淀粉制糖工艺

第四章淀粉制糖工艺教学内容1、淀粉水解糖的制备方法2、淀粉酸水解工艺3、酶解法制糖工艺4、糖化谷氨酸和味精生产工艺就目前的状况而言，发酵工业所用的原料作以淀粉或糖质为主，而许多微生物并不能直接利用淀粉。例如，在以糖质为原料发酵生产氨基酸过程中，几乎所有的氨基酸生产菌都不能直接利用（或只能微弱地利用）淀粉和糊精。同样在酒精发酵过程中，酵母菌也不能直接利用淀粉或糊精，这些淀粉或糊精必须经过水解制成淀粉糖以后才能被酵母菌所利用。此外，在抗生素、有机酸、有机溶剂以及酶制剂发酵过程中，大都也要求对淀粉进行加工处理以提供给微生物可利用的碳源。当然有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但这一过程必须在微生物分解出胞外淀粉酶类以后才能进行，过程非常缓慢，致使发酵过程周期过长，实际生产上无法被采用。玉米淀粉、谷物、马铃薯、木薯淀粉淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6酸或酶一、淀粉水解糖的制备方法葡萄糖值---DE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。还原糖含量DE值=100%干物质含量用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、酶解法以及酸酶结合法等三种。1、酸解法又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。优点:P46缺点酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。酶解法可分为两步：第一步，利用α-淀粉酶将淀粉液化；第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。生产上这两步分别称为液化和糖化。由于在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的。因此酶解法又称为双酶法或多酶法。2、酶解法425130011001010101101000101001011缺点•酶解法是在酶的作用下进行的，反应条件较温和，不需要耐高温高压或而酸腐蚀的设备；•酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高；•可在较高的淀粉乳浓度下水解。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较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液的充分利用。酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。当然，随着酶制剂生产及应用技术的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法制糖。优点3、酸酶结合法酸酶结合法是集中了酸解法和酶解法制糖的优点而采用的生产方法，它又可分为：•酸酶法•酶酸法看书2分钟，回答问题分别说说适用范围二、淀粉酸水解工艺1、酸水解法原理2、酸水解工艺1、酸水解法原理淀粉结构式：包括跳过淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖水解过程：水解过程中存在三大化学反应：复合二糖复合低聚糖水解淀粉葡萄糖5-羟甲基糖醛有机酸、有色物质132CH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOOHOCH2OHOHOOH直链淀粉(15-25%)支链淀粉(75-85%)返回麦芽糖纤维二糖α-1,4异芽糖龙胆二糖α-1,61、水解反应（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6酸影响水解反应速度常数k的几个因素k=α·N·δ·λ1）α为催化剂活性系数催化剂HClH2SO4H3PO4HACHBrHIα值10.5-0.520.30.0251.72.5各种酸的α值说出结论P482）N为酸的摩尔浓度P493）δ为多糖的水解性常数多糖的种类棉花淀粉木材稻草半纤维素蔗糖δ值14002.0-2.510-4001004）λ为水解温度不同温度下淀粉水解反应速度常数温度℃119133138143k值0.1250.4700.7701.200结论：淀粉水解所用的催化剂种类、浓度、反应温度均对水解反应速度有很大的影响，是我们在水解过程中必须注意的主要因素。2、葡萄糖的复合反应2C6H12O6C12H22O11+H2O酸和热复合反应中两个葡萄糖分子通过复合反应聚合成二糖时，并不是经过1，4-糖苷键聚合成为麦芽糖，而主要是经由1，6-糖苷键聚合成异麦芽糖或经由1，6-糖苷键聚合成龙胆二糖。当然此复合反应是可逆的，复合糖可以再水解变成葡萄糖。影响复合反应因素：糖浓度、酸种类、温度等1000100淀粉乳浓度（干淀粉%）糖液的纯度（%）4001.0复合糖量（%）HClHAcH2SO4酸浓度（mol/l)从表中可看出结论：P503、葡萄糖的分解反应葡萄糖（失水）5`-羟甲基糠醛+甲酸氨基酸腐植质（色素）实验结果证明：1）5`-羟甲基糠醛是产生色素的根源2）色素的生成量随葡萄糖浓度的增加而增加（从P52表中可看出）3）PH值等于3时，色素的生成量最小（从P51表中可看出）酸法水解淀粉过程中，由于反应温度、压力过高，时间过长，葡萄糖受酸和热的影响发生分解反应，生成5’-羟甲基糠醛，因5’-羟甲基糠醛的性质不稳定，又可进一步分解生成乙酰丙酸、蚁酸等物质，而这些物质又能自身相互聚合，或与淀粉中所含的其他有机物质相结合，产生色素。1）酸法糖化工艺流程P52图4-3淀粉盐酸蒸汽水调浆糖化冷却中和脱色压滤滤渣糖液活性炭Na2CO32、酸水解工艺淀粉的酸水解工艺是根据淀粉在水解过程中的水解反应和复合反应规律性来决定的。在制定工艺条件时既要保证淀粉的彻底水解，达到较高葡萄糖量，又要尽可能减少葡萄糖复合、分解反应的发生程度，此外，还要符合目的产物的发酵条件，符合发酵工艺的实际情况。淀粉乳2）水解条件选择及其控制淀粉的质量酸水解对淀粉质量要求P53表淀粉乳浓度的选择酸的种类和用量淀粉乳浓度（BX）2624222019181716DE值89.1789.2789.9291.191.392.7792.8193.01浓度控制在18-19BX各种酸催化作用利弊一般用HCl用量为淀粉量的0.5%-0.8%从表中可看出问题酸法水解淀粉中，加酸的方法有哪几种，其中哪一种较好，为什么？看书几分钟，回答问题•将所有的酸一次投入淀粉浆中，泵入糖化锅；•将全部酸用水稀释，先放入锅内，再泵入粉浆进行糖化；•将部分酸（如1/3左右）用水稀释放入锅内，其余酸放入粉浆中，再泵入糖化锅糖化。水排气蒸汽调浆槽糖化锅炉盐酸计量器糖化温度、压力和时间A、淀粉水解是用蒸汽直接加热来进行的，温度与淀粉的水解速度成正比B、由于生产中常以压力的控制条件，当糖化锅内不存在不凝性气体时，温度与压力为同一指标，如表4-12所示：水解温度反应压力（Mpa）1191331381430.100.200.250.30结论：根据实践经验，采用高温、短时间、蒸汽压力0.25-0.40MpaC、掌握糖化终点，控制糖化时间，是十分重要的。0DE值糖化时间糖化时，如何保证整锅糖液有最高的葡萄糖值，即如何保证糖化液的质量最好、纯度最高？问题淀粉中含蛋白等杂质对糖液质量的影响糖化终点的控制和检查淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖碘蓝紫色蓝色红色无色无色无色无水酒精不溶不溶不溶不溶微溶溶问题淀粉原料中可能含有哪些杂质，它们的存在对制得的糖液的质量和酸的催化作用有影响吗？为什么？糖化时，为何必须严格控制终点？如何检查糖化终点？问题参看工艺流程提问3小题3）水解糖液的中和、脱色和过滤中和A、中和的目的？B、中和剂？C、中和过程终点的PH值如何确定？D、中和的PH值过高或过低会产生什么结果？E、糖液中和的温度能过高吗？生产中一般控制在多少温度？脱色过滤4）酸水解制糖过程实例图4-4为某味精厂的直接加热连续糖化酸水解工艺目前国内淀粉酸水解糖化工艺基本上还属于间歇单罐糖化法A、为什么要对糖液进行脱色处理？B、工业上常采用什么脱色剂？A、说说过滤的目的？B、工业上常采用什么过滤设备？复习酸水解制糖工艺流程酸水解糖化工艺流程P57图4-412345678910水纯碱水活性炭排气排气冷却水蒸汽1，4-调浆槽2-糖化锅炉3-冷却罐5-过滤机6-糖液暂贮罐7-糖液贮罐8-盐酸计量器9-水力喷射器10-水槽针对工艺提问图4-5为CPR式连续糖化流程图而日本和欧美一些国家的很多工厂已采用连续糖化法软水排气蒸汽硫酸水淀粉乳贮罐淀粉乳调节槽硫酸稀释罐粗滤器定量泵蒸汽喷射加热器维持罐蛇管控制阀分离器分离器贮罐等压管流量计压力表温度计间歇式与连续式糖化方式比较连续式糖化与简歇式糖化相比具有不少优点，请看：间歇式连续式设备投资对淀粉质量要求操作糖化温度糖化时间蒸汽量产品质量糖化罐较贵可用不同质量的淀粉简单134-144度15-30min较多糖化不均匀，易产生分解反应蛇管加热器及计量器较贵要求淀粉质量较稳定操作条件确定后，比较简单144-151度10-15min比间歇式少一半产品质量均匀，分解产物少由酸法水解工艺可知，以淀粉为原料应用酸水解法制备糖液，由于需要高温、高压和催化剂，会产生一些不可发酵性糖及其一系列有色物质，这不仅降低了淀粉转化率，而且生产出来的糖液质量差。自60年代以来，国外在酶水解理论研究上取得了新进展，使淀粉水解取得了重大突破，日本率先实现工业化生产，随后其他国家也相继采用了这种先进的制糖工艺。酶解法制糖工艺是以作用专一性的酶制剂作为催化剂，因此反应条件温和，复合和分解反应较少，因此采用酶法生产不仅可提高淀粉的转化率及糖液的浓度，而且还可大幅度地改善了糖液的质量，是目前最为理想、应用最广的制糖方法。三、酶解法制糖工艺酶解法优点1、淀粉酶解法的两个步骤酶水解位置水解次序水解产物液化淀粉酶1，4糖苷键无先后次序葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖异麦芽糖、低聚糖糖化糖化酶1，4和1，6从非还原性葡萄糖糖苷键末端开始淀粉的糊化是指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成糊状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀的现象。由于淀粉颗粒的结晶性结构对酶作用的抵抗力非常强,不能使淀粉酶直接作用于淀粉,而需要先加热淀粉乳,使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其结晶性的结构。2、淀粉液化的条件及液化程度的控制1）淀粉的糊化与老化淀粉结构式糊化温度发生糊化现象时的温度称为糊化温度，一般来讲，糊化温度有一个范围。不同的淀粉有不同的糊化温度举例：玉米、马铃薯、木薯、小麦等淀粉的老化分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶过程。影响老化的因素：P59老化的弊端：填空：老化程度可以通过冷却时结成的来表示。试比较玉米、马铃薯、木薯、小麦淀粉老化程度难易。液化方法分类示意图P60图4-6水解动力催化剂机械力机械液化法酸酶催化酶催化酸解酸酶法酸法酶法升温方式不同加酶方法不同酶耐温性不同原料粗细不同精制淀粉液化法淀粉原料直接液化法中温酶法高温-中温酶法高温酶法三次加酶液化法两次加酶液化法一次加酶液化法喷射液化法半连续液化法（高温液化法、喷淋法）间歇液化法（直接升温法）喷射器型式高压蒸汽喷射液化法低压蒸汽喷射液化法2）液化的方法与选择两次加酶喷射液化工艺（DDS公司）P62图4-12酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽问题1、比较酸法液化与酶法中喷射液化法？2、说说喷射液化的基本条件和优点？3、说说两次加酶的好处。P63实验表明，可大大降低糖液的粘度，便于糖液的过滤。配料罐喷射液化器保温罐95-97℃145℃二次液化罐3、低压蒸汽喷射液化工艺及条件1）工艺流程调浆------配料-----一次喷射液化-----液化保温------二次喷射------高温维持------二次液化------冷却------（糖化）两次加酶喷射液化工艺（DDS公司）P62图4-12酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽配料罐喷射液化器保温罐95-97℃145℃二次液化罐在配料罐内，将淀粉加水调浆成淀粉乳，用Na2CO3调PH，使PH值处在5.0-7.0之间，加入0.15%的氯化钙作为淀粉酶的保护剂和激活剂，最后加入耐高温α-淀粉酶，料液经搅拌均匀后