淀粉糖的種類、特性和制造工藝

1、淀粉糖的種類、特性和制造工藝淀粉糖是以淀粉為原料， 通過(guò)酸或酶的催化水解反應(yīng)生產(chǎn)的糖品的總稱， 是淀粉深加工的主 要產(chǎn)品。在美國(guó)，淀粉糖年產(chǎn)量已達(dá)1 000萬(wàn)t，占玉米深加工總量的 60 %，從20世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始，美國(guó)國(guó)內(nèi)淀粉糖消費(fèi)量已超過(guò)蔗糖。我國(guó)淀粉糖工業(yè)目前仍處于發(fā)展的 起步階段，從 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，由于現(xiàn)代生物工程技術(shù)的應(yīng)用，生產(chǎn)淀粉糖所用酶制 劑品種的增加及質(zhì)量的提高，使淀粉糖行業(yè)得到快速發(fā)展，產(chǎn)量以年均10 %的速度增長(zhǎng)，而且品種也日益增加，形成了各種不同甜度及功能的麥芽糊精、葡萄糖、麥芽糖、功能性糖及糖醇等幾大系列的淀粉糖產(chǎn)品。淀粉糖的原料是淀粉，任何含淀粉的

2、農(nóng)作物，如玉米、大米、木薯等均可用來(lái)生產(chǎn)淀粉糖， 生產(chǎn)不受地區(qū)和季節(jié)的限制。淀粉糖在口感、功能性上比蔗糖更能適應(yīng)不同消費(fèi)者的需要， 并可改善食品的品質(zhì)和加工性能，如低聚異麥芽糖可以增殖雙歧桿菌、防齲齒；麥芽糖漿、 淀粉糖漿在糖果、蜜餞制造中代替部分蔗糖可防止 “返砂”、“發(fā)烊 ”等，這些都是蔗糖無(wú)可比 擬的。因此，淀粉糖具有很好的發(fā)展前景。第一節(jié) 淀粉糖的種類及特性一、淀粉糖的種類淀粉糖種類按成分組成來(lái)分大致可分為液體葡萄糖、 結(jié)晶葡萄糖 （全糖）、麥芽糖漿 （飴糖、 高麥芽糖漿、麥芽糖 ） 、麥芽糊精、麥芽低聚糖、果葡糖漿等。1 液體葡萄糖： 是控制淀粉適度水解得到的以葡萄糖、麥芽糖以及麥芽

3、低聚糖組成的 混合糖漿， 葡萄糖和麥芽糖均屬于還原性較強(qiáng)的糖， 淀粉水解程度越大， 葡萄糖等含量越高，還原性越強(qiáng)。淀粉糖工業(yè)上常用葡萄糖值 （dextrose equivalent） 簡(jiǎn)稱 DE 值 （ 糖化液中還原性糖全部當(dāng)做葡萄糖計(jì)算，占干物質(zhì)的百分率稱葡萄糖值） 來(lái)表示淀粉水解的程度。液體葡萄糖按轉(zhuǎn)化程度可分為高、中、低 3 大類。工業(yè)上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的中等轉(zhuǎn)化糖漿， 其DE,值為30 %50 %，其中DE值為42 %左右的又稱為標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖漿。高轉(zhuǎn)化糖漿DE!值在50 %70 %，低轉(zhuǎn)化糖漿 DE值30 %以下。不同DE值的液體葡萄糖在性能方面有 一定差異，因此不同用途可選擇不同水解

4、程度的淀粉糖。2 葡萄糖： 是淀粉經(jīng)酸或酶完全水解的產(chǎn)物，由于生產(chǎn)工藝的不同，所得葡萄糖產(chǎn)品的純度也不同，一般可分為結(jié)晶葡萄糖和全糖兩類，其中葡萄糖占干物質(zhì)的95 %97%，其余為少量因水解不完全而剩下的低聚糖，將所得的糖化液用活性炭脫色，再流經(jīng)離子交換樹(shù)脂柱，除去無(wú)機(jī)物等雜質(zhì)，便得到了無(wú)色、純度高的精制糖化液。將此精制糖化液濃縮，在結(jié)晶罐冷卻結(jié)晶，得含水a(chǎn) 葡萄糖結(jié)晶產(chǎn)品； 在真空罐中于較高溫度下結(jié)晶，得到無(wú)水3葡萄糖結(jié)晶產(chǎn)品；在真空罐中結(jié)晶，得無(wú)水a(chǎn) 葡萄糖結(jié)晶產(chǎn)品。3 果葡糖漿： 如果把精制的葡萄糖液流經(jīng)固定化葡萄糖異構(gòu)酶柱，使其中葡萄糖一部 分發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)， 轉(zhuǎn)變成其異構(gòu)體果糖， 得

5、到糖分組成主要為果糖和葡萄糖的糖漿， 再經(jīng) 活性炭和離子交換樹(shù)脂精制，濃縮得到無(wú)色透明的 果葡糖漿 產(chǎn)品。這種產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 71%，糖分組成為果糖 42%（干基計(jì)），葡萄糖 53 %，低聚糖 5%，這是國(guó)際上在 20 世 紀(jì) 60 年代末開(kāi)始大量生產(chǎn)的果葡糖漿產(chǎn)品，甜度等于蔗糖，但風(fēng)味更好，被稱為第一代果 葡糖漿產(chǎn)品。 20 世紀(jì) 70 年代末期世界上研究成功用無(wú)機(jī)分子篩分離果糖和葡萄糖技術(shù)， 將第一代產(chǎn)品用分子篩模擬移動(dòng)床分離，得果糖含量達(dá) 94 %的糖液，再與適量的第一代產(chǎn) 品混合， 得果糖含量分別為 55%和 90 %兩種產(chǎn)品。 甜度高過(guò)蔗糖分別為蔗糖甜度的11倍和 14 倍，也被稱

6、為第二、 第三代產(chǎn)品。 第二代產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 77%， 果糖 55%（干 基計(jì)），葡萄糖 40%，低聚糖 5 %。第三代產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80%，果糖 90%（干基計(jì)）， 葡萄糖 7%，低聚糖 3%。和液體葡萄4 麥芽糖漿：是以淀粉為原料，經(jīng)酶或酸結(jié)合法水解制成的一種淀粉糖漿, 糖相比，麥芽糖漿中葡萄糖含量較低 （一般在10 %以下），而麥芽糖含量較高（一般在40 %90 %），按制法和麥芽糖含量不同可分別稱為飴糖、高麥芽糖漿、超高麥芽糖漿等，其糖分 組成主要是麥芽糖、糊精和低聚糖。、淀粉糖的性質(zhì)不同淀粉糖產(chǎn)品在許多性質(zhì)方面存在差別，如甜度、黏度、膠黏性、增稠性、吸潮性和保潮性，滲透壓力和食

7、品保藏性、顏色穩(wěn)定性、焦化性、發(fā)酵性、還原性、防止蔗糖結(jié)晶性、 泡沫穩(wěn)定性等等。這些性質(zhì)與淀粉糖的應(yīng)用密切相關(guān)， 不同的用途，需要選擇不同種類的淀 粉糖品。下面簡(jiǎn)單的敘述淀粉糖的有關(guān)特性。1甜度甜度是糖類的重要性質(zhì)，但影響甜度的因素很多，特別是濃度。濃度增加，甜度增高，但增高程度不同糖類之間存在差別，葡萄糖溶液甜度隨濃度增高的程度大于蔗糖，在較低的濃度，葡萄糖的甜度低于蔗糖，但隨濃度的增高差別減小，當(dāng)含量達(dá)到40 %以上兩者的甜度相等（表6 1）。淀粉糖漿的甜度隨轉(zhuǎn)化程度的增高而增高，此外，不同糖品混合使用有 相互提高的效果。下面是幾種糖類的甜度。表6-1幾種糖類的相對(duì)甜度糖類名稱相對(duì)甜度糖類

8、名稱相對(duì)甜度蔗糖1.0果葡糖漿（42型）1.0葡萄糖0.7淀粉糖漿（DE值42 ）0.5果糖1.5淀粉糖漿（DE值70 ）0.8麥芽糖0.52溶解度各種糖的溶解度不相同，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖。葡萄糖的溶解度較低，在室溫下濃度約為50 %，過(guò)高的濃度則葡萄糖結(jié)晶析出。為防止有結(jié)晶析出，工業(yè)上儲(chǔ)存葡萄糖溶液需要控制葡萄糖含量 42 % （干物質(zhì)）以下，高轉(zhuǎn)化糖漿的糖分組成保持葡萄糖35 %40 %，麥芽糖35 %40 %，果葡糖漿（轉(zhuǎn)化率42 %）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 71 %。3結(jié)晶性質(zhì)蔗糖易于結(jié)晶，晶體能生長(zhǎng)很大。葡萄糖也容易結(jié)晶，但晶體細(xì)小。果糖難結(jié)晶。淀粉糖漿是葡萄糖、低聚糖和糊精的混

9、合物，不能結(jié)晶，并能防止蔗糖結(jié)晶。糖的這種結(jié)晶性質(zhì) 與其應(yīng)用有關(guān)。例如，硬糖果制造中，單獨(dú)使用蔗糖，熬煮到水分1 . 5%以下，冷卻后，蔗糖結(jié)晶，破裂，不能得到堅(jiān)韌、透明的產(chǎn)品。若添加部分淀粉糖漿可防止蔗糖結(jié)晶，防止 產(chǎn)品儲(chǔ)存過(guò)程中返砂，淀粉糖漿中的糊精，還能增加糖果的韌性、強(qiáng)度和黏性，使糖果不易破碎，此外，淀粉糖漿的甜度較低，有沖淡蔗糖甜度的效果，使產(chǎn)品甜味溫和。4吸濕性和保濕性不同種類食品對(duì)于糖吸濕性和保濕性的要求不同。例如，硬糖果需要吸濕性低，避免遇潮濕天氣吸收水分導(dǎo)致溶化，所以宜選用蔗糖、低轉(zhuǎn)化或中轉(zhuǎn)化糖漿為好。轉(zhuǎn)化糖和果葡糖 漿含有吸濕性強(qiáng)的果糖， 不宜使用。但軟糖果則需要保持一定的

10、水分， 面包、糕點(diǎn)類食品也 需要保持松軟，應(yīng)使用高轉(zhuǎn)化糖漿和果葡糖漿為宜。果糖的吸濕性是各種糖中最高的。5滲透壓力較高濃度的糖液能抑制許多微生物的生長(zhǎng)，這是由于糖液的滲透壓力使微生物菌體內(nèi)的 水分被吸走，生長(zhǎng)受到抑制。不同糖類的滲透壓力不同，單糖的滲透壓力約為二糖的兩倍， 葡萄糖和果糖都是單糖， 具有較高的滲透壓力和食品保藏效果， 果葡糖漿的糖分組成為葡萄 糖和果糖， 滲透壓力也較高， 淀粉糖漿是多種糖的混合物， 滲透壓力隨轉(zhuǎn)化程度的增加而升 高。此外，糖液的滲透壓力還與濃度有關(guān)，隨濃度的增高而增加。6 黏度葡萄糖和果糖的黏度較蔗糖低，淀粉糖漿的黏度較高，但隨轉(zhuǎn)化度的增高而降低。利用 淀粉糖漿

11、的高黏度，可應(yīng)用于多種食品中，提高產(chǎn)品的稠度和可口性。7 化學(xué)穩(wěn)定性葡萄糖、果糖和淀粉糖漿都具有還原性，在中性和堿性條件下化學(xué)穩(wěn)定性低，受熱易分 解生成有色物質(zhì)， 也容易與蛋白質(zhì)類含氮物質(zhì)起羰氨反應(yīng)生成有色物質(zhì)。 蔗糖不具有還原性， 在中性和弱堿性條件下化學(xué)穩(wěn)定性高， 但在 pH 值 9 以上受熱易分解產(chǎn)生有色物質(zhì)。 食品一 般是偏酸性的，淀粉糖在酸性條件下穩(wěn)定。8 發(fā)酵性酵母能發(fā)酵葡萄糖、 果糖、麥芽糖和蔗糖等， 但不能發(fā)酵較高的低聚糖和糊精。有的食品需 要發(fā)酵，如面包、糕點(diǎn)等；有的食品不需要發(fā)酵，如蜜餞、果醬等。淀粉糖漿的發(fā)酵糖分為 葡萄糖和麥芽糖， 且隨轉(zhuǎn)化程度而增高。 生產(chǎn)面包類發(fā)酵食

12、品應(yīng)用發(fā)酵糖分高的高轉(zhuǎn)化糖漿 和葡萄糖為好。第二節(jié)淀粉糖的酸糖化工藝淀粉在酸或淀粉酶的催化作用下發(fā)生水解反應(yīng)，其水解最終產(chǎn)物隨所用的催化劑種類而異。 在酸作用下，淀粉水解的最終產(chǎn)物是葡萄糖，在淀粉酶作用下，隨酶的種類不同而產(chǎn)物各異。一、酸糖化機(jī)理淀粉乳加入稀酸后加熱，經(jīng)糊化、溶解，進(jìn)而葡萄糖苷鏈裂解，形成各種聚合度的糖類混合溶液。在稀溶液的情況下，最終將全部變成葡萄糖。在此，酸僅起催化作用。淀粉的酸 水解反應(yīng)可由化學(xué)式簡(jiǎn)示于下：(C6H10O5) n + nH 2 On C6H12O6在淀粉的水解過(guò)程中，顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞。a 1 , 4糖甙鍵和a 1 , 6糖甙鍵被水解生成葡萄糖，而 a 1

13、 , 4糖甙鍵的水解速度大于 a 1 , 6糖甙鍵。淀粉水解生成的葡萄糖受酸和熱的催化作用，又發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)是葡萄糖分子通過(guò) a 1 , 6鍵結(jié)合生成異麥芽糖、龍膽二糖、潘糖和其他具有a-1 , 6鍵的低聚糖類。復(fù)合糖可再次經(jīng)水解轉(zhuǎn)變成葡萄糖，此反應(yīng)是可逆的。 分解反應(yīng)是葡萄糖分解成5L羥甲基糠醛、有機(jī)酸和有色物質(zhì)等。葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)簡(jiǎn)示于下如圖6 1所示：淀粉 葡萄糖龍膽二糖和其他低聚糖5-羥甲基糠醛有色聚合物甲酸和其他有機(jī)酸圖 6 1 葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)在糖化過(guò)程中，水解、復(fù)合和分解 3 種化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，而水解反應(yīng)是主要的。復(fù)合 與分解反應(yīng)是次要的，

14、 且對(duì)糖漿生產(chǎn)是不利的， 降低了產(chǎn)品的收得率， 增加了糖液精制的困 難，所以要盡可能降低這兩種反應(yīng)。二 、影響酸糖化的因素1 酸的種類和濃度由于各種酸的電離常數(shù)不同，雖摩爾數(shù)相同，但 H+ 濃度不同，因而水解能力不同。若以鹽 酸的水解力為 100 ，則硫酸為 50 35 ，草酸為 2042 ，亞硫酸為 4.82 ，醋酸為 68。因此淀粉糖工業(yè)常用 鹽酸 來(lái)水解淀粉。 鹽酸水解， 用碳酸鈉中和， 生成的氯化鈉存在于糖液 中，若生成大量的氯化鈉，就會(huì)增加灰分和咸味， 且鹽酸對(duì)設(shè)備的腐蝕性很大，對(duì)葡萄糖的 復(fù)合反應(yīng)催化作用也強(qiáng)。硫酸 催化效率僅次于鹽酸， 用硫酸水解后， 經(jīng)石灰中和， 生成的硫酸鈣沉

15、淀在過(guò)濾時(shí)大部分 可除去，但它仍具有一定的溶解度，會(huì)有少量溶于糖液中，在糖液蒸發(fā)時(shí)，形成結(jié)垢，影響 蒸發(fā)效率，且糖漿在儲(chǔ)存中，硫酸鈣會(huì)慢慢析出而變混濁，因此，工業(yè)上很少使用硫酸。草酸 雖然催化效率不高， 但生成的草酸鈣不溶于水， 過(guò)濾時(shí)可全部除去， 而且可減少葡萄糖 的復(fù)合分解反應(yīng)，糖液的色澤較淺，不過(guò)草酸價(jià)格貴，因此，工業(yè)上也較少采用。酸水解時(shí)，生產(chǎn)上常控制糖化液 pH值為1 . 52 . 5。同一種酸，濃度增大，能增進(jìn)水解作用， 但兩者之間并不表現(xiàn)為等比例關(guān)系，因此，酸的濃度就不宜過(guò)大，否則會(huì)引起不 良后果。2 淀粉乳濃度酸催化淀粉水解生成的葡萄糖，在酸和熱的作用下，會(huì)發(fā)生復(fù)合和分解反應(yīng)，

16、影響葡萄 糖的產(chǎn)率和增加糖化液精制的困難。 所以生產(chǎn)上要盡可能降低這兩種副反應(yīng)， 有效的方法是 通過(guò)調(diào)節(jié)淀粉乳的濃度來(lái)控制，生產(chǎn)淀粉糖漿一般 淀粉乳濃度控制在 22 24 波美度 ，結(jié) 晶葡萄糖則為 12 14 波美度。 淀粉乳濃度越高， 水解糖液中葡萄糖濃度越大， 葡萄糖的復(fù) 合分解反應(yīng)就強(qiáng)烈，生成龍膽二糖 （苦味 ）和其他低聚糖也多，影響制品品質(zhì)，降低葡萄糖產(chǎn) 率；但淀粉乳濃度太低， 水解糖液中葡萄糖濃度也過(guò)低， 設(shè)備利用率降低， 蒸發(fā)濃縮耗能大。3 溫度、壓力、時(shí)間溫度、壓力、時(shí)間的增加均能增進(jìn)水解作用，但過(guò)高溫度、壓力或過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，也會(huì)引起不良后果。生產(chǎn)上對(duì)淀粉糖漿一般控制在283303

17、 kPa，溫度142145 C,時(shí)間89 min ;結(jié)晶葡萄糖則采用 252 353 kPa ，溫度 138 147lC ，時(shí)間 1635 min 。三、酸糖化工藝1 間斷糖化法這種糖化方法是在一密閉的糖化罐內(nèi)進(jìn)行的， 糖化進(jìn)料前， 首先開(kāi)啟糖化罐進(jìn)汽閥門， 排除罐內(nèi)冷空氣。在罐壓保持 0. 03O. 05 MPa 的情況下，連續(xù)進(jìn)料，為了使糖化均勻，盡量縮短進(jìn)料時(shí)間。進(jìn)料完畢，迅速升壓至規(guī)定壓力，并立即快速放料，避免過(guò)度糖化。由于 間斷糖化在放料過(guò)程中仍可繼續(xù)進(jìn)行糖化反應(yīng)， 為了避免過(guò)度糖化， 其中間品的 DE 值要比 成品的 DE 值標(biāo)準(zhǔn)略低。2 連續(xù)糖化由于間斷糖化操作麻煩，糖化不均勻，

18、葡萄糖的復(fù)合、分解反應(yīng)和糖液的轉(zhuǎn)化程度控制 困難， 又難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化， 許多國(guó)家采用連續(xù)糖化技術(shù)。 連續(xù)糖化分為直接加熱 式和間接加熱式兩種。1 ) 直接加熱式直接加熱式的工藝過(guò)程是淀粉與水在一個(gè)貯槽內(nèi)調(diào)配好，酸液在另一個(gè)槽內(nèi)儲(chǔ)存，然后 在淀粉乳調(diào)配罐內(nèi)混合， 調(diào)整濃度和酸度。 利用定量泵輸送淀粉乳， 通過(guò)蒸汽噴射加熱器升 溫，并送至維持罐，流入蛇管反應(yīng)器進(jìn)行糖化反應(yīng)，控制一定的溫度、壓力和流速，以完成 糖化過(guò)程。 而后糖化液進(jìn)入分離器閃急冷卻。 二次蒸汽急速排出， 糖化液迅速至常壓， 冷卻 到100 C以下，再進(jìn)入貯槽進(jìn)行中和。2 ) 間接加熱式間接加熱式的工藝過(guò)程為： 淀粉漿在配

19、料罐內(nèi)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié) pH 值，并用高壓泵打人 3 套管 式的管束糖化反應(yīng)器內(nèi)， 被內(nèi)外間接加熱。反應(yīng)一定時(shí)間后， 經(jīng)閃急冷卻后中和。 物料在流 動(dòng)中可產(chǎn)生攪動(dòng)效果，各部分受熱均勻，糖化完全，糖化液顏色淺，有利于精制，熱能利用 效率高。蒸汽耗量和脫色用活性炭比間斷糖化法節(jié)約第三節(jié) 淀粉的酶液化和酶糖化工藝、淀粉酶淀粉的酶水解法是用專一性很強(qiáng)的淀粉酶將淀粉水解成相應(yīng)的糖。 在葡萄糖及淀粉糖漿生產(chǎn)時(shí)應(yīng)用a淀粉酶與糖化酶（葡萄糖苷酶）的協(xié)同作用，前者將高分子的淀粉割斷為短鏈糊 精，后者便迅速地把短鏈糊精水解成葡萄糖。同理，生產(chǎn)飴糖時(shí)，則用a淀粉酶與3-淀粉酶配合，a淀粉酶轉(zhuǎn)變的短鏈糊精被3一淀粉酶水解

20、成麥芽糖。1 a- 淀粉酶1 ）作用點(diǎn)：a淀粉酶屬內(nèi)切型淀粉酶，它作用于淀粉時(shí)從淀粉分子內(nèi)部以隨機(jī)的方式切斷a 1 , 4糖苷鍵，但水解位于分子中間的 a 1 , 4鍵的概率高于位于分子末端的 a 1 , 4鍵，a 一淀粉酶不能水解支鏈淀粉中的 a 1 , 6鍵，也不能水解相鄰分支點(diǎn)的a 1 , 4鍵；不能水解麥芽糖，但可水解麥芽三糖及以上的含 a 1 , 4鍵的麥芽低聚糖。 由于在其水解產(chǎn)物中，還原性末端葡萄糖分子中 C,的構(gòu)型為a型，故稱為a淀粉酶。a淀粉酶作用于直鏈淀粉時(shí)，可分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段速度較快，能將直鏈淀粉 全部水解為麥芽糖、 麥芽三糖及直鏈麥芽低聚糖； 第二階段速度很慢，

21、 如酶量充分，最終將 麥芽三糖和麥芽低聚糖水解為麥芽糖和葡萄糖。a一淀粉酶水解支鏈淀粉時(shí)，可任意水解1 , 4鍵，不能水解 a一 1 , 6鍵及相鄰的a一 1 , 4鍵，但可越過(guò)分支點(diǎn)繼續(xù)水解a1 , 4鍵，最終水解產(chǎn)物中除葡萄糖、麥芽糖外還有一系列帶有a 一 1 , 6鍵的極限糊精,不同來(lái)源的a一淀粉酶生成的極限糊精結(jié)構(gòu)和大小不盡相同。a 一 1 , 4鍵時(shí)，最初速度液化 ”。隨后，水解速度變2）酶源來(lái)源于芽孢桿菌的a淀粉酶水解淀粉分子中的很快，淀粉分子急速減小，淀粉漿黏度迅速下降，工業(yè)上稱之為 慢，分子繼續(xù)斷裂、變小，產(chǎn)物的還原性也逐漸增高，用碘液檢驗(yàn)時(shí)，淀粉遇碘變藍(lán)色，糊（ 聚合度小于

22、6 個(gè)葡萄精隨分子由大至小，分別呈紫、紅和棕色，到糊精分子小到一定程度糖單位時(shí)）就不起碘色反應(yīng)，因此實(shí)際生產(chǎn)中，可用碘液來(lái)檢驗(yàn)a淀粉酶對(duì)淀粉的水解程度。3 ）酶的性質(zhì) a淀粉酶較耐熱，但不同來(lái)源的a淀粉酶具有不同的熱穩(wěn)定性和最適反應(yīng)溫度。目前市售酶制劑中，以地衣芽孢桿菌所產(chǎn)a淀粉酶耐熱性最高，其最適反應(yīng)溫度達(dá)95 C左右，瞬間可達(dá)105110 C,因此該酶又稱耐高溫淀粉酶。由枯草桿菌所 產(chǎn)生的a淀粉酶，最適反應(yīng)溫度為70 C,稱為中溫淀粉酶。來(lái)源于真菌的a淀粉酶，最適反應(yīng)溫度僅為 55 C左右，為非耐熱性 a淀粉酶，一般作為糖化酶使用。一般而言，工業(yè)生產(chǎn)用a淀粉酶均不耐酸，當(dāng) pH值低于4 .

23、 5時(shí)，活力基本消失。在pH值為5 . O8 . 0之間較穩(wěn)定，最適pH值為5 . 56 . 5。不同來(lái)源的a淀粉 酶在此范圍內(nèi)略有差異。不同來(lái)源的a淀粉酶均含有鈣離子，鈣與酶分子結(jié)合緊密，鈣能保持酶分子最適空間構(gòu) 象，使酶具有最高活力和最大穩(wěn)定性。鈣鹽對(duì)細(xì)菌a淀粉酶的熱穩(wěn)定性有很大的提高，液化操作時(shí)，可在淀粉乳中加少量Ca2+，對(duì)a淀粉酶有保護(hù)作用，可增強(qiáng)其耐熱力至90C 以上，因此最適液化溫度為 8590 C .2 3-淀粉酶1 ）作用點(diǎn)：B-淀粉酶是一種外切型淀粉酶，它 作用于淀粉時(shí)從非還原性末端依次切 開(kāi)相隔的 3一 1 ， 4 鍵，順次將它分解為兩個(gè)葡萄糖基，同時(shí)發(fā)生爾登轉(zhuǎn)化作用，最

24、終產(chǎn)物 全是 B 一麥芽糖。所以也稱麥芽糖酶。3-淀粉酶能將直鏈淀粉全部分解，如淀粉分子由偶數(shù)個(gè)葡萄糖單位組成，最終水解產(chǎn)物全部為麥芽糖；如淀粉分子由奇數(shù)個(gè)葡萄糖單位組成， 則最終a水解產(chǎn)物除麥芽糖外，還有少量葡萄糖。但3一淀粉酶不能水解支鏈淀粉的a1，6鍵，也不能跨過(guò)分支點(diǎn)繼續(xù)水解， 故水解支鏈淀粉是不完全的， 殘留下3一極限糊精。B淀粉酶水解淀粉時(shí)，由于從分子末端開(kāi)始，總有大分子存在，因此黏度下降慢，不能作為糖化酶使用；而 B淀粉酶水解淀粉水解產(chǎn)物如麥芽糖、麥芽低聚糖時(shí)，水解速度很快， 可作為糖化酶使用。B淀粉酶活性中心含有巰基 （一 SH），因此，一些氧化劑、重金屬離子以及巰基試劑均可使

25、 其失活，而還原性的谷胱甘肽、半胱氨酸對(duì)其有保護(hù)作用。2 ）酶源：B淀粉酶以大麥芽及麩皮中含量最豐富。3 ）性質(zhì)：最適PH 5.0-5.4最適溫度60 C3 糖化酶 （ 葡萄糖淀粉酶 ）1）作用點(diǎn)：糖化酶 （葡萄糖淀粉酶 ）對(duì)淀粉的水解作用是從淀粉的非還原性末端開(kāi)始，依次水解a 1 , 4葡萄糖苷鍵，順次切下每個(gè)葡萄糖單位，生成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶專一性差，除水解a 1 , 4葡萄糖苷鍵外，還能水解。a 1 , 6鍵和a一 1， 3 鍵，但后兩種鍵的水解速度較慢，由于該酶作用于淀粉糊時(shí)，糖液黏度下降較慢， 還原能力上升很快， 所以又稱糖化酶， 不同微生物來(lái)源的糖化酶對(duì)淀粉的水解能力也有較大 區(qū)

26、別。2 ）酶原和性質(zhì)： 不同來(lái)源的葡萄糖淀粉酶在糖化的最適溫度和 pH 值上存在一定的差 異。其中，黑曲霉為5560 C, pH值3 . 55.0;根霉5055 C, pH值4 .55 . 5 ; 擬內(nèi)孢霉為50 C, pH值4 -85 -0。糖化時(shí)間根據(jù)相應(yīng)淀粉糖質(zhì)量指標(biāo)中DE值的要求而定，一般為1248 h ;糖化溫度一般采用 55 C以上可避免長(zhǎng)時(shí)間保溫過(guò)程中細(xì)菌的生長(zhǎng)；糖化 pH 值一般為弱酸性,不易生成有色物質(zhì),有利于提高糖化液的質(zhì)量。4 脫支酶脫支酶是水解支鏈淀粉、糖原等大分子化合物中a 1 , 6糖苷鍵的酶，脫支酶可分為直接脫支酶和間接脫支酶兩大類，前者可水解未經(jīng)改性的支鏈淀粉或

27、糖原中的a 1 ,6糖苷鍵，后者僅可作用于經(jīng)酶改性的支鏈淀粉或糖原，這里僅討論直接脫支酶。根據(jù)水解底物專一性的不同，直接脫支酶可分為異淀粉酶和普魯藍(lán)酶兩種。異淀粉酶只能水解支鏈結(jié)構(gòu)中的 a 1 , 6糖苷鍵，不能水解直鏈結(jié)構(gòu)中的 a , 6糖苷鍵；普魯藍(lán)酶 不僅能水解支鏈結(jié)構(gòu)中的 a 一 1 , 6糖苷鍵，也能水解直鏈結(jié)構(gòu)中的 a-1 , 6糖苷鍵，因此 它能水解含a 1 , 6糖苷鍵的葡萄糖聚合物。脫支酶在淀粉制糖工業(yè)上的主要應(yīng)用是和B淀粉酶或葡萄糖淀粉酶協(xié)同糖化，提高淀粉轉(zhuǎn)化率，提高麥芽糖或葡萄糖得率。二、液化液化是使糊化后的淀粉發(fā)生部分水解，暴露出更多可被糖化酶作用的非還原性末端。它是利

28、用液化酶使糊化淀粉水解到糊精和低聚糖程度， 使黏度大為降低， 流動(dòng)性增高， 所以工 業(yè)上稱為液化。 酶液化和酶糖化的工藝稱為雙酶法或全酶法。 液化也可用酸， 酸液化和酶糖 化的工藝稱為酸酶法。由于淀粉顆粒的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，淀粉糖化酶無(wú)法直接作用于生淀粉，必需加熱生淀粉乳， 使淀粉顆粒吸水膨脹，并糊化，破壞其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但糊化的淀粉乳黏度很大，流動(dòng)性差，攪 拌困難， 難以獲得均勻的糊化結(jié)果， 特別是在較高濃度和大量物料的情況下操作有困難。 而 的分子，黏度急速降低，流動(dòng)性增高。此外，液化還可為下一步的糖化創(chuàng)造有利條件，糖化 使用的葡萄糖淀粉酶屬于外酶， 水解作用從底物分子的非還原尾端進(jìn)行。 在液化過(guò)程

29、中， 分 子被水解到糊精和低聚糖范圍的大小程度， 底物分子數(shù)量增多， 糖化酶作用的機(jī)會(huì)增多， 有 利于糖化反應(yīng)。a一淀粉酶對(duì)于糊化的淀粉具有很強(qiáng)的催化水解作用,能很快水解到糊精和低聚糖范圍大小1 液化機(jī)理液化使用a淀粉酶，它能水解淀粉和其水解產(chǎn)物分子中的a 1 , 4糖苷鍵，使分子斷裂，黏度降低。a淀粉酶屬于內(nèi)酶，水解從分子內(nèi)部進(jìn)行， 不能水解支鏈淀粉的 a 1 , 6葡萄糖苷鍵，當(dāng) a淀粉酶水解淀粉切斷 a 1 , 4鍵時(shí)，淀粉分子支叉地位的a 1 ,6鍵仍然留在水解產(chǎn)物中，得到異麥芽糖和含有a 1 , 6鍵、聚合度為34的低聚糖和糊精。但a淀粉酶能越過(guò) a 1 ,6鍵繼續(xù)水解 a 1 ,

30、4鍵，不過(guò)a 1 , 6鍵的存在， 對(duì)于水解速度有降低的影響，所以a淀粉酶水解支鏈淀粉的速度較直鏈淀粉慢。國(guó)內(nèi)常用的a 淀粉酶有由芽孢桿菌 BF 一 7658產(chǎn)的液化型淀粉酶和由枯草桿菌產(chǎn)生 的細(xì)菌糖化型a淀粉酶以及由霉菌產(chǎn)生的a淀粉酶。因其來(lái)源不同，各種酶的性能和對(duì)淀粉的水解效能亦各有差異。2 液化程度在液化過(guò)程中,淀粉糊化、水解成較小的分子,應(yīng)當(dāng)達(dá)到何種程度合適?葡萄糖淀粉酶屬于外酶, 水解只能由底物分子的非還原尾端開(kāi)始, 底物分子越多, 水解生成葡萄糖的機(jī)會(huì) 越多。 但是,葡萄糖淀粉酶是先與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu),而后發(fā)生水解催化作用,這需要 底物分子的大小具有一定的范圍, 有利于生成這種

31、絡(luò)合結(jié)構(gòu), 過(guò)大或過(guò)小都不適宜。 根據(jù)生 產(chǎn)實(shí)踐, 淀粉在酶液化工序中水解到葡萄糖值 15 20 范圍合適。 水解超過(guò)此程度, 不利于 糖化酶生成絡(luò)合結(jié)構(gòu),影響催化效率,糖化液的最終葡萄糖值較低。利用酸液化，情況與酶液化相似，在液化工序中需要控制水解程度在葡萄糖值1520之間為宜，水解程度高，則影響糖化液的葡萄糖值降低；若液化到葡萄糖值15 以下，液化淀粉的凝沉性強(qiáng)，易于重新結(jié)合，對(duì)于過(guò)濾性質(zhì)有不利的影響。3 液化方法液化方法有 3 種：升溫液化法、高溫液化法和噴射液化法。1 ) 升溫液化法這是一種最簡(jiǎn)單的液化方法。 30 40 的淀粉乳調(diào)節(jié) pH 值為 6065，加入CaCl2調(diào)節(jié)鈣離子濃度

32、到 0. 01 mol / L,加入需要量的液化酶， 在保持劇烈攪拌的情況下， 噴入蒸汽加熱到 8590 C,在此溫度保持 3060 min 達(dá)到需要的液化程度，加熱至 100 C以終止酶反應(yīng)，冷卻至糖化溫度。此法需要的設(shè)備和操作都簡(jiǎn)單，但因在升溫糊化過(guò)程中，黏度增加使攪拌不均勻，料液受熱不均勻，致使液化不完全，液化效果差，并形成難 于受酶作用的不溶性淀粉粒， 引起糖化后糖化液的過(guò)濾困難， 過(guò)濾性質(zhì)差。 為改進(jìn)這種缺點(diǎn)， 液化完后加熱煮沸10 min ,谷類淀粉(如玉米)液化較困難，應(yīng)加熱到140 C,保持幾分鐘。 雖然如此加熱處理能改進(jìn)過(guò)濾性質(zhì)，但仍不及其他方法好。2 ) 高溫液化法將淀粉乳

33、調(diào)節(jié)好 pH 值和鈣離子濃度，加入需要量的液化酶，用泵打經(jīng)噴淋頭引入液化桶中約90 C的熱水中，淀粉受熱糊化、液化，由桶的底部流出，進(jìn)入保溫桶中，于90 C保溫約 40 min 或更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到所需的液化程度。 此法的設(shè)備和操作都比較簡(jiǎn)單， 效果也不 差。缺點(diǎn)是淀粉不是同時(shí)受熱， 液化欠均勻， 酶的利用也不完全， 后加入的部分作用時(shí)間較 短。對(duì)于液化較困難的谷類淀粉 （ 如玉米 ） ，液化后需要加熱處理以凝結(jié)蛋白質(zhì)類物質(zhì)，改進(jìn) 過(guò)濾性質(zhì)。在 130 C加熱液化 510 min 或在150 C加熱11 . 5 min 。3 ） 噴射液化法先通蒸氣人噴射器預(yù)熱到 8090 C,用位移泵將淀粉乳打入

34、，蒸氣噴入淀粉乳的薄層，引起糊化、 液化。蒸氣噴射產(chǎn)生的湍流使淀粉受熱快而均勻， 黏度降低也快。液化的淀粉乳由噴射器下方卸出，弓I入保溫桶中在8590 C保溫約40 min ，達(dá)到需要的液化程度。此法的優(yōu)點(diǎn)是液化效果好， 蛋白質(zhì)類雜質(zhì)的凝結(jié)好， 糖化液的過(guò)濾性質(zhì)好，設(shè)備少， 也適于連 續(xù)操作。馬鈴薯淀粉液化容易，可用 40 濃度；玉米淀粉液化較困難，以 27 33 濃 度為宜，若濃度在 33 % 以上，則需要提高用酶量?jī)杀丁Ｋ嵋夯ǖ倪^(guò)濾性質(zhì)好，但最終糖化程度低于酶液化法。酶液化法的糖化程度較高，但過(guò)濾性質(zhì)較差。 為了利用酸和酶液化法的優(yōu)點(diǎn)， 有酸酶合并液化法， 先用酸液化到葡萄糖值 約 4，

35、再用酶液化到需要程度，經(jīng)用酶糖化，糖化程度能達(dá)到葡萄糖值約97 ，稍低于酶液化法，但過(guò)濾性質(zhì)好，與酸液化法相似。此法只能用管道設(shè)備連續(xù)進(jìn)行，因?yàn)檎{(diào)節(jié)pH 值、降溫和加液化酶的時(shí)間快， 也避免回流。 若不用管道設(shè)備， 則由于低葡萄糖值淀粉液的黏度 大，凝沉性也強(qiáng)，過(guò)濾性質(zhì)差。三、糖化在液化工序中，淀粉經(jīng) a淀粉酶水解成糊精和低聚糖范圍的較小分子產(chǎn)物，糖化是利用葡萄糖淀粉酶進(jìn)一步將這些產(chǎn)物水解成葡萄糖。純淀粉通過(guò)完全水解，會(huì)增重，每100份淀粉完全水解能生成 lll 份葡萄糖，但現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到這種水平。雙酶法工 藝的現(xiàn)在水平，每100份純淀粉只能生成105108份葡萄糖，這是因?yàn)橛兴?/p>

36、不完全的 剩余物和復(fù)合產(chǎn)物如低聚糖和糊精等存在。 如果在糖化時(shí)采取多酶協(xié)同作用的方法， 例如除 葡萄糖淀粉酶以外， 再加上異淀粉酶或普魯藍(lán)酶并用， 能使淀粉水解率提高， 且所得糖化液 中葡萄糖的百分率可達(dá) 99 以上。雙酶法生產(chǎn)葡萄糖工藝的現(xiàn)在水平， 糖化 2 d 葡萄糖值達(dá)到 9598。在糖化的初階段， 速度快，第一天葡萄糖達(dá)到90以上，以后的糖化速度變慢。葡萄糖淀粉酶對(duì)于a 1 , 6糖苷鍵的水解速度慢。 提高用酶量能加快糖化速度， 但考慮到生產(chǎn)成本和復(fù)合反應(yīng)， 不能增 加過(guò)多。降低濃度能提高糖化程度， 但考慮到蒸發(fā)費(fèi)用， 濃度也不能降低過(guò)多，一般采用濃 度約 30 。1 糖化機(jī)理糖化是利

37、用葡萄糖淀粉酶從淀粉的非還原性尾端開(kāi)始水解a 1 , 4葡萄糖苷鍵，使葡萄糖單位逐個(gè)分離出來(lái)， 從而產(chǎn)生葡萄糖。 它也能將淀粉的水解初產(chǎn)物如糊精、 麥芽糖和低 聚糖等水解產(chǎn)生 B 一葡萄糖。它作用于淀粉糊時(shí)，反應(yīng)液的碘色反應(yīng)消失很慢，糊化液的 黏度也下降較慢， 但因酶解產(chǎn)物葡萄糖不斷積累， 淀粉糊的還原能力卻上升很快， 最后反應(yīng) 幾乎將淀粉 100 水解為葡萄糖。葡萄糖淀粉酶不僅由于酶源不同造成對(duì)淀粉分解率有差異，即使是同一菌株產(chǎn)生的酶中也會(huì)出現(xiàn)不同類型的糖化淀粉酶。如將黑曲菌產(chǎn)生的粗淀粉酶用酸處理，使其中的a淀粉酶破壞， 然后用玉米淀粉吸附分級(jí)， 獲得易吸附于玉米淀粉的糖化型淀粉酶 I 及不

38、吸附于 玉米淀粉的糖化型淀粉酶H 2個(gè)分級(jí)，其中I能100 %地分解糊化過(guò)的糯米淀粉和較多的a一 1 , 6鍵的糖原及B 一界限糊精，而酶H僅能分解 60%70 %的糯米淀粉，對(duì)于糖原及 B一界限糊精則難以分解。除了淀粉的分解率因酶源不同而有差異外，耐熱性、耐酸性等性質(zhì)也會(huì)因酶源不同而有差異。不同來(lái)源的葡萄糖淀粉酶在糖化的適宜溫度和pH 值也存在差別。例如曲霉糖化酶為5560 C, pH值3 . 55. 0 ;根霉的糖化酶為 5055 C, pH值4 . 55 . 5 ;擬內(nèi) 孢酶為50 C, pH值4 . 85 . 0。2 糖化操作糖化操作比較簡(jiǎn)單,將淀粉液化液引入糖化桶中,調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臏囟?/p>

39、和pH 值,混入需要量的糖化酶制劑,保持 23 d 達(dá)到最高的葡萄糖值,即得糖化液。糖化桶具有夾層,用 來(lái)通冷水或熱水調(diào)節(jié)和保持溫度, 并具有攪拌器, 保持適當(dāng)?shù)臄嚢? 避免發(fā)生局部溫度不均 勻現(xiàn)象。糖化的溫度和 pH 值決定于所用糖化酶制劑的性質(zhì)。 曲霉一般用 60 C, pH 值 4045, 根霉用 55 C, pH 值 50。根據(jù)酶的性質(zhì)選用較高的溫度,可使糖化速度較快,感染雜菌 的危險(xiǎn)較小。選用較低的 pH 值,可使糖化液的色澤淺,易于脫色。加入糖化酶之前要注意 先將溫度和 pH 值調(diào)節(jié)好,避免酶與不適當(dāng)?shù)臏囟群?pH 值接觸,活力受影響。在糖化反應(yīng) 過(guò)程中, pH 值稍有降低,可以調(diào)

40、節(jié) pH 值,也可將開(kāi)始的 pH 值稍高一些。達(dá)到最高的葡萄糖值以后,應(yīng)當(dāng)停止反應(yīng),否則,葡萄糖值趨向降低,這是因?yàn)槠咸烟?發(fā)生復(fù)合反應(yīng), 一部分葡萄糖又重新結(jié)合生成異麥芽糖等復(fù)合糖類。 這種反應(yīng)在較高的酶濃 度和底物濃度的情況下更為顯著。葡萄糖淀粉酶對(duì)于葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)具有催化作用。糖化液在80 C,受熱20 min ，酶活力全部消失。實(shí)際上不必單獨(dú)加熱，脫色過(guò)程中即達(dá)到這種目的?；钚蕴棵撋话闶窃?0 C保持30 min ，酶活力同時(shí)消失。提高用酶量,糖化速度快,最終葡萄糖值也增高,能縮短糖化時(shí)問(wèn)。但提高有一定的限度, 過(guò)多反而引起復(fù)合反應(yīng)嚴(yán)重,導(dǎo)致葡萄糖值降低。第四節(jié) 精制和濃縮淀粉糖化

41、液的糖分組成因糖化程度而不同，如葡萄糖、低聚糖和糊精等，另外還有糖的 復(fù)合和分解反應(yīng)產(chǎn)物、 原存在于原料淀粉中的各種雜質(zhì)、 水帶來(lái)的雜質(zhì)以及作為催化劑的酸 或酶等， 成分是很復(fù)雜的。 這些雜質(zhì)對(duì)于糖漿的質(zhì)量和結(jié)晶、 葡萄糖的產(chǎn)率和質(zhì)量都有不利 的影響，需要對(duì)糖化液進(jìn)行精制，以盡可能地除去這些雜質(zhì)。糖化液精制的方法，一般采用堿中和、活性炭吸附、脫色和離子交換脫鹽。一、 中和采用酸糖化工藝，需要中和，酶法糖化不用中和。使用鹽酸作為催化劑時(shí)，用碳酸鈉中 和；用硫酸作為催化劑時(shí)，用碳酸鈣中和。在這里并不是中和到真正的中和點(diǎn) （pH=7 O） ， 而是中和大部分催化用的酸， 同時(shí)調(diào)節(jié) pH 值到膠體物質(zhì)的等電點(diǎn)。 糖化液中蛋白質(zhì)類膠體 物質(zhì)在酸性條件下帶正電荷， 當(dāng)糖化液被逐漸中和時(shí)， 膠體物質(zhì)的正電荷也逐漸消失， 當(dāng)糖 化液的pH值達(dá)到這些膠體物質(zhì)的等電點(diǎn)（pH=4 . 85. 2）時(shí)，電荷全部消失，膠體凝結(jié)成絮狀物， 但并不完全。 若在糖化液中加入一些帶負(fù)電荷的膠性黏土如膨潤(rùn)土為澄清劑， 能 更好地促進(jìn)蛋白質(zhì)類物質(zhì)的凝結(jié)，降低糖化液中蛋白質(zhì)的含量。過(guò)濾過(guò)濾就是除去糖化液中的不溶性雜質(zhì)，目前普遍使用板框過(guò)濾機(jī)，同時(shí)最好用硅藻土為 助濾劑，來(lái)提高過(guò)濾速度，延長(zhǎng)過(guò)濾周期，提高濾液澄清度。一般采用預(yù)涂層的辦法，