淀粉制糖工藝

1、.,.,.,谷 氨 酸 和 味 精 生 產(chǎn) 工藝,就目前的狀況而言，發(fā)酵工業(yè)所用的原料作以淀粉或糖質(zhì)為主，而許多微 生物并不能直接利用淀粉。例如，在以糖質(zhì)為原料發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸過程中，幾乎所 有的氨基酸生產(chǎn)菌都不能直接利用（或只能微弱地利用）淀粉和糊精。同樣在酒精 發(fā)酵過程中，酵母菌也不能直接利用淀粉或糊精，這些淀粉或糊精必須經(jīng)過水解制 成淀粉糖以后才能被酵母菌所利用。此外，在抗生素、有機酸、有機溶劑以及酶制 劑發(fā)酵過程中，大都也要求對淀粉進行加工處理以提供給微生物可利用的碳源。當(dāng) 然有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但這一過程必須在微生物分解出胞外淀粉 酶類以后才能進行，過程非常緩慢，致使發(fā)酵

2、過程周期過長，實際生產(chǎn)上無法被采 用。,玉米淀粉、谷物、馬鈴薯、木薯淀粉,.,一、淀粉水解糖的制備方法,葡萄糖值-DE值,工業(yè)上用DE值（也稱葡萄糖值）表示淀粉糖的糖組成。糖化液中的還原糖含量 （以葡萄糖計算）占干物質(zhì)的百分率稱為。,還原糖含量 DE值 = 100% 干物質(zhì)含量,用于制備淀粉的原料主要有薯類、玉米、小麥、大米等富含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品。根據(jù) 原料淀粉的性質(zhì)及采用的催化劑不同，淀粉水解為葡萄糖的方法有酸解法、酶解法以 及酸酶結(jié)合法等三種。,1、酸解法,又稱酸糖化法，它是以酸為催化劑在 高溫下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。,優(yōu)點:P46,缺點,.,酶解法是利用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀

3、粉水解為葡萄糖的方法。酶解法 可分為兩步：第一步，利用-淀粉酶將淀粉液化；第二步，利用糖化酶將糊精或低聚 糖進一步水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖。生產(chǎn)上這兩步分別稱為液化和糖化。由于在該過程中淀 粉的液化和糖化都是在酶的作用下進行的。因此酶解法又稱為雙酶法或多酶法。,2、酶解法,.,缺點,酶解法是在酶的作用下進行的，反應(yīng)條件較溫和，不需要耐高溫高壓或 而酸腐蝕的設(shè)備； 酶作為催化劑的特點是專一性強，副反應(yīng)少，故水解糖液純度高，淀粉轉(zhuǎn)化率高； 可在較高的淀粉乳濃度下水解。如酸解法一般使用10-12Bx（含18%-20%淀粉）的淀粉乳，而酶解法可用2023Bx（含34%-40%淀粉）的淀粉乳，并且可以采用粗原料

4、。 用酶解法制得的糖液較純凈、顏色淺、無苦味、質(zhì)量高，有利于糖液的充分利用。,酶解法反應(yīng)時間較長，設(shè)備要求較多，且酶是蛋白質(zhì)，易引起糖液過濾困難。當(dāng)然，隨著酶制劑生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的提高，酶解法制糖將逐漸取代酸解法制糖。,優(yōu)點,.,3、酸酶結(jié)合法,酸酶結(jié)合法是集中了酸解法和酶解法制糖的優(yōu)點而采用的生產(chǎn)方法，它又可分為： 酸酶法 酶酸法,看書2分鐘，回答問題 分別說說適用范圍,二、淀粉酸水解工藝,1、酸水解法原理,2、酸水解工藝,.,1、酸水解法原理,淀粉結(jié)構(gòu)式： 包括,跳過,水解過程：,水解過程中存在三大化學(xué)反應(yīng)：,復(fù)合二糖 復(fù)合低聚糖 水解 淀粉 葡萄糖 5-羥甲基糖醛 有機酸、有色物質(zhì),1,3

5、,2,.,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2OH,OH,O,OH,CH2,OH,O,OH,O,CH2OH,OH,O,OH,直鏈淀粉 (15-25%),支鏈淀粉 (75-85%),返 回,返 回,麥芽糖 纖維二糖 -1,4 異芽糖 龍膽二糖 -1,6,.,1、水解反應(yīng),（C6H10O5)n+nH2O n C6H12O6,酸,影響水解反應(yīng)速度常數(shù)k的幾個因素,k=N,1） 為催化劑活性系數(shù),各種酸的值 說出結(jié)論P48,2） N為酸的

6、摩爾濃度P49,3） 為多糖的水解性常數(shù),.,4） 為水解溫度,不同溫度下淀粉水解反應(yīng)速度常數(shù),結(jié)論：淀粉水解所用的催化劑種類、濃度、反應(yīng)溫度均對水解反應(yīng)速度有很大的 影響，是我們在水解過程中必須注意的主要因素。,2、葡萄糖的復(fù)合反應(yīng),2C6H12O6 C12H22O11+H2O,酸和熱,復(fù)合反應(yīng)中兩個葡萄糖分子通過復(fù)合反應(yīng)聚合成二糖時，并不是經(jīng)過1，4-糖苷鍵聚合成為麥芽糖，而主要是經(jīng)由1，6-糖苷鍵聚合成異麥芽糖或經(jīng)由1，6-糖苷鍵聚合成龍膽二糖。當(dāng)然此復(fù)合反應(yīng)是可逆的，復(fù)合糖可以再水解變成葡萄糖。,.,影響復(fù)合反應(yīng)因素：糖濃度、酸種類、溫度等,100,0,100,淀粉乳濃度（干淀粉%）,

7、糖液的純度（%）,40,0,1.0,復(fù)合糖量（%）,HCl,HAc,H2SO4,酸濃度（mol/l),從表中可看出,結(jié)論：P50,.,3、葡萄糖的分解反應(yīng),葡萄糖（失水） 5-羥甲基糠醛 +甲酸 氨基酸 腐植質(zhì)（色素）,實驗結(jié)果證明： 1） 5-羥甲基糠醛 是產(chǎn)生色素的根源 2）色素的生成量隨葡萄糖濃度的增加而增加（從P52表中可看出） 3）PH值等于3時，色素的生成量最小（從P51表中可看出）,酸法水解淀粉過程中，由于反應(yīng)溫度、壓力過高，時間過長，葡萄糖受酸和熱的影響發(fā)生分解反應(yīng)，生成5-羥甲基糠醛，因5-羥甲基糠醛的性質(zhì)不穩(wěn)定，又可進一步分解生成乙酰丙酸、蟻酸等物質(zhì)，而這些物質(zhì)又能自身相互

8、聚合，或與淀粉中所含的其他有機物質(zhì)相結(jié)合，產(chǎn)生色素。,.,1）酸法糖化工藝流程P52圖4-3,淀粉,鹽酸,蒸汽,水,調(diào)漿,糖化,冷卻,中和脫色,壓濾,濾渣,糖液,活性炭,Na2CO3,2、酸水解工藝,淀粉的酸水解工藝是根據(jù)淀粉在水解過程中的水解反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)規(guī)律性來決定的。在制定工藝條件時既要保證淀粉的徹底水解，達到較高葡萄糖量，又要盡可能減少葡萄糖復(fù)合、分解反應(yīng)的發(fā)生程度，此外，還要符合目的產(chǎn)物的發(fā)酵條件，符合發(fā)酵工藝的實際情況。,淀粉乳,.,2）水解條件選擇及其控制,淀粉的質(zhì)量,酸水解對淀粉質(zhì)量要求 P53表,淀粉乳濃度的選擇,酸的種類和用量,濃度控制在18-19 BX,各種酸催化作用利弊

9、 一般用HCl 用量為淀粉量的0.5%-0.8%,從表中可看出,.,問題,酸法水解淀粉中，加 酸的方法有哪幾種， 其中哪一種較好，為 什么？ 看書幾分鐘，回答問題,將所有的酸一次投入淀粉漿中，泵入糖化鍋； 將全部酸用水稀釋，先放入鍋內(nèi)，再泵入粉漿進行糖化； 將部分酸（如1/3左右）用水稀釋放入鍋內(nèi)，其余酸放入粉漿中，再泵入糖化鍋糖化。,水,排氣,蒸汽,淀粉,調(diào)漿槽 糖化鍋爐,鹽酸計量器,.,糖化溫度、壓力和時間,A、淀粉水解是用蒸汽直接加熱來進行的，溫度與淀粉的水解速度成正比,B、由于生產(chǎn)中常以壓力的控制條件，當(dāng)糖化鍋內(nèi)不存在不凝性氣體時，溫 度與壓力為同一指標，如表4-12所示：,.,結(jié)論：

10、根據(jù)實踐經(jīng)驗，采用高溫、短時間、蒸汽 壓力0.25-0.40Mpa,C、掌握糖化終點，控制糖化時間，是十分重要的。,0,DE值,糖化時間,糖化時，如何保證整鍋糖液有最高的葡萄糖值，即如何保證糖化液的質(zhì)量最好、純度最高？,問題,.,淀粉中含蛋白等雜質(zhì)對 糖液質(zhì)量的影響,糖化終點的控制和檢查,問題,淀粉原料中可能含有哪些雜質(zhì)，它們的存在對制得的 糖液的質(zhì)量和酸的催化作用有影響嗎？為什么？,糖化時，為何必須嚴格控制終點？如何檢查 糖化終點？,問題,.,參看工藝流程提問 3小題,3）水解糖液的中和、脫色和過濾,中和,A、中和的目的？ B、中和劑？ C、中和過程終點的PH值如何確定？ D、 中和的PH值

11、過高或過低會產(chǎn)生什么結(jié)果？ E、糖液中和的溫度能過高嗎？生產(chǎn)中一般控制在多少溫度？,.,脫色,過濾,4）酸水解制糖過程實例,圖4-4 為某味精廠的直接加熱連續(xù)糖化酸水解工藝,目前國內(nèi)淀粉酸水解糖化工藝基本上還屬于間歇單罐糖化法,A、為什么 要對糖液進行脫色處理？ B、工業(yè)上常采用什么脫色劑？,A、說說過濾的目的？ B、工業(yè)上常采用什么過濾設(shè)備？,復(fù)習(xí)酸水解制 糖工藝流程,.,酸水解糖化工藝流程P57圖4-4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,水,純堿水 活性炭,排氣,排氣,冷卻水,蒸汽,淀粉,1，4-調(diào)漿槽 2-糖化鍋爐 3-冷卻罐 5-過濾機 6-糖液暫貯罐,7-糖液貯罐 8-鹽酸計

12、量器 9-水力噴射器 10-水槽,針對工藝提問,.,圖4-5 為CPR式連續(xù)糖化流程圖,而日本和歐美一些國家的很多工廠已采用連續(xù)糖化法,軟水,排氣,蒸汽,淀粉,硫酸,水,淀粉乳貯罐,淀粉乳調(diào)節(jié)槽,硫酸稀釋罐,粗濾器,定量泵,蒸汽噴射加熱器,維持罐,蛇管,控制閥,分離器,分離器,貯罐,等壓管,流量計,壓力表,溫度計,.,間歇式與連續(xù)式糖化方式比較,連續(xù)式糖化與簡歇式糖化相比具有不少優(yōu)點，請看：,.,由酸法水解工藝可知，以淀粉為原料應(yīng)用酸水解法制備糖液，由于需要高溫、高壓和催化劑，會產(chǎn)生一些不可發(fā)酵性糖及其一系列有色物質(zhì)，這不僅降低了淀粉轉(zhuǎn)化率，而且生產(chǎn)出來的糖液質(zhì)量差。自60年代以來，國外在酶水

13、解理論研究上取得了新進展，使淀粉水解取得了重大突破，日本率先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，隨后其他國家也相繼采用了這種先進的制糖工藝。酶解法制糖工藝是以作用專一性的酶制劑作為催化劑，因此反應(yīng)條件溫和，復(fù)合和分解反應(yīng)較少，因此采用酶法生產(chǎn)不僅可提高淀粉的轉(zhuǎn)化率及糖液的濃度，而且還可大幅度地改善了糖液的質(zhì)量，是目前最為理想、應(yīng)用最廣的制糖方法。,三、酶解法制糖工藝,酶解法優(yōu)點,.,1、淀粉酶解法的兩個步驟,酶 水解位置 水解次序 水解產(chǎn)物 液化 淀粉酶 1，4糖苷鍵 無先后次序 葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖 異麥芽糖、低聚糖 糖化 糖化酶 1，4和1，6 從非還原性 葡萄糖 糖苷鍵 末端開始,.,淀粉的糊化 是指淀

14、粉受熱后，淀粉顆粒膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，互相接觸變成糊狀液體，即使停 止攪拌，淀粉也不會再沉淀的現(xiàn)象。,由于淀粉顆粒的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)對酶作用的抵抗力非常強,不能使淀粉酶直接作用于淀粉,而需要先加熱淀粉乳,使淀粉顆粒吸水膨脹、糊化，破壞其結(jié)晶性的結(jié)構(gòu)。,2、淀粉液化的條件及液化程度的控制,1）淀粉的糊化與老化,淀粉結(jié)構(gòu)式,.,糊化溫度 發(fā)生糊化現(xiàn)象時的溫度稱為糊化溫度，一般來講，糊化溫度有一個范圍。不同的淀 粉有不同的糊化溫度 舉例：玉米、馬鈴薯、木薯、小麥等 淀粉的老化 分子間氫鍵已斷裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氫鍵的過程，也就是復(fù)結(jié)晶 過程。 影響老化的因素：P59 老化的弊端： 填空：老化程度

15、可以通過冷卻時結(jié)成的來表示。試比較玉米、馬鈴薯、 木薯、小麥淀粉老化程度難易。,.,液化方法分類示意圖P60圖4-6,水解動力,催化劑,機械力,機械液化法,酸酶催化,酶催化,酸解,酸酶法,酸法,酶法,升溫方式不同,加酶方 法不同,酶耐溫 性不同,原料粗 細不同,精制淀粉液化法,淀粉原料直接液化法,中溫酶法,高溫-中溫酶法,高溫酶法,三次加酶液化法,兩次加酶液化法,一次加酶液化法,噴射液化法,半連續(xù)液化法（高溫液化法、噴淋法）,間歇液化法（直接升溫法）,噴射器型式,高壓蒸汽噴射液化法,低壓蒸汽噴射液化法,2）液化的方法與選擇,.,兩次加酶噴射液化工藝（DDS公司）P62圖4-12,酶,淀粉+水+

16、酶,蒸汽,蒸汽,蒸汽,蒸汽,問題,1、比較酸法液化與酶法中噴射液化法？ 2、說說噴射液化的基本條件和優(yōu)點？ 3、說說兩次加酶的好處。P63 實驗表明，可大大降低糖液的粘度，便于糖液的過濾。,配料罐,噴射液化器,保溫罐,95-97,145,二次液化罐,.,3、低壓蒸汽噴射液化工藝及條件,1）工藝流程 調(diào)漿-配料-一次噴射液化-液化保溫-二次噴射-高溫維持-二次 液化-冷卻-（糖化）,兩次加酶噴射液化工藝（DDS公司）P62圖4-12,酶,淀粉+水+酶,蒸汽,蒸汽,蒸汽,蒸汽,配料罐,噴射液化器,保溫罐,95-97,145,二次液化罐,.,在配料罐內(nèi)，將淀粉加水調(diào)漿成淀粉乳，用Na2CO3調(diào)PH，

17、使PH值處在5.0-7.0之間，加入0.15%的氯化鈣作為淀粉酶的保護劑和激活劑，最后加入耐高溫-淀粉酶，料液經(jīng)攪拌均勻后用泵打入噴射液化器，在噴射器中出來的料液和高溫蒸汽直接接觸，料液在很短時間內(nèi)升溫至95-97，此后料液進入保溫罐保溫60min，溫度維持在95-97，然后進行二次噴射，在第二只噴射器內(nèi)料液和蒸汽直接接觸，使溫度迅速升至145以上，并在維持罐內(nèi)維持該溫度3-5min左右，徹底殺死耐高溫-淀粉酶，然后料液經(jīng)真空閃急冷卻系統(tǒng)進入二次液化罐，將溫度降低到95-97，在二次液化罐內(nèi)加入耐高溫-淀粉酶，液化約30min，用碘呈色試驗合格后，結(jié)束液化。,兩次加酶噴射液化工藝（DDS公司）

18、P62圖4-12,酶,淀粉+水+酶,蒸汽,蒸汽,蒸汽,蒸汽,配料罐,噴射液化器,保溫罐,95-97,145,二次液化罐,.,工藝的特點： 利用噴射器將蒸汽噴射入淀粉乳薄膜，在短時間內(nèi)通過噴射器快速升溫145，完成糊化、液化，使形成的“不溶性淀粉顆粒”在高溫下分散，數(shù)量也大為減少，從而使所得的液化液既透明又易于過濾，淀粉的出糖率也高，同時采用了真空閃急冷卻，增高了液化液的濃度。,問題,1、在液化過程中為何要加入氯化鈣，濃度為多少？ 2、淀粉液化約多少時間？液化溫度多少？,2）淀粉液化條件對酶反應(yīng)的影響,淀粉顆粒狀態(tài),問題,液化前，為何得先加熱淀粉乳？,.,PH值與溫度,100,0,9,PH,酶活

19、力（%）,a-淀粉酶與PH的關(guān)系,100,0,90,酶活力（%）,a-淀粉酶活力與溫度的關(guān)系PH=5.7,6,70,從表中可看出 結(jié)論： P64,參看工 藝回答問題,1、酶解包括哪兩個步驟，分別用何種酶，水解有無先后次序？ 2、液化前，為何得先加熱淀粉乳？ 3、說說最佳液化的溫度和PH？,.,金屬離子,總之：P65,3）液化程度控制,問題,淀粉液化過程中，其液化氣程度高好還是低好，為什么？,淀粉液化的目的？,液化終點控制方法?,淀粉液化的程度？,不同來源的酶對熱的穩(wěn)定性與不同,液化結(jié)束后，為何要進行滅酶處理，如何操作？,看書5分鐘回答下列問題,.,四、糖化,100,0,72,糖化時間/ h,葡

20、萄糖DE（%）,不同用酶量的糖化曲線,A,B,C,D,糖化是利用糖化酶（也稱葡萄糖淀粉酶）將淀粉液化產(chǎn)物糊精及低聚糖進一步 水解成葡萄糖的過程。,酶 水解位置 水解次序 水解產(chǎn)物 液化 淀粉酶 1，4糖苷鍵 無先后次序 葡萄糖、麥芽糖、 麥芽三糖 糖化 糖化酶 1，4和1，6 從非還原性 異麥芽糖、低聚糖、葡萄糖 糖苷鍵 末端開始,淀粉結(jié)構(gòu)式,1、糖化酶作用過程中應(yīng)考慮的幾個問題,酶的用量,原則：酶活力低，液化液濃度高，用量則多，反之則少。 生產(chǎn)用量：30%淀粉，80-100單位/克淀粉。,.,葡萄糖的復(fù)合反應(yīng),溫度和PH值,因酶的不同而不同，如曲霉糖化酶，溫度為60度，PH4.0-5.0。,問題：在大生產(chǎn)中，為什么選用較高溫度、較低PH值糖化較好？,其它,加入能水解-1，6糖苷鍵的-1，6糖苷鍵葡萄糖苷酶；長并選用較高的糖化PH（6.0-6.2）,問題,影響復(fù)合反應(yīng)程度的因素有哪些？,問題：為防止葡萄糖復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生，可采用何種措施？,.,2、糖化工藝條件及控制,糖化