪，及少量卵磷脂、亚油酸、谷物醇、维生素E。玉米粉加 工食品很多，在原来以粗粮为主的年代，这是人们的主食，现在仍是人们改善口 味的食品之一。在现在一些科技发达的国家和其经研究发现玉米还具有降血压、 降血脂、抗动脉硬化、预防肠癌、美容养颜、延缓衰老等多种保健功效，也是糖 尿病人的适宜佳品。因此玉米粉已成为当今科学技术主要研究对象之一。

玉米粉是玉米产品开发的低端形势，市场经济价值较低。随着玉米产量的持 续增长，玉米的加工及深加工越来越多元化，玉米粉作为最简单最基本的加工产 品，很难满足工业经济发展的需要。其淀粉加工的副产物组成复杂、口感粗糙、 水溶性差、具有特殊的臭味和色泽，目前在我国主要用作蛋白饲料或者被当废弃 物排掉，附加值低，在食品工业中的应用较少。所以，如何更好地直接利用玉米 粉已经成为当今食品工业加工综合利用的关键课题。与此同时，将玉米粉进行科 学经济地预处理、液化和糖化，得到高品质玉米糖，也是玉米深加工产业道路上 一条行之有效的途径。

利用可控酶解技术开发玉米糖产品时，所面临的最大技术问题即为玉米粉或 玉米淀粉糊化的粘度很大、液化度过低、生产水耗大。玉米粉含有丰富的淀粉， 就淀粉组成而言，它的直连淀粉较高，玉米淀粉的粘度和粘付能力较弱。所以玉 米淀粉多用于制药或制作糊精葡萄糖等。不能用于制作粉条、粉皮等。现代制糖 工业一般采用酶法制备淀粉糖，其采用的一般是耐高温α-淀粉酶，其最适宜酶解 温度在90℃左右，在玉米粉或淀粉升温的过程中，玉米淀粉达到70℃以后会产生 糊化现象，使溶液呈膏状，粘度大，搅拌困难，因此当今制糖工业制糖浓度很低， 产品形态以液态为主，其生产动力耗能多，水耗多，储运困难，这些严重制约了 我过制糖工业的发展。所以，如何降低玉米粉浆中的粘度是目前此项领域中的重 要研究方向。本专利旨在于利用新技术、新方法来降低玉米粉糊化的粘度，进而 科学提高玉米粉的液化效果及开发高品质的淀粉糖，也是为玉米粉的深度开发积 累实践经验和提供理论支持。

本发明是借助辐照技术处理玉米粉以降低其糊化粘度的技术实属首创。电子 加速器辐照是用电子加速器产生的高能电子束照射，可使一些物质产生物理、化 学和生物学效应，并能有效地杀灭病菌、病毒和害虫。这一技术已被广泛应用于 工业生产中的材料改性、新材料制作、环境保护、加工生产、医疗卫生用品灭菌 消毒和食品灭菌保鲜等。它同钴源辐照一样，具有常温、无损伤、无残毒、环保、 低能耗、运行操作简便、自动化程度高、适宜于大规模工业化生产等特点。其最 大优点是辐照束流集中定向，能源利用充分，辐照效率高，不产生放射性废物。 其生产运用具有明显的社会经济效益和不可估量的潜在价值，是目前国际上倍受 关注的高科技领域之一。但是，查阅国内外相关文献发现，利用电子加速器辐照 技术处理玉米粉以降低其糊化粘度效果的相关研究至今未有报道，因此本申请专 利实属首次。

本发明选用数显旋转粘度计来测量玉米粉的粘度，测试方法简便易行，测试 结果理论充分。仪器为数显粘度计，由进口日本同步电机经变速带动转子作恒速 旋转。当转子在液体中旋转时，液体会产生作用在转子上的粘度力矩,该粘性力 矩也越大；反之，液体的粘度越小，该粘性力矩也越小。该作用在转子上的粘性 力矩由传感器检测出来,经计算机处理后得出被测液体的粘度。仪器采用微电脑 技术，能方便地设定量程(转子号及转速)。对传感器检测到的数据进行数字处理， 并且在显示屏上清晰地显示出测量时设定的转子号、转速、被测液体的粘度值及 其满量程百分比值等内容。仪器配有多个转子(LV1、LV2、LV3、LV4等不同型 号)和不同档转速，由此组成的多种组合，可以测量出测定范围内的各种液体的 粘度。

因此，本专利要求保护的是一种利用辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘 度的方法，是是以双螺杆挤压膨化过程中的加热区温度、主机转速和进料速度为 关键控制点；以微波真空干燥过程中微波强度、真空度、干燥温度、干燥时间为 关键控制点；以控制电子加速器辐照过程中的物料水分含量、辐照剂量、辐照时 间为关键控制点；设计了一条“双螺杆挤压膨化、微波干燥、超微粉碎、加速器 辐照”处理技术路线，实现了被辐照处理后的玉米辐照粉调浆质量浓度为10%时 粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

本申请专利的技术优势主要体现在以下两个方面：

第一，本专利是以电子加速器辐照技术为核心生产技术。多数研究表明电子 加速器产生的高能电子束照射可使一些物质产生物理、化学和生物学效应，并能 有效地杀灭病菌、病毒和害虫。这一技术已被广泛应用于工业生产中的材料改性、 新材料制作、环境保护、加工生产、医疗卫生用品灭菌消毒和食品灭菌保鲜等。 本专利旨在降低玉米粉糊化粘度的同时，改善玉米粉液化的品质，使浓度澄清度 提高。通过单因素和响应面试验设计方法，优选出最佳处理条件，攻克了玉米粉 液化浓度低效果不佳的技术难题。

第二，本专利技术采用了双螺杆挤压膨化技术。将双螺杆膨化技术应用于原 料玉米粉的预处理环节，其优势突出体现在：①原料适应性广；②对原料的粒度 限制少；③物料流在机筒内均匀稳定；④物料流混合效果好；⑤熟化均质效果好； ⑥同等动力下产量高；⑦产品多样性和适应性宽；⑧工艺操作简便；⑨易损件磨 损轻；⑩生产成本低。

发明内容

本专利需要解决的技术问题：

以玉米粉为原料，以粘度为技术效果的衡量指标，通过单因素和响应面设计， 优选出双螺杆挤压膨化技术、电子加速器辐照技术的最佳工艺参数，实现了被辐 照处理后的玉米粉调浆质量浓度为10%时粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89 Pa·s。

本专利的技术方案：

1.一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘度的方法，其特征在于， 将含水量3～10%的玉米原料粉，经过双螺杆挤压膨化、微波干燥、超微粉碎、 电子加速器辐照、调浆过程，实现了被处理后的玉米粉调浆质量浓度为10%时粘 度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s；

1）所述的双螺杆挤压膨化过程，是在双螺杆挤压膨化机的出料口安装适宜 的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的温度分别控制在 140～190℃、80～120℃、30～80℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化机， 将主机转速调至25～45Hz，进料速度调至200～500g/min后，从进料口迅速加 入含水量3%～10%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉 膨化物，备用；

2）所述的微波干燥过程，是将玉米粉膨化物置于微波干燥仓中，物料平铺 厚度为0.5～5.0cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功率为1.35～4.05kW，调 节其真空度为5～25kPa，干燥温度为30～80℃，干燥时间控制在3～15min， 制得含水量为1%～3%玉米膨化干料，备用；

3）所述的超微粉碎过程，是利用超微粉碎机将1%～3%玉米膨化干料进行 超微粉碎，制得颗粒度为100～140目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋500～ 1000g，密封备用；

4）所述的电子加速器辐照过程，是将重量为每袋500～1000g玉米膨化超微 粉放于1～5m/min传输带上，通过电子加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在 2～6cm，辐照剂量控制在5～140kGy，获得辐照玉米膨化超微粉，备用；

5）所述的调浆过程，是预先将水温控制在80～95℃后，将辐照玉米膨化超 微粉与80～95℃水按照重量比1:10比例混合于500mL烧杯中，开启机械搅拌器 维持搅拌3～15min后，测定浓度为10%时粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

2.根据权利要求1所述的一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘 度的方法，其特征在于，所述的调浆过程中所用水，是选择去离子水、纯净水、 渗透水和蒸馏水中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘 度的方法，其特征在于，所述的机械搅拌器能够用高速分散均质机替代，其调控 转速为1000～3000r/min，处理时间为3～5min。

4.根据权利要求1所述的一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘 度的方法，其特征在于，所述的机械搅拌器能够用磁力搅拌器替代，温度控制在 80～95℃，处理时间为6～10min。

申请发明技术效果：

（1）本发明涉及到的是一种借助辐照技术降低玉米粉糊化处理过程中粘度的 方法，是以双螺杆挤压膨化过程中的加热区温度、主机转速和进料速度为关键控 制点；以微波真空干燥过程中微波强度、真空度、干燥温度、干燥时间为关键控 制点；以控制电子加速器辐照过程中的物料水分含量、辐照剂量、辐照时间为关 键控制点；设计了一条“双螺杆挤压膨化、微波干燥、超微粉碎、加速器辐照” 处理技术路线，实现了被处理后的玉米粉调浆质量浓度为10%时粘度值由 1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

（2）本发明所设计的生产技术路线简单，产品价值高，有利于促进玉米产品 的综合利用和产业开发。

具体实施方式

实施例1：选用含水量3%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化机 的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的 温度分别控制在140℃、80℃、30℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化机， 将主机转速调至25Hz，进料速度调至200g/min后，从进料口迅速加入含水量 3%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置于微 波干燥仓中，要求物料平铺厚度为3.5cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功率 为4.05kW，调节其真空度为25kPa，干燥温度为30℃，干燥时间控制在10min， 制得含水量为3%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将3%玉米膨化干料进 行超微粉碎，制得颗粒度为100目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋500g， 密封备用；将重量为每袋500g玉米膨化超微粉放于5m/min传输带上，通过电 子加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在2cm，辐照剂量控制在5kGy，获得辐 照玉米膨化超微粉，备用；将选用去离子水作为调浆用水，要求水温控制在80℃ 后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与80℃去离子水混合于500mL 烧杯中，开启机械搅拌器维持搅拌15min后，测定其粘度值由1078.57Pa·s降低 到5.89Pa·s。

实施例2：选用含水量8%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化机 的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的 温度分别控制在180℃、120℃、80℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化机， 将主机转速调至30Hz，进料速度调至300g/min后，从进料口迅速加入含水量8% 的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置于微波干 燥仓中，要求物料平铺厚度为0.5cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功率为 1.35kW，调节其真空度为5kPa，干燥温度为50℃，干燥时间控制在15min，制 得含水量为2%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将2%玉米膨化干料进行 超微粉碎，制得颗粒度为140目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋750g，密 封备用；将重量为每袋750g玉米膨化超微粉放于4.5m/min传输带上，通过电子 加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在2cm，辐照剂量控制在65kGy，获得辐 照玉米膨化超微粉，备用；将选用纯净水作为调浆用水，要求水温控制在80℃ 后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与80℃纯净水混合于500mL 烧杯中，开启机械搅拌器维持搅拌3min后，测定其粘度值由1078.57Pa·s降低 到5.89Pa·s。

实施例3：选用含水量10%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化 机的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区 的温度分别控制在190℃、110℃、60℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨 化机，将主机转速调至40Hz，进料速度调至400g/min后，从进料口迅速加入 含水量10%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物， 置于微波干燥仓中，要求物料平铺厚度为1cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器 功率为2.70kW，调节其真空度为10kPa，干燥温度为80℃，干燥时间控制在5min， 制得含水量为1%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将1%玉米膨化干料进 行超微粉碎，制得颗粒度为140目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋700g， 密封备用；将重量为每袋700g玉米膨化超微粉放于3m/min传输带上，通过电 子加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在6cm，辐照剂量控制在107kGy，获得 辐照玉米膨化超微粉，备用；将选用渗透水作为调浆用水，要求水温控制在90℃ 后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与90℃渗透水混合于500mL 烧杯中，开启机械搅拌器维持搅拌8min后，测定其粘度值由1078.57Pa·s降低 到5.89Pa·s。

实施例4：选用含水量10%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化 机的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区 的温度分别控制在170℃、100℃、70℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化 机，将主机转速调至45Hz，进料速度调至500g/min后，从进料口迅速加入含 水量10%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置 于微波干燥仓中，要求物料平铺厚度为2.5cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器 功率为2.70kW，调节其真空度为15kPa，干燥温度为60℃，干燥时间控制在 12min，制得含水量为2%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将2%玉米膨化 干料进行超微粉碎，制得颗粒度为120目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋 900g，密封备用；将重量为每袋900g玉米膨化超微粉放于2.5m/min传输带上， 通过电子加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在3cm，辐照剂量控制在65kGy， 获得辐照玉米膨化超微粉，备用；将选用蒸馏水作为调浆用水，要求水温控制在 85℃后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与85℃蒸馏水混合于500 mL烧杯中，开启高速分散均质机，其调控转速为1000r/min，处理时间为5min， 测定其粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

实施例5：选用含水量5%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化机 的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的 温度分别控制在150℃、90℃、40℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化机， 将主机转速调至35Hz，进料速度调至400g/min后，从进料口迅速加入含水量 5%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置于微 波干燥仓中，要求物料平铺厚度为4cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功率为 1.35kW，调节其真空度为5kPa，干燥温度为55℃，干燥时间控制在3min，制得 含水量为3%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将3%玉米膨化干料进行超 微粉碎，制得颗粒度为120目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋1000g，密封 备用；将重量为每袋1000g玉米膨化超微粉放于1.5m/min传输带上，通过电子 加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在4cm，辐照剂量控制在135kGy，获得辐 照玉米膨化超微粉，备用；将选用渗透水作为调浆用水，要求水温控制在85℃ 后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与85℃渗透水混合于500mL 烧杯中，开启高速分散均质机，其调控转速为3000r/min，处理时间为3min， 测定其粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

实施例6：选用含水量9%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化机 的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的 温度分别控制在180℃、115℃、55℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化机， 将主机转速调至35Hz，进料速度调至350g/min后，从进料口迅速加入含水量 9%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置于微 波干燥仓中，要求物料平铺厚度为3cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功率为 4.05kW，调节其真空度为25kPa，干燥温度为75℃，干燥时间控制在3min，制 得含水量为1%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将1%玉米膨化干料进行 超微粉碎，制得颗粒度为100目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋950g，密 封备用；将重量为每袋950g玉米膨化超微粉放于1m/min传输带上，通过电子 加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在2cm，辐照剂量控制在140kGy，获得辐 照玉米膨化超微粉，备用；将选用纯净水作为调浆用水，要求水温控制在95℃ 后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与95℃纯净水混合于500mL 烧杯中，开启高速分散均质机，其调控转速为2000r/min，处理时间为4min， 测定其粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

实施例7：选用含水量4%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化机 的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的 温度分别控制在145℃、95℃、45℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化 机，将主机转速调至30Hz，进料速度调至300g/min后，从进料口迅速加入含 水量4%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置 于微波干燥仓中，要求物料平铺厚度为2cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功 率为4.05kW，调节其真空度为5kPa，干燥温度为70℃，干燥时间控制在4min， 制得含水量为1%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将1%玉米膨化干料进 行超微粉碎，制得颗粒度为120目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋800g， 密封备用；将重量为每袋800g玉米膨化超微粉放于3.5m/min传输带上，通过 电子加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在4cm，辐照剂量控制在107kGy，获 得辐照玉米膨化超微粉，备用；将选用去离子水作为调浆用水，要求水温控制在 80℃后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与80℃去离子水混合于 500mL烧杯中，开启磁力搅拌器，温度控制在80℃，处理时间为10min，测 定其粘度值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。

实施例8：选用含水量7%的玉米原料粉为生产原料，在双螺杆挤压膨化机 的出料口安装适宜的模头和切刀后，将双螺杆主机的第一、第二、第三工作区的 温度分别控制在160℃、100℃、50℃；而后开启电源，启动双螺杆挤压膨化机， 将主机转速调至40Hz，进料速度调至350g/min后，从进料口迅速加入含水量 7%的玉米原料粉；在双螺杆挤压膨化机的出料口处收集玉米粉膨化物，置于微 波干燥仓中，要求物料平铺厚度为5cm，关闭干燥仓门，调节微波发射器功率为 2.70kW，调节其真空度为15kPa，干燥温度为40℃，干燥时间控制在7min，制 得含水量为3%玉米膨化干料，备用；利用超微粉碎机将3%玉米膨化干料进行 超微粉碎，制得颗粒度为140目的玉米膨化超微粉，迅速分装为每袋600g，密 封备用；将重量为每袋600g玉米膨化超微粉放于2m/min传输带上，通过电子 加速器辐照室，被辐照物料厚度控制在3cm，辐照剂量控制在135kGy，获得辐 照玉米膨化超微粉，备用；将选用蒸馏水作为调浆用水，要求水温控制在95℃ 后，按照重量比1:10比例，将辐照玉米膨化超微粉与95℃蒸馏水混合于500mL 烧杯中，开启磁力搅拌器，温度控制在95℃，处理时间为6min，测定其粘度 值由1078.57Pa·s降低到5.89Pa·s。