总体情况
马铃薯生长在北纬40度至55度之间适宜的土壤和气候条件下。主要的马铃薯生产国家为：荷兰、德国、法国、波兰、波罗的海诸国、俄罗斯、中国和美国。马铃薯淀粉的工业规模生产始于19世纪初期。在时代变迁的过程中，马铃薯淀粉不得不与来自其他原料的淀粉竞争：诸如玉米和小麦。例如，在美国，l 860年共有大约220家马铃薯淀粉厂。l 900年以后，当玉米的生产显示出更强的经济性时，这个数字显著减少。l 998年欧共体国家的淀粉总产量为780万吨，其中48％为玉米淀粉，27％为小麦淀粉，24％为马铃薯淀粉，而1％为大麦和大米。目前在全世界，欧共体是最重要的马铃薯生产者。在各个欧共体国家，马铃薯的生产量受到配额限制。
玉米、小麦和马铃薯淀粉生产工艺的比较
比较种植玉米、小麦和马铃薯三者之间每公顷总干物产量和每公顷淀粉干物产量，结果显示种植马铃薯获得的产量最高。然而，种植马铃薯时收率的优势完全被种子的成本抵消，因为马铃薯薯种的成本大约是小麦种子的2倍，是玉米种子的1．7倍。
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总干物产量 |
淀粉干物产量 |
相对种子成本 |
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马铃薯 |
7．8吨／公顷 |
5．1吨／公顷 |
1．7 |
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玉米 |
5．8吨／公顷 |
4．3吨／公顷 |
1 |
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小麦 |
4．2吨／公顷 |
2．8吨／公顷(优质淀粉) |
0．85 |
加工玉米、小麦或马铃薯另一个重要的不同之处，在于加工时所获副产品的范围和对该加工装置创造利润所起的作用。
淀粉的收率和各个副产品的收率如下表：
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玉米 |
小麦 |
马铃薯 |
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淀粉 67％ 干基
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A—淀粉 55％ 干基 |
淀粉 65.6％ 干基
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注：如果括号内的副产品仅回收一部分或未回收，则剩余的部分最终进入废水。
在加工玉米时，所获得的副产品麸质、纤维饲料和胚芽都是市场所需的商品，它们对该工厂的创利起着显著的作用．小麦的加工及副产品小麦面筋的计算也是相同的．
在加工马铃薯时，最有价值的产品是淀粉。副产品为薯渣、 以及取决于工艺的：或是稀释的或浓缩的细胞液，或是(絮凝的)马铃薯蛋白粉(PPP)，或是(絮凝的)蛋白粉和(浓缩的)马铃薯液体蛋白(PPL)，它们都是价值较低的副产品，很难对加工工厂的创利起作用。
其它的主要不同之处为：
每年的生产期
马铃薯淀粉工厂每年的加工期只有100—110天，而玉米和小麦淀粉厂的加工期为340—350天。
对环境造成的负担
马铃薯淀粉工厂排放的废水量要比玉米或小麦淀粉厂大的多，尤其是在不回收蛋白(PPP和／或PPL)的情况下。
投资
马铃薯淀粉厂的投资要比玉米或小麦淀粉厂低。上述的比较似乎是，从经济的观点来看，为了生产淀粉，加工马铃薯与加工玉米和小麦相比，处于更不利的地位。因此可以预料到，马铃薯在淀粉产量中的份额将不会增加，甚至可能变得受到挤压。然而在一些地区，因种种原因必须种植和加工马铃薯，而且马铃薯淀粉的生产受到农业政策的支持，马铃薯淀粉工业就能够蓬勃发展。
工艺技术的发展
马铃薯淀粉生产的基础工艺已经应用了超过百年，而且事实上没有什么改变。其发展主要在于设备效率的改进提高，以及为了减少水耗和废水排放，从细胞液中回收蛋白的技术得到了应用。
原料接收
通常马铃薯用卡车运到生产现场。卡车经过过磅并取样若干测定卡车所载的平均淀粉含量。过磅和取样的结果决定农场主所获的价格。卡车接着驶向一种朝着卡车侧面的桥架，使马铃薯能够从卡车上下落到储斗中。输送机将马铃薯从储斗输送到干法净化转笼，在这里，附着的泥土和粗杂质被清除。干法净化后，马铃薯用输送机输送到马铃薯储库。
马铃薯储存
储存设施的设计，不同的淀粉生产者，能够相差非常悬殊。储存设施的能力根据马铃薯入库的规律为1—3天。一种实际的做法是将马铃薯储存在v形的(水泥)储槽中，底部带有水力输送沟槽。储槽可以布置成平行两排，之间有一个主沟槽。这些在储槽底部的沟槽用开／关滑阀与主沟槽相连。马铃薯通过沟槽水力输送到马铃薯清洗工序。马铃薯通过一个可(部分)移动的带式输送机进入储槽。
马铃薯清洗
马铃薯清洗工序通常包括：
除石器，在这里，石头、泥沙和其它重的杂质靠重力与马铃薯和其它漂浮物分离。
马铃薯清洗机，在此，马铃薯被搅拌，泥土和其它附着物靠剪切力从马铃薯表皮上分离。
分叶器，在这里，漂浮物如叶子、杂草等被分离。
新鲜水从工序的最后一级加入，与马铃薯的流向相反，逆流而行。工序排放的水含有泥沙，用泵输送到除砂站将这些杂质分离。除砂后，输送到洗水循环罐。一部分洗水排放到废水中．排放的量通过加入来自淀粉浓缩的溢流和／或新鲜水补偿。洗净的马铃薯用带式输送机和提升机输送到锉磨工序的进料储斗。
破碎和淀粉提取
破碎最初是用各种各样的磨来进行的，例如锤磨。在此特殊应用中，该设备有限的效率，使得只有大约80—85％的淀粉能被提取。在五十年代(低速)锉磨机应用于马铃薯破碎的操作，特别是在七十年代高速挫磨机的应用，显著地改善了提取率。现代化的锉磨设备，正如今天由各个欧洲公司(豪威、拉尔森、尼沃巴)提供的，达到了95—98％的提取率。这些类型的锉磨机转子的操作转速在20 00转／分以上。安装着一种锯刀(锉磨刀片)的转子对着锉磨区转动，破碎马铃薯并碎裂细胞壁，然后释放出淀粉颗粒。锉磨刀片易受到严重磨损，需要每2—4天更换一次。现有的灵巧设计和工具可以快速翻转或更换锉磨刀片。
为了避免淀粉变色，在锉磨时以及锉磨后即刻将夹带空气现象减少到最低程度，并且加入一些含亚硫酸的稀释水，这是很重要的。在不回收细胞液的工艺中，马铃薯浆被泵从挫磨机输送到淀粉提取工序。在淀粉提取工序中，薯渣从淀粉悬浮液中分离出来，为了将淀粉损失降到最低程度，薯渣在若干级中洗涤。原来提取是由慢速旋转(圆柱形)筛来完成的，接着是平面筛，有时带振动。并带喷水用于薯渣的洗涤。纤维和后来的尼龙曾用作筛网的材料。 在该系统，洗涤的薯渣含有l 2—15％的游离淀粉。在本世纪六十年代，静止筛网—不锈钢制造的曲筛，被介绍到马铃薯工业界用于淀粉提取和薯渣洗涤．该筛网系统在很多欧洲马铃薯淀粉工厂投入使用并成功地运行．与以前的系统相比，甚至在减少洗水流量的情况下，薯渣中的游离淀粉还能减少到3％以下．
带有薯渣洗涤和内部卫生清洗(CIP)可能性的快速旋转离心筛在六十年代初被(阿法拉伐公司)推广并成为此工序的现代化的设备。此系统今天是由四台离心筛组成(四级)。像曲筛系统一样，薯渣用洗水以逆流洗涤方式洗涤。游离淀粉的损失降到2％以下。除了减少淀粉损失，该系统还具有减少空气混入(形成泡沫)并且不需要任何平衡罐。此系统可由几个欧洲供货商提供，例如阿法拉法、豪威、拉尔森、尼沃巴、斯达科萨等等。薯渣进一步在相同的离心筛中脱水并排放。如果薯渣需要干燥，则在干燥前薯渣进一步在挤压机和／或卧螺离心机中脱水。
淀粉浓缩
在淀粉的洗涤前，淀粉浓缩是必要的。起初淀粉浓缩是在浓缩槽中间歇地进行的。在浓缩槽中淀粉通过沉降作用得到浓缩。当到达充分的浓缩效果时，淀粉上面的细胞液泡沫被排出。在本世纪二十年代，真空转鼓过滤机被推广用于淀粉的浓缩。在四十年代和五十年代，该过滤机被早期的卧螺离心机和碟片喷嘴离心机(阿法拉伐)取代。
在五十年代期间，在道尔奥立弗公司(现阿法拉伐公司)成功地开发了用于玉米淀粉工业的多管旋流器之后，后者在六十年代备道尔奥立弗公司推广到马铃薯淀粉工业界。今天，用于淀粉浓缩的现代化的技术是：小型淀粉厂使用多管旋流器或碟片喷嘴离心机，而大型淀粉厂则专门使用碟片喷嘴离心机。淀粉浓缩的溢流是废水，浓缩物被泵输送到细筛分和淀粉洗涤工序。
细纤维筛分和淀粉洗涤
浓缩的淀粉浆料仍然含有细纤维，通常是在淀粉洗涤前去除。起初，纤维筛被用于此操作。在六十年代与曲筛被推广的同时，道尔奥立弗公司(现阿法拉伐公司)开发了用于细纤维筛分的静止筛。这些筛具有300度的筛面，用不锈钢制造。这种类型的筛网现在仍然用于细纤维筛分。但是现代的筛网带有自动卫生清洗装置。除了300度筛网以外，与淀粉提取系统相同的离心筛现在也用于细筛分。在用多管旋流器洗涤淀粉时，细纤维筛分不是在洗涤之前，而是在洗涤之后。
淀粉的洗涤起初是在若干级洗涤槽或沉降流槽中进行。在两种方法中淀粉靠重力沉降下来，杂质随着溢流排出。通过用新鲜水使淀粉成为悬浮液然后再沉降的方法，淀粉逐渐提纯到要求的质量。非常清楚， 以上的方法对操作人员非常敏感，它要求操作者非常留心，而且由于在各种操作中长时间停留，能够发生细菌活动，这对淀粉的质量产生负面影响。本世纪五十年代，(阿法拉伐)喷嘴离心机应用于淀粉洗涤，极大地改善了洗涤操作。
另一项重要的创新是，在六十年代由道尔奥立弗公司(现阿法拉伐公司)推广多管旋流器用于此项操作。多管旋流器的引入，允许进行A淀粉(粗颗粒)和B淀粉(细颗粒)的分级操作以及对这些淀粉分别洗涤。 (在l 5mm旋流管中)分级具有以下优点：细纤维和B淀粉能够从(粗颗粒)的A淀粉中分离出来并使用非常细的筛网分离细纤维，使淀粉损失最小。使用非常细的筛网以及分别洗涤A淀粉(在15mm旋流管中)和B淀粉(在10mm旋流管中)，极大地改善了淀粉洗涤。在六十年代，由于改进了的多管旋流器系统的洗涤以及曲筛的应用，洗水的消耗能够从5—10立方米／吨马铃薯减少到3立方米／吨马铃薯以下。
上述淀粉洗涤的多管旋流器系统的优点已为碟片喷嘴离心机的供应商所理解，他们推广了具有相同优点的三相离心机。今天碟片喷嘴离心机(两相和三相)和多管旋流器系统以广泛应用于淀粉洗涤，并且被公认为是现代化的。
上述系统与前面所述的高效锉磨机和提取系统相结合应用，使得新鲜洗水的循环量能够降低到O．5—1立方米／吨马铃薯，淀粉收率能够增加到92％以上。
淀粉脱水和干燥
淀粉洗涤之后在真空转鼓过滤机(残留滤饼型过滤机)上脱水，并在气流干燥机中干燥。干燥的淀粉在一个振动筛网上过筛。颗粒过大的淀粉返回带湿磨工序。过筛的淀粉用风力冷却并输送到淀粉储仓，或者包装起来。在大型马铃薯淀粉厂，淀粉储仓能够具有2万或3万吨的储存能力。此储仓带有先进的进料和出料输送机系统，保障无故障操作。淀粉可以作为商品淀粉出售或在下游工艺中进一步加工成各种衍生物。
细胞液分离和蛋白回收
由于严格的环保要求，目前欧洲的马铃薯淀粉工厂装备有细胞液分离和蛋白回收装置。根据分离和回收的程度的不同，该系统能够从相当简单延展到非常复杂。在大多数简单的系统中，细胞液由一个安装在(在基本工艺中)锉磨机和提取系统之间的卧螺离心机从马铃薯浆中分离出来。用这种方法大约有60％的细胞液能够分离浓缩出来，使得蛋白回收有一个合理的能耗。在整个系统中，细胞液在一个消沫罐中收集。有效的消沫对于确保蛋白可靠的絮凝是必要的。细胞液在蒸汽喷射器中实际发生絮凝之前，先在一个快速加热器中用蒸汽直接加热的方法预热。絮凝现象的发生分为两步，用加酸的方法调节PH值，接着在蒸汽喷射器中用蒸汽直接快速加热到100—l 05。C。在快速加热时，一部分蛋白发生絮凝。絮凝工艺是在一个延时保温系统中完成的，之后在一个闪蒸蒸发器中冷却。絮凝的蛋白在一个中间储罐中收集并保持悬浮状态。絮凝的蛋白进一步在一个特殊的卧螺离心机中浓缩到干物质45—50％并在一个环式干燥器中干燥。干燥的产品是马铃薯蛋白粉(PPP)。
卧螺离心机的溢流仍然含有一些没有絮凝的(可溶)蛋白成分。可以用蒸发器浓缩和回收。产品是马铃薯蛋白液(LPP)。马铃薯淀粉生产工艺的其余部分，淀粉提取、淀粉浓缩等等保持不变。余下的细胞液将被工艺水稀释并作为废水从淀粉浓缩器的溢流中离开工艺。通过蛋白回收系统的处理，此废水的数量和BOD值显著地减少。通过使用两级卧螺离心机系统分离细胞液， 可以使废水的量和BOD值进一步减少。在该系统中，第一个卧螺的浓缩底流被淀粉浓缩器的溢流稀释，再进入第二个卧螺。第二个卧螺的溢流用作锉磨马铃薯浆的稀释液。由此可见，工艺的运转是一个完整的逆流系统，在这里，多余的水与第一个卧螺的溢流一起离开工艺。蛋白的回收在上述系统中完成。产品是马铃薯蛋白粉(PPP)和马铃薯蛋白液(LPP)。
马铃薯工艺的其余部分，淀粉提取、淀粉浓缩等等维持不变。在余下的工艺中，由于细胞液数量有限，新鲜洗水的消耗量可以进一步地降低至0．3—0．5立方米／吨马铃薯。这一系统的投资和运行费用是相当大的，能超过马铃薯淀粉工厂的费用。
马铃薯淀粉及其衍生物
马铃薯淀粉的特性与玉米淀粉和小麦淀粉的特性有显著地不同，这就是为何众多的食品加工工业和非食品工业乐于使用的原因。
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马铃薯淀粉厂
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玉米淀粉
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小麦淀粉
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水分
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19％
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l 3％
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l 3％
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蛋白含量
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0．05％
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0．35％
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0．45％
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味道／气味
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淡
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浓
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浓
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糊化温度
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60—65。C
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75—80。C
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80一85。C
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黏度
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非常高
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中等
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中等／低
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欧洲的淀粉公司将他们的商品淀粉中相当大的一部分加工成为变性淀粉和淀粉糖，产生出用于众多工业的范围广泛的产品。
生产这些产品的下游工艺可分为5个主要大类：
预糊化
在此工艺中，淀粉乳在一个蒸汽加热的转鼓上蒸煮并干燥。通过这一方法形成一个预期化淀粉的薄层，产品可以在冷水中溶解，可用于如婴儿食品。
水解
在工艺中，为了将淀粉中的直接淀粉链和支链淀粉链分解变成葡萄糖单元，淀粉乳被蒸煮(液化)并用酶处理。这是制作淀粉糖的基本工艺。
降解
在此工艺中，直链淀粉链和支链淀粉链通过用化学试剂的处理的方法(产品如氧化淀粉、低粘度淀粉)或热处理的方法(产品如糊精)被降解。
衍生作用
在此工艺中，淀粉链被用化学试剂处理的方法降解并加入分子。此法可生产的产品如：淀粉酯、淀粉醚以及交联淀粉。
物理方法处理，例如挤压。用这种方法可以生产生物降解塑料。
欧洲的马铃薯淀粉生产者为了广泛积累下游工艺的专业技术和经验，以及持续地开发分销于全世界各地的产品，付出了巨大的努力。这个行业每年的营业额大约为l 5亿美元，从业人员5000人。
