课件：淀粉深加工技术第章节.ppt

第三节 淀粉酶水解液化与糖化技术,液化：糊化淀粉在催化剂 (如酸、酶)或高温下，淀粉在水中溶解，并逐渐成为黏度低的液体的过程。 酶法液化是淀粉液化的主要方法，它是利用-淀粉酶对已糊化的淀粉有很强的催化作用，能迅速地将淀粉水解成糊精及少量低聚糖，使淀粉浆黏度下降，流动性增强，呈液化状态，酶法液化也是酶法制糖的第一步工序。,一、 淀粉的酶水解液化,（一）液化方法,直接升温法 又称一次升温法，是酶法液化中最简单的一种。 喷淋液化法 (连续进出料液化法) 又称高温液化法。这种方法比直接升温法复杂，是一种连续化或半连续化的液化方法。 喷射液化法 此法是淀粉调浆加酶后，通过蒸汽喷射器使淀粉受热，引起糊化、液化。 分段液化法 为了改进液化效果和过滤性质，液化可分段进行，常用的为三段液化法。,（二）液化条件和液化程度的控制,1、原料要求 不同品种淀粉在酶液化性质方面有明显差别。薯类淀粉含蛋白质量低、不溶性淀粉颗粒少，凝胶体强度弱，颗粒大而疏松，因此，容易液化，谷类淀粉则反之。 不溶性淀粉颗粒系指酶法液化后，存在于液化液中的不溶物质 根据不同品种淀粉的酶液化难易的差别，可分别采用不同液化工艺条件或液化方法。,液化条件和液化程度的控制,酶的选择 常用的-淀粉酶有中温-淀粉酶和高温-淀粉酶之分，酶制剂有干燥粉末固体酶和液体酶之分。 中温-淀粉酶在Ca2+及30%40%淀粉乳保护下，温度可控制在8590，瞬时喷射液化温度可在9092。 耐高温-淀粉酶在淀粉乳保护下，温度可控制在97100，瞬时喷射液化温度可在110130。,液化条件和液化程度的控制,酶的选择 一般在喷射液化法中都采用高温- 淀粉酶。液体酶制剂成本便宜，使用方便，比固体酶制剂应用更普遍。 选择酶时要注意酶制剂质量，包括活力高低和蛋白酶混杂情况，因为蛋白酶能水解蛋白质成氨基酸，与糖反应生成有色物质。,液化条件和液化程度的控制,3、液化程度的控制 DE值控制。一般以DE值为1020为宜，尤以1218更为理想。 碘色反应的控制。液化完全指的是颜色反应呈棕红色或黄色，链长多在2030左右。 透光率及澄清度控制。液化完全时，液化液的蛋白凝聚好，分层明显，过滤性能好，透光率高。,（三）液化方法的选择,1、液化方法的比较 直接升温法设备简单，投资少，见效快，为小型工厂所使用，缺点是能源消耗大，原料利用率低，转化率偏低，液化液过滤性能相对较差，蛋白凝聚不好。 喷射液化法设备较为复杂，操作要求高，最好是连续进出料，原料利用率高，转化率高，液化过滤性能好，蛋白凝聚完全，缺点是要求有一定压力的蒸汽，稳定的进出料速度，不适合小厂生产，应用于大规模工厂效果好。,液化方法的比较,喷射液化法中，使用耐高温-淀粉酶比中温- 淀粉酶要好;由于是在高温下喷射液化，蛋白絮凝效果好，不产生不溶性淀粉颗粒，不发生老化现象，液化液清亮透明，并且在高温下喷射液化还可阻止小分子前体物质的生成，有利于提高葡萄糖的收率，生产成本也比中温酶低，现在喷射液化技术多采用高温淀粉酶。 喷射液化技术也可采用分段液化形式，一般喷射液化法为一次加酶，一次加热，操作简单，能源消耗少，已被广泛使用。三段液化法相比之下操作繁琐，能源消耗大，成本高，但液化效果好，过滤及蛋白凝聚性都不错。,2、生产不同糖制品时的液化方法的选择,液化液用来生产中转化糖浆，考虑到糖浆对过滤性能的要求，可选用三段蒸汽喷射液化法。 如果生产葡萄糖是作为中间产品，当做发酵工业的碳源使用，为了提高后道工序的效率，降低糖液黏度，也可用三段蒸汽喷射液化法。 如果生产葡萄糖及果葡糖浆产品，以薯类淀粉为原料，可用一段喷射液化法;玉米、小麦淀粉质量好，蛋白质含量低于0.3%，也可用一段喷射液化法;质量差，则要用三段喷射液化法。,（四）低压蒸汽喷射液化工艺,喷射液化法的核心设备为蒸汽喷射液化器。 根据推动力不同分为两类:一类是高压蒸汽喷射液化器，另一类是低压蒸汽喷射液化器。 国内因为蒸汽压力的限制，基本采用低压蒸汽喷射液化器,低压蒸汽喷射液化工艺,喷射液化器的种类 从蒸汽和进料情况可分为料带汽和汽带料两类。 料带汽喷射器对料液要求高，输送泵负荷大，蒸汽压力小。 汽带料喷射器蒸汽压力大，泵压小，汽液交换迅速，液化进行得快。,喷射液化器结构,2、低压蒸汽喷射液化工艺流程,(1)高温-淀粉酶一段喷射液化法 粉浆浓度30%左右预热至55左右，调pH6.06.5，加高温-淀粉酶1016u/g淀粉 ，喷射嘴温度105 110，保温维持罐的温度9597，维持时间lh左右。 (2)高温-淀粉酶的多段喷射液化法 二次喷射二次加酶液化工艺流程： 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。,二、酶法糖化技术,（一）糖化机理 酶法糖化是指利用糖化酶进一步将液化产物水解成葡萄糖。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。 工业上用葡萄糖值DE表示淀粉的水解程度或糖化程度，葡萄糖的实际（DX）含量稍低于葡萄糖值。 DE值：淀粉糖品中还原糖含量占干物质含量的百分 比。,（二）糖化方法,酶糖化的操作比较简单，我国一般使用黑曲霉产生的糖化酶 工艺流程：液化液调pH4.04.5 调温度至6062 加入糖化酶（用量约100200u/L淀粉） 60保温（ 2448h左右 ）酒精沉淀检测糖化结束,（三）糖化工艺条件,1、液化液的DE值：DE值通常应在15%20%之间 2、糖化的pH、温度和加酶量： (1)pH和温度。不同来源的糖化酶，糖化温度和pH要求各不相同。 (2)加酶量。糖化酶制剂用量决定于酶活力高低，酶活力高，用量少，液化液浓度高，加酶量要多。 3、液化酶的选择：糖化酶主要来自黑曲霉和根霉，两者产生的葡萄糖淀粉酶特性各有不同。,本节重点,液化 液化方法 液化程度控制有哪些方面？ 高温-淀粉酶的多段喷射液化工艺流程 糖化工艺条件选择有哪些？,第四节 糖化液的精制,淀粉糖化液成分,葡萄糖、低聚糖和糊精等糖分组成物 糖的复合和分解反应产物 原料淀粉中的杂质、水带来的杂质以及作为催化剂的酸或酶等 杂质又可分为含氮物质、有机酸、无机酸、有机盐、无机盐、脂肪、有色物质等。,2019/8/5,21,可编辑,一、糖液中杂质的来源和影响,原料淀粉：淀粉中的杂质主要是蛋白质、脂肪和灰分，约占淀粉总量的1%。 辅料 辅料中的杂质包括:淀粉水解所用的酸催化剂，代表性的是盐酸，中和所用的碱，中和后所含的盐类如NaCl，酸、碱、活性炭所带进的离子，酶制剂带进的蛋白质，未经软化的硬水带进的杂质。 生产过程中产生的杂糖：由于葡萄糖的复合反应和分解反应，加上转苷酶的作用，会产生潘糖等杂糖。 色素：水解反应中产生的5-羟甲基糠醛与含氮物质结合；局部碱浓度过高造成的对葡萄糖结构的破坏；浓缩过程中糖温偏高，时间过长，产生的焦糖色。,二、中和,1、中和原理 酸水解糖液pH一般为1.71.9，不能直接使用，酸酶法在液化工艺结束后也有类似问题，这就要求必须用碱调正pH，习惯上称为中和。 调节到pH为胶体物质的等电点，使糖液中的蛋白质及其分解物能最大限度地凝聚，以便在其后的过滤工序中，被活性炭层或其他助滤剂所截留，这样的pH通常在4.85.0之间。,2、中和工艺,糖化液在中和前首先要冷却，使温度从130以上迅速降到100以下。 冷却罐设在厂房较高处，借糖化罐的高压将糖化液压入冷却罐，糖液迅速减压，闪急冷却产生的二次蒸汽急速沿冷却罐上部的排气筒排放到大气中。 液化液进入中和桶后，发生剧烈沸腾，中和时又生成大量CO2，故要求中和桶的容积应足够大，为糖化液体积的34倍，以防糖化液溢出桶外。 中和桶带有搅拌装置，搅拌或是通过桶底部的多孔蛇形管通入压缩空气进行，或者利用机械搅拌 。 糖化液进入中和桶后产生的二次蒸汽由排气管排出，由于加入冷Na2CO3溶液，和通入冷空气搅拌，糖化液的温度可降至90以下。,三、过滤,1、过滤介质和助滤剂 淀粉糖化液中悬浮着的固体物必须有效地去除净化，固体物主要由凝沉蛋白质及其他不溶物组成。 工业上所进行的过滤均是以滤布为过滤介质，糖化液通过滤布时把固体物截留在滤布上，然后去除。完成过滤的设备是过滤机。,过滤介质和助滤剂,滤布与助滤剂配合使用，因此选用滤布时，不但要适合工艺设备，还要考虑助滤剂和所要过滤的糖化液的特点。 助滤剂：是在过滤时帮助快速除去溶液中细小颗粒的一种物质，主要有硅藻土、珍珠岩、纤维素等，我国主要使用硅藻土做助滤剂。 过滤方法是在滤布上沉积适当厚度的硅藻土层，然后进行过滤。,2、过滤工艺条件,为了提高过滤速率，糖液过滤时要保持一定温度，使其黏度下降，有利于过滤。 过滤进行过程中，滤饼逐渐沉积于硅藻土层上，随厚度增加，阻力也逐渐增加，这就需要逐渐增加一定压力以保持一定的过滤速度。 压力增加的规律是前期要慢，以免把硅藻土层压得过紧，中间可以适当加快，并在整个过滤过程的最后1/5时间达到最高值，整个过滤时间约3h，最高压力392.3kPa。,过滤工艺条件,当超过一定压力差后，继续施加压力，滤速并不会增加，反而会使滤布表面形成一层紧密的滤饼层，过滤速度下降。 当过滤到滤饼充满过滤机或过滤速度降低到很小时，为过滤周期终点，停止过滤，泵入热水把滤饼中存留糖化液洗出回收，清洗完毕后，打开过滤机，洗脱滤饼，准备下一次过滤。,3、过滤机 过滤是在过滤机上完成的，过滤机类型包括板框压滤机、叶片过滤机、真空过滤机等。 (1)板框压滤机。 (2)叶片过滤机。 (3)预涂层式真空过滤机。,四、脱色,淀粉糖化液过滤后需要进一步脱去有色物质 脱色用骨炭和活性炭，活性炭又分粉末炭和颗粒炭两种。 炭的脱色是物理吸附作用，将有色物质吸附在柱表面上，从糖化液除掉。 吸附作用有选择性，骨炭吸收无机灰分能力强，活性炭吸附5-羟甲基糠醛的能力强。,脱色,脱色炭的吸附作用是可逆的，它吸附颜色物质的量决定于颜色的浓度。 工业上用新鲜炭先脱颜色较浅的糖浆，再脱颜色较深的糖浆，最后脱颜色更深的糖浆，以充分发挥炭的吸附能力，称此为逆流法。 脱色时通常是将一定比例的糖化液和活性炭加进脱色桶内，温度80左右，pH控制在4.0左右，搅拌约30min，使糖液与活性炭充分混合。 更好的方法是用过滤机脱色，糖化液通过沉积在滤布上的活性炭滤饼，进行脱色。,五、离子交换,糖化液经活性炭脱色后，糖液中尚存在无机盐和有机杂质。可以利用离子交换树脂去除。 阳离子树脂可以去除蛋白质和可溶性盐类的阳离子部分，如Na+、Fe2+、Ca2+和Mg2+。阴离子树脂可以除去可溶性盐类的阴离子，如氯化物、硫酸盐和碳酸盐。 经离子交换树脂处理的糖化液，灰分可降到原来的1/10，有色物质及能产生颜色的物质也去除得比较彻底。,1、离子交换树脂,离子交换树脂是合成的高分子树脂，分阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两种。 阳离子交换树脂 具有交换酸基，磺酸为强酸，H+离子能全部解离，羧酸为弱酸，H+离子离解不完全，淀粉糖化液精制中采用的多为Na+强酸型阳离子树脂。 阴离子交换树脂 因为葡萄糖在碱性情况下不稳定，都选用弱碱性阴离子交换树脂，一般应用叔胺基阴离子交换树脂，可除去糖化液中酸性离子Cl-、SO42-、NO3-等 。,2、离子交换树脂精制工艺,离子交换柱通常用碳钢制造，内衬橡胶里，压力根据水解产品黏度、流速及树脂类型而言，一般在300700kPa。 酸水解一般只用Na+型阳离子交换树脂除去糖浆中的Fe2+、Ca2+和Mg2+等阳离子。 交换的条件是:糖化液温度50左右，流速为每小时通过柱的糖化液是树脂体积的1.6倍，树脂高为离子交换柱直径的1.52.5倍。,离子交换树脂的再生,离子交换在单柱内进行时，一旦发现树脂失效，立即停止进料，并将树脂床内的糖液放空，用水洗残糖，加以回收。 失效的树脂需用水先充分地正洗或反洗，以除去树脂中的杂质，方可再生。Na+型阳离子的再生一般用5%10%盐酸进行。 再生阴离子交换树脂时用4%NaOH。,阴阳离子柱串联工艺操作,用阳离子和阴离子交换树脂滤床串联使用，能将溶液中离子全部除掉。 如溶液中含有NaCl，先流经阳离子交换树脂，把溶液中Na+离子全部被H+离子交换，流出的溶液只含H+和Cl-，再经阴离子交换树脂，则H+和Cl-全部被吸附除掉，流出液不含离子，pH升高到中性。 混合树脂床，将阳、阴离子交换树脂混合在一起，糖液与阳离子交换树脂接触，生成酸，立即被阴离子交换树脂吸附，所得糖液呈中性。这种混合床，设备费用低，床数少，但再生操作比较复杂,3、离子交换树脂连续操作工艺,用离子交换树脂精制淀粉糖化液，目前被广泛采用的方法是4只滤床以阳-阴-阳-阴排列。 两对阳、阴离子交换树脂串联使用，阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯磺酸型，阴离子交换树脂为弱碱性叔胺型，糖化液蒸发到浓度约55%时，活性炭脱色，然后流经离子交换树脂滤床，温度4954，树脂流速0.0340.068L/min。 生产过程可用糖浆流出柱后的质量来控制，以电导率、pH及颜色作为控制指标。,六、蒸发浓缩,1、蒸发过程和蒸发方式的选择 淀粉糖浆为热敏性物质，受热易着色，一般蒸发温度不宜超过68 ，因此，在葡萄糖浆浓缩时，应采用真空蒸发 (减压蒸发)，以降低溶液的沸点。 根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程可分为单效蒸发和多效蒸发。 葡萄糖浆的浓缩都是采用多效蒸发方式进行的，