工艺技术_淀粉糖生产工艺与设备介绍

1 淀粉糖生产工艺及设备淀粉糖生产工艺及设备 1、淀粉糖：凡是以淀粉为原料生产的糖统称为淀粉糖。 2、应用：淀粉糖主要应用于食品工业，医药工业和化学工业。 食品工业主要应用于面包、谷物、食品、糖品、雪糕和乳制品、饮料、罐 头、果酱等。 医药工业：有食品级和医药两种。口服糖标准低于医药级，同时有的还加 入维生素、钙质等以提高营养供病人、老人、儿童服用。 葡萄糖同时还是重要的化工原料，是生产山梨醇、革露醇、维生素丙、维 生素 C、葡萄糖酸、葡萄糖醛、味精、洒精、醋酸等各种产品的原料，广泛地 应用工业。 淀粉糖生产工艺分三种：酸法、酸酶法、双酶法。酶液化和酶糖化工艺称 为双酶法。其特点是：反应条件温和，复合分解反应较少，淀粉转化率高。 二、淀粉的理化性质二、淀粉的理化性质 1、物理性质：淀粉呈白色粉末，显微镜下呈大小不一的透明小颗粒。1kg 玉米淀粉大约有 17000 亿个颗粒，有圆形、椭圆形和三角形。玉米淀粉的颗料 多为圆形和多角形，椭圆形较少。 玉米淀粉颗粒是 530 微米，平均为 15 微米。 2、糊化：淀粉乳受热膨胀，晶体结构消失，体积涨大，互相接触，变成粘 稠糊状液体，虽停止搅拌，淀粉也不会沉淀，此现象称为糊化。玉米的糊化温 度 6272。 糊化作用的本质是淀粉中有序（晶体）和无序（非晶质）态的淀粉分子间 的氢键断裂，分散在水中成为亲水性胶体溶液。 3、化学结构：淀粉是由葡萄糖组成的多糖，分子式(C6H12O5)n，淀粉由支 链和直链淀粉组成。玉米淀粉中直链占 27%。 淀粉遇碘产生蓝色反应，加热到约 70蓝色消失，冷却后又重现蓝色，这 种蓝色反应是物理反应。 聚合度是指直链淀粉分子的葡萄糖单位数目。聚合度（DP）46 时遇碘不 变色，812 变红，大于 15 时变蓝。 2 三、淀粉酶三、淀粉酶 1、酶是蛋白质，是一种生物催化剂，具有促进化学反应发生的作用，能作 用于淀的酶总称为淀粉酶。 淀粉糖工业应用的淀粉酶主要为液化酶、 葡萄糖酶、 麦芽糖酶和脱支酶，都属于水解酶。 酶具有三大特性：、具有高度的专一性，即只按一定的方式水解一定种 类 和一定地位的葡萄糖苷键。 、高效性：酶的催化效力远远大于无机催化剂。 、反应条件温和。 2、液化酶的水解方式：淀粉液化酶水解淀粉分子中的-1,4 葡萄糖苷键， 生成产物的还原尾端葡萄糖单位 C1碳原子为-构型，故又称为-淀粉酶。它 不能水解淀粉分子中的-1,6 葡萄糖苷键，但能越过此键继续水解，此键存留 在水解产物中。 3、糖化酶的水解方式：葡萄糖酶水解淀粉由非还原尾端进行，水解-1,4 和-1,6 键，但水解-1,6 键的速度很慢。糖化酶属于外酶。 如果在糖化过程中加入水解-1,6 键的异淀粉酶和普鲁兰酶，会加快糖化 速度，缩短糖化时间。 4、酶的性质 酶的催化活力和活力的稳定性受若干因素影响，从工业的角度来讲，最重 要的是 pH 和温度。 每种酶都有最适当的作用 pH 范围和温度范围， 只有在这个 范围内活力高，在这个范围以外活力降低或完全消失。所以灭酶主要有两种方 法：升温和改变 PH。 钙盐对细菌-淀粉酶的热稳定性有很大提高的作用， 所以大生产中要加入 一定浓度的 CaCl2溶液来作为酶的保护剂和激活剂。 淀粉和淀粉的水解产物糊精对酶活力的稳定性有很大的提高作用。 5、酶的贮藏 酶制剂分液体和固体两种，在贮存过程中酶活都有所下降，但固体酶下降 要慢一些，所以酶要低温贮存。酶制剂最好贮存在 25以下，较干燥、避光的 地方。 四、液化理论四、液化理论 3 1、液化：液化是淀粉加水成淀乳，加温糊化后，加液化酶使其水解成小颗 粒，降低粘度的过程叫液化。 2、液化的目的：降低淀粉糊化液的粘度，增加流动性，制备糖化底物。 3、淀粉乳必须先糊化的原因：糖化使用的葡萄糖酶属于外酶，水解作用从 底物分子的非还原末端进行。 为了增加糖化酶作用的机会， 加快糖化反应速度， 必须用-淀粉酶将大分子的淀粉水解成糊精和低聚糖。 但是淀粉结晶性结构对 酶作用的抵搞力强。 例如细菌-淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的速度比 约为 1：20000。所以需要先加热淀粉乳，使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其 结晶结构。 4、 老化： 淀粉的老化实际上是分了间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形 成新氢键的过程，也就是一个复结晶过程。DE 值越低，淀粉越容易老化。 5、 液化液的标准： 液化要均匀； 蛋白絮凝要效果好； 液化要彻底 （在 60时液化液要稳定，不出现老化现象，不含不溶性淀 粉颗粒，液化液透明、清亮） 。 6、液化液的用途：用途之一是生产葡萄糖及果葡糖浆（产品） 。这种糖 液希望葡萄糖含量高、色泽浅、透明度高。这种高 DE 值的酶法糖液过滤速度快。 用途之二是生产中转化糖浆。 这种糖浆的糖化液过滤 性相对较差。 用途之三也生产葡萄糖， 但是这种葡萄糖是作为发酵 工业的碳源（如味精、甘油、青霉素、赖氨酸等）来使 用。这种糖液的粘度高低，直接决定后道提取的难易， 因此这种葡萄糖液的过滤速度要求特别快。 五、糖化理论五、糖化理论 在液化工序中，淀粉由-淀粉酶水解成糊精和低聚糖等较小分子产物，酶 4 糖化是利用葡萄糖淀粉酶进一步将这些产物水解成葡萄糖。 1、理论收率 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，反应如下： (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 淀粉 水 葡萄糖 162 18 180 100.00g 111.11g 因此，葡萄糖的理论收率为 111.11%。 2、实际收率：在生产过程中，由于复合分解反应的发生及生产管理过程中 的损失，葡萄糖的实际收率仅有 105108%。 收率=糖液量 （L） 葡萄糖含量 （%） /投入淀粉量 （kg） 淀粉含量100% 3、淀粉转化率：是指 100 份淀粉中有多少份淀粉转化成葡萄糖。 4、DE 值与 DX 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 DE 值。 DE 值=还原糖含量（%）/干物质含量（%）100% 还原糖用斐林氏法或碘量法测定，干物质用阿贝折光仪测定。 在此值得注意的是， 阿贝折光仪所测出的浓度是指 100g 糖液中所含有的干 物质的克数；而还原糖含量是指 100ml 糖液中所含有的还原糖的克数。因此， DE 值实际还应除以糖液的相对密度。 DX 值：糖化液中的葡萄糖含量占干物质的百分率称为 DX 值。 DX 值=葡萄糖含量（%）/干物质含量（%）糖液相对密度100% 5 DE 值与 DX 值的区别： 葡萄糖的实际含量稍低于葡萄糖值， 因为还有少量 的还原性低聚糖存在。随着糖化程度的增高，两者的差别减少。 5、影响 DE 值的因素 糖化时间对 DE 值的影响：液化液在适宜的条件下糖化，最初的糖化速 度快，约 24 小时达到 90%以上，以后的速度很慢。达到最高 DE 值以后，应当 停止反应，否则，葡萄糖值趋向降低，这是因为葡萄糖发生复合分解反应。 液化液 DE 值与糖化液 DE 值的关系：在碘试本色的前提下，液化液 DE 值越低，糖化液 DE 值越高。 民淀粉酶能 DE 值的影响 葡萄糖淀粉酶水解-1,4 葡萄糖苷键较快，但水解-1,6 糖苷键的速度很 慢，因此单独使用葡萄糖淀粉酶，糖化最终 DE 值很难达到 98%。所以用能水 解-1,6 糖苷键的异淀粉酶或普鲁兰酶与葡萄糖淀粉酶合并糖化，所得糖化液 DE 值达到 99%以上。 酶制剂用量与糖化液 DE 值的关系：为加快糖化速度，可以提高用酶量， 缩短糖化时间，在此值得注意的有两点：针对不同原料，不同工艺和不同 DE 值，糖化时间和糖化酶用量略有调整；提高酶用量，糖化速度快，但酶用量过 大，反而复合反应严重，导致葡萄糖值降低。 七、糖化液的脱色七、糖化液的脱色 糖液的精制一般采用碱中和、活性炭吸附、脱色和离子交换脱盐。也有的 用电渗透析脱盐，或超滤去杂质，但使用不普遍。 1、糖液中的杂质主要来源于原辅料、水和水解过程。 原料：玉米粉中含有大量的蛋白质及少量的脂肪和无机盐等杂质。 辅料中杂质：淀粉水解所用的催化剂酶以及酶 中所含的杂质、调节 PH 6 所有的碳酸钠、氯化钙、盐酸、中和后所含的盐类等。 生产用水：工业生产上都是用软化处理的硬水，此种水含有一定量的杂 质。 淀粉水解过程产生的杂质：淀粉在水解过程中，由于葡萄糖的复合与分 解反应，会产生复合低聚糖、5-羟甲基糠醛、有机酸和色素，以及蛋白质、脂 肪等的水解产物。 2、脱色的目的与原理 糖液中含有的有色物质和一些杂质必须除去，方能获得澄清透明、甚至无 色的糖浆产品。工业上一般采用骨炭和活性炭脱色。活性炭又分颗粒炭和粉末 两种，骨炭和颗粒炭可以再生重复使用，但因其设备复杂，公在大型工厂使用。 一般中小型工厂使用粉末活性炭，重复使用二至三次后弃掉。使用粉末活性炭 成本较高，但设备简单，操作方便。 粉末活性炭为黑色粉末，除含少量的水份和微量的灰分外，其作为炭。每 克粉末活性炭的吸附面积高达 500m2以上。活性炭脱色就是将有色物质等杂质 吸附在活性炭的表面上，从糖液中除去。 3、脱色工艺条件 糖液的温度 活性炭的表面吸附力与温度成反比，但温度高，吸附速率快。在较高温度 下，糖液粘度较低，加速糖液渗透到活性炭的吸附内表面，对吸附有利。但温 度不能太高，以免造成糖分解而着色。一般以 80为宜。 PH 值：糖液 PH 对活性炭吸附没有直接关系，但一般在较低 PH 值下进 行，脱色效率较高，葡萄糖也稳定。 脱色时间：一般认为吸附是瞬间完成的，为了使糖液与活性炭充分混合 7 均匀，脱色时间以 2530min 为好。 活性炭用量 活性炭用量少，利用率高，但最终脱色效果差。炭用量大，可缩短脱色时 间，但单位质量的活性炭脱色效率降低。因此要恰当掌握。一般采取分次脱色 的办法，并且前脱色用废炭，后脱色用好炭，以充分发挥脱色效率。 八、过滤八、过滤 1、 脱色后的糖化液必须除去其不溶性杂质和加入的助滤剂， 以便得到澄清 的糖化液。除去这些固形物的方法是过滤。淀粉糖工业过滤均是以滤布为过滤 介质，液体通过滤布，而固形物被截留在滤布上。完成这一操作过程的设备是 各种形式的过滤机。但使用最普遍的是板框压滤机。 2、滤布的选择：滤布有棉纤维和合成纤维两种。另外，不同的编织方法对 过滤性能也有一定的影响。 3、助滤剂：为了提高过滤性能，可选择硅藻土、珍珠岩等作为助滤剂，延 长过滤周期，提高滤液澄清度。助滤剂可预涂，也可直接加入到糖化液中随物 料起过滤。 4、过滤工艺条件 为了提高过滤速率，糖液过滤时，要保持一定的温度，使其粘度下降，有 利于过滤。同时要正确地掌握过滤压力。因为滤饼具有可压缩性，其过滤速度 与过滤压力差密切相关。但当超过一定的压力差后，继续增加压力，滤速也不 会增加，反而会使滤布表面形成一层紧密的滤饼层，过滤速度迅速下降。所以， 过滤压力应缓慢加大为好。不同的物料，使用不同的过滤机，其最适过滤压力 要通过试验确定。 九、蒸发九、蒸发 8 1、糖液的蒸发 经过脱色过滤，净化的糖液，浓度比较低，不便于运输和贮存，必须 将其中大部分水分去掉，即采用蒸发使糖液浓缩，达到要求的浓度。 2、蒸发方式的选择 淀粉糖浆为热敏性物料，受热易着色，所以在真空状态下进行蒸发， 以降低液体的沸点。一般蒸发温度不宜超过 68蒸发操作有间歇式、连 续式和循环式三种。间歇式蒸发，设备简单，浓度容易控制，但糖液受 热时间长，不利于糖浆的浓缩；连续式蒸发，糖液受热时间短，适用于 糖液浓缩，处理量大，设备利用率高，但浓度不易控制。循环式蒸发可 使一部分浓缩液返回蒸发器。 3、节能措施： 一般每蒸发 1 吨水，双效需要 0.5 吨蒸汽，三效需 0.4 吨蒸汽，四效 需 0.3 吨蒸汽，即效数越多，越省蒸汽，但设备造价也就相就增加。 其次也可采用二次蒸汽再压缩， 以提高其热值， 达到节约蒸汽的目的。 蒸汽再压缩： 一次蒸汽通过蒸汽喷射器将二次蒸汽压缩升温作热源再利 用。机械再压缩：利用热泵将二次蒸汽压缩、升温升压再利用。 4、蒸发设备 淀粉糖浆蒸发常用的设备有以下几种： 内循环蒸发器：属于间歇式蒸发器，逐步被其他形式的蒸发器所取 代。 外循环蒸发器：外循环蒸发器的加热室与蒸发室分开，属于外循环 式，循环速度快，物料受热时间比内循环短，清洗与检修也较方便。 长管薄膜蒸发器：是利用沸腾后的蒸汽的推动作用，使液体在传热 9 面上形成薄膜，因而强化传热效果，降低物料受热时间，蒸发速度快，传 热效率高，物别适用热敏物料和粘度较大的物料的浓缩，是淀粉糖浆应用 较广泛的蒸发器。按照蒸汽和液膜的流动方向又可分为升膜式、降膜式和 升降膜式三种。 刮板薄膜蒸发器： 是利用旋转的刮板， 借离必力和刮