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/%0.10.41.6蛋白质/%0.10.080.085-羟甲基糠醛/%0.030.080.3颜色（2Be下测定）0.20.310.02淀粉糖转化率/%989590