葡萄糖生产工艺介绍

葡萄糖生产工艺1•第一葡萄糖的发现和命名•欧洲人喜欢甜食，在19世纪初，法国人曾时兴研究用各种水果和许多种才料来制造糖品，1801年，法国人朴罗斯特试验成功了由葡萄的汁液中提取出的糖即葡萄糖，葡萄糖的名称由此得来，一直沿用到现在。•用淀粉水解生产葡萄糖是由德国化学家柯乔夫,在1811年发现的；柯乔夫最初是在研究一种胶粘剂，在一次试验过程中，在用硫酸处理马铃薯淀粉时，原意是制造可能代替阿拉伯树胶用的胶粘剂，但一不小心酸加多了；酸的作用过量，所得产物成为粘度很低的液体；清澄，具有甜味。柯乔夫乃开始研究制造淀粉糖。•经反复试验，最后制成一种糖浆液；放置一定时间，有结晶析出，用布袋装起来，压榨，除去大部分母液，得到固体产品。2•当时欧洲正值拿破仑战争时代，由于战争封锁，欧洲不能获得甘蔗糖，不少工厂设立生产这种淀粉糖，这种淀粉糖畅销一时，主要给酿造工业做原料。1815年战争结束，甘蔗恢复进口，这种淀粉糖工厂相继停工。•法国化学家沙苏里经过长期研究证明，由淀粉制造的淀粉糖的化学反应为水解反应，水解的最终产品与葡萄汁中制成的糖为同一性质的糖；它的分子式和分子结构与葡萄汁中的葡萄糖完全相同。••糖化酶、60℃/60h•（C6H10O5）n＋nH2OnC6H12O6•16218180•100111.11•法国化学家沙苏里于1815年确定，淀粉经水解生成的糖为葡萄糖。3•第二葡萄糖的性质和用途•一葡萄糖的性质•1、葡糖糖的构型•葡萄糖主要为六环结构•应用酶法糖化工艺，使用糖化酶催化水解，生成的葡萄糖是ß-构型；在酶水解的过程中构型发生了转变，生成的ß-葡萄糖在水溶液中向a-构型转变，最后这两种异构体达到动态平衡。不论酸法还是酶法糖化工艺，所得淀粉糖化液中的葡萄糖都是不同异构体的平衡体系。如葡萄糖投影结构式示意图所示（下页）：4OHOHOHOHCH2OHOOHOHOHOHCH2OHOa-葡萄糖ß-葡萄糖OHHC|H—C—OH|OH—C—HO|H—C—OH|H—C|CH2OHHOHC|H—C—OH|OH—C—HO|H—C—OH|H—C|CH2OHCHO|H—C—OH|OH—C—H|H—C—OH|H—C—OH|CH2OHa-葡萄糖开链葡萄糖ß-葡萄糖葡萄糖投影结构式示意图5•在水溶液中，葡萄糖主要是以六环结构存在，但也有微量的开链异构体。开链异构体虽然微量，但是作用并不小，a-和ß-异构体的互相转变都是经过它为中间体。这3种异构体是呈动态平衡状态存在，a-和ß-异构体的比例为36%和64%。这种动态平衡受浓度和温度的影响很小。在工业生产的糖化液中，葡萄糖异构体间的转变度已达到这动态的平衡。•a-葡萄糖异构体的比旋光度为+122.2o,ß-葡萄糖异构体的比旋光度为+18.7o。随着异构体的转变，比旋光度也随着转变，这种现象称为“变旋光”现象。若溶解a-葡萄糖于水中，葡萄糖溶液将向ß-异构体转变，比旋光度逐渐降低，达到平衡状态时，比旋光度为52.5o，不在变化。若溶解ß-葡萄糖于水中，将向a-异构体转变，比旋光度逐渐升高，达到平衡状态时，比旋光度达到相同的平衡值+52.5o，不在变化•。这个平衡比旋光度不属于a-或ß-异构体，是两种异构体旋光的总和。•用方程式表示：6•2、物理性质：•【1】性状：葡萄糖为无色或白色结晶性或颗粒性粉末，无臭，味甜，比重1.5714、熔点83℃；•【2】溶解度：易溶于水，在20℃时，100g水能溶解91.28g葡萄糖，水溶液中溶解度可达47.72%，在25℃时，100g水能溶解111,42g葡萄糖，水溶液中溶解度可达52.7%。在乙醇中微溶。【3】具有光学异构现象：由于葡萄糖结构中含有不对称碳原子，因此具有旋光现象。比旋光度为+52.5o—53.0o。二葡萄糖的实用特性1、甜味：葡萄糖是由淀粉制成的甜味剂，在淀粉糖中其甜度仅次于果糖，而高于其他麦芽糖、山梨醇等，以蔗糖甜度为100计，葡萄糖甜度约为75。如和蔗糖混合使用，葡萄糖在代替40%蔗糖时，葡萄糖的相对甜度可高达90%，同时，葡萄糖的浓度与相对甜度关系也很大，所以，葡萄糖浓度增加甜度也会大幅提高。7•2、风味：葡萄糖具有特殊的风味，甜味温和，特别是味凉，吃在口中有凉爽的感觉；葡萄糖在溶解时为吸热反应，固葡萄糖特别适用于夏季食品的甜味剂，如薄荷糖果，冷冻食品等。•葡萄糖的另一特性为冰点降低，相同浓度的葡萄糖液冰点液比蔗糖低，如30%浓度的葡萄糖溶液冰点为-6℃，而相同浓度的蔗糖溶液冰点为-4℃，这一特性非常有利于食品工业，深度冷冻的液体饮料不易出现冰碴，增强口感。•3、溶解度：结晶葡萄糖易溶于水，微溶于乙醇和其他有机溶剂，温度在55℃以上时葡萄糖比蔗糖溶解快，低于55℃比蔗糖溶解略慢，55℃是固相一水葡萄糖转变为无水葡萄糖的温度。•4、渗透压：淀粉糖的分子量越小渗透压越大，葡萄糖的分子量为180.2，而蔗糖的分子量为342，因此葡萄糖具有比蔗糖高得多的渗透压，葡萄糖溶液的渗透压高，用于各种食品有较强的保护作用，能抗微生物的侵蚀，可提高食品的货架期。85、还原性：葡萄糖具有还原性，能还原碱性硫酸铜溶液（费林式溶液）为氧化铜，测定葡萄糖液的纯度（DE值）就是基于此原理，由于葡萄糖较强的还原能力和蛋白类物质的相互作用，能促进食品系统的褐变现象。可使面包、蛋糕皮及烘烤食品增色。6、发酵性：在有利条件下，葡萄糖容易被酵母菌完全发酵，产生CO2和酒精，因而葡萄糖是饮料工业、各种发酵工业的主要原料，也是食品工业中肉食加工和泡菜等不可缺少的配料。7、营养性：葡萄糖是动物代谢的基本能源，作为一种营养份，它在人机体内的能值是17.1KJ/g，葡萄糖是一种唯一能用于脑髓的营养成份，吸收后进入血液系统，葡萄糖转化为“血糖”能直接作为中间代谢物。除此之外，它能作为糖源贮存在肝脏或肌肉中，形成人体的贮备能。血液中的糖分为葡萄糖，含量为80-100㎎/100ml,饭后1小时内增加到约150㎎/100ml，以后逐渐降低到正常含量。9•葡萄糖不经消化能被身体直接吸收，所以适合病人食用；也能直接注射到血液中去，供病人急用；每克无水葡糖糖供给热能1874卡。•医药用葡萄糖分为口服和注射两种，注射用葡萄糖需要高纯度，浓度一般为5%，因为这个浓度与身体组织细胞具有相等的渗透压力。•高浓度的葡萄糖溶液具有较高的渗透压力，注射到血液中，会将组织中的水分吸收到血液中来。但在特殊情况下，却可利用这种作用治病，如治疗脑水肿。还有利尿作用。•葡萄糖常与生理食盐水一并注射，这是因为当身体损失大量水分的时候，不仅需要补充葡萄糖，还需要补充钠和氯，以保持身体体液酸碱的平衡。10•第三生产葡萄糖所用原料和一些主要辅助材料•一、玉米淀粉：•1、淀粉的物理性状•【1】颗粒：淀粉呈白色粉末状，但在显微镜下观察，却是些形状和大小都不同的透明小颗粒；一斤玉米淀粉据估计约有8500亿个颗粒。颗粒的性状可大致分为圆形、卵形和三角形。玉米淀粉颗粒有圆形和多角形两种，用显微镜观察淀粉颗粒能鉴别不同的淀粉品种。•【2】水分含量：淀粉含有相当高的水分，如玉米淀粉在一般情况下，含水约为12%，其他淀粉含水有20%。虽然含有这样高的水分，却不显潮湿而呈干燥的粉末状。这是因为淀粉分子中的羟基和水分子相互生成氢键的缘故。淀粉的水分含量受周围空气湿度的影响，在阴雨天，湿度大，淀粉吸收空气中的水汽使水分含量增高；在干燥的天气湿度小，淀粉失散水分，使淀粉水分降低。11•【3】糊化：淀粉混于冷水中，经搅拌成乳状的悬浮液，称淀粉乳。若停止搅拌，淀粉则慢慢沉淀。若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，温度继续上升，颗粒继续膨胀，可达原体积的几倍到几十倍。由于颗粒的膨胀，晶体结构的消失，体积胀大，互相接触，变成粘稠糊状液体。虽停止搅拌，淀粉也不再会沉淀，这种现象称为糊化，发生此糊化现象的温度称为糊化温（46—72℃）•2、淀粉的化学结构和性质•【1】淀粉颗粒含有微量的非碳水化合物质，如蛋白质、脂肪酸、无机盐等。这些非碳水化合物与淀粉的化学结构没有什么关系，淀粉是纯粹的碳水化合物。淀粉是葡萄糖组成的多糖。•【2】直连淀粉和支链淀粉•淀粉是由直连淀粉和支链淀粉所组成。玉米淀粉中直连淀粉和支链淀粉的含量因品种不同而不同，玉米含直连淀粉一般为26%；高连玉米淀粉中直连淀粉为70—80%左右；粘玉米和糯米等含直连淀粉不超过1%，基本上是支链淀粉，所以粘性大。12OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO1、下图为直连淀粉分子结构示意图2、下图为支连淀粉分子结构示意图13O•二、酶制剂•1、液化酶•液化酶采用地衣芽孢杆菌经深层培养、提取等工序精制而成,能随机水解淀粉等碳水化合物。使淀粉乳溶液迅速产生可容性糊精和麦芽糖的液化液。液化酶的PH范围为5.5-7.0；有效温度范围在喷射液化工艺中瞬间温度可达105℃-145℃仍能有效水解淀粉乳。•2、糖化酶•糖化酶是由黑曲霉优良菌种经深层发酵精制提炼而成的。淀粉乳液化后产生较短链的糊精和麦芽糖，糖化酶则主要用于这些短链液化液的继续水解而最终成为葡萄糖。糖化酶活力pH范围为4.0-4.5，最佳温度范围58-60℃。•3、酶制剂的物理特性：•外观--褐色液体；气味--无刺激性气味•溶解度--易容于水；比重:1.15--1.25g/ml、•14•三、助滤剂：•硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，由古代硅藻的遗骸组成。它具有一些独特的性能，如：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性，特点是多孔而轻，表面积很大。•硅藻土的单体多成长针状，沉积于滤布上形成硅藻土层的孔隙，比原滤布的滤孔小的多，能阻挡很细小的固体颗粒如糖液中的蛋白质。•硅藻土没有化学活性，与糖液不起因何化学反应，不影响葡萄糖溶液的物理或化学性质。葡萄糖生产中使用硅藻土的目的就是吸附、过滤糖液中的蛋白质等杂质。15•四、糖用脱色活性炭1、活性炭是一种多孔径的炭化物，有极丰富的孔隙构造，具有良好的吸附特性，它的吸附作用是借助于物理及化学的吸咐力而成的。其外观色泽呈黑色。每克活性炭所具有的比表面积相当于1000个平方米之多。具有很强的吸附颜色和若干无机盐的作用；约含10-15%的水分和微量的灰分，每克活性炭的吸附面积可高达500m2以上。2、糖用活性炭的脱色是物理的吸附作用，能将糖液中的有色物质如（5-羟甲基糠醛）吸附在表面上，以达到从糖液中除去的目的。3、糖用活性炭主要指标是焦糖脱色力，按照国标《GB/T12469.1--12469.22》要求法焦糖脱色力：优级≧100%；一级品≧90%；二级品；≧80%16活性炭图片17•五、离子交换树脂•1、离子交换树脂是具有吸附并去除微量杂质的一种材料。糖溶液里含有一些微量的溶于糖液里的无机盐类有害物质，这些有害物质呈电离状态，以正负离子的形式溶于糖液中。离子交换的目的就是除去糖液中的无机盐类有害物质，进一步精制提纯糖液。•2、离子交换树脂是高分子合成的化合物，分为阳离子树脂和阴离子树脂等不同的型号。•【1】阳离子交换树脂是聚苯乙烯或酚醛合成的树脂，具有交换酸基，如：磺酸基（-SO3H），这种酸基虽然连接在树脂结构上，但性质仍如游离酸，能交换除去糖液中的Na+、Ca++等阳离子类。•【2】阴离子交换树脂是脂肪族或芳香族化合物聚合而成的树脂；具有碱性强弱不同的胺基，如叔胺基-NH2等。这种胺基虽然连接在树脂结构上，但性质仍如游离胺，能交换除去糖液中的CI-离子类。从而达到除去无机盐之目的18六、盐酸、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠这些酸、碱、盐主要是用于调节糖液的РH值和离子交换树脂的再生用。七、包装材料1、纸/塑布织布复合包装袋（口服糖袋）①规格：900mm×500mm误差±10mm②重量：≥158g/条误差±5g③经纬密度：42根/100mm误差±2根④上切边：切边必须用热熔切割，保证切边粘连，不散边。⑤底边：底边卷折宽度≥10mm，缝线到底边的距离为8mm，缝线用锦纶线或质量相当的其他线。⑥印刷：应清晰、无错漏、为红兰两色。⑦材质：外层为压膜编织层，内层为牛皮纸层19淀粉乳液化糖化转鼓