淀粉水解与糖蜜

(三)淀粉酸水解制糖工艺1.淀粉水解糖制备方法概述根据水解所用的催化剂的不同，主要有三种方法：酸解法酶解法酸梅结合法（1）酸解法（acidhydrolysismethod）酸解法是淀粉水解糖制备的传统方法，它是以无机酸（现在也用有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。优点：工艺简单，水解时间短，设备生产能力大。目前广泛采用此法。缺点：高温高压以及酸的腐蚀对设备有一定的要求；副反应多，影响水解糖液的质量；对原料要求严格，原料淀粉颗粒必须大小均匀，否则造成水解不均一彻底。（2）酶解法（enzymehydrolysismethod）

酶解法是用专一性很强的淀粉酶将原料淀粉水解为糊精和低聚糖，再用糖化酶继续水解为葡萄糖的制糖工艺。酶解法一般分两步进行，第一步是利用α-淀粉酶将淀粉水解为糊精和低聚糖，这步使淀粉的溶解性增加，故称液化；第二步是利用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解为葡萄糖，称为糖化。此法又称作双酶水解法。优点：条件温和，设备要求低；酶专一性强，副反应少；淀粉初始浓度较高，要求较低（颗粒大小可以不均一）；糖液颜色浅，较纯净。缺点：生产周期长（常需数十个小时），需要专门的设备，过滤困难（酶是蛋白质）。随着酶制剂工业的发展，酶法取代酸法是淀粉水解糖技术发展的必然趋势（3）酸酶结合法（acid-enzymehydrolysismethod）

酸酶结合法是结合了酸法和酶法的水解糖制备工艺，兼具两者特点。根据酸法和酶法使用的先后顺序又分为酸酶法和酶酸法两种1.酸酶法先将淀粉用酸水解成低聚糖和糊精，再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。有些原料的淀粉，如玉米，小麦的淀粉颗粒坚实，用α-淀粉酶短时间内往往作用不彻底，因此有些工厂就先用酸将淀粉水解到一定程度（DE值约15），再用糖化酶糖化，解决这一问题。2.酶酸法先用α-淀粉酶将原料淀粉水解到一定程度，过滤除去杂质后，再用酸完全水解的工艺，该法适用于较粗的原料，如大米淀粉，可以弥补酸法对原料要求较高的缺点，提高原料利用率。总的来说酶法较酸法更好。酸酶结合法各项指标基本介于二者之间。2.淀粉酸解法工艺流程水解一般以盐酸作为催化剂，产物为糖液即可，不需精制成葡萄糖。工艺流程：淀粉→调浆→过筛→加酸→进料→糖化→放料→冷却→中和→脱色→过滤→糖液技术条件一般选择：（1）淀粉乳浓度18%-25%（2）盐酸用量为干淀粉的0.5%-0.8%，使淀粉乳PH达到1.5左右（3）进料压力0.02-0.03MPa（4）水解压力0.28MPa（5）水解时间一般15min左右（6）水解终点检查，一般用无水酒精检查无白色反应为止3.淀粉水解速度的影响因素

淀粉水解的各种条件，如淀粉乳浓度的高低、酸的种类和浓度、水解温度和压力等都会通过影响水解过程的三个反应影响最终糖液的质量。另外，糖化设备对糖液质量也有一定影响。（1）淀粉乳浓度的影响。淀粉乳浓度低，水解容易，糖液DE值高，质量高，但是原料的糖化速度；反之糖化质量下降但速度较快。因此需要根据原料、设备等实际情况选择合适的淀粉乳浓度（一般为18%-21%，或用糖度表示为18-19°Bx,用波美度表示为10.5-12°Bé)。例如，精制淀粉乳的浓度可比粗制淀粉乳的浓度选择高些。在设备和生产周期允许的前提下，应该尽量提高水解糖液的质量采用较低的淀粉乳浓度。（2）酸的种类和浓度的影响。酸在淀粉水解中提供氢离子，是水解的催化剂。不同的酸有不同的催化效能（如下表），工业上普遍使用的是盐酸和硫酸。酸的种类相对催化效能酸的种类相对催化效能盐酸100.00硫酸50.35草酸20.42亚硫酸4.82醋酸0.80

盐酸的催化效能最高，但是缺点是催化副反应的能力也强，以及腐蚀性较强。硫酸也是一种常用的催化剂，虽然催化效能较盐酸略差，但是腐蚀性小，副反应催化较弱，且硫酸的运输、存储比盐酸方便。但硫酸存在加热蒸发使管道结垢的问题。酸的浓度或用量也对水解有很大影响。酸的用量大，水解快，但副反应也强，因此，酸的用量要适当。（3）糖化温度和时间的影响。淀粉水解的加热介质是水蒸气，由于糖化锅有专门管道不断排出不凝性汽体，因此锅内充满水蒸气，其温度和压力是正相关的。工业上一般控制压力。水解压力也存在一个最适值的问题。压力低水解慢，压力高水解虽快，但副反应也快，并且锅体腐蚀也快。据经验，一般控制水解压力在0.28-0.32MPa.(4)糖化锅结构的影响淀粉水解过程都是在糖化锅内进行的因此糖化锅的结构是否合理对水解糖液的质量也有一定影响。首先，糖化锅的容积不能太大。淀粉水解时间不长（15min左右），要保证进料放料迅速，尽量避免副反应。锅体太大，也会使蒸汽难以均匀作用，造成水解不彻底。其次，锅的外形要合理。工业发酵糖化锅一般采取封闭罐形结构，径高比在1：1-1：1.5之间。径高比太大，锅体太矮，直径过大，锅内死角增加，影响糖化进行；径高比太小，锅体过高，锅内上下水解不均匀。最后，糖化锅的附属管道设计应保证进出料迅速，尽量缩短辅助时间。典型的糖化锅构造如下（5）影响糖化终点的因素糖化终点的掌握对糖液最终质量的控制有重要作用。由图可知，由于副反应的存在，糖化时间过长反而会降低糖液的葡萄糖含量。在图中，最佳糖化终点应在B点，考虑到放料也需要时间，因此要稍微提前一点时间放料（图中A点至C点）。4.淀粉水解糖液的中和、脱色和压滤淀粉水解糖液在进入发酵罐前必须经过预处理，即中和、脱色和压滤。（1）中和从糖化锅出来的糖化液是酸性的，因为必须先中和。另外，糖液中和的蛋白质、氨基酸等杂质也可以用中和至等电点PH的办法将沉淀除去。一般PH调到4.6-4.8，不同种类的淀粉原料略有不同，生产实践中可先通过小试确定最佳PH。中和所用的碱性物质一般有两种选择：纯碱（NaCO3）或烧碱（NaOH）。纯碱温和，但中和过程中易产生泡沫（CO2）;烧碱则容易造成局部过碱，产生焦糖，对发酵不利。所以使用纯碱一般要先将其溶于一倍热水中，缓慢加入；烧碱则要边加入边搅拌，并不断测糖液的PH。中和的温度也很重要。中和温度过高，影响下步脱色效果，过低黏度大，影响过滤。从糖化锅出来的糖化液温度很高（140-150℃），需先通过缓冲桶降温。中和过程中一般保持70-80℃。（2）脱色糖液内的杂质尤其是有色物质对发酵过程和发酵产品的色泽都有不利影响，应当在发酵前设法除去。脱色本身也是除糖液之中杂质的过程。脱色的具体方法主要有传统活性炭脱色法，离子交换树脂脱色法和新型磺化煤脱色法。（3）压滤脱色结束后要进行压滤。压滤要注意以下几点：①压滤温度要适宜。压滤温度过高，则中和至等电点的蛋白质沉淀不完全，蛋白质的溶解度受温度影响，高温过滤温度下降后蛋白质又会沉淀出来，降低了过滤效果；而过滤温度过低又使糖液黏度过大，增加过滤阻力，所以一般选取过滤温度为60-70℃；②压滤机要定时出渣，一般压滤4-5次出渣一次，防止滤布堵塞；③滤布要保持清洁，经常清洗，必要时更换滤布（四）淀粉酶水解制糖工艺酸水解工艺酶水解工艺α—淀粉酶糖化酶双酶水解法，条件更温和且生产的糖液质量高一、液化：通过α—淀粉酶的催化作用水解原料淀粉，使淀粉黏度不断下降，流动性增强。是双酶解法的第一个步骤。二、糖化：类似于液化，用的是糖化酶，将糊精等进一步水解成葡萄糖。是双酶解法的第二个步骤。图4-8α—淀粉酶：作用方式特点：1、能水解淀粉中的α—1,4—糖苷键，生成α型葡萄糖；2、不能水解α—1,6—糖苷键，但能越过它继续作用；3、α—水解酶的作用是从淀粉内部开始的，具有随机性；4、α—水解酶的水解产物主要是麦芽糖和葡萄糖以及少量其他低聚糖；一、液化支链淀粉比直链淀粉水解速度慢。主要是发酵产生黑曲霉巨大芽孢杆菌枯草芽孢杆菌黄曲霉来源：α—淀粉酶：一、液化α—淀粉酶作用发挥的影响因素：一、液化1、淀粉状态2、温度：生产上要求尽量快的完成液化。一般选用88~90°C+钙离子作保护剂。5、淀粉液化程度的控制：液化时间10~15min，不宜过长？3、pH：pH6.0~7.0较稳定，最适pH为6.2~6.4，在5.0一下严重失活。4、酶活力的其他因素：淀粉乳中淀粉和糊精的存在本身就对淀粉酶起保护作用。a.天然淀粉颗粒状，有一定的晶型，很难直接作用，须先加热糊化。b.颗粒的水解速度：糊化液的水解速度=1:20000。C.酶只在淀粉颗粒的表面发挥作用，微波改性淀粉酶更敏感。α—淀粉酶作用发挥的影响因素：一、液化液化时间10~15min，不宜过长？1、液化的速度先快后慢，产物多为多糖。2、液化过程在高温下进行，时间延长已经液化的淀粉会重新结合成大分子。工业上常用碘液显色法控制液化终点一次升温液化法连续进出料液化法喷射液化法分段液化法液化结束后，升温至100°C10min灭菌，压滤去渣，降温就可以进行糖化了糖化酶的作用特点：二、糖化1、是一种外切酶，从底物的非还原末端一个分子一个分子的切下葡萄糖，产生α-葡萄糖；2、既能水解淀粉中的α—1,4—糖苷键，也能水解α—1,6—糖苷键，速度比约为3：1；主要是发酵产生根霉类：雪白根酶、龚式根酶拟內孢菌属曲霉属：主要是黑曲霉糖化酶的作用特点：二、糖化最适pH4.0~4.5最适温度55~60°C最适pH4.8~5.0最适温度50°C糖化工艺条件：二、糖化

一般最适pH偏酸性，最适温度50°C左右。糖化过程温度宜尽量高些，pH低些，这样糖化速度快，糖液质量高，且不易染杂菌。糖化酶的用量：一般30%淀粉浓度，加酶80~100活力单位/g淀粉。糖化要及时结束?

糖化速度开始很快，DE值达到顶峰后会下降，这是由于酶中的杂质催化了葡萄糖转移反应等副反应而消耗了葡萄糖。糖化结束后，升温至100°C5min灭菌，降温、过滤进入储罐准备发酵使用。二、糖蜜培养基的制备过程糖蜜的外观：黑褐色、粘稠的液体糖蜜是制糖工业的废液，是一种很有潜力的发酵原料。降低成本节约能源便于实现高糖发酵工艺例如：日本生产的味精，主要碳源就是糖蜜。（一）糖蜜的介绍二、糖蜜培养基的制备过程糖蜜是制糖工业的下脚料，将提纯的甘蔗汁或甜菜汁熬成带有结晶的糖膏，用离心机分出结晶糖后，所余母液，叫“蜜糖”；蜜糖中尚含多量蔗糖，按上述方法连续熬煮并分离数次，最后得到一种母液，无法再熬煮结晶，即为糖蜜。（一）糖蜜的介绍（五）水解糖液质量要求1、色泽：浅黄色4、还原糖含量：18%左右3、糊精反应：无2、透光率：》=60%5、DE值：》=90%6、pH：4.6~4.87、无杂菌、不变质、蛋白等杂质含量合格二、糖蜜培养基的制备过程糖蜜常用在氨基酸、抗生素、酒精等发酵工业上，被当成营养丰富的碳源。含有丰富的糖类物质、含氮物质、无机盐和维生素。pH5~7.5（一）糖蜜的介绍二、糖蜜培养基的制备过程成分上不同种类有区别：甘蔗糖蜜甜菜糖蜜葡萄糖糖蜜高级糖蜜（甘蔗榨汁后加入适当的硫酸或用酵母转化酶处理，是含糖量大幅提高70%~80%）（一）糖蜜的介绍二、糖蜜培养基的制备过程（二）糖蜜原料的预处理：预处理的原因？糖蜜中含有一定比例的水分，影响菌种生长，也影响产品浓度；糖蜜中含有大量的胶状物质（如蛋白质），如不除去，发酵中产生大量的泡沫。澄清处理：除去灰分和胶体物质。脱钙处理：除去钙盐。（如Na₂so4、Na₂Co3、Na₂sio3、

Na3Po4、草酸、草酸钾等）硫酸处理法石灰处理法糖蜜在澄清过程中产生了大量的不溶性钙盐，尤其是硫酸钙，清除不彻底，在蒸馏时会结块。二、糖蜜培养基的制备过程（二）糖蜜原料的预处理：澄清处理的主要流程：1、硫酸处理法2、石灰处理法稀释（1:1）调pH至2.0加