トウモロコシの湿式製粉

トウモロコシの湿式製粉は、トウモロコシの粒をコーン油、タンパク質、コーンスターチ、繊維などの構成部分に分解するプロセスです。水と一連の手順を使用して、さまざまな製品に使用する部分を分離します。^[1]

トウモロコシ湿式製粉産業は、150年以上にわたってアメリカの製造業の主要部分を占めてきました。トウモロコシ精製業者は、トウモロコシの粒を構成成分に分離してさまざまな付加価値製品を生産するプロセスを確立しました。 油、タンパク質、デンプン、繊維などの4つの主要成分は、トウモロコシ湿式製粉プロセスから得られる主な製品です。トウモロコシ精製会社のグループが順調に成長した1913年に、トウモロコシ製品製造業者協会が設立されました。^[2]

トウモロコシの湿式製粉は、トウモロコシの穀粒の成分を抽出して高度に精製された製品を製造するプロセスです。このプロセスで得られる製品のほとんどは貴重であり、主に食品業界で必要とされています。このプロセスを通じて、トウモロコシのあらゆる部分が高品質の原料を生産するのに役立ちます。このプロセスの特徴は、主に重量とサイズによる成分の物理的な分離に基づいています。湿式プロセスであるため水が必要であり、洗浄段階で分離/キャリア剤として機能します。したがって、このプロセスは資本コストが高いと考えられます。^[3]このプロセスで使用される唯一の化学物質は、浸漬プロセスで使用される水性 二酸化硫黄溶液です。トウモロコシをこの溶液に浸して穀粒を柔らかくし、胚芽の油が他の製品を汚染しないようにし、分離しやすくします。^[要出典]

米国農務省の基準によると、グレード5 ^{[さらなる説明が必要] の}トウモロコシは通常、湿式製粉に使用されます。^[4]収穫されたトウモロコシは製粉する前に洗浄する必要があります。適切なふるい番号のドッケージテスターを使用して、必要な穀物以外の粒子（穂軸の破片、異物、金属片、葉、汚れなど）を除去し、含まれるドッケージの割合を計算できます。^[5]次に、洗浄されたトウモロコシは、NIR分光計を使用してその組成を分析します。アイオワ州立大学作物利用研究センターで行われたイエローデントコーンの組成分析は、下の表に記録されています。^[要出典]

この工程では、トウモロコシを水和させて、胚芽を製粉に耐えられる状態にしたまま、デンプン粒をタンパク質マトリックスから緩めます。この工程により、胚芽の密度が低下し、穀粒が柔らかくなるため、製粉が容易になります。二酸化硫黄や乳酸などの化学物質も水に加えられます。乳酸は胚乳タンパク質マトリックスを分解し、デンプンの分離を促します。また、pH を下げて微生物の増殖を防ぎます。SO2 はジスルフィド結合と反応してマトリックスを弱め、デンプン粒がきれいに分離できるようにします。また、抗菌剤としても機能します。浸漬の最後には、タンパク質マトリックスが弱まり、胚乳タンパク質が可溶化され、一部の可溶性固形物が浸漬水に拡散します。洗浄されたトウモロコシは、乳酸と二酸化硫黄を含む 125～130˚F の水を入れた大きなタンクで 40 時間近く浸漬されます。その後、浸漬水は適切なサイズのメッシュスクリーンを使用して排水され、多重効果蒸発器を使用して濃縮されます。^{[4]濃縮浸漬水の用途：この抽出物はタンパク質が豊富で、}酵素や抗体を 生成するための発酵用の栄養培地として使用できます。また、動物の飼料にも使用されます。^[要出典]

プロセスステップが示唆するように、このステップでは胚芽がトウモロコシの他の部分から分離されます。最終製品への油の混入を防ぐために、胚芽を可能な限り無傷で回収する必要があります。ディスクミルなどのアトリションミルを使用して、柔らかくなったトウモロコシの粒を粗く粉砕します。粉砕は遅く、粉砕に使用する要素は胚芽を無傷で除去できるように鈍いものです。粉砕された材料に水を加えると、浸軟した粒と胚芽全体の濃厚なスラリーが作られます。 ^[4]胚芽には40〜50％の粗油分が含まれているため、他の粒子よりも密度が低く、その結果、胚芽が混合物に浮かびます。次に、混合物は、オーバーフローとアンダーフローを備えた胚芽ハイドロサイクロンを通過します。オーバーフローは主に胚芽と水で構成され、アンダーフローには繊維、デンプン、タンパク質、水が含まれます。1回の通過では100％の分離は達成できないため、オーバーフローはハイドロサイクロンを複数回通過します。分離された胚芽は洗浄、乾燥され、胚芽プレスに通されて油が抽出されます。溶媒抽出も代替として使用できます。油抽出後に残った固体粒子は胚芽粉と呼ばれ、さらに乾燥されます。^[要出典]

胚芽油はアミノ酸の優れた供給源であり、動物用飼料配合における微量成分のキャリアです。精製されたコーン油はサラダ油や調理油として使用できます。また、コーン油マーガリンの製造にも使用されます。^{[引用が必要]}

繊維、タンパク質、デンプンからなるハイドロサイクロンからのアンダーフローは、複数の粉砕機と加圧供給スクリーンを使用して細かく粉砕され、ふるいにかけられます。スクリーンは、混合物から繊維を分離するために使用されます。粗い繊維と細かい繊維を除去するために、さまざまなスクリーンサイズが使用されます。ウェッジバーまたはプロファイルバースクリーンが使用されます。デンプンとタンパク質はスクリーンを通過して収集されますが、繊維はスクリーン上に残り、コーングルテンフィードと呼ばれます。分離の原理は、サイズの違いです。コーングルテンフィードには、約21％のタンパク質、1％の脂肪、10％の繊維、15％のデンプンが含まれています。水溶性栄養素が多いため、動物飼料の主成分の1つとして使用されます。また、人間の消費に使用される精製コーンファイバーの製造にも使用できます。^[4]

タンパク質とデンプンだけを含むスラリーはミルスターチと呼ばれます。^[6]ミルスターチは濃縮機で水が除去された後、分離機に移されます。遠心力を利用して、密度の異なるデンプンとグルテンを分離します。次に、重いデンプンスラリーは、新鮮な水でハイドロサイクロンで複数回洗浄されます。デンプンストリームは通常、90% のデンプンを含み、グルテンストリームは 60% のタンパク質で構成されています。^[4]上から分離された軽いグルテンは濃縮され、重いグルテンはさらに脱水のために真空回転フィルターに送られます。このコーングルテンミールは、約 60% のタンパク質、1% の脂肪、3% の繊維で構成されています。両方のプロセスからのプロセス水は、浸漬水に追加されるか、除去されます。約 60% のタンパク質を含むため、動物飼料やゼイン製品として使用されます。^[要出典]

デンプンはハイドロサイクロンを使用して多段階洗浄されます。上澄み液は各洗浄段階で分離されます。各段階の水は、最大量のデンプンが分離されるように、前のハイドロサイクロンにリサイクルされます。湿式粉砕により、非常に高い純度のデンプン（>99.5% db）を回収できます。最終製品が高果糖コーンシロップまたは変性デンプン（化学物質または酵素を使用）である場合、純度は重要ですが、エタノール生産では重要ではありません。遠心分離と洗浄の後、デンプンは乾燥されます。^[4]

副産物は湿式粉砕収量の 34% を占めます。実際、加工されるトウモロコシの 23% は価値が非常に低いか、まったくありません。繊維、濃縮浸漬水、胚芽粉を混ぜてトウモロコシグルテン飼料を作ります。前述のように、トウモロコシグルテン粉は動物飼料としても使用されます。どちらも名前に「グルテン」が含まれていますが、グルテンタンパク質は含まれていません。トウモロコシ全体にはグルテンタンパク質は含まれていません。^[7]

イエローデントコーンの典型的な固形収量（db）データを以下の表に示す。^[8]

湿式製粉工程では、浸漬水固形物、胚芽、繊維、デンプン、グルテンの5つの主要生成物が生成される。ただし、この工程からの副産物として、コーン油、コーングルテンミール、コーン胚芽ミール、コーングルテン、飼料浸漬水が生成される。トウモロコシ1ブッシェルの平均では、約32ポンドのデンプンまたは33ポンドの甘味料または2.5ガロンの燃料エタノールと11.4ポンドのグルテン飼料、3ポンドのグルテンミール、1.6ポンドのコーン油が含まれる。^{[9] [10]}

トウモロコシの湿式製粉は長年、食品、動物飼料、燃料の生産に使用されてきましたが、研究者たちは効率化を追求し続けています。たとえば、ある研究では、プロテアーゼなどの酵素を添加し、製粉を2段階で行えば、浸漬時間を40時間から6～8時間に短縮できることが示されました。この方法では二酸化硫黄がなくなり、従来のプロセスと同じ量の収量が得られます。^{[11]別の研究では、}セルラーゼとフィチン酸を分解する酵素を加えると浸漬時間が短縮されることが示されました。従来のプロセスでは、トウモロコシのフィチン酸は主にトウモロコシ浸漬液に残ります。^[12]さらに別の研究では、初期の水分含有量を減らし、乾燥空気の温度を上げようとしましたが、水分含有量が低いとタンパク質とデンプンの分離が妨げられ、収量が減少しました。^[13]

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