Глубокая переработка зерна

Глубокая переработка разделяет зерно на составляющие вместо того, чтобы молоть его целиком. Мокрый помол кукурузы — образцовый случай, и каждая стадия существует из-за конкретного физического или химического препятствия.

Замачивание: разрыв одного класса связей

Крахмальные зёрна в эндосперме кукурузы погружены в сплошную белковую матрицу, главным образом из зеина, сшитую дисульфидными связями. Один лишь механический помол не способен чисто отделить крахмал от этой матрицы: он дробит их вместе.

Зерно поэтому сутки-двое замачивают в тёплой воде с сернистым газом, который выступает восстановителем и расщепляет эти дисульфидные связи. Белковая сетка ослабевает, высвобождая крахмальные зёрна целыми и увлажняя зерновку так, чтобы её можно было размолоть, не разбив зародыш.

Замочная вода не стерильна и стерильной быть не должна. В ней естественно размножаются молочнокислые бактерии, дающие молочную кислоту, которая понижает pH, помогает растворять белок и подавляет порчу, — спонтанная ферментация, встроенная в промышленное разделение. Сгущённая замочная вода сама продаётся как питательная среда и является распространённым источником азота в промышленных ферментационных средах.

Разделение по плотности и размеру

После грубого помола первым отделяют зародыш, поскольку он богат маслом и потому является наименее плотной фракцией; гидроциклоны пользуются этой разницей, а зародыш идёт на извлечение масла. Тонкий помол и просеивание затем убирают клетчатку.

Остаётся суспензия крахмала и белка-глютена. Их тоже разделяют по плотности — крахмальные зёрна плотнее белка — в центрифугах и гидроциклонах. Белковая фракция становится кукурузным глютеновым кормом, высокобелковым кормовым компонентом; крахмал промывают и либо сушат, либо направляют на конверсию.

Химии здесь нет никакой: три фракции из четырёх разделены исключительно за счёт разницы плотностей, которую сделала доступной стадия замачивания.

Конверсия: три фермента, три работы

Крахмал превращают в сахарные сиропы последовательностью, в которой каждый фермент делает то, чего не могут остальные.

α-Амилаза разжижает. Она режет внутренние связи α-1,4 случайным образом, быстро обрушивая вязкость клейстеризованного крахмала. Промышленные варианты — термостабильные ферменты из видов Bacillus, позволяющие вести стадию при температурах, полностью клейстеризующих крахмал; это случай, когда сперва была задана температура процесса, а фермент подобрали под неё.

Глюкоамилаза осахаривает. Она отщепляет глюкозные звенья по одному с концов цепей и, в отличие от α-амилазы, способна резать и точки ветвления α-1,6, так что доводит реакцию практически до конца. Это даёт глюкозный сироп высокой чистоты.

Глюкозоизомераза превращает глюкозу во фруктозу, которая слаще. Это равновесная реакция, доходящая примерно до 42 процентов фруктозы, а более фруктозные сиропы получают, хроматографически обогащая часть потока примерно до 90 процентов и подмешивая обратно до 55. Фермент иммобилизуют на носителе и используют в насадочных колоннах непрерывно месяцами, — это одно из крупнейших применений иммобилизованных ферментов во всей промышленности.

Сухой помол, напротив, разделяет разрушением и просеиванием без замачивания, давая крупу, муку грубого и тонкого помола, — совсем иной набор продуктов и маршрут, применяемый для топливного этанола.