双酶法选择的理论基础

双酶法选择的理论基础

前言

淀粉质原料是微生物工业常用的原料之一，但由于大多数生产菌都不能直接利用或仅微弱利用淀粉，所以必须将淀粉质原料水解为葡萄糖等可发酵性糖类，才能被生产菌利用。在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程成为淀粉的糖化，所制得的糖液成为淀粉水解糖。

本次设计选用原料为玉米，关于玉米淀粉的糖化方法有很多种，根据采用的水解催化剂的不同可以分为三种：酸水解法、酶水解法和酸酶结合水解法。

第一章制备淀粉水解糖的方法

1．酸水解法

酸水解法又称酸糖化法，是一种传统的水解方法。以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。

该法具有生产工艺简单、设备简易、生产周期短、设备生产能力大等优点。但是，由于水解反应是在高温、高压及较高酸浓度条件下进行的，因此，该法要求有耐腐蚀、耐高温、耐高压的设备。此外，淀粉在酸水解过程中所发生的副反应较多，造成葡萄糖量减少以及不可发酵性糖类、色素等物质增多。这不仅降低淀粉转化率，而且由于生产的糖液质量差，对而后的发酵、提取都带来不利影响。并且酸水解法对淀粉原料要求严格，必须是精制淀粉，淀粉颗粒大小要均匀，不宜过大，否则易造成水解不透彻。淀粉乳浓度也不宜过高，过高则淀粉转化率低。因此目前酸解法已逐步被酶解法所取代。

2．酶水解法

酶水解法制葡萄糖可分为两步：第一步是利用液化脚化淀粉水解成糊精和低聚糖等，使黏度大为降低，流动性增高，所以工业上称为液化。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解为葡萄糖，在生产上称为糖化。由于采用了酶液化和酶糖化工艺，故也称为双酶水解法。

酶水解法(双酶水解法)的优点：

(1)淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解反应条件较温和，因此不需耐高温、耐高压、耐酸的设备。同时，酶在反应过程中也不产生腐蚀性物质，对设备要求低，也改善了劳动卫生条件。

(2)微生物酶作用的专一性强，效率高，淀粉水解的副反应少，因而水解糖液的纯度高，淀粉转化率高，糖液颜色浅，较纯净，无异味，质量高，有利于糖液的充分利用。

(3)可在较高淀粉乳浓度下水解，水解糖液的还原糖含量可达到30％以上。

(4)可采用粗原料，省去粗原料加工成精制淀粉的生产过程，避免淀粉加工中的原料流失，减少粮食消耗。

(5)由于微生物酶制剂中菌体细胞的自溶，使得糖液的营养物质较丰富，简化了发酵培养基。

酶水解法(双酶水解法)的缺点是：

生产周期较长(一般48 h)；要求的设备较多，设备投资人：由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。但是，随着酶制剂生产及应用技术的提高和酶制剂的大量生产，酶水解法制糖逐渐代替酸法制糖，已成为淀粉水解制糖的一个发展趋势。

3．酸酶结合水解法

酸酶结合水解法是集酸法和酶法制糖的优点而成的生产工艺。此法又可分为酸酶(水解)法或酶酸(水解)法。

(1)酸酶水解法

酸酶水解法即先以酸为催化剂将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。玉米、小麦等谷类淀粉，淀粉颗粒坚实，如果用淀粉酶液化在短时间内往往不彻底。因此，针对这种情况，采用酸将淀粉水解到一定程度，然后将水解液降温、中和，再加入糖化酶进行糖化。由于糖化是在糖化酶作用下完成的，因此对液化液要求不高。

用酸酶水解淀粉制糖，液化速度快，可采用较高的淀粉乳浓度，提高了生产效率；用酸量较少．产品颜色浅，糖液质量高。

(2)酶酸水解法

酶酸水解法是将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺方法。耐于颗粒大小不一的淀粉(如碎米淀粉等)，如果用酸法水解，则常导致水解不均匀，淀粉糖转化率低。针对此种情况可先用淀粉酶液化，过滤除杂后，再用酸法水解成葡萄糖。

用酶酸法制糖，能采用粗原料淀粉，减少原料损失，一般可提高原料利用率15％左右；生产较易控制，可采用较高的淀粉浓度；生产周期短，提高了生产效率；酸水解pH可控制稍高，减少了淀粉水解副反应的发生，糖液色泽较浅，质量较好。

总之，采用不同的水解制糖工艺，各有其优缺点。从淀粉水解操作周期来看，酸水解法最短，双酶法最长。但从水解糖液的质量及降低糖耗，提高原料利用率方面来考虑，则是以双酶水解法最好，其次是酸酶结合水解法，酸水解法最差。

表1 各种糖化方法比较

序号项目

糖化方法

双酶水解法酸酶结合水解法酸水解法

1糖液质量：

葡萄糖值（DE）989590

葡萄糖含量/%（干基）979386

灰分/%0.10.4 1.6

蛋白质/%0.10.080.08

5-羟甲基糠醛/%0.030.080.3

颜色（2ＯBe下测定）0.20.310.0

2淀粉糖转化率/%989590

3工艺条件/耗能温和/少加压温高/多加压温高/多4副产物少中多

5生产周期长中短

6设备规律/防腐要求大/一般中/中小/较高7原料适应情况各种淀粉、大米大米淀粉8是否有利于发酵和提取有利中差