玉米深加工成本结构（国内外玉米深加工现状及发展趋势）
玉米深加工成本结构（国内外玉米深加工现状及发展趋势）1．1 玉米淀粉1 国内外玉米深加工现状玉米营养丰富，其籽粒中含有 70％～75％ 的淀粉、10％ 的蛋白质， 4％～5％ 的脂肪和 2％ 的维生素。 黄玉米中还含有胡萝卜素， 其在人体内可转化为维生素A 。 每 100 g 玉米的热量为 1 527 kJ ，热量和脂肪的含量均高于大米和面粉。 玉米胚中含 36％～41％ 的油。我国的玉米消费可分为食用、饲料、工业及种子消费 4 种。 玉米是重要的工业原料，其深加工的产品系列很宽，产品有 500 种以上。 玉米初加工产品和副产品作为基础原料被进一步加工利用后，可应用于食品、化工、发酵、医药、纺织、造纸等工业生产。 由于玉米的用途已渗透到工农业的各个方面，因此提高其开发与综合利用水平，使大量的玉米物尽其用，加快玉米深加工工业发展具有良好的社会效益和经济效益。玉米深加工行业是以玉米为原料， 采用物理、化学方法和发酵工程等工艺技术对玉米进行深度加
摘要：玉米是高产粮食作物，也是重要工业原料。 以玉米为原料，采用物理、化学、发酵工程等工艺技术对其进行开发利用，具有重要的意义。 从玉米淀粉、淀粉糖、酒精、有机酸、赖氨酸、低聚木糖等方面介绍国内外玉米深加工业的现状，对未来玉米深加工发展趋势进行展望，提出酒精和乳酸具有较大发展潜力，而现代生物技术将成为决定玉米深加工业发展的关键技术。
关键词：玉米；深加工；淀粉；酒精；综述
中图分类号： S513 ； TS213．4 文献标识码： A 文章编号： 1674-1161(2010)09-0008-03
玉米是一种高产的粮食作物，在世界粮食生产中也占有重要地位。近年来，世界玉米的生产发展很快，这主要得益于杂交种的使用、品种更新和栽培技术的提高。
玉米营养丰富，其籽粒中含有 70％～75％ 的淀粉、10％ 的蛋白质， 4％～5％ 的脂肪和 2％ 的维生素。 黄玉米中还含有胡萝卜素， 其在人体内可转化为维生素A 。 每 100 g 玉米的热量为 1 527 kJ ，热量和脂肪的含量均高于大米和面粉。 玉米胚中含 36％～41％ 的油。
我国的玉米消费可分为食用、饲料、工业及种子消费 4 种。 玉米是重要的工业原料，其深加工的产品系列很宽，产品有 500 种以上。 玉米初加工产品和副产品作为基础原料被进一步加工利用后，可应用于食品、化工、发酵、医药、纺织、造纸等工业生产。 由于玉米的用途已渗透到工农业的各个方面，因此提高其开发与综合利用水平，使大量的玉米物尽其用，加快玉米深加工工业发展具有良好的社会效益和经济效益。
玉米深加工行业是以玉米为原料， 采用物理、化学方法和发酵工程等工艺技术对玉米进行深度加工的行业，已有 150 多 a 的历史。 经过一个多世纪的发展， 国外玉米深加工产品伴随技术的进步而不断丰富，由过去单纯的淀粉产品发展到淀粉糖、各种发酵产品、变性淀粉、玉米油和蛋白饲料等多门类的产品体系。
1 国内外玉米深加工现状
1．1 玉米淀粉
玉米淀粉是玉米加工业的主要产品，也是玉米深加工的中间产品。 除直接利用外，玉米淀粉还可加工成变性淀粉、玉米糖、乙醇等。 目前，我国以玉米淀粉为原料的加工产品有 100 多种， 被广泛用于食品、医药、化工、纺织、造纸等行业。
世界上 83％ 的淀粉是由玉米加工而成的。 近年来， 淀粉加工业的发展十分迅速， 平均年增加量在14％ 以上。 从发展趋势来看，玉米深加工的规模将继续扩大，生产技术也将尖端化，其产品趋于多样化。
1．2 玉米淀粉糖
与其他淀粉糖相比， 玉米淀粉糖具有成本低、副产品多、效益高等优点。 在美国，有 70％ 左右的玉米原淀粉被用作制糖原料，这使得每年仅用于生产糖类的玉米就达 3 300 多万 t ， 超过中国整个玉米加工业所用玉米。 据美国玉米精加工协会统计， 2008 年美国生产玉米淀粉糖所耗用的玉米为 1 491 万 t ， 主要产品包括高果糖浆（占 72％ ）、糊精、葡萄糖、山梨醇、木糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇等。美国可口可乐和百事可乐两大集团所用甜味剂分别有 100％ 和 55％ 是玉米淀粉糖。 近 20 a 来，美国生产淀粉和淀粉糖所耗用的玉米量不断增加，其中高果糖浆是增长幅度最大的淀粉糖产品。
国外的玉米淀粉糖除用于食品工业外，还应用于其他工业：在粘合剂中使用葡萄糖，可提高产品稳定性，控制流动性，防止结外皮；在砖瓦制造中，葡萄糖可防止干燥过程中水分移动， 从而减少破裂和变形；淀粉糖可作为改良剂和可塑剂用于树脂制造；葡萄糖可用作尿素和甲醛树脂的稳定剂；葡萄糖能够赋予树脂粘性，延长发生罐寿命；淀粉糖还可作为纸板粘合剂、金属减重剂和染料稀释剂。
1．3 玉米酒精
酒精是玉米发酵产品中发展最快的制品。用玉米发酵生产酒精具有原料充足、 副产品价值高等优点。
近几年， 美国的发酵酒精工业以每年 30％ 左右的速度增长， 现已成为世界上玉米酒精产量最大的国家，其产量约占全美酒精总产量的 95％ 。 同时，酒精也是美国玉米深加工的主导产品之一，其中燃料酒精是玉米加工业的一个重大成果典范。燃料酒精的生产和使用，给美国的经济、农业生产、贸易和人民生活带来了极大的益处。 据美国玉米精加工协会报告，美国生产燃料酒精所耗用的玉米约为 1 562 万 t ， 生产食用酒精所耗用的玉米约为 330 万 t 。 由于燃料酒精可替代汽油，因此，近 20 a 来，美国生产燃料酒精所耗用的玉米量始终处于增长状态，而饮料酒精的耗用玉米量则相对稳定。
1．4 有机酸类产品
玉米深加工得到的有机酸主要有柠檬酸、 L－ 乳酸和 L－ 苹果酸， 它们是食品添加剂工业中主要的酸味剂。 L－ 乳酸和 L－ 苹果酸因性能独特而成为最有潜力的新品种。 聚乳酸（ PLA ）塑料的问世，使 L－ 乳酸的应用扩大到化工、环保等领域。
1．4．1 柠檬酸 柠檬酸是一种重要的有机酸，主要用于食品工业。 20 世纪 90 年代起，世界的柠檬酸消费量猛增，其中美国的消费量最大，约为 26．40 万 t ；欧洲的消费量在 l8 万 ～20 万 t ；日本的消费量多年一直维持在 2．0 万 ～2．6 万 t 。 据不完全统计，全球的柠檬酸年需求量约为 92 万 t ， 而柠檬酸年生产量约为 91．5万 t ，供求基本持平。 据专业人士估计，发达国家如美国的柠檬酸年需求增长率为 3％～5％ ， 发展中国家高于这个水平。
1．4．2 L－ 乳酸 乳酸中仅有 L－ 乳酸可以被人体完全吸收。 传统上， L－ 乳酸主要用作食品酸味剂。 用玉米淀粉进行微生物发酵生产 L－ 乳酸， 具有生产成本低、原料来源广的特点，且玉米淀粉液化过滤的残渣是很好的饲料。 采用米根霉 L－A6 菌株直接以玉米粉作为碳源，配合不同氮源和发酵条件可生产 L－ 乳酸。最佳培养基组成为：
1 ） 18％ 玉米粉 ＋1．5％ 玉米浆 ＋ 适量无机盐；
2 ） 13％ 玉米粉 ＋1．0％ 玉米浆 ＋ 适量无机盐。这两种培养基在 34 ℃ 下振荡（ 125 r／min ）培养 72 h ，对葡萄糖的转化率分别为 75．4％ 和 92．2％ 。
当前，美国和西欧国家在软饮料生产中，有用 L－乳酸取代柠檬酸作为酸味剂的趋向； 在啤酒生产中，这些国家禁止用磷酸调节麦芽汁 pH 值， 而是改用L－ 乳酸。 L－ 乳酸未来的最大市场，将是聚乳酸（ PLA ）塑料制品的开发。 目前，世界乳酸的生产能力已超过10 万 t／a ，其中发酵法占 40％ ，化学合成法占 60％ 。
1．5 赖氨酸
玉米深加工产品中，氨基酸类的产品主要是味精（谷氨酸钠）和赖氨酸。 味精的主要生产国是中国，赖氨酸的主要生产国是美国和日本。
目前， 世界上 95％ 以上的赖氨酸都被用作饲料添加剂。 随着世界饲料工业的发展，赖氨酸的消费量逐年增加。 世界赖氨酸生产规模最大的是美国 ADM公司，其生产能力为 11．35 万 L／a ，约占全球赖氨酸总产量的 1／2 ；日本味之素公司的赖氨酸生产能力约 15万 t／a ； 日本协和发酵公司的赖氨酸年产量在 5 万 t以上。 以上 3 家公司的总生产能力约 32．35 万 t／a ，占世界总生产能力的 80％ ， 其产量占世界总产量的82％ 。
1．6 聚乳酸
聚乳酸是一种可以完全生物降解的塑料，可保护环境和减少“白色污染”，是未来的一个发展方向。 在美国，聚乳酸已被用作外科手术的缝合线。 据日本估计，在若干年内聚乳酸的年需要量将达到 300 万 t 。美国的聚乳酸年消费量为 2．05 万 t ，每年要从欧洲和日本进口，以弥补国内生产的不足。
1．7 低聚木糖
低聚糖热量低，抗龋齿，能促进人体肠道中有益的双歧杆菌增值，从而改善肠道微生态环境，调整人体生理功能，增强机体免疫力，预防疾病发生。国外将其作为一种功能性食品添加剂大规模生产，并广泛添加到糖果、饮料及各类保健营养液中，而我国相关的研究不多。研究表明，粉红单端孢霉、卷毛壳和黑曲霉能分解玉米芯产生低聚木糖， 发酵的最适条件为：基质含木糖醇提取物 5％ 、蛋白胨 0．1％ 、尿素 0．1％ ，温度为 32 ℃ ，摇床转速 180 r／min ，培养时间 48 h 。
1．8 膳食纤维
膳食纤维被世界誉为第七营养素。 目前，日本有20 多家制造食用纤维的公司； 美国的食用纤维制品已达 80 余种，年递增率达 31％～41％ 。
谷物纤维是食品纤维的良好来源，但由于它被淀粉包围，需将淀粉洗掉才能使纤维暴露出来。 淀粉的去除可用酸解法和酶解法。 我国较常用酸解法，酶解法（用枯草芽孢杆菌淀粉酶分解）则是新工艺。通过试验，确定酶解法的最佳反应条件为： 0．02 g 酶 ／50 g 原料， 60 ℃ ，作用时间 90 min 。
2 国外玉米加工业发展趋势
1 ） 深加工用玉米的比例将进一步提高。 目前，美国深加工用玉米的比例是 15％ ，预计到 2010 年将提高到 18％ 。
2 ） 在玉米深加工产品中， 有较大发展的是酒精和乳酸。 从深加工的主要产品来看，果葡糖的需求已趋于饱和；变性淀粉的品种和数量已趋于稳定，预计在今后一段时间里，只会随着造纸、纺织等工业的增长而缓慢增长； 柠檬酸在食品工业中的应用亦趋稳定，今后能否发展取决于它作为洗涤剂助剂与其他产品在技术经济方面的竞争力；赖氨酸和黄原胶的产量都不大， 而且其生产能力在近期内不会有大的发展。未来有较大发展的是燃料酒精和乳酸。
在未来 10 a 内， 美国的燃料酒精生产会增加 3倍，是未来玉米深加工产品中增加幅度最大的。 乳酸发展的关键是降低生产成本。美国已在研究改变乳酸发酵菌种，并采取发酵与分离同时进行的方法，有可能大大降低乳酸的生产成本，为聚乳酸的推广应用创造条件。 美国每年需用 400 万 t 的可生物降解塑料，如果用乳酸取代其中的 10％ ，每年就需要乳酸 40 万t ，其发展空间相当大。
3 ） 现代生物技术仍然是决定玉米深加工业未来发展的关键技术。玉米深加工业的新产品开发和市场开拓依然要依赖于现代生物技术，尤其是现代生物酶技术和基因工程技术，这方面的研究趋势是： ① 继续致力于新酶的研究，包括新的酶使环糊精产品在气味封存方面适应新市场；通过麦芽基酶同淀粉分枝结合生产高麦芽糖浆； 新的高效酶化过程生产葡萄糖酸；超葡萄糖苷酶生产具有功能和营养特性的 IMO 糖浆。 ② 寻找一种能将玉米纤维中的葡萄糖、木糖和阿拉伯糖转化为酒精的微生物，使玉米转化为酒精的转化率提高到 20％ 。 ③ 改进乳酸的发酵菌种和生产工艺，使乳酸的生产成本进一步降低。
3 结语
我国在玉米深加工和综合利用方面存在以下问题：转化率低；综合利用较差；种植品种单一，不适应加工转化发展的要求；加工业发展缓慢，产品种类少、档次低；精品畜牧业发展滞后，妨碍玉米的转化增值。玉米深加工在减轻环境污染、 增加农民收入、提高企业经济效益方面发挥着积极、有效的作用。因此，应充分利用这一优势资源，通过先进的生物化工技术和规范的管理手段，将玉米深加工和综合利用工程做大、做强。
参考文献
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