淀粉糖生产工艺及设备

1淀粉糖生产工艺及设备1、淀粉糖：凡是以淀粉为原料生产的糖统称为淀粉糖。2、应用：淀粉糖主要应用于食品工业，医药工业和化学工业。食品工业主要应用于面包、谷物、食品、糖品、雪糕和乳制品、饮料、罐头、果酱等。医药工业：有食品级和医药两种。口服糖标准低于医药级，同时有的还加入维生素、钙质等以提高营养供病人、老人、儿童服用。葡萄糖同时还是重要的化工原料，是生产山梨醇、革露醇、维生素丙、维生素C、葡萄糖酸、葡萄糖醛、味精、洒精、醋酸等各种产品的原料，广泛地应用工业。淀粉糖生产工艺分三种：酸法、酸酶法、双酶法。酶液化和酶糖化工艺称为双酶法。其特点是：反应条件温和，复合分解反应较少，淀粉转化率高。二、淀粉的理化性质1、物理性质：淀粉呈白色粉末，显微镜下呈大小不一的透明小颗粒。1kg玉米淀粉大约有17000亿个颗粒，有圆形、椭圆形和三角形。玉米淀粉的颗料多为圆形和多角形，椭圆形较少。玉米淀粉颗粒是5~30微米，平均为15微米。2、糊化：淀粉乳受热膨胀，晶体结构消失，体积涨大，互相接触，变成粘稠糊状液体，虽停止搅拌，淀粉也不会沉淀，此现象称为糊化。玉米的糊化温度62~72℃。糊化作用的本质是淀粉中有序（晶体）和无序（非晶质）态的淀粉分子间的氢键断裂，分散在水中成为亲水性胶体溶液。3、化学结构：淀粉是由葡萄糖组成的多糖，分子式(C6H12O5)n，淀粉由支链和直链淀粉组成。玉米淀粉中直链占27%。淀粉遇碘产生蓝色反应，加热到约70℃蓝色消失，冷却后又重现蓝色，这种蓝色反应是物理反应。聚合度是指直链淀粉分子的葡萄糖单位数目。聚合度（DP）4~6时遇碘不变色，8~12变红，大于15时变蓝。2三、淀粉酶1、酶是蛋白质，是一种生物催化剂，具有促进化学反应发生的作用，能作用于淀的酶总称为淀粉酶。淀粉糖工业应用的淀粉酶主要为液化酶、葡萄糖酶、麦芽糖酶和脱支酶，都属于水解酶。酶具有三大特性：①、具有高度的专一性，即只按一定的方式水解一定种类和一定地位的葡萄糖苷键。②、高效性：酶的催化效力远远大于无机催化剂。③、反应条件温和。2、液化酶的水解方式：淀粉液化酶水解淀粉分子中的а-1,4葡萄糖苷键，生成产物的还原尾端葡萄糖单位C1碳原子为а-构型，故又称为а-淀粉酶。它不能水解淀粉分子中的а-1,6葡萄糖苷键，但能越过此键继续水解，此键存留在水解产物中。3、糖化酶的水解方式：葡萄糖酶水解淀粉由非还原尾端进行，水解а-1,4和а-1,6键，但水解а-1,6键的速度很慢。糖化酶属于外酶。如果在糖化过程中加入水解а-1,6键的异淀粉酶和普鲁兰酶，会加快糖化速度，缩短糖化时间。4、酶的性质酶的催化活力和活力的稳定性受若干因素影响，从工业的角度来讲，最重要的是pH和温度。每种酶都有最适当的作用pH范围和温度范围，只有在这个范围内活力高，在这个范围以外活力降低或完全消失。所以灭酶主要有两种方法：升温和改变PH。钙盐对细菌а-淀粉酶的热稳定性有很大提高的作用，所以大生产中要加入一定浓度的CaCl2溶液来作为酶的保护剂和激活剂。淀粉和淀粉的水解产物糊精对酶活力的稳定性有很大的提高作用。5、酶的贮藏酶制剂分液体和固体两种，在贮存过程中酶活都有所下降，但固体酶下降要慢一些，所以酶要低温贮存。酶制剂最好贮存在25℃以下，较干燥、避光的地方。四、液化理论31、液化：液化是淀粉加水成淀乳，加温糊化后，加液化酶使其水解成小颗粒，降低粘度的过程叫液化。2、液化的目的：降低淀粉糊化液的粘度，增加流动性，制备糖化底物。3、淀粉乳必须先糊化的原因：糖化使用的葡萄糖酶属于外酶，水解作用从底物分子的非还原末端进行。为了增加糖化酶作用的机会，加快糖化反应速度，必须用а-淀粉酶将大分子的淀粉水解成糊精和低聚糖。但是淀粉结晶性结构对酶作用的抵搞力强。例如细菌а-淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的速度比约为1：20000。所以需要先加热淀粉乳，使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其结晶结构。4、老化：淀粉的老化实际上是分了间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新氢键的过程，也就是一个复结晶过程。DE值越低，淀粉越容易老化。5、液化液的标准：①液化要均匀；②蛋白絮凝要效果好；③液化要彻底（在60℃时液化液要稳定，不出现老化现象，不含不溶性淀粉颗粒，液化液透明、清亮）。6、液化液的用途：①用途之一是生产葡萄糖及果葡糖浆（产品）。这种糖液希望葡萄糖含量高、色泽浅、透明度高。这种高DE值的酶法糖液过滤速度快。②用途之二是生产中转化糖浆。这种糖浆的糖化液过滤性相对较差。③用途之三也生产葡萄糖，但是这种葡萄糖是作为发酵工业的碳源（如味精、甘油、青霉素、赖氨酸等）来使用。这种糖液的粘度高低，直接决定后道提取的难易，因此这种葡萄糖液的过滤速度要求特别快。五、糖化理论在液化工序中，淀粉由а-淀粉酶水解成糊精和低聚糖等较小分子产物，酶4糖化是利用葡萄糖淀粉酶进一步将这些产物水解成葡萄糖。1、理论收率纯淀粉通过完全水解，因有水解增重的关系，每100g淀粉能生成111.11g葡萄糖，反应如下：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6淀粉水葡萄糖16218180100.00g111.11g因此，葡萄糖的理论收率为111.11%。2、实际收率：在生产过程中，由于复合分解反应的发生及生产管理过程中的损失，葡萄糖的实际收率仅有105~108%。收率=糖液量（L）×葡萄糖含量（%）/投入淀粉量（kg）×淀粉含量×100%3、淀粉转化率：是指100份淀粉中有多少份淀粉转化成葡萄糖。4、DE值与DX值工业上用DE值（也称葡萄糖值）表示淀粉糖的糖组成。糖化液中的还原糖含量（以葡萄糖计算）占干物质的百分率称为DE值。DE值=还原糖含量（%）/干物质含量（%）×100%还原糖用斐林氏法或碘量法测定，干物质用阿贝折光仪测定。在此值得注意的是，阿贝折光仪所测出的浓度是指100g糖液中所含有的干物质的克数；而还原糖含量是指100ml糖液中所含有的还原糖的克数。因此，DE值实际还应除以糖液的相对密度。DX值：糖化液中的葡萄糖含量占干物质的百分率称为DX值。DX值=葡萄糖含量（%）/干物质含量（%）×糖液相对密度×100%5DE值与DX值的区别：葡萄糖的实际含量稍低于葡萄糖值，因为还有少量的还原性低聚糖存在。随着糖化程度的增高，两者的差别减少。5、影响DE值的因素①糖化时间对DE值的影响：液化液在适宜的条件下糖化，最初的糖化速度快，约24小时达到90%以上，以后的速度很慢。达到最高DE值以后，应当停止反应，否则，葡萄糖值趋向降低，这是因为葡萄糖发生复合分解反应。②液化液DE值与糖化液DE值的关系：在碘试本色的前提下，液化液DE值越低，糖化液DE值越高。③民淀粉酶能DE值的影响葡萄糖淀粉酶水解а-1,4葡萄糖苷键较快，但水解а-1,6糖苷键的速度很慢，因此单独使用葡萄糖淀粉酶，糖化最终DE值很难达到98%。所以用能水解а-1,6糖苷键的异淀粉酶或普鲁兰酶与葡萄糖淀粉酶合并糖化，所得糖化液DE值达到99%以上。④酶制剂用量与糖化液DE值的关系：为加快糖化速度，可以提高用酶量，缩短糖化时间，在此值得注意的有两点：针对不同原料，不同工艺和不同DE值，糖化时间和糖化酶用量略有调整；提高酶用量，糖化速度快，但酶用量过大，反而复合反应严重，导致葡萄糖值降低。七、糖化液的脱色糖液的精制一般采用碱中和、活性炭吸附、脱色和离子交换脱盐。也有的用电渗透析脱盐，或超滤去杂质，但使用不普遍。1、糖液中的杂质主要来源于原辅料、水和水解过程。①原料：玉米粉中含有大量的蛋白质及少量的脂肪和无机盐等杂质。②辅料中杂质：淀粉水解所用的催化剂酶以及酶中所含的杂质、调节PH6所有的碳酸钠、氯化钙、盐酸、中和后所含的盐类等。③生产用水：工业生产上都是用软化处理的硬水，此种水含有一定量的杂质。④淀粉水解过程产生的杂质：淀粉在水解过程中，由于葡萄糖的复合与分解反应，会产生复合低聚糖、5-羟甲基糠醛、有机酸和色素，以及蛋白质、脂肪等的水解产物。2、脱色的目的与原理糖液中含有的有色物质和一些杂质必须除去，方能获得澄清透明、甚至无色的糖浆产品。工业上一般采用骨炭和活性炭脱色。活性炭又分颗粒炭和粉末两种，骨炭和颗粒炭可以再生重复使用，但因其设备复杂，公在大型工厂使用。一般中小型工厂使用粉末活性炭，重复使用二至三次后弃掉。使用粉末活性炭成本较高，但设备简单，操作方便。粉末活性炭为黑色粉末，除含少量的水份和微量的灰分外，其作为炭。每克粉末活性炭的吸附面积高达500m2以上。活性炭脱色就是将有色物质等杂质吸附在活性炭的表面上，从糖液中除去。3、脱色工艺条件①糖液的温度活性炭的表面吸附力与温度成反比，但温度高，吸附速率快。在较高温度下，糖液粘度较低，加速糖液渗透到活性炭的吸附内表面，对吸附有利。但温度不能太高，以免造成糖分解而着色。一般以80℃为宜。②PH值：糖液PH对活性炭吸附没有直接关系，但一般在较低PH值下进行，脱色效率较高，葡萄糖也稳定。③脱色时间：一般认为吸附是瞬间完成的，为了使糖液与活性炭充分混合7均匀，脱色时间以25~30min为好。④活性炭用量活性炭用量少，利用率高，但最终脱色效果差。炭用量大，可缩短脱色时间，但单位质量的活性炭脱色效率降低。因此要恰当掌握。一般采取分次脱色的办法，并且前脱色用废炭，后脱色用好炭，以充分发挥脱色效率。八、过滤1、脱色后的糖化液必须除去其不溶性杂质和加入的助滤剂，以便得到澄清的糖化液。除去这些固形物的方法是过滤。淀粉糖工业过滤均是以滤布为过滤介质，液体通过滤布，而固形物被截留在滤布上。完成这一操作过程的设备是各种形式的过滤机。但使用最普遍的是板框压滤机。2、滤布的选择：滤布有棉纤维和合成纤维两种。另外，不同的编织方法对过滤性能也有一定的影响。3、助滤剂：为了提高过滤性能，可选择硅藻土、珍珠岩等作为助滤剂，延长过滤周期，提高滤液澄清度。助滤剂可预涂，也可直接加入到糖化液中随物料起过滤。4、过滤工艺条件为了提高过滤速率，糖液过滤时，要保持一定的温度，使其粘度下降，有利于过滤。同时要正确地掌握过滤压力。因为滤饼具有可压缩性，其过滤速度与过滤压力差密切相关。但当超过一定的压力差后，继续增加压力，滤速也不会增加，反而会使滤布表面形成一层紧密的滤饼层，过滤速度迅速下降。所以，过滤压力应缓慢加大为好。不同的物料，使用不同的过滤机，其最适过滤压力要通过试验确定。九、蒸发81、糖液的蒸发经过脱色过滤，净化的糖液，浓度比较低，不便于运输和贮存，必须将其中大部分水分去掉，即采用蒸发使糖液浓缩，达到要求的浓度。2、蒸发方式的选择淀粉糖浆为热敏性物料，受热易着色，所以在真空状态下进行蒸发，以降低液体的沸点。一般蒸发温度不宜超过68℃蒸发操作有间歇式、连续式和循环式三种。①间歇式蒸发，设备简单，浓度容易控制，但糖液受热时间长，不利于糖浆的浓缩；②连续式蒸发，糖液受热时间短，适用于糖液浓缩，处理量大，设备利用率高，但浓度不易控制。③循环式蒸发可使一部分浓缩液返回蒸发器。3、节能措施：一般每蒸发1吨水，双效需要0.5吨蒸汽，三效需0.4吨蒸汽，四效需0.3吨蒸汽，即效数越多，越省蒸汽，但设备造价也就相就增加。其次也可采用二次蒸汽再压缩，以提高其热值，达到节约蒸汽的目的。①蒸汽再压缩：一次蒸汽通过蒸汽喷射器将二次蒸汽压缩升温作热源再利用。②机械再压缩：利用热泵将二次蒸汽压缩、升温升压再利用。4、蒸发设备淀粉糖浆蒸发常用的设备有以下几种：①内循环蒸发器：属于间歇式蒸发器，逐步被其他形式的蒸发器所取代。②外循环蒸发器：外循环蒸发器的加热室与蒸发室分开，属于外循环式，循环速度快，物料受热时间比内循环短，清洗与检修也较方便。③长管薄膜蒸发器：是利用沸腾后的蒸汽的推动作用，使液体在传热9面上形成薄膜，因而强化传热效果，降低物料受热时间，蒸发速度快，传热效率高，物别适用热敏物料和粘度较大的物料的浓缩，是淀粉糖浆应用较广泛的蒸发器。按照蒸汽和液膜的流动方向又可分为升膜式、降膜式和升降膜式三种。④刮板薄膜蒸发器：是利用旋转的刮板，借离必力和刮板的刮带作用，使料液在传热面上形成液膜而蒸发。刮板薄膜蒸发器可以处理其他蒸