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玉米深加工研究报告

2020-02-24 05:42
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  1.1玉米深加工..................................................................................... 1.2玉米深加工产品介绍..................................................................... 1.3玉米深加工技术............................................................................. 国内外玉米深加工产业发展现状..........................................................15 2.1 国外玉米深加工发展现状........................................................... 15 2.2.国内玉米深加工发展现状............................................................ 17 国内外玉米深加工产品市场分析..........................................................22 3.1 国外玉米深加工生产及消费情况分析....................................... 22 3.2 中国玉米深加工产品供需分析................................................... 22 3.3 玉米深加工目标市场分析........................................................... 33 玉米深加工行业竞争分析......................................................................34 玉米深加工产业相关政策与法规..........................................................38 玉米深加工经济性..................................................................................42 吉林玉米深加工发展状况及面临问题..................................................43 概述1.1 玉米深加工 玉米在世界的粮食生产中占有相当重要的地位。目前,我国的玉米年产量位 于美国之后居世界第二位。玉米是我国三大主要粮食作物之一,用途广、产业链 长,不仅可以作为食品和饲料,还是一种重要的可再生的工业原料,在国家粮食 安全中占有重要的地位。 玉米全身都是宝,其在国外加工业中已达数千个品种,加工回收率高达98%。 以玉米为原料的加工业包括食品加工业、饲料加工业和深加工业等三个方面,其 中玉米深加工业是指以玉米初加工产品为原料或直接以玉米为原料,利用生物酶 制剂催化转化技术、微生物发酵技术等现代生物工程技术并辅以物理、化学方法, 进一步加工转化的工业。 经过深加工之后,玉米产品的附加值比卖玉米原粮增加效益3~100 倍以上。 随着消费者购买力的增强以及对自身健康的日益关注,作为健康食品概念的玉米 深加工产品市场容量将不断扩大。我国玉米深加工工业比较落后,80%以上的玉 米以原粮状态直接上市或者经过初级加工进入消费。与发达国家农产品增值程度 相比,我国的差距很大,这昭示着我国玉米深加工业有着巨大的发展空间,属于 朝阳行业。 1.2 玉米深加工产品介绍 目前世界上已开发玉米加工产品多达几十类、三千多个品种,初加工主要有 饲料和食品,深加工主要包括淀粉、淀粉糖、变性淀粉、酒精、酶制剂、调味品、 药用、化工等八大系列,其中淀粉、淀粉糖、变性淀粉和酒精四种产品约占这八 大系列产品总量95%以上。 国内外常规的玉米深加工,一般是先分离得到玉米淀粉,然后糖化制淀粉糖, 再进一步将糖用于发酵工业,或氢化制糖醇。深加工副产品除少数企业用胚芽榨 油外,一般都作为粗饲料直接销售,缺乏进一步深度加工。玉米深加工产品一般 分为以下几大类。 变性淀粉类:如糊精、淀粉、酸变性淀粉、氧化淀粉、交联淀粉、酷化淀粉、醚化淀粉、阳离子淀粉、抗性淀粉、淀粉基脂肪代用品、接枝淀粉及各种复 合变性淀粉等。 发酵制品类:如酵母、酒精、甘油、丙酮、丁醉、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸、味精、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、黄原胶、茁霉多糖、 环状糊精、酶制剂、单细胞蛋白、红曲色素、抗菌素等。 以上产品进一步深加工产品:如维生素C、淀粉降解塑料、乳酸钙、乳酸乙 酷、酵母提取物或各种食品添加剂等。 具体玉米深加工产品如图1.2.1 所示: 图1.2.1 玉米深加工产品结构图 下面介绍几种玉米深加工的主要产品: 1.2.1 变性淀粉 变性淀粉是天然淀粉经物理、化学或酶法处理而变性淀粉是天然淀粉经物 理、化学或酶法处理而具有新的性质的淀粉衍生物,也称改性淀粉。目前全世界 研制和开发变性淀粉达二千余种,工业化生产有几十种,年产量500 万吨左右。 由于变性淀粉改变天然淀粉某些不良特性,具有较好使用性能,因而在食品、造 纸、纺织、石油、化工、农林业、日用品等领域大量应用,其中在造纸工业用量最大。 我国上世纪 80 年代开始投入变性淀粉技术研究,目前虽已开发上百种变性 淀粉产品,但系列化程度还远远跟不上发达国家水平。2004 年全国变性淀粉产 量已达 53 万吨,根据中国淀粉工业协会“十五”行业规划,至 2010 100万吨。 麦芽糊精麦芽糊精,也称水溶性糊精或酶法糊精。是以淀粉为原料,经酶法工艺低程 度控制水解转化、提纯、干燥而成。1970 年,Veberbacher 对麦芽糊精作出如下 定义:以淀粉为原料,经控制水解DE 值在20%以下产品称为麦芽糊精,以区别 淀粉经热解反应生成糊精产品。美国将玉米淀粉为原料水解转化后,经喷雾干燥 而得碳水化合物产品取名为“麦特灵”(MALRIN),其系列产品 DE 5%到20%,其商品规格简称为MD50、MD100、MD150、MD200 多孔淀粉多孔淀粉是将天然生淀粉在低于淀粉糊化温度下经水解处理后,在其颗粒表 面形成小孔,并一直延伸到颗粒内部,是一种类似马蜂窝状中空颗粒,可填充各 种物质于其中,具有良好吸附性。因此,多孔淀粉是一种高科技新型有机吸附剂 和包埋材料,广泛应用于医药、农药、印刷、日用化工、化妆品、食品等行业。 抗性淀粉抗性淀粉也称为抗酶解淀粉,是指那些不被健康人体小肠消化吸收淀粉。抗 性淀粉生理功能与膳食纤维相似,但其膨化性能、口感、色泽等加工性能优于膳 食纤维。制备抗性淀粉采用的酶主要是α -淀粉酶和普鲁兰酶。 直链淀粉用异淀粉酶或普鲁兰酶处理淀粉乳能使支链淀粉支叉键水解掉,转变成直链 淀粉,有利于制成淀粉膜及其它用途。直链淀粉具有凝结成块,易形成结构稳定 凝胶特性,因此可作为食品强韧包装薄膜。这种薄膜对氧和油脂具有良好隔绝性, 又因涂布开展性好,故适于作为食品保护层。 1.2.2玉米淀粉 玉米籽粒含淀粉 75%,蛋白质 10.6%,脂肪 4.9%。玉米在淀粉生产中占有 重要位置,世界上大部分淀粉是用玉米生产,美国等一些国家则完全以玉米为原 料。近几年,我国淀粉市场发展迅速,2005 年我国玉米淀粉产量为 900 万吨, 居世界第二位,但人均消费淀粉只有 7.2 公斤,仅仅是美国人均消费淀粉 8%, 欧盟 32%。估计 2006 年我国年产玉米淀粉量约 1,050 万吨,增幅 16%以上。 国内玉米淀粉业快速发展主要归功于淀粉应用多样性,利用淀粉可生产淀粉糖甜 味剂、柠檬酸、味精、肌昔酸、葡萄糖、Vc、及药物青霉素和抗菌素等。 以淀粉为原料深加工产品按数量计,味精占首位其次是淀粉糖,主要是麦芽 糖和葡萄糖,果葡糖较少;第三位是变性淀粉;第四位是其它发酵制品,包括低 聚异麦芽糖、黄原胶、异维生素C 钠、乳酸、氨基酸等。 玉米淀粉工业化生产的副产品包括玉米胚玉米蛋白水(麸质水)、玉米浆及玉 米渣。这些产品若得到合理的利用,一般可收回玉米原料成的 50%~70%,原料 总利用率达99%,如果再这些副产品进一步深加工,经济价值将会更高。玉米胚 芽是玉米淀粉工业生产中重要的副品,对它的利用最多的就是生产玉米油,国际 上玉米油称为保健油。玉米胚芽油是一营养丰富的谷物油脂,组分中不饱和脂肪 酸80%以上,易于人体吸收,有良好的煎炸性和抗化性;另外,胚芽中的油脂出 后得到的胚芽饼,是营养价值较高的饲料,比米具有更好的适口性,蛋白质含量 10个百分左右,用其饲喂猪、鸡、牛等,具有良好的饲养果,胚芽饼还可以 用来提取磷脂。 玉米蛋白水经离心分离、脱水干燥可得玉米蛋白粉,用它可生产醇溶蛋白、 蛋白发泡粉、L-谷氨酸、玉米黄色素、食用玉米蛋白粉等食品配料。玉米蛋白粉 粗蛋白含量 20%~60%,还可用于猪、鸡等动物饲料,但其赖氨酸含量偏低,应 与赖氨酸含量高的饲料原料如豆粕、鱼粉和预混料等搭配使用。 从玉米糠皮、玉米渣中可提取玉米膳食纤维,其纤维含量高,可清除体内肠 道垃圾,一般用作食品增补剂,起到防止便秘,排毒等作用。玉米膳食纤维的开 发可使其提高数倍经济价值,具有较高的利用价值。 1.2.3淀粉糖 淀粉糖是淀粉经酶转化而制成,与其它淀粉糖相比,玉米淀粉糖具有成本低、 副产品多、效益高等优点。近几年,随着全球淀粉糖需求不断攀升,国内饮食习 惯转变,我国淀粉糖消费也出现大幅增长,淀粉糖成为发展最快淀粉深加工产业, 其中主要源于淀粉糖种类繁多,附加值较大。主要包括葡萄糖浆、葡麦糖浆、麦 芽糖浆、果葡糖浆、低聚异麦芽糖、低聚龙胆糖等。 2005 年我国淀粉糖有26 大类产品,生产能力达600 万吨,实际产量420 吨,同比增长21%,2006 年淀粉糖产量预计达 560 万吨左右。虽我国淀粉糖发 展较快,但与发达国家相比,还有差距。统计显示,美国淀粉糖产量占食糖总量 50%以上,年人均消费淀粉糖达 38kg,欧盟和日本淀粉糖消费量也占食糖总量 40%以上,而我国不足10%,年人均消费淀粉糖仅0.5kg。 1.2.4 糖醇类 糖醇是一种多元醇,因可用相应糖还原生成,所以称之糖醇。糖醇一般比蔗 糖有较高吸热性,入口有清凉感,结构中无游离羰基,不会产生美拉德反应。多 数糖醇在人体代谢第一步可不经胰岛素,不易被口腔链球菌所利用,具有良好口 感与甜味,热值很低,所以可作为蔗糖替代品,以降低肥胖症、心血管病发生率 以预防龋齿。醇类还有木糖醇、山梨醇、麦芽糖醇、甘露醇、赤藓糖醇、低聚异 麦芽糖醇、氢化淀粉水解物等产品。 例如:木糖醇是利用玉米芯为原料,经水解加氢制取一种多元醇。它是一种 易溶于水的白色粉晶状新糖料,其甜度与蔗糖相当,对于治疗糖尿病和肝炎等具 有一定疗效,木糖醇还有抑制口腔细菌,防止牙齿酸蚀和龋齿等作用。因此,木 糖醇在饮料、糖果、牙膏、医药等领域广泛应用。 目前,世界上只有俄罗斯、美国、日本、芬兰和意大利等少数工业发达国家 生产木糖醇,年产量约为5 万吨,其中俄罗斯产量2 万多吨,约占40%。我国木 糖醇年产量不足2000 吨,远远不能满足我国日益增长市场需求,目前产不足需, 市场缺口较大。随着木糖醇产品应用领域不断扩大,预计世界木糖醇市场年总需 求量将达到 10 万吨。与我国工业化生产其它品种多元醇,如合成甘油、季戊四 醇和山梨醇相比,木糖醇成本相对较低,市场竞争力强,极具开发价值。 1.2.5玉米酒精 玉米酒精是以玉米为原料制取酒精,酒精是食品工业饮料、酒类及化工产品 基本原料。近年来,由于石油能源危机,美国、巴西及我国已着手进行用酒精替 代部分汽油作燃料的研究和试验。研究表明,乙醇加入汽油后,不仅可起到节能 效果,且还具有良好环保效应,因此,乙醇汽油有望成为新的替代能源,成为市 场关注焦点。我国已将产业政策向酒精行业倾斜,大力支持和发展酒精产业,目 前已形成年产120 万吨玉米燃料酒精生产能力。 1.2.6 玉米油 玉米油是由玉米胚芽加工制得植物油脂。玉米胚芽脂肪含量一般在 17%~ 45%之间,约占玉米脂肪总含量80%以上,所以,玉米胚芽是一种很好的资源丰 富制油原料。玉米油是一种高品质食用植物油,含有 86%不饱和脂肪酸,其中 56%是亚油酸,亚油酸是人体必需脂肪酸,是构成人体细胞组成部分,具有防治 动脉粥样硬化等心血管疾病功效。玉米油含有丰富维生素E,对抗氧化、延缓衰 老有一定作用。 玉米油在西方发达国家已成为家庭消费主流油种,但在我国还是一个年轻油 种,目前全国玉米油年生产总量在 45 万吨左右。随着人们对玉米油优点认同, 玉米油在2007 年消费量将会提升到70 万吨左右,玉米油将成为未来食用油市场 不可替代一部分。 1.2.7 氨基酸类 柠檬酸柠檬酸为无色、无臭、半透明结晶或白色粉末,带有水果酸气味。柠檬酸是 食品加工业重要食品添加剂,也广泛应用于医药、染料及其它工业。以玉米为原 料,用微生物发酵方法制取柠檬酸,是柠檬酸生产主要途径。我国是全球最大柠 檬酸生产国和出口国,目前,国内柠檬酸产能约70 万吨,柠檬酸产量80%用于 出口,占全球柠檬酸贸易总量60%以上。 氨基酸是构成蛋白质基本单位,除蛋氨酸和甘氨酸外,其它氨基酸基本上都可采用发酵技术生产。氨基酸主要用途作为调味品、食品添加剂、饲料添加剂, 及应用于药用和保健品、化妆品中。谷氨酸和赖氨酸是产量最大两种氨基酸,目 前全球谷氨酸年产量已超过200 万吨,赖氨酸年产量超过 80 万吨。谷氨酸主要 用作调味品,用以改善食品风味赖氨酸主要用作饲料添加剂,用以促进动物生长 发育,降低饲养成本。 聚乳酸“玉米塑料”是生物降解塑料,其成分为聚乳酸(PLA),由玉米淀粉发酵产 生乳酸,再经化学合成方法而制得,其具有生物互容性、生物降解性,可广泛应 用于医疗、药学、农业、包装、服装等领域,以替代传统材料。例如,在美国, 聚乳酸已被用作外科手术缝合线。“玉米塑料”废弃后,可在堆肥条件下被微生 物分解为二氧化碳和水,它既解决塑料带来白色污染问题,又节省不可再生石油 资源,是世界公认环保、可持续发展材料。 1.3 玉米深加工技术 玉米深加工技术大致可分为两类:一是湿法加工,其主产品有淀粉、乙醇和 高果糖浆,而副产品有玉米油、玉米蛋白饲料、谷朊粉和二氧化碳。二是干法加 工,其主产品为乙醇(饮用乙醇、和燃料乙醇),副产品为饲料DDGS 和二氧化碳。 1.3.1 湿法加工技术 湿法加工尽管有产品附加值较高、产品种类较多,因而能根据市场供求情况 而及时调整生产计划等优点,但其流程相当复杂,建厂的投资费用颇高,玉米的 浸渍时间很长,水的处理量大(通常以蒸发器浓缩),因而是耗能的大用户。 湿法加工技术的新趋势主要涉及加酶湿法加工和膜分离技术的应用。玉米浸 渍过程的耗资量(投资和能耗)高达湿法加工过程的 1/5。其原因是:现有的浸渍 时间长达 30 小时;浸渍时又需加入二氧化硫,这为后序工段带来麻烦。已对湿 法加工方法提出多种改进方案,其中有前景者首推加酶湿法加工法。其具体过程 如下: 玉米粒用水进行短暂浸泡以使胚芽完全水合而变软,在紧接着的玉米粗磨阶段胚芽不会断裂。 玉米粗浆加酶培养。以后的流程与传统方法相同。此法消除了酶渗透进入胚乳的扩散障碍,并与蛋白质发生反应,故浸渍时间仅为传统方法的30%或甚 至更短。加酶湿法加工的优点为:浸渍时间短,故投资小,耗能低;用水量 大大减少;酶可反复使用。 目前加酶湿法加工的主要问题是酶价太高。但随着生物技术的进展,酶价问 题将在几年内解决,因而加酶湿法加工技术的工业化亦已不再是遥不可及的事 在传统湿法加工中,玉米浸渍水的分离和利用存在较大问题:浸渍水在蒸发器浓缩,浓缩物经干燥并入玉米蛋白饲料(一种价格低廉的副产品);大量水蒸发 的耗能极大;浸渍水所含的长链蛋白质和糖常常会污染蒸发器,故维修费用颇高。 膜分离技术的应用,为浸渍水的分离和利用打开了新的途径。浸渍水的膜分 离一般遵循两种路线: 用无机膜分离浸渍水。截留物包含长链蛋白质,干燥后并入谷朊粉(一种价格为玉米蛋白饲料四倍的副产品)。透过液在蒸发器浓缩,在此很少发生污染。 透过液亦可经消毒而直接进入发酵工段。 浸渍水在进入蒸发器前,先用反渗透膜除去57%的水,由此大大降低蒸发所需的能耗。蒸发浓缩物经干燥后并入玉米蛋白饲料。 在传统湿法加工中,谷蛋白的浓缩采用离心机,从而导致谷蛋白的大量流失。 用膜分离取代离心机之后,能截留全部不溶性的谷蛋白和部分可溶性蛋白质,由 此而使谷朊粉的产量大增,而透过液则可用来洗涤纤维和胚芽。 玉米淀粉水解液(玉米糖浆)传统的澄清方法采用真空回转过滤器,尽管此法 的投资费用较低,但却涉及助滤剂的分离、填埋和其他处理问题,从而大大提高 了操作成本。另外,由于玉米糖浆经膜分离,消除了蛋白质和其他非糖物质,因 此还会降低后序单元活性炭的消耗量并延长离交树脂的使用寿命。 在改性淀粉的生产过程中,总涉及化学品的分离问题。传统的分离方法会损 失5%~8%的淀粉,而膜分离法却无淀粉损失,同时还省却了清除工艺水中残存 淀粉的费用。 1.3.2 干法加工技术 在20世纪90 年代,我国通过技术引进,在玉米主产地辽宁、吉林等省兴建 了一批代表当时世界先进水平的玉米干法加工厂,主要采用水汽调节的半湿法联 产加工工艺,生产的产品种类多、质量优。这次引进使我国的玉米干法加工技术 有了质的飞跃。随后我国自行开发出全干法生产玉米粉工艺和玉米提胚制粉工 艺,但由于下游产品开发力度不够,需求量过小,导致供远大于求,这些厂先后 因市场问题和经营不善停产,生产相关设备的粮食机械厂也随之转行。 目前国内玉米干法加工工艺大体分为两类,一类是提胚制粉工艺,主要用于 生产食品级玉米粉,另一类是干法脱胚工艺,主要用于生产燃料酒精。现有的生 产食品级玉米粉的玉米干法加工厂大多是私营企业,日处理量50t,少数达100t。 采用的工艺是省略了着水调质的玉米提胚制粉工艺,流程1.3.1 所示: 图1.3.1 干法加工工艺流程 省去着水调质的目的是为了省略后续的烘干设备。该工艺要求原粮水分基本 控制在14%~15%,为自然晾干或陈化的角质率高的玉米,这样可减少筛理步骤; 脱皮工段选用三道立式金刚砂脱皮机或是两道卧式金刚砂脱皮机;破糁脱胚机采 用双辊卧式破糁脱胚机,提胚机使用国内产品;筛理部分采用双仓平筛,处理量 大时使用高方平筛;研磨采用国产气压磨粉机。 工艺效果来看,产品质量好,糁和粉的油脂含量和纤维含量都小于1%,但 因省去了前道脱皮与脱胚时的筛理,易造成提胚机及其他部位的下脚料中存在大 量玉米糁,导致总得率仅为52%,浪费严重。 从企业效益来看,采用简易的提胚制粉工艺完全可以满足私营业主的要求。 例如,日处理50t 的加工厂投资仅50 年内就能收回成本。目前产品品种包含大、中、小糁,中、小糁销路好,主要用于制作玉米粥和 膨化食品。 对于生产用于燃料酒精的玉米干法加工厂,脱胚车间采用半湿法联产工艺, 并简化了筛理工段,最终产品是既含胚乳又含皮的混合物,且由于处理量大,相 应所得胚芽量也比较大,加上玉米胚芽油有较高的副价值,企业更关心胚芽的提 10 取率和纯度。目前采用干法提胚加工生产燃料酒精的仅黑龙江肇东华润燃料酒精 有限公司。 总体看来,国内玉米干法加工技术水平仍停滞在20 世纪90 年代的水平,下 游产品的需求量不大,国内还没有用于生产食品级玉米粉的半湿法联产加工生产 国外玉米干法加工概况非洲大部分地区及拉丁美洲地区的居民多以玉米干法加工的产品为主食;在 欧洲和非洲,很多的啤酒厂用玉米糁作为糖浆原料;美国是世界上最早发展燃料 酒精的国家,为世界第二大燃料酒精生产国,2004 年产量达到 160 L,其中大部分都采用干法。 国外的玉米干法加工厂大都采用世界著名粮机制造商生产的脱胚机及相关 辅助设备,以下简单介绍一些具有代表性的设备与工艺。 瑞士布勒公司瑞士布勒公司最早开发的脱胚机为MHXG 两种型号,其中 型为脱皮机,B型为破糁脱胚机,随后又推出了新的 MHX 型。MHXK 型与MHXG 型结构上有很大不同,它集脱皮与破糁脱胚于一体,对应这两种脱 胚机的工艺是玉米联产工艺:玉米清理后,经水汽调节,润玉米,二次着水,脱 皮脱胚,分级,提胚,研磨,筛理等,提胚主要通过重力式提胚机,还有一部分 使用高方筛。这种工艺能够同时生产出多种粒径的产品,副产品需要烘干。 2002 年布勒公司又推出了最新的玉米脱胚机 MHXL,该机与以往的脱胚机 无论是外观还是内部结构都有明显不同,与其相应的工艺最大的特点是副产品无 需干燥,部分产品无需二次着水,无需蒸汽调质。布勒公司的提胚机集重力式提 胚机与清粉机的功能于一体,主要用于生产高质量的玉米粉产品,如用作啤酒糖 浆的玉米粉(要求脂肪含量与纤维素含量都小于1%)。由于MHXL 可以应用到各 种不同产品的工艺中,因此工艺随着产品的不同而不同,其中用于生产高质量的 食用玉米粉的生产工艺可以大为简化,只需使用高方筛提胚,道道制粉,道道提 胚。流程如下: 11 图1.3.2 布勒公司玉米脱胚机MHXL 加工流程 图1.3.3 瑞士Buhler 公司MHXL 型玉米脱胚机 意大利奥克里姆公司意大利奥克里姆公司是最早研究玉米干法加工技术的公司,其设备与技术是 世界一流的。但由于意大利奥克里姆公司于 2000 年撤出中国后,我们对他们的 认识还局限在上个世纪 90 年代该公司来中国推广玉米干法加工技术的时候。已 获得的信息显示,奥克里姆公司的脱胚机为DGC 型锥形脱胚机、DGF 型撞击脱 DGS型星型脱胚机。因采用的工艺路线是玉米加工全过程,该公司开发 了许多新的后续设备如新型的烘干机,辊式压片机等。奥克里姆公司玉米干法工 艺特点是对于不同的产品,采用不同类型的脱胚机和工艺,最新技术是使用气流 分级风选器TRC 来替代原有的提胚机。 12 图1.3.4 奥克里姆公司DGC 型锥形脱胚机 图1.3.5 DGF 型撞击脱胚机 图1.3.6 DGS 日本佐竹公司佐竹公司推出的VBF 型玉米脱胚机是立式的,配合新型的SHD 着水调质机 和KB 型抛光机,能生产出高质量的玉米产品。 干法加工装置的投资小,但副产品的价值低。干法加工早期的主要产品是饮 用酒。饮用酒注重特色,香味或品牌,其销售价格极高,因而对副产品的价值、 生产过程能耗和转化率等很少苛求。但目前干法加工的重点已转向燃料乙醇的生 产。燃料乙醇因受汽油制约其价格远较饮用酒为低,以至于很难抵消原料费用(约 占生产成本的 60%)和生产过程的费用。此类企业若无政府对燃料乙醇生产的津 贴和税收优惠则很难生存下去。 图1.3.6 日本Satake 公司VBF 型玉米脱胚机 对于不同的玉米产品,佐竹公司有着不同的相关工艺,主要是玉米联产工艺。 据世界谷物报道,截至2003 年全世界有80 套玉米干法加工线采用的是日本佐竹 公司的玉米脱胚机,主要集中在南非和拉丁美洲。 美国Beall公司 美国Beall 脱胚机是美国玉米干法加工的代表,广泛应用于美国国内,该脱 胚机类似于奥克里姆公司的锥形脱胚机,结构简单,单机产量较低,要求玉米的 着水量大,入机水分一般在20%~22%,副产品需要烘干。 通过分级、提胚、碾磨、筛理等工序,能生产出各种粒径的玉米产品,其相 应工艺流程如下。 14 图1.3.7 beall 公司玉米干法加工工艺流程 干法加工新趋势世界上燃料乙醇的生产主要使用干法加工技术。但是,鉴于如下的各种原因, 自20 世纪90 年代以来,干法加工技术已裹足不前,从而影响到燃料乙醇规划的 实施:干法加工中,原料成本约占总成本的60%,但干法加工的业者却无力控制 原料价格。随着加工技术的改进,每吨产品的能耗已经降得很低,似乎已无进一 步改进的余地。高附加值副产品的开发和被市场接纳被认为是干法加工的惟一出 路,但这一过程(特别是功能性食品)常常是既费时,又是代价昂贵的痛苦过程。 10 多年来,已提出了一系列的改进方法: 改良干法(Quick-Germprocess)玉米粒经短暂浸泡(3~12小时)、粗 磨、分离出胚芽和纤维、细磨,再经蒸煮等与干法相同的一系列步骤。 与干法相比,此法能取得胚芽(玉米油)和纤维等副产物。 萃取发酵法(ExtractiveFermentation)乙醇的生成和回收在同一容器 内完成,能提高原料转化率。 序列萃取法(SequentialExtractionprocess)以含水乙醇从粉碎的玉 米中萃取出玉米油,然后再萃取出蛋白质,与此同时,玉米从乙醇中吸 收水分,并生成燃料乙醇。以氢氧化钙溶液从淀粉-纤维混合物中提取 纤维而生成一种阿拉伯树胶的替代品。 发酵-渗透汽化膜耦合技术此法能提高原料转化率和降低能耗。但是,以上改进方法,由于种种原因迄今未见有工业化的报道。在以上的改 15 进方法中,除改良干法和序列萃取法以外,均未涉及高附加值副产物的生产,因 此其效果相当有限,更不必奢望突破性的进展。 国内外玉米深加工产业发展现状就玉米利用而言,大体经历了作为人类口粮、牲畜饲料和工业生产原料的三 个阶段。口粮消费占玉米总消费的比重大约在5%左右,但是随着时代的发展, 这个比例有逐步降低的趋势。饲料消费是玉米最重要的消费渠道,约占消费总量 70左右。作为工业原料使用也是玉米消费的主要渠道。玉米不仅是“饲料之 王”,而且还是粮食作物中用途最广,可开发产品最多,用量最大的工业原料。 以玉米为原料生产淀粉,可得到化学成份最佳,成本最低的产品,附加值超过玉 米原值几十倍,广泛用于造纸、食品、纺织、医药等行业。以玉米淀粉为原料生 产的酒精是一种清洁的“绿色”燃料,有可能在21 世纪取代传统燃料而被广泛 使用。 2.1 国外玉米深加工发展现状 世界玉米加工工业在近几十年发展迅速,是玉米增值的重要方式。发达国家 的玉米加工企业一般规模较大,所以他们拥有品种繁多的产品系列。在国外以玉 米为原料生产的产品已达3000 多个品种,加工回收率高达98%。主要有饲料、 淀粉、淀粉糖、酒精、玉米油、淀粉塑料、玉米食品及其它深加工产品。应用在 养殖、化工、医药、造纸、食品、燃料等诸多领域上。玉米是强大的再生资源, 产量极高,且用其加工产品的成本较低。 2.1.1 美国玉米深加工的发展现状 美国年产玉米 2.5 t,居世界第一,是美国最大的农作物,也是世界上玉米深加工最发达的国家,对美国经济有着重大的影响。早在 1848 年就成立了面 向国际市场的玉米加工厂——奥斯威沟淀粉厂。目前美国年加工玉米超过 4000 t,占玉米产量的15%以上,其余大部分是饲料,其次是出口,年出口量 4000-6000 t,玉米加工业在美国是支柱产业之一,美国政府在政策上给予很16 大的扶持。美国的玉米单价,过去一直在 80 美元/t,出口有竞争力。1999 t,相当于我国每年从东北地区调入关内各省区1000 在玉米深加工技术方面,现代生物技术和电子智能技术等一系列高新技术已广泛应用在该行业中,使美国、欧洲等国家玉米深加工企业规模不断扩大,产品 品种不断增加,收益率不断提高,成本日趋下降。伴随着随着谷物化学、微生物 学、酶学等科学的发展,今天美国玉米产品已有3500 多个品种,除了我们所熟 知的饲料外,其主要产品如下: 淀粉:世界淀粉83%是由玉米加工而成,美国的比例几乎是100%。在美国 大部分玉米都在果葡糖浆、酒精厂中用湿磨法加工成淀粉使用,淀粉原粉很少作 为商品直接出售。美国是世界变性淀粉最大的生产国,年产约200 万吨,主要用 于造纸。 糖类:美国淀粉糖包括山梨醇、木糖醇、甘露糖醇、淀粉水解产物氢化和麦 芽糖醇等,其中一些品种可防龋齿,是美国主要的食用糖类。在美国,可口可乐 和百事可乐两大集团所用甜味剂100%和55%用此类糖。 有机酸:在过去的 15 年里开发出多种发酵工艺用于经济地生产赖氨酸、苏 氨酸和色氨酸作为饲料添加剂,用于全球猪和家禽的饲养。 酒精:70 年代的石油危机引发了把酒精作为汽油添加剂的研究。当前的实 验表明酒精作为汽油添加剂可以提供更加清洁的燃料,美国规定汽车燃料中必须 加入10%的工业酒精。 玉米油:在国际市场上价格高于花生油,玉米油的经济效益很大,精炼玉米 油国际市场价每吨700 美元,是玉米原粮价格的7 倍。玉米油的国际市场逐年稳 步增长。 环糊精:该产品做香味胶囊是美国最通用的做法。 2.1.2 世界玉米深加工的发展趋势 目前世界上发达国家玉米深加工产业发展动态有如下几个方面。 一是用生物可再生资源替代石化资源的资源战略大转移渐露端倪。玉米加工 产品向有机化学产品和高分子材料领域推进,一个全球性的产业革命正在朝着以 17 碳水化合物为基础迅速发展,这是可持续发展的一个重要趋势。正在开发的多聚 乳酸、多聚氨基酸、多羟基烷酸以及各种功能寡糖等可视为这个碳水化合物经济 时代来临的前奏。到2020 年,预计将有50%的有机化学品和材料产自生物质原 二是玉米深加工产品市场空间不断拓展。国外除了继续拓展玉米加工产品。特别是淀粉及其深加工产品在传统领域的应用,更注重开发和开拓以下三个领域 的产品和市场。建筑产品中的增稠剂、粘合剂、喷涂剂;铸造和陶瓷中的脱膜剂、 防裂剂;日用化工中的填充剂、粘合剂等,并向高档产品,如高档医药生化产品、 功能性食品及添加剂、精细化工产品及用化学方法或很难生产的产品(微生物多 糖、工业酶制剂、表面活性剂、高分子材料等)方向发展。 三是技术创新推动玉米加工不断向精深发展。从玉米加工业态势看,未来的 玉米深加工技术将是生物转化技术和化学裂解技术的组合,包括改进的木质纤维 素分级和预处理方法、可再生原料转化的反应器优化设计和合成、生物催化剂及 催化工业的改进。如美国继续致力于新酶的研究,以加快淀粉糖类精深加工产品 的开发;同时致力于新发酶菌种的研发,以提高酒精转化率20%,使乳酸的生产 成本进一步降低。 2.2.国内玉米深加工发展现状 我国通过玉米加工的食品目前只有130 多种。玉米的加工既是农业生产的延 伸和深化,又是工业加工的上游产业。 国内玉米深加工产品主要淀粉、淀粉糖、变性淀粉、酒精、味精、柠檬酸和 燃料乙醇等。玉米深加工副产品玉米胚芽、玉米皮、玉米蛋白、玉米浆等。 18 2003-2008 年玉米深加工消费情况进行统计如下。 表2.2.1 2003 至2008 玉米深加工消费情况统计 年份 玉米深加工消费 玉米当年产量 比例(%) 2003 1650 12500 13.2 2004 2000 13000 15.4 2005 2650 13200 22.1 2006 3189 14200 22.5 2007 3600 14600 24.7 2008 3800 15600 24.7 08年来看,玉米深加工增涨势头有所减缓,玉米深加工消费占玉米产量 的比例首次下降,但深加工消费的整体数量仍旧较07 年有所增加。 虽然我国玉米深加工产业发展迅速,但是由于技术等原因,我国玉米深加工 副产品利用情况不佳。 通常我国玉米的主要成分见表2.2.2 表2.2.2 我国玉米主要组成部分 组分 淀粉 蛋白质 脂肪 矿物质 纤维及半纤维 其他糖类 含量,% 68-70 8-10 4-5 1-1.5 7-10 1.5-2.5 从玉米深加工目前现状来看,玉米深加工副产品主要用于饲料工业或以废液 形式被排放掉,玉米资源仅利用了 70%的玉米淀粉,还有 30%的非淀粉部分没 有得到充分利用,不仅造成极大的浪费,还污染了环境。 2.2.1 中国玉米深加工规模 近年来,我国玉米加工转化能力增长迅速,年增长速度在20%左右。特别是 在吉林、黑龙江、辽宁和山东等玉米主产区,玉米深加工行业发展迅速。原有的 玉米深加工企业规模不断扩大,新建和拟建的深加工企业不断涌现。 我国的玉米深加工企业主要分布在产区,以山东和吉林最多。据统计,2007 年山东省的玉米深加工企业玉米转化能力达到1500 万t,实际转化玉米超过1000 t。吉林省的玉米深加工企业加工能力超过1200 t,实际转化玉米850 左右。两省不但有众多的中小玉米加工企业,而且都有几家年加工能力超过10019 的企业。从其他省份来看,黑龙江省玉米深加工企业近年来发展迅速,其玉米加工能力约为 650 t,实际年转化玉米在450 左右。辽宁省的玉米深加工企业发展较晚,上规模的不多,全省年玉米加工能力在320 左右,实际转化玉米在200 左右,实际转化玉米在250 左右,实际装化玉米量在300 左右,实际加工能力在200 左右。主产区之外的其他地区的深加工企业较少,加工能力有限。 据黑龙江省农委统计,截止 06 年黑龙江省已建成各类玉米加工企业 1326 家,年玉米加工能力1417 万吨,实际加工量在650 万吨以上。其中,省级以上 玉米加工龙头企业有12 家,加工能力258 万吨。正在建设的较大玉米加工企业 家,加工能力245万吨。12 家全省玉米加工龙头企业,大部分分布在绥化、 大庆、牡丹江和齐齐哈尔等地。2001 年吉林省玉米深加工能力为280 万吨,2005 年已达到600 万吨左右,4 年的时间扩大了一倍多。吉林省玉米加工企业有580 家左右,总加工能力达850 万吨。长春大成公司有240 万吨产能(长春60 万吨淀 120万吨淀粉糖、锦州 60 万吨淀粉),公主岭黄龙公司有 60 万吨 产能,松原赛力事达有 30 万吨产能,华润生化 30 万吨产能,吉安生化酒精 55 万吨产能,吉林燃料乙醇160 万吨能。辽宁省基本上是500 多家左右,但其加工 量比较低,在200 万吨左右。玉米深加工企业15 家左右,大型企业只有3家, 正在筹建厂的企业有2 家,目前年加工能力只有150 万吨,辽宁每年的玉米调出 量在300 万吨左右。山东省加工能力也相当大。山东省年玉米深加工能力近2000 万吨。 2.2.2 中国玉米深加工发展现状 我国玉米深加工业的发展是从90 年代初期开始的,2000 年之后,伴随着国 际市场上以石油为代表的国际能源价格的飞速上涨,在世界范围内出现了寻求替 代能源的热潮,刺激了我国玉米深加工业的飞速发展,加工能力不断提高,其消 耗玉米量也呈现出了快速增长的势头。 “十五”期间我国玉米消费量从2000 年的1.12 亿吨增长到2005 年的1.27 20吨,年均增长 2.5%。2006 年国内玉米消费量(不含出口)为 1.34 亿吨,比 2005 年增长5.5%;其中,饲用消费8400 万吨,占国内玉米消费总量的64.2%,比重 呈下降趋势;深加工消耗玉米 3589 万吨,占消费总量的 26.8%,比重呈增长趋 势;种用和食用消费相对稳定。特别需要注意的是,近两年来随着化石能源在全 球范围内的供应趋紧,以玉米淀粉、乙醇及其衍生产品为代表的玉米深加工业发 展迅速,成为农产品加工业中发展最快的行业之一,并表现出如下特点: 深加工消耗玉米量快速增长。2006年深加工业消耗玉米数量比 2003 1650万吨增加了1839 万吨,累计增幅117.5%,年均增幅高达29.6%。 企业规模不断提高。玉米加工企业通过新建、兼并和重组等方式,提高了产业集中程度,出现了一批驰名中外的大型和特大型加工企业,拥有玉米综合 加工能力且在多元醇加工领域拥有核心技术的大型企业。 产品结构进一步优化。玉米加工产品逐渐由传统的初级产品淀粉、酒精向精深加工扩展,氨基酸、有机酸、多元醇、淀粉糖和酶制剂等产品所占比重不 断扩大,产业链不断延长,资源利用效率不断提高。 产业布局向原料产地转移的趋势明显。2006年,东北三省、内蒙古、山东、 河北、河南和安徽等 个玉米产区深加工消耗玉米量合计2965 万吨,占全 国深加工玉米消耗总量的82.6%。2006 年玉米为原料的深加工主要产品及玉 米消耗情况见下表。 表2.2.3 2006 年玉米为原料的深加工主要产品及玉米消耗 行业 产品 产量 玉米消耗量 淀粉加工产品 发酵制品 460 1069 淀粉糖 500 850 多元醇 70 120 变性淀粉 70 120 其他医药、化工产品等 150 酒精 食用酒精 174 560 工业酒精 142 448 燃料乙醇 85 272 合计 3598 21 对种植业结构调整和农民增收的带动作用日益增强,玉米种植面积保持稳定增长。以玉米深加工转化为主导的农产品加工业已发展成为玉米主产省区的 支柱产业和新的经济增长点,有效缓解了农民卖粮难问题,促进了农民增收。 2.2.3 中国玉米深加工存在问题 虽然近年来发展较快,但与美国相比仍存在加工规模小、加工企业分散、深 加工产业链条短,外销的产品大多是原料,玉米增值幅度小,从而压低了玉米的 价格和消费量。目前,我国玉米深加工业的加工深度不够,综合利用度低,产品 结构有待调整,但有一些产品市场前景很好,如能形成规模经济,必将带来可观 收益,带动整个玉米产业的发展。 目前我国玉米深加工产业存在的问题表现在: 一是玉米深加工产能扩张过快,增长幅度超过玉米产量增长水平。“十五”

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