淀粉制糖工藝

關(guān)于淀粉制糖工藝第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章淀粉制糖工藝

教學(xué)內(nèi)容

1、淀粉水解糖的制備方法2、淀粉酸水解工藝3、酶解法制糖工藝4、糖化第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月谷氨酸和味精生產(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、木薯淀粉淀粉藍糊精紅糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6酸或酶第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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缺點第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月酶解法是利用專一性很強的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的方法。酶解法可分為兩步：第一步，利用α-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、酶解法第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

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20—23Bx（含34%--40%淀粉）的淀粉乳，并且可以采用粗原料。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)點第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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、酸水解工藝第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1、酸水解法原理淀粉結(jié)構(gòu)式：包括跳過淀粉藍糊精紅糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖水解過程：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)132第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月CH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOOHOCH2OHOHOOH直鏈淀粉(15-25%)支鏈淀粉(75-85%)返回返回麥芽糖纖維二糖α-1,4異芽糖龍膽二糖α-1,6

第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1、水解反應(yīng)（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6酸影響水解反應(yīng)速度常數(shù)k的幾個因素k=α·N·δ·λ

1）α為催化劑活性系數(shù)催化劑HClH2SO4H3PO4HACHBrHIα值10.5-0.520.30.0251.72.5各種酸的α值說出結(jié)論P482）N為酸的摩爾濃度P493）δ為多糖的水解性常數(shù)多糖的種類棉花淀粉木材稻草半纖維素蔗糖δ值14002.0-2.510-400100第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4）λ為水解溫度不同溫度下淀粉水解反應(yīng)速度常數(shù)溫度℃119133138143k值0.1250.4700.7701.200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)2C6H12O6C12H22O11+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。第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月影響復(fù)合反應(yīng)因素：糖濃度、酸種類、溫度等

1000100淀粉乳濃度（干淀粉%）糖液的純度（%）4001.0復(fù)合糖量（%）HClHAcH2SO4酸濃度（mol/l)從表中可看出結(jié)論：P50第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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。

第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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Na2CO32、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。

淀粉乳第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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淀粉乳濃度（BX）2624222019181716DE值89.1789.2789.9291.191.392.7792.8193.01濃度控制在18-19BX各種酸催化作用利弊一般用HCl用量為淀粉量的0.5%-0.8%從表中可看出第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月糖化溫度、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(biāo)，如表4-12所示：水解溫度反應(yīng)壓力（Mpa）1191331381430.100.200.250.30第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

結(jié)論：根據(jù)實踐經(jīng)驗，采用高溫、短時間、蒸汽壓力0.25-0.40MpaC、掌握糖化終點，控制糖化時間，是十分重要的。0DE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？問題第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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

淀粉藍糊精紅糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖碘藍紫色藍色紅色無色無色無色無水酒精不溶不溶不溶不溶微溶溶問題

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(yán)格控制終點？如何檢查糖化終點？問題第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月參看工藝流程提問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？第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月脫色過濾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第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月酸水解糖化工藝流程P57圖4-412345678910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-鹽酸計量器9-水力噴射器10-水槽針對工藝提問第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月圖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第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月間歇式與連續(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：間歇式連續(xù)式設(shè)備投資對淀粉質(zhì)量要求操作糖化溫度糖化時間蒸汽量產(chǎn)品質(zhì)量糖化罐較貴可用不同質(zhì)量的淀粉簡單134-144度15-30min較多糖化不均勻，易產(chǎn)生分解反應(yīng)蛇管加熱器及計量器較貴要求淀粉質(zhì)量較穩(wěn)定操作條件確定后，比較簡單144-151度10-15min比間歇式少一半產(chǎn)品質(zhì)量均勻，分解產(chǎn)物少第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)點第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月淀粉的糊化是指淀粉受熱后，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)式第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月糊化溫度

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。第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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

第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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℃二次液化罐第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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℃二次液化罐第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

在配料罐內(nèi)，將淀粉加水調(diào)漿成淀粉乳，用Na2CO3調(diào)PH，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α-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α-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α-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）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℃二次液化罐第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月工藝的特點：

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?！痹诟邷叵路稚?，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？第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月PH值與溫度10009PH酶活力（%）a-淀粉酶與PH的關(guān)系100090酶活力（%）a-淀粉酶活力與溫度的關(guān)系PH=5.7670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？第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬離子總之：P653）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？

淀粉藍糊精紅糊精無色糊精麥芽糖葡萄糖碘藍紫色藍色紅色無色無色無色無水酒精不溶不溶不溶不溶微溶溶看書5分鐘回答下列問題第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月四、糖化

100072糖化時間/h葡萄糖DE（%）不同用酶量的糖化曲線ABCD

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。第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月100072糖化時間/h葡萄糖DE（%）糖化曲線葡萄糖的復(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