淀粉質(zhì)原料的液化糖化

關(guān)于淀粉質(zhì)原料的液化糖化第1頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五

在酒精生產(chǎn)中必須將淀粉轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵糖類，酵母菌才能將其發(fā)酵生成酒精，而將淀粉轉(zhuǎn)變成酵母菌可發(fā)酵糖的過(guò)程稱作淀粉質(zhì)原料的液化糖化。第2頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五

第一節(jié)與淀粉質(zhì)原料的液化糖化

有關(guān)的酶系及其特性

淀粉的糖化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生化反應(yīng)過(guò)程。反應(yīng)中包含淀粉在淀粉酶和糖化酶作用下的液化和糖化，以及蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下分解成氨基酸等過(guò)程。原料中的有機(jī)含磷化合物在磷酸酯酶的作用下，可將其中可溶性磷酸鹽分解出來(lái)，使糖化醪中的磷酸鹽含量增加，這對(duì)酵母菌的生長(zhǎng)和發(fā)酵有利。淀粉的糖化實(shí)質(zhì)上就是酶對(duì)淀粉的作用過(guò)程。第3頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五

（一）α-淀粉酶（E.C.3.2.1.1）該酶的系統(tǒng)名稱為α-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，常用名為α-淀粉酶，又稱淀粉1，4糊精酶。耐高溫α-淀粉酶2.普通α-淀粉酶第4頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五α-淀粉酶作用原理：

α-淀粉酶是一種內(nèi)切淀粉酶，能隨機(jī)水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的α-１，４-葡萄糖苷鍵。酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低，變成液化淀粉，水解生成糊精及少量葡萄糖和麥芽糖。第5頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五（二）糖化酶（E.C.3.2.1.3）

該酶的系統(tǒng)名為α-1，4葡聚糖葡萄糖水解酶，常用的名有葡萄糖淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、γ-淀粉酶，通常稱糖化酶。糖化酶對(duì)淀粉作用時(shí)，是從非還原性末端開(kāi)始逐漸切下一個(gè)個(gè)葡萄糖分子，并將葡萄糖分子由α-型轉(zhuǎn)變?yōu)棣?型，所以此酶屬于外酶。水解過(guò)程中葡萄糖之間的C1-O-C4中的C1-O鍵斷裂。葡萄糖淀粉酶不僅能分解為α-1，4鍵，而且可分解為α-1，6和α-1，3糖苷鍵，但速度慢得多。所以該酶從理論上講可以100%地水解直鏈、支鏈淀粉和麥芽糖。不同微生物菌種產(chǎn)生的糖化酶分解能力強(qiáng)弱不同，水解速度也因底物分子大小和結(jié)構(gòu)而不同，底物相對(duì)分子質(zhì)量越大，分解率越高。第6頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五（三）蛋白酶

酸性蛋白酶是采用黑曲霉3.4310菌株，經(jīng)深層發(fā)酵培養(yǎng)，提取精制而成。它是一種在酸性環(huán)境下（pH2.5～4.0）催化蛋白酶的酶制劑，適用于水解酸性介質(zhì)中動(dòng)、植物蛋白質(zhì)?？梢杂糜诿ぼ浕?，啤酒、果酒澄清，動(dòng)、植物蛋白質(zhì)水解營(yíng)養(yǎng)液，羊毛染色，廢膠片回收，飼料添加劑等等。第7頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五作用方式：作用肽鍵，主要生成物為小肽和氨基酸。最適溫度：對(duì)0.5%酪蛋白在pH3.0左右，作用溫度范圍30～50℃，最適作用溫度為40℃。最適作用pH：在40℃條件下，作用范圍2.5～4.0，最適作用pH3.0左右。熱穩(wěn)定性：pH2.0～4.0條件下，40℃以下比較穩(wěn)定，超過(guò)50℃酶活力損失較嚴(yán)重，60℃以上很快失活。pH穩(wěn)定性：2.5～4.0之間穩(wěn)定，超過(guò)此范圍，失活較嚴(yán)重。金屬離子對(duì)酶活力的影響：被Mn2+、Mg2+、Ca2+

離子激活，被Hg2+、Cu2+、Al3+離子所抑制。第8頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五（四）纖維素酶纖維素酶是由綠色木霉經(jīng)深層發(fā)酵制成的液體產(chǎn)品，是降解纖維素，生成葡萄糖的一組酶的總稱。它是由C1酶，β–1,4-葡聚糖酶（也稱Cx酶），β-葡萄糖苷酶組成。C1酶能在降解天然纖維素過(guò)程中起主導(dǎo)作用；Cx酶能水解溶解的纖維素衍生物或者膨脹和部分降解纖維素；β-葡萄糖苷酶能水解纖維二糖和短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖。第9頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五第二節(jié)傳統(tǒng)液化糖化工藝淀粉質(zhì)原料經(jīng)粉碎后，還需進(jìn)行蒸煮。原料經(jīng)蒸煮后，使植物細(xì)胞和植物組織破裂。原料所含的淀粉顆粒由于吸水膨化而分解，成為溶解狀態(tài)的糊精。這一過(guò)程成為淀粉的液化。經(jīng)過(guò)蒸煮以后的糊化醪，加人一定量的糖化劑，使溶解狀態(tài)的淀粉變?yōu)榭砂l(fā)酵的糖類，這一由淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪^(guò)程稱為糖化。

第10頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五傳統(tǒng)糖化液化工藝有高溫蒸煮糖化、中溫蒸煮糖化、低溫蒸煮糖化工藝以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的其它相關(guān)工藝。第11頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五一、高溫高壓連續(xù)蒸煮1－加熱器；2－緩沖器；3-蒸煮柱；4-汽液分離器第12頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五二、中溫蒸煮連續(xù)蒸煮（1）工藝流程

耐高溫α-淀粉酶

↓

淀粉質(zhì)原料→粉碎（通過(guò)直徑1.5mm篩孔）→配料罐→泥漿泵→蒸汽噴射器（100~105℃）→串聯(lián)系統(tǒng)（鍋式、柱式、管式，時(shí)間100min）→分離器→冷卻器→糖化鍋第13頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五（2）中溫蒸煮技術(shù)要點(diǎn)原料粉碎細(xì)度：通過(guò)直徑1.5mm以下篩孔;

蒸煮溫度：（100±5）℃；蒸煮時(shí)間：100min;

加酶量：4~8u/g原料。第14頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五最適溫度范圍：50～55℃。有效作用溫度范圍：45～60℃。最適pH范圍：pH4.0～5.0。有效作用pH范圍：pH2.8～5.8。第15頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五三、糖化工藝糖化工藝，目前采用的有兩種形式，主要差異是糖化前的冷卻設(shè)備不同，一種是采用將蒸煮醪直接糖化罐內(nèi)冷卻，另一種是采用真空冷卻。（1）混合冷卻連續(xù)糖化法這種工藝方法主要是利用原有的糖化罐，先把罐中約占體積2/3的糖化醪冷卻至60℃左右，然后加入溫度為85~100℃的蒸煮醪，并通過(guò)糖化罐內(nèi)的冷卻裝置進(jìn)行冷卻，同時(shí)加人糖化劑并攪拌。使其混合均勻，按規(guī)定的工藝條件進(jìn)行連續(xù)糖化。第16頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五（2）真空冷卻連續(xù)糖化法蒸煮醪采用真空冷卻就是利用在一定的真空度下，醪液自蒸發(fā)產(chǎn)生大量蒸汽，消耗了醪液自身的大量熱能，因此，醪液很快地就冷卻到與該真空度相對(duì)應(yīng)的溫度，達(dá)到了迅速冷卻的目的。應(yīng)用真空冷卻法優(yōu)點(diǎn)是，蒸煮醪在驟然冷卻下，形成結(jié)晶狀的小粒，這樣不但流動(dòng)性好，而且容易與淀粉酶作用。又因蒸煮醪的冷卻是在密閉的空間內(nèi)進(jìn)行。因而避免了空氣中雜菌的污染。第17頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五

當(dāng)真空冷卻器內(nèi)的真空度控制在81.3kPa時(shí)，容器內(nèi)真空度對(duì)應(yīng)溫度為60℃左右。酒精生產(chǎn)常將真空冷卻的真空度控制在73.3~81.3kPa，就能達(dá)到糖化所要求的溫度。真空冷卻器可與真空泵、水力噴射器、蒸汽噴射器等相連接。第18頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五（3）二級(jí)真空冷卻連續(xù)糖化法對(duì)蒸煮醪的前冷卻和后冷卻均采用真空冷卻的糖化工藝，叫二級(jí)真空冷卻糖化法。第19頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五2.影響糖化醪質(zhì)量的主要因素（1）糖化溫度：糖化溫度控制在58~60℃，不允許超過(guò)62℃，在62℃以上的糖化溫度下，酶活力下降。（2）糖化時(shí)間糖化時(shí)間要求在20~30min，糖化率在47%~56%之間，糖化時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不但所增加的糖量有限，而且容易使糖化酶在58~60℃這樣高的溫度下產(chǎn)生變性，導(dǎo)致酶鈍化或失活。（3）糖化pH值

糖化醪的pH值一般控制在3.8~4.5，可抑制雜菌的生長(zhǎng)。第20頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五第三節(jié)雙酶法液化糖化工藝一、酶制劑的選用雙酶法液化糖化工藝中常用的酶制劑有耐高溫α-淀粉酶和高效糖化酶。第21頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五二、常用工藝流程和操作

耐高溫α-淀粉酶↓淀粉質(zhì)原料→粉碎→配料罐→粉漿泵→蒸汽噴射器（100~105℃）→液化罐→汽液分離器→糖化泵→糖化罐→螺旋板換熱器↑↑↓水力噴射真空泵高效糖化酶發(fā)酵罐

第22頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五工藝操作要點(diǎn)：原料經(jīng)粉碎（通過(guò)直徑1.5mm篩孔）進(jìn)入配料罐，按加水比1:2.5~3.0調(diào)漿，清液回用比例控制在30%~50%，按每克原料添加4~8單位的耐高溫α-淀粉酶，用蒸汽加熱，控制配料罐溫度在（85土1）℃，時(shí)間30min。用粉漿泵經(jīng)液化噴射器（100~105℃）進(jìn)入液化罐。液化罐溫度控制在95℃左右，然后經(jīng)汽液分離器后進(jìn)入糖化罐，溫度為（60土1）℃，按每克原料添加80~120單位的高效糖化酶進(jìn)行糖化，根據(jù)工藝要求維持90~120min，在用螺旋板換熱器將糖化醪冷卻至（30土1）℃，打入發(fā)酵罐進(jìn)行酒精發(fā)酵。第23頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)41分，星期五三、液化噴射器的應(yīng)用液化噴射器結(jié)構(gòu)和工作原理液化噴射器噴射液化的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要由料液進(jìn)口、蒸汽進(jìn)口、擴(kuò)散管、汽液混合室和緩沖管構(gòu)成。

在液化操作時(shí)，先用蒸汽將噴射系統(tǒng)