淀粉制糖工艺

玉米淀粉、谷物、马铃薯、 木薯淀粉
蓝糊精 红糊精 酸或酶 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖
（C6H10O5)n+nH2O
n C6H12O6
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 = 干物质含量 100%
CH2OH O OH OH O
CH2OH OH OH O 支链淀粉 (75-85%) 麦芽糖 α-1,4 异芽糖 α-1,6 纤维二糖 龙胆二糖
CH2OH
O OH O
CH2OH
OH O
CH2
OH O
CH2OH
OH
OH
OH
OH
OH
1、水解反应
（C6H10O5)n+nH2O 酸 n C6H12O6
影响水解反应速度常数k的几个因素
• 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 0011 0010 1010 1101 或 而酸腐蚀的设备； 0001 0100 1011 • 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 优点 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。
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。
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：
1）酸法糖化工艺流程P52图4-3 淀粉 盐酸 调浆 蒸汽 水
淀粉乳
Na2CO3 中和脱色 活性炭 压滤
糖化
冷却
滤渣
糖液
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
浓度控制在18-19 BX
淀粉乳浓度 （BX）
DE值
26
89.17
24
89.27
22
89.92
20
三、酶解法制糖工艺
酶解法优点
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。
淀粉中含蛋白等杂质对 糖液质量的影响
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？
糖化终点的控制和检查
问题
蓝糊精
蓝色 不溶
糖化时，为何必须严格控制终点？如何检查 糖化终点？ 红糊精
红色 不溶 无色糊精 无色 不溶
淀粉 碘
无水酒精 蓝紫色 不溶
麦芽糖
无色 微溶
一、淀粉水解糖的制备方法
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
2、酶解法
k=α·N·δ·λ
1）
α为催化剂活性系数
催化剂 α值 HCl 1 H2SO4 0.5-0.52 0.3
各种酸的α值
H3PO4 HAC 0.025
说出结论P48
HBr 1.7 HI 2.5
2） 3）
N为酸的摩尔浓度P49 δ为多糖的水解性常数
棉花 1 淀粉 400 木材稻草 2.0-2.5 半纤维素 10-400 蔗糖 100
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
水解过程： 淀粉 蓝糊精 红糊精 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖
淀粉结构式： 包括 水解过程中存在三大化学反应：
2
水解 淀粉 葡萄糖
复合二糖
复合低聚糖
1
5-羟甲基糖醛
有机酸、有色物质
3
跳过
返 回
CH2OH O OH OH O CH2OH OH OH O CH2OH OH OH O CH2OH OH OH 直链淀粉 (15-25%)
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。
低压蒸汽喷射液化法
水解动力
加酶方 法不同
一次加酶液化法 两次加酶液化法 三次加酶液化法
酶耐温 性不同 机械力 机械液化法
中温酶法 高温酶法 高温-中温酶法
原料粗 细不同
淀粉原料直接液化法 精制淀粉液化法
பைடு நூலகம்
两次加酶喷射液化工艺（DDS公司）P62图4-12
1、淀粉酶解法的两个步骤
酶
液化 淀粉酶
水解位置
1，4糖苷键
水解次序
无先后次序
水解产物
葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 异麦芽糖、低聚糖 葡萄糖
糖化 糖化酶
1，4和1，6 糖苷键
从非还原性 末端开始
2、淀粉液化的条件及液化程度的控制 淀粉结构式
1）淀粉的糊化与老化
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。
过滤
A、说说过滤的目的？ B、工业上常采用什么过滤设备？
4）酸水解制糖过程实例 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
图4-4 为某味精厂的直接加热连续糖化酸水解工艺
复习酸水解制 糖工艺流程
酸水解糖化工艺流程
8
排气
P57图4-4
冷却水 针对工艺提问
蒸汽
9
排气
5
水
3
2 1 10
纯碱水 活性炭
贮罐
流量计
粗滤器 定量泵 蛇管
连续式糖化与简歇式糖化相比具有不少优点，请看：
间歇式与连续式糖化方式比较
间歇式
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 15-30 min 较多 糖化不均匀，易产生分解反应
连续式
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 10-15 min 比间歇式少一半 产品质量均匀，分解产物少
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。
缺点
4
1
2
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
填空：老化程度可以通过冷却时结成的 马铃薯、 木薯、小麦淀粉老化程度难易。 来表示。试比较玉米、
2）液化的方法与选择
酸解 催化剂 酸法 酸酶法
液化方法分类示意图P60图4-6
间歇液化法（直接升温法） 半连续液化法（高温液化法、喷淋法）
酸酶催化
酶催化 酶法
升温方式不同
喷射器型式
喷射液化法
高压蒸汽喷射液化法
7 4 6
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
而日本和欧美一些国家的很多工厂已采用连续糖化法
图4-5 为CPR式连续糖化流程图
蒸汽
压力表 蒸汽喷射加热器
排气
软水 水
硫酸
维持罐
分离器
等压管
分离器
淀粉乳贮罐 温度计 硫酸稀释罐 淀粉乳调节槽 控制阀
91.1
19
91.3
18
92.77
17
92.81
16
93.01
从表中可看出
酸的种类和用量
各种酸催化作用利弊
一般用HCl
用量为淀粉量的0.5%-0.8%
盐酸计量器 排气
•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。
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
淀粉
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。
多糖的种类 δ值
4）
λ为水解温度
不同温度下淀粉水解反应速度常数
温度℃ k值 119 0.125 133 0.470 138 0.770 143 1.200
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
酸和热 2C6H12O6 C12H22O11+H2O
蒸汽
水
问题
调浆槽
糖化锅炉
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
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：
糖 液 的 纯 度 （ % ）
复 合 糖 量 （ % ）
HAc
0 100
0 1.0
淀粉乳浓度（干淀粉%）
酸浓度（mol/l)
从表中可看出
结论：P50
3、葡萄糖的分解反应
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。
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）
2、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。
水解温度
119 133 138 143
反应压力（Mpa）
0.10 0.20 0.25 0.30
C、掌握糖化终点，控制糖化时间，是十分重要的。
DE
值
0
糖化时间
问题
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？
结论：根据实践经验，采用高温、短时间、蒸汽
压力0.25-0.40Mpa
葡萄糖
无色 溶
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
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？
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
HCl
40 100
H2SO4