粮油工艺学-第七章

第七章淀粉制糖第一节淀粉糖的种类和性质第二节食品制造中的酵母菌及其应用第三节食品制造中的霉菌及其应用第四节微生物酶制剂及其在食品工业中的应用商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖淀粉糖是以淀粉为原料，通过酸或酶的催化水解反应生产的糖品的总称，是淀粉深加工的主要产品。淀粉糖行业得到快速发展，形成了各种不同甜度及功能的麦芽糊精、葡萄糖、麦芽糖、功能性糖及糖醇等几大系列的淀粉糖产品。淀粉糖的原料是淀粉，任何含淀粉的农作物，如玉米、大米、木薯等均可用来生产淀粉糖，生产不受地区和季节的限制。淀粉糖在口感、功能性上比蔗糖更能适应不同消费者的需要，并可改善食品的品质和加工性能，因此，淀粉糖具有很好的发展前景。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖第一节淀粉的种类及特性一、淀粉糖的种类淀粉糖种类按成分组成来分大致可分为液体葡萄糖、结晶葡萄糖(全糖)、麦芽糖浆(饴糖、高麦芽糖浆、麦芽糖)、麦芽糊精、麦芽低聚糖、果葡糖浆等。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖按成分组成液体葡萄糖全糖果葡糖浆麦芽低聚糖麦芽糖浆葡麦糖浆饴糖麦芽糖高麦芽糖浆结晶葡萄糖含水α-葡萄糖（25-40℃结晶）无水α-葡萄糖（60-70℃真空结晶）无水-β葡萄糖（85-110℃真空结晶）42型(第一代)55型(第二代)90型(第三代)商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖淀粉糖工业上常用葡萄糖值（dextroseequivalent）简称DE值来表示淀粉水解的程度。将糖化液中还原糖全部当作葡萄糖计算，占干物质的百分率称葡萄糖值。葡麦糖浆转化程度低转化糖浆（DE值30％以下）中转化糖浆（DE值30％～50％）高转化糖浆（DE值50％～70％）商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖二、淀粉糖的性质甜度溶解度结晶性质吸湿性和保湿性渗透压力黏度化学稳定性发酵性性质商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖1.甜度甜度是糖类的重要性质，但影响甜度的因素很多，特别是浓度。浓度增加，甜度增高，但增高程度不同糖类之间存在差别。淀粉糖浆的甜度还随转化程度的增高而增高，此外，不同糖品混合使用有互相提高的效果。2.溶解度各种糖的溶解度不相同，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖。葡萄糖的溶解度较低，在室温下浓度约为50%，过高的浓度则葡萄糖析出。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖3.结晶性质蔗糖易于结晶，晶体能生长很大。葡萄糖更易结晶，但晶体细小。果糖难结晶。淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能结晶，并能防止蔗糖结晶。4.吸湿性和保湿性不同种类食品对于糖吸湿性和保湿性的要求不同。果糖的吸湿性是各种糖中最高的。5.渗透压力较高浓度的糖液能抑制许多微生物的生长，这是由于糖液的渗透压力使微生物体内的水分被吸走，生长受到抑制。不同糖类的渗透压力不同，单糖的渗透压力约为双糖的两倍。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖6.黏度葡萄糖和果糖的黏度较蔗糖低，淀粉糖浆的黏度较高，但随转化度的增高而降低。利用淀粉糖浆的高粘度，可应用于多种食品中，提高产品的稠度和可口性。7.化学稳定性葡萄糖、果糖和淀粉糖浆都具有还原性，在中性和碱性条件下化学稳定性低，受热易分解生成有色物质，也易与蛋白质类含氮物质起羰氨反应生成有色物质。蔗糖不具有还原性，在中性和弱碱性条件下化学稳定性高，但在pH值9以上受热易分解产生有色物质。食品一般是偏酸性的，淀粉糖在酸性条件下稳定。8.发酵性酵母能发酵葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖等，但不能发酵较高的低聚糖和糊精。淀粉糖浆的发酵糖分为葡萄糖和麦芽糖，且随转化程度而增高。生产面包类食品用发酵糖分高的高转化糖浆和葡萄糖为好。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖第二节淀粉糖的酸糖化工艺商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖第二节淀粉糖的酸糖化工艺淀粉在酸或淀粉酶的催化作用下发生水解反应，其水解最终产物随所用的催化剂种类而异。在酸作用下，淀粉水解的最终产物是葡萄糖，在淀粉酶作用下，随酶的种类不同而产物各异。一、酸糖化机理淀粉乳加入稀酸后加热，经糊化、溶解，进而葡萄糖苷链裂解，形成各种聚合度的糖类混合溶液。在稀溶液的情况下，最终将全部变成葡萄糖。在此，酸仅起催化作用。612625106)(OHnCOnHOHCn商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖淀粉水解生成的葡萄糖受酸和热的催化作用，又发生复合反应和分解反应。复合反应是葡萄糖分子结合生成异麦芽糖、龙胆二糖、潘糖和其他低聚糖。分解反应是葡萄糖分解成5-羟甲基糠醛、有机酸和有色物质等。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖葡萄糖的复合反应和分解反应在糖化过程中，水解、复合和分解3种化学反应同时发生，而水解反应是主要的。复合与分解反应是次要的，且对糖浆生产是不利的，降低了产品的收得率，增加了糖液精制的困难，所以要尽可能降低这两种反应。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖二、影响淀粉酸糖化的因素1、酸的种类和浓度若盐酸的水解力为100，则硫酸为50.35，草酸为20.42，亚硫酸为4.82，醋酸为6.8。淀粉糖工业常用盐酸来水解淀粉。盐酸水解，用碳酸钠中和，生成的氯化钠。盐酸对设备的腐蚀性很大，对葡萄糖的复合反应催化作用也强。工业上很少使用硫酸。用硫酸水解后，会有少量溶于糖液中，在糖液蒸发时，形成结垢，影响蒸发效率，且糖浆在储存中，硫酸钙会慢慢析出而变混浊。草酸催化效率不高，但生成的草酸钙不溶于水，过滤时可全部除去，而且可减少葡萄糖的复合分解反应，糖液的色泽较浅。不过草酸价格贵，因此，工业上也较少采用。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖2、淀粉乳浓度淀粉乳浓度越高，水解糖液中葡萄糖浓度越大，葡萄糖的复合分解反应就强烈，生成龙胆二糖(苦味)和其他低聚糖也多，影响制品品质，降低葡萄糖产率；但淀粉乳浓度太低，水解糖液中葡萄糖浓度也过低，设备利用率降低，蒸发浓缩耗能大。生产淀粉糖浆一般淀粉乳浓度控制在22-24波美度。3、温度、压力、时间温度、压力、时间的增加均能增进水解作用，但过高温度、压力或过长时间，也会引起不良后果。生产上对淀粉糖浆一般控制在283-303kPa，温度142-145℃，时间8-9min；结晶葡萄糖则采用252-353kPa，温度138-147℃，时间16-35min。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖三、酸糖化工艺1、间断糖化法⑴设备密闭的糖化罐⑵步骤（罐压保持0.03～0.05MPa）①排除罐内冷空气②连续进料③迅速升压③快速放料（避免过度糖化）商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖2、连续糖化法⑴直接加热式淀粉与水在一个贮槽内调配好，酸液在另一个槽内储存，然后在淀粉乳调配罐内混合，调整浓度和酸度。利用定量泵输送淀粉乳，通过蒸汽喷射加热器升温，并送至维持罐，流入蛇管反应器进行糖化反应，控制一定的温度、压力和流速，以完成糖化过程。⑵间接加热式淀粉浆在配料罐内连续自动调节pH值，并用高压泵打入3套管式的管束糖化反应器内，被内外间接加热。反应一定时间后，经闪急冷却后中和。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖第三节淀粉的酶液化和酶糖化工艺一、淀粉酶淀粉的酶水解法是用专一性很强的淀粉酶将淀粉水解成相应的糖。如在葡萄糖及淀粉糖浆生产时应用α-淀粉酶与糖化酶(葡萄糖苷酶)的协同作用，前者将高分子的淀粉割断为短链糊精，后者便迅速地把短链糊精水解成葡萄糖。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖1、α-淀粉酶α-淀粉酶属于内切型淀粉酶，它作用于淀粉分子内部以随即的方式切断α-1,4糖苷键。α-淀粉酶较耐热，以地衣芽孢杆菌所产α-淀粉酶耐热性最高，可达95℃，因此又称为高温淀粉酶。由枯草杆菌所产生的α-淀粉酶，最适反应温度为70℃，称为中温淀粉酶。来源于真菌的α-淀粉酶，最适温度仅为55℃，为非耐热α-淀粉酶。最适pH值为5.5-6.5不同来源的α-淀粉酶均含有钙离子，钙与酶分子结合紧密，钙能保持酶分子最适合空间构象，使酶具有最高活力和最大稳定性。液化操作时，可在淀粉乳中加少量Ca2+对酶起保护作用，可增强其耐热力到90℃以上。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖2、β-淀粉酶β-淀粉酶是一种外切酶，它作用于淀粉时从非还原性末端依次切开相间隔的β-1，4键。β-淀粉酶最适合pH值为5.0-6.5，但其热稳定性不佳，一般70℃以上就失活。3、糖化酶糖化酶对淀粉的水解作用是从淀粉的非还原性末端开始，依次水解α-1,4糖苷键，生成葡萄糖。不同来源的葡萄糖淀粉酶在糖化最适温度和pH值上有一定的差异。由黑曲霉来源的糖化酶为55-60℃，pH值3.5-5.0；根酶50-55℃，pH值4.5-5.5；拟内孢酶为50℃，pH值4.8-5.0。4、脱支酶脱支酶是水解支链淀粉、糖原等大分子化合物中α-1，6糖苷键的酶。脱支酶在淀粉制糖工业上的主要应用是和β-淀粉酶或糖化酶协同糖化，提高淀粉转化率，提高麦芽糖或葡萄糖得率。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖二、淀粉液化液化是使糊化后的淀粉发生部分水解，暴露出更多可被糖化酶作用的非还原性末端。它是利用液化酶使糊化淀粉水解到糊精和低聚糖程度，使黏度大为降低，流动性增高，所以工业上称为液化。液化还可以为下一步的糖化创造有利条件，糖化使用的糖化酶属于外切酶，在液化过程中，分子被水解到糊精和低聚糖范围的大小程度，底物分子增多，糖化酶作用的机会增多。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖1、液化机理液化使用α-淀粉酶，它能水解淀粉和其水解产物分子中的α-1，4糖苷键，使分子断裂，黏度降低。α-淀粉酶属于内切酶，水解从分子内部进行，不能水解支链淀粉的α-1，6葡萄糖苷键，当α-淀粉酶水解淀粉切断α-1，4键时，淀粉分子支叉地位的α-1，6键仍然留在水解产物中，得到异麦芽糖和含有α-1，6键、聚合度为3-4的低聚糖和糊精。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖2、液化程度葡萄糖淀粉酶是先与底物分子生成络合结构，而后发生水解催化作用，这需要底物分子的大小具有一定的范围，有利于生成这种络合结构，过大或过小都不适宜。根据生产实践，淀粉在酶液化工序中水解到葡萄糖值DE15～20范围合适。水解超过此程度，不利于糖化酶生成络合结构，影响催化效率，糖化液的最终葡萄糖值较低。利用酸液化，情况与酶液化相似，在液化工序中需要控制水解程度在葡萄糖值15～20之间为宜，水解程度高，则影响糖化液的葡萄糖值降低；若液化到葡萄糖值15以下，液化淀粉的凝沉性强，易于重新结合，对于过滤性质有不利的影响。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖3、液化方法⑴升温液化法（最简单，但效果差）将30%-40%的淀粉乳调节pH值为6.0-6.5，加入CaCl2调节钙离子浓度到0.01mol/L，加入需要量的液化酶，在保持剧烈搅拌的情况下，喷入蒸汽加热到85-90℃，在此温度保持30-60min达到需要的液化程度，加热至100℃终止酶反应，冷却至糖化温度。⑵高温液化法（液化欠均匀）将淀粉乳调节好pH值和钙离子浓度，加入需要量的液化酶，用泵引入液化桶中约90℃的热水中，淀粉受热糊化、液化，由桶的底部流出，进入保温桶中，于90℃保温40min或更长时间，达到所需的液化程度。商洛学院生物医药工程系粮油加工学第七章淀粉制糖⑶喷射液化法先通蒸汽入喷射器预热到80-90℃，用泵将淀粉乳打入，蒸汽喷入淀粉乳的薄层，引起糊化、液化。蒸汽喷射产生的湍流使淀粉受热快而均匀，黏度也降低快。液化的淀粉乳由喷射器下方卸出，引入保温桶中在85-90℃保温40min达到需要的液化程度。酸液化法的过滤性质好，但最终糖化程度低于酶液化法。酶液化法的糖化程度较高，但过滤性质较差。为了利用酸和酶液化法的优点，有酸酶合并液化法，先用酸液化到葡萄糖值约4，