La molienda húmeda del maíz es un proceso que consiste en separar los granos de maíz en sus componentes: aceite de maíz , proteína , almidón de maíz y fibra . Utiliza agua y una serie de pasos para separar las partes que se utilizarán para diversos productos. [1]
La industria de molienda húmeda de maíz ha sido un componente principal de la industria manufacturera estadounidense durante más de 150 años. Las refinerías de maíz establecieron el proceso de separación de los granos de maíz en sus partes componentes para producir una variedad de productos de valor agregado . Los cuatro componentes principales, como el aceite , la proteína , el almidón y la fibra , son el producto principal del proceso de molienda húmeda de maíz. La Asociación de Fabricantes de Productos de Maíz se formó en 1913 cuando el grupo de empresas refinadoras de maíz creció con éxito. [2]
La molienda húmeda del maíz es un proceso en el que se extraen los componentes de los granos de maíz para producir un producto altamente purificado. La mayoría de los productos de este proceso son valiosos y se requieren principalmente en la industria alimentaria. A través de este proceso, cada parte del maíz es útil para producir ingredientes de calidad. Las características de este proceso se basan en la separación física de los componentes, principalmente por peso y tamaño. Se necesita agua, ya que es un proceso húmedo y funciona como agente de separación/transportador en los pasos de lavado. Por lo tanto, se puede considerar que este proceso tiene un alto costo de capital. [3] El único uso químico en este proceso es una solución acuosa de dióxido de azufre , que se utiliza en el proceso de remojo . El maíz se remoja en esta solución para ablandar el grano de modo que el aceite del germen no contamine otros productos y sea fácil de separar. [ cita requerida ]
Según los estándares del Departamento de Agricultura de los EE. UU ., el maíz de grado 5 [ se necesita más explicación ] se usa generalmente para molienda húmeda. [4] El maíz cosechado debe limpiarse antes de molerlo. Se utiliza un comprobador de atraque con el número de tamiz adecuado para eliminar partículas que no sean el grano requerido, como pedazos de mazorca, semillas extrañas, piezas de metal, hojas, suciedad y se puede calcular el porcentaje de atraque contenido. [5] Luego, el maíz limpio se analiza para determinar su composición utilizando un espectrómetro NIR . El análisis de composición del maíz dentado amarillo realizado en el Centro de Investigación de Utilización de Cultivos de la Universidad Estatal de Iowa se registra en la siguiente tabla. [ cita requerida ]
En este proceso, el maíz se hidrata para aflojar los gránulos de almidón de la matriz proteica, dejando al germen resistente a la molienda. Este proceso reduce la densidad del germen y ablanda el grano, lo que facilita la molienda. También se añaden al agua sustancias químicas como el dióxido de azufre y el ácido láctico . El ácido láctico descompone la matriz proteica del endospermo y ayuda a separar mejor el almidón. También reduce el pH, lo que impide el crecimiento de microbios. El SO2 reacciona con los enlaces disulfuro y debilita la matriz, lo que permite que los gránulos de almidón se separen limpiamente. También actúa como antimicrobiano . Al final de la maceración, la matriz proteica se debilita, las proteínas del endospermo se solubilizan y algunos sólidos solubles se difunden en el agua de maceración. El maíz limpio se macera en grandes tanques con agua a 125-130˚F que contiene ácido láctico y dióxido de azufre durante casi 40 horas. Luego, el agua de maceración se drena utilizando tamices de malla de tamaño adecuado y se concentra utilizando evaporadores de efecto múltiple. [4] Uso de agua de maceración concentrada: este extracto es rico en proteínas y se puede utilizar como medio nutritivo para la fermentación con el fin de producir enzimas o anticuerpos . También se utiliza en la alimentación animal. [ cita requerida ]
Como sugiere el paso del proceso, en este paso el germen se separa de las otras partes del maíz. Es necesario recuperar el germen lo más intacto posible para evitar cualquier contaminación de aceite en los productos finales. Los molinos de atrición, como los molinos de discos, se utilizan para moler de forma gruesa los granos de maíz ablandados. La molienda es lenta y los elementos utilizados para moler son romos para garantizar la eliminación intacta del germen. Se agrega agua al material molido para hacer una suspensión espesa de granos macerados y germen entero. [4] El contenido de aceite crudo del 40-50% del germen lo hace menos denso que otras partículas y, como resultado, el germen flota en la mezcla. Luego, la mezcla pasa a través de hidrociclones de germen con un rebosadero y un rebosadero. El rebosadero estará compuesto principalmente de germen y agua y el rebosadero tendrá fibra, almidón, proteína y agua. El rebosadero pasa a través del hidrociclón varias veces, ya que no se puede lograr una separación del 100% en una sola pasada. El germen separado se limpia, se seca y se pasa a través de una prensa de germen para extraerle aceite. También se puede utilizar la extracción con disolventes como alternativa. Las partículas sólidas que quedan después de la extracción del aceite se denominan harina de germen y se secan posteriormente. [ cita requerida ]
La harina de germen es una buena fuente de aminoácidos y es un portador de microingredientes en las fórmulas de alimentos para animales. El aceite de maíz refinado se puede utilizar como aceite para ensaladas y para cocinar. También se utiliza para preparar margarinas de aceite de maíz. [ cita requerida ]
El desbordamiento del hidrociclón, que consiste en fibra, proteína y almidón, se muele finamente y se tamiza utilizando múltiples molinos de molienda y tamices alimentados a presión. Los tamices se utilizan para separar la fibra de la mezcla. Se utilizan varios tamaños de tamiz para eliminar fibras gruesas y finas. Se utiliza un tamiz de barra de cuña o de barra de perfil. El almidón y la proteína pasan a través del tamiz y se recogen, mientras que las fibras permanecen en el tamiz y se denomina alimento de gluten de maíz. El principio de separación es la diferencia de tamaño. El alimento de gluten de maíz tiene aproximadamente un 21% de proteína, un 1% de grasa, un 10% de fibra y un 15% de almidón. Dado que tiene un alto contenido de nutrientes solubles en agua, se utiliza como uno de los principales ingredientes de los alimentos para animales . También se puede utilizar para producir fibra de maíz refinada para su uso en el consumo humano. [4]
La suspensión que contiene solo la proteína y el almidón se llama almidón de molino. [6] El agua se elimina del almidón de molino en un espesador antes de moverlo a un separador. Se aplican fuerzas centrífugas para separar el almidón y el gluten, que difieren en densidad. La suspensión de almidón más pesada se lava luego varias veces en hidrociclones con agua fresca. La corriente de almidón generalmente tiene un 90% de almidón y la corriente de gluten consta de un 60% de proteína. [4] El gluten más ligero, separado de la parte superior, se espesa y el gluten pesado se envía a un filtro rotatorio de vacío para deshidratarlo . Esta harina de gluten de maíz consta de aproximadamente un 60% de proteína, un 1% de grasa y un 3% de fibra. El agua de proceso de ambos procesos se agrega al agua de maceración o se elimina. Dado que tiene alrededor del 60% de proteína, se utiliza como alimento para animales y productos de zeína . [ cita requerida ]
El almidón pasa por un lavado en varias etapas con hidrociclones. Los sobrenadantes se separan en cada etapa de lavado. El agua de cada etapa se recicla a los hidrociclones anteriores para garantizar que se separe la máxima cantidad de almidón. Se puede recuperar una pureza muy alta de almidón (>99,5 % en seco) mediante molienda húmeda. La pureza es importante cuando el producto final es jarabe de maíz con alto contenido de fructosa o almidón que se va a modificar (utilizando productos químicos o enzimas), pero no es importante durante la producción de etanol . Después de la centrifugación y el lavado, el almidón se seca. [4]
Los coproductos representan el 34% del rendimiento de la molienda húmeda. De hecho, el 23% del maíz que se procesa tiene un valor muy bajo o nulo. La fibra, el agua de maceración concentrada y la harina de germen se mezclan para producir gluten de maíz. Como se mencionó anteriormente, la harina de gluten de maíz también se utiliza como alimento para animales. Aunque ambos tienen la palabra "gluten" en el nombre, no contienen proteína de gluten; no hay ninguna en el maíz entero. [7]
En la siguiente tabla se muestran datos típicos de rendimiento sólido (en db) para maíz dentado amarillo. [8]
El proceso de molienda húmeda tendrá cinco productos principales: sólidos de agua de maceración, germen, fibra, almidón y gluten . Sin embargo, el coproducto de este proceso producirá aceite de maíz, harina de gluten de maíz , harina de germen de maíz, gluten de maíz y agua de maceración para pienso. El promedio de un bushel de maíz generalmente tendrá alrededor de 32 libras de almidón o 33 libras de edulcorantes o 2,5 galones de etanol combustible y 11,4 libras de pienso de gluten y 3 libras de harina de gluten y 1,6 libras de aceite de maíz. [9] [10]
Aunque la molienda húmeda del maíz se ha utilizado durante años para producir alimentos, piensos y combustible, los investigadores siguen buscando formas de lograrlo. Por ejemplo, un estudio demostró que el tiempo de remojo se puede reducir de 40 horas a 6-8 horas si se añaden enzimas como la proteasa y si la molienda se realiza en dos etapas. Este método elimina el dióxido de azufre y produce la misma cantidad que el proceso convencional. [11] Otro estudio demostró que añadir celulosa y una enzima para degradar el ácido fítico reduce el tiempo de remojo. En el proceso convencional, el ácido fítico del maíz acaba en gran parte en el licor de remojo del maíz. [12] Otro estudio intentó reducir el contenido de humedad inicial y aumentar la temperatura del aire de secado, pero obtuvo rendimientos reducidos porque el bajo contenido de agua impedía separar la proteína del almidón. [13]
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