淀粉水解制糖-淀粉双酶法水解制糖（功能糖生产技术课件）

淀粉酸法水解制糖工艺一、酸法水解制糖的原理1、酸糖化机理

淀粉乳加入稀酸后加热，经糊化、溶解，进而葡萄糖苷链裂解，形成各种聚合度的糖类混合溶液，在稀酸作用下，最终全部变成葡萄糖。化学式如下：(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6淀粉的水解过程测试

淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖碘蓝紫色蓝色红色无色无色无色无水酒精不溶不溶不溶不溶微溶溶一、酸法水解制糖的原理二、酸糖化工艺流程原料淀粉水酸调浆糖化冷却中和、脱色过滤除杂糖液二、酸糖化工艺流程三、工艺要点

工业上酸法糖化制糖有两种工艺，分别为间歇加压罐法和连续管道管理或者喷射法。1、间歇加压罐法糖化工艺（1）工艺①调浆：淀粉乳的浓度控制在22-24°Bé，慢慢加入盐酸调节到规定的pH②泵入底水：何为底水？

淀粉乳和酸加入糖化罐的方法

③进料：进料量一般为罐的80％左右④糖化：罐内压力为0.28MPa⑤放料：糖化结束后，放料要快，以免水解过度。进入中和容器后要及时降温，以避免副反应加剧，色素加深1、间歇加压罐法糖化工艺（2）设备三、工艺要点

三、工艺要点

2、连续管道法避免间歇加压糖化法升温慢、受热时间长等缺点(1)直接加热式三、工艺要点

2、连续管道法避免间歇加压糖化法升温慢、受热时间长等缺点(1)直接加热式产品C（50%硫酸）/(mol/L)糖化时间/min糖化温度/℃葡糖糖0.0318158糖浆0.01621148糖浆0.01626142麦芽糖浆0.0119142麦芽糖浆0.00716132间接加热连续糖化不同汤品的糖化条件三、工艺要点

2、连续管道法避免间歇加压糖化法升温慢、受热时间长等缺点(2)间接加热式柯路叶间接加热糖化工艺流程图四、影响淀粉酸糖化的因素

1、酸的种类催化剂名称催化剂效率对设备要求工艺特点盐酸100要求高，腐蚀强如果中和剂用氢氧化钠，则中和生成的氯化钠会增加糖液的灰分，对葡萄糖的复合反应催化强硫酸50.32一般如果中和剂用氢氧化钠，则中和生成的硫酸钙沉淀在过滤时可以去掉。但会溶解部分于糖液中，容易形成水垢，糖浆储藏中会慢慢析出而沉淀草酸20.4不高如果中和剂用氢氧化钙，则中和生成的草酸钙不溶于水，草酸可以减少葡萄糖的复分解反应，糖液的色泽较浅，价格较贵几种常见的催化剂对淀粉水解作用的影响四、影响淀粉酸糖化的因素

2、酸的浓度

酸的浓度对淀粉水解的影响主要是氢离子浓度对反应的催化作用，一般情况下是氢离子浓度越大，反应速度越快，但要考虑设备的承受程度，一般将淀粉乳的pH控制在1.5～2.0。3、水解温度四、影响淀粉酸糖化的因素

温度/℃119133138143K0.1250.4700.7701.200不同反应温度下淀粉的水解速度4、水解时间水解时间太长，会导致复合和分解反应的加剧，所以尽量采用高温、短时的水解方法，以减少水解副反应的程度。四、影响淀粉酸糖化的因素

淀粉乳浓度/°Bé1617181920222426DE值93.0192.8192.7791.391.189.9289.2789.17四、影响淀粉酸糖化的因素

5、淀粉乳浓度不同淀粉乳浓度下糖化DE值还原糖值（DE值）表示液化程度，它是指还原糖的含量。四、影响淀粉酸糖化的因素

5、淀粉乳浓度淀粉的复合和分解反应6、淀粉质量

淀粉中杂质对糖化工艺有影响，尤其以蛋白质和磷酸盐影响最大，所以要尽可能选用含杂质少的淀粉。四、影响淀粉酸糖化的因素

五、糖化终点的控制1、用淀粉-碘的显色反应来判断酸糖化的终点

方法是将10mL稀碘液(0.25％)置于小试管中，加入5滴糖液混匀，观察颜色的变化。将已知DE值的糖液和稀碘液混匀制成标准色管，将糖化液显色后与标准色管比较，以确定所需的糖化终点。2、参考经验根据糖化的时间来判断糖化程度，同时用无水乙醇检测糖液糊精的程度来辅助判断。双酶法制糖工艺双酶法是用专一性很强的淀粉酶和糖化酶作为催化剂将淀粉水解成为葡萄糖的方法。酶解法制备葡萄糖分为两步：第一步是液化过程，利用a-淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及少量低聚糖。第二步是糖化过程，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解为葡萄糖。淀粉的液化和糖化都在酶的作用下进行的，故酶解法又称为双酶法。虽然利用a-淀粉酶水解淀粉最终产物也能是葡萄糖和麦芽糖等，但这样所得的糖液葡萄糖值低，作用时间要很长，而且淀粉的液化是在较低的温度下进行的，液化作用时间要很长，一部分已经液化的淀粉会重新结合成硬束状体，使糖化酶难以作用，影响葡萄糖的产率，因此必须控制液化的程度，使用双酶法水解制备葡萄糖。一、淀粉酶水解工艺淀粉双酶法液化工艺流程酶法糖化工艺流程1、淀粉液化工艺（1）原理糖化酶是一类外切酶，它是从淀粉的非还原末端开始水解α-1，4-糖苷键和α-1，6-糖苷键，使葡萄糖单位逐个分离出来，从而产生葡萄糖(键的断裂位置是C1-O处)。所以，液化淀粉经过糖化酶作用后，原来的糊精和低聚糖就逐渐转变成了葡萄糖。在工业生产上，正是利用了糖化酶这种由外向里逐步水解淀粉分子链的特性，通过调整糖化酶的用量或糖化反应时间来控制糖化程度，从而生产出不同DE值及不同用途的各类淀粉糖浆。二、淀粉酶水解工艺要点1、淀粉液化工艺（2）工艺要点开浆：在调浆罐内把粉浆用自来水或者工艺冷凝水调浓度到15～20°Bé，并用酸或者碱调节粉浆pH至5.5～6.5二、淀粉酶水解制糖工艺要点1、淀粉液化工艺（2）工艺要点调浆：在调好浓度的粉浆加入0.05%～0.10%的氯化钙，搅拌均匀后加人耐高温α-淀粉酶，粉浆温度一般控制在50～58℃二、淀粉酶水解制糖工艺要点二、淀粉酶水解制糖工艺要点1、淀粉液化工艺（2）工艺要点一次喷射液化：配好料的粉浆，要及时开始升温液化。一般液化采用喷射液化器的形式进行液化升温，温度一般升至108～112℃。喷射液化器的设计原则是务求使酶制剂、淀粉和水三者在最短时间达到温度的提高高温维持：经过喷射升温的粉浆进入管道或罐进行高温维持，时间5～8min。通过高温维持使已经形成的“不溶性淀粉颗粒”在高温下分散，并使蛋白质进一步凝固，淀粉进一步分散二、淀粉酶水解制糖工艺要点1、淀粉液化工艺（2）工艺要点闪蒸冷却：经过喷射液化高温维持后的料液进入真空闪蒸罐快速冷却至95～100℃后进人液化罐。通过闪蒸步骤可以实现淀粉浓度增高；通过压力的突然改变促使淀粉进一步分散，提高了出糖率层流维持：闪蒸后的料液进入层流罐保温60～120min，温度保持恒定，以保证酶和淀粉的进一步接触和反应灭酶：层流完成后的液化液，要尽快灭酶。根据酶制剂的特性，一般采用的灭酶方法是升温和调节pH。目前众多厂家就利用液化后需要调pH进行糖化而通过调节pH达到灭酶的效果，并不需要在该步升温灭酶二、淀粉酶水解制糖工艺要点1、淀粉液化工艺（3）液化条件及液化程度的控制液化终点可以用液化DE值来判断。除此之外还常用淀粉一碘的呈色反应来检验液化质量。如果出现有淀粉一碘的呈色反应，则说明液化液有生淀粉的存在，液化还没完成。另外，还可以通过测定液化液的过滤速度来检验液化的效果液化程度一般控制在12％～18％二、淀粉酶水解制糖工艺要点1、淀粉液化工艺（3）液化条件及液化程度的控制程度太低，液化液黏度大，操作困难；底物分子少，水解机会小，影响了糖化的速度；液化程度低，淀粉液容易老化，不利于糖化，特别是糖化液过滤速度慢液化程度也不能太高，因为葡萄糖淀粉酶是先与底物分子结合生成络合结构，而后再发生水解催化作用，所以当液化超过一定程度，会影响淀粉酶的催化效率，最终糖化液的DE值也会偏低二、淀粉酶水解制糖工艺要点1、淀粉液化工艺（3）液化条件及液化程度的控制液化程度与糖化终了DE值的关系二、淀粉酶水解制糖工艺要点2、淀粉糖化工艺（1）原理在液化工序中，淀粉经α-淀粉酶水解成糊精和低聚糖这些较小分子产物，而糖化则是利用葡萄糖淀粉酶进一步将这些产物水解成葡萄糖按照理论计算，100份淀粉完全水解能生产111.11份葡萄糖，但由于水解过程都往往都会伴随复合和分解反应，并存在少量的糊精不分解等原因，水解得率不可能达到理论值，一般为108%～110%。如果在糖化时采取多酶协同作用的方法，例如糖化时除了加入葡萄糖苷酶外再加上异淀粉酶或普鲁兰酶等脱支酶，则可以使淀粉水解率得到提高二、淀粉酶水解制糖工艺要点2、淀粉糖化工艺（2）工艺要点降温糖化：迅速将料液降温，并加酸调节糖液pH至糖化酶最适作用pH，然后加入80～150U/g的糖化酶，并保持糖化温度数小时。一般来说，糖化9～12hDE值增长速度较快，之后变慢；当DE值不再增长或者检验无糊精存在时，将料液进行升温并调节pH维持20min，糖化时间一般控制在25～45h灭酶：升温灭酶的方法二、淀粉酶水解制糖工艺要点2、淀粉糖化工艺（2）工艺要点过滤除杂：糖化液过滤是采用传统的板框压滤机过滤，一个完整过滤过程包括：装机、滤饼形成、洗涤、卸渣、清洗等步骤。先将灭酶后的糖化液降温至60℃左右，然后视情况添加一定量的珍珠岩或硅藻土助滤剂和粉末活性炭；过滤时在滤饼没有形成前要将浑浊的过滤糖液重新打回脱色罐，进行二次过滤，待糖液完全清澈时才能转入清糖罐。影响淀粉液化的因素一、液化的原理糖化使用的糖化酶属于外酶，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，必须先将大分子的淀粉水解成糊精或低聚糖。α-淀粉酶是内切型淀粉酶，可从淀粉分子的内部任意切开α-1，4-糖苷键，不能水解α-1，6-糖苷键，所以液化产物除了麦芽糖和葡萄糖外，还含有一系列带有α-1，6-糖苷键的寡糖。因为酶水解颗粒淀粉和水解糊化淀粉的速度比约为1：20000，所以淀粉酶作用于淀粉前要先加热淀粉乳，从而使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其晶体结构(淀粉乳糊化是酶法工艺第一个必要步骤，糊化后酶才能开始发生作用)，使黏度大为降低，流动性增高。二、液化条件的控制酶的作用受很多条件的影响，如酶的作用底物、pH、温度等。1、温度一般来说，温度升高，酶的活性随之提高。某种酶对某一温度下能表现出最大的活性这个温度称为该种酶的最适温度。就大多数酶来说，最适温度在40℃左右，温度继续升高，酶的活性会显著下降，以致完全丧失催化能力。这是因为酶是一种蛋白质，蛋白质加温到70~90℃，就会凝固变化。但各种酶能忍受高温的限度不同，α淀粉酶BF7658，在60℃的溶液中即受到很大破坏。二、液化条件的控制如应用酶法生产葡萄糖时，因要求将原料迅速水解成葡萄糖，提高α-淀粉酶的催化速度，加快淀粉糊化，采用较高温度液化，一般生产上在有钙离子存在下，选用88~90℃来催化原料酶活力高，也能保证淀粉糊化完全。但当温度再升高时，酶活力损失加快二、液化条件的控制2、pH酸碱度对酶的催化作用有很大的影响，如图1-14所示。过碱过酸都会降低酶的活性。α-淀粉酶在pH6.0~7.0较为稳定，在pH5以下失活严重，最适作用pH值为6.2~6.4。但酶活力与温度、pH值是互相依赖的，当温度升高，酶作用的最适pH值向7.0移动，在较低温度下，液化(如65℃以下)最好保持pH6.0左右二、液化条件的控制2、pH二、液化条件的控制3、与淀粉浓度的关系淀粉和淀粉分子产物糊精，对酶活力的稳定性有很大提高作用。如图1-15所示，在淀粉浓度10%的情况下，加热80℃,1h后活力残余约94%，在没有淀粉存在的情况下，活力残余约24%，稳定性提高约4倍。浓度提高到25~30%，稳定性进一步提高，煮沸不致全部失去活力二、液化条件的控制4、酶活力稳定性与钙离子浓度间的关系α-淀粉酶是一种金属酶类，需要在钙离子的存在下才能激发和稳定它的活力钙离子最适的浓度是0.01mol/L二、液化条件的控制5、加酶量随酶活力高低而定，酶活力高，则用量少。在生产上一般BF7658a-淀粉酶液化薯类淀粉用酶量为8~10单位/g淀粉，以大米为原料，用酶量为6~8单位/kg干大米三、影响液化的因素1、不同液化方法三、影响液化的因素2、不同原辅料（主要指淀粉）对液化的影响玉米粉：木薯粉（质量比）糖化最终DE值/%糖化最终DX值/%糖液透光/%糖液OD值液化液滴定速度/(mL/min)5:197.496.2960.0517.24:197.195.9920.0317.53:197.296880.03172:19795.8820.0513.21:196.695.5780.0212.8三、影响液化的因素由表可以看出，薯类和谷类淀粉对液化效果有影响，但适当搭配却并不会影响液化和糖化液的质量。一般玉米淀粉与木薯淀粉按照3:1以下搭配，均不会对糖液质量造成大的影响，这就为企业及时根据市场价格来调整不同淀粉的采购和使用量提供了参考基础三、影响液化的因素3、不同喷射温度的影响三、影响液化的因素在不同喷射温度下考察了液化液的滴定速度，以此作为液化质量的评价。从图2-18可以看出，耐高温淀粉酶的喷射温度控制在108~110℃较好。当温度高于100℃时，酶的蛋白质结构会受到较大的影响，从而酶活力会受到破坏；若喷射温度低105℃时，则淀粉与脂质体形成的复合物不能被破坏，而这个复合物不能被酶所分解，所以就会存在液化不彻底的情况目前国内大多的食品工厂，经常会存在蒸汽压力波动而导致液化质量不稳定的现象，建议在液化器的蒸汽管前安装一套蒸汽稳定器，以确保蒸汽的压力和流量稳定，减少对液化的影响三、影响液化的因素4、高温维持对液化的影响经过喷射后的高温料液经过一段维持管道，维持时间控制在5~8min。该步主要目的是使淀粉更彻底糊化，特别是更有利于不溶性淀粉的糊化，可以促进淀粉分子的分散和蛋白质的凝固。高温糊化维持时间对于液化质量非常重要表2-9所示为某厂对高温维持时间的试验结果。以上的试验工艺条件是：粉浆浓度15°B6、次添加维信耐高温a-淀粉酶12k、无锡杰能科糖化酶200g喷射温度108℃、液化pH5.8、糖化pH4.4、糖化时间35h三、影响液化的因素喷射后高温维持时间/min液化液滴定速度/(mL/min)糖化最终DE值/%单糖含量/%三糖以上含量/%糖液透光/%糖液OD值010.295.694.52.6860.18313.596.495.62.2880.08515.997.295.61.4920.01716.297.195.61.6920.02129.896.294.62.3830.12

从表可以看出，喷射后的高温维持可以促使已经形成的“不溶性淀粉颗粒”在高温下分散、蛋白质更好凝聚、淀粉更好分散、一般最好控制在5~8min。如果时间不够，糖液过滤速度明显减低，时间过长，则会导致酶在高温段的损失，最终也会影响到糖液的质量三、影响液化的因素5、不同pH对液化和糖液的影响pH糖化最终DE值/%单糖含量/%麦芽酮糖/%三糖以上含量/%糖液透光/%5.497.795.801.26965.697.595.601.38935.897.8960.121.39906.097.395.40.261.28886.297.395.30.381.5686由表可以看出，在酶允许使用范围内，液化的pH越低，麦芽酮糖等不可发酵糖含量越低，而且，有机色素生成更少，更有利于糖液的精制和降低糖液的精制成本。一般控制pH为5.4~6.0三、影响液化的因素6、加酶方式对液化质量的影响传统的液化工艺有一次加酶和二次加酶两种方法。、次加酶是指将α-淀粉酶按照淀粉的一定比例一次性加入调浆罐内；二次加酶则是指一部分α-淀粉酶(一般为40%~50%)添加到调浆罐内，而剩下的酶则依据淀粉乳液化流量的相应比例进行连续流加，一般用计量泵流加到真空冷却闪蒸罐内。项目名称一次加酶二次加酶加酶量多少工艺稳定性稳定欠稳定糖液质量好好操作方便性方便复杂三、影响液化的因素6、加酶方式对液化质量的影响从表可以看出，就加酶量来说，二次加酶因为一部分酶避免了高温阶段，酶的活力损失较小，因此用酶量可以减少15%~30%，糖液质量也得到提高但因为二次加酶量很小，而且一般是用计量泵泵入闪蒸罐或者管道，存在着流加的不稳定性，控制不好会使二次加酶量不够而导致液化质量不稳定。所以，为提高计量的准确性，二次加酶的操作流程一般是：设立一个不锈钢罐稀释罐，在罐内用蒸馏水先对二次需要添加的酶进行稀释，稀释比一般是水与酶体积比为(10~20):1，这样就可以提高流加的量，从而减少了系统的误差，提高了二次加酶的准确和稳定性。要注意的是，为尽量避免酶受到污染，要求稀释的酶要现配现用三、影响液化的因素7、植酸对液化DE值的影响几乎所有的谷物中都含有一定量的植酸，一般为0.5%-1.5%，玉米中的植酸含量一般为0.8%。通常淀粉中的蛋白质、脂质体含量与植酸含量成正比。植酸的存在会使液化的DE值增加得更缓慢三、影响液化的因素8、喷射液化器对液化效果的影响喷射液化器广泛地用在淀粉糖和味精等生产中。采用连续喷射液化，可以迅速液化，液化完全，节省能源，自动调节，便于规模化生产喷射液化器的工作原理是通过喷射液化器使淀粉乳中的淀粉、水、酶在瞬间接触，均匀混合；在极短时间内实现淀粉乳的糊化和液化，两者交替进行和互相促进。在喷射器出口经常有一个扩大混合室，使淀粉、水、酶三者在高温下进一步混合和液化先进的喷射液化器是使淀粉、水和酶接触面积大、反应快速、液化彻底、体积小、自动化程度高和价格更便宜目前国内使用的喷射液化器主要有以上海兆光生物工程有限公司为代表的国内喷射器系列；还有以东潮科技引进美国公司为代表的水热器系列。美国水热器以特有的协调管，对流入的浆料提供控制机制，尤其对高黏度浆料在喷射加热区可以提高机械搅拌程度，形成强烈的湍流效果其温度控制精度高操作稳定影响糖化进程的因素一、糖化时间对DE值的影响双酶法制备葡萄糖工艺中，最初阶段的糖化速度很快，一般约12hDE值就可以达到90％。糖化时间/hDE值葡萄糖含量/%OD值015.65.50.451089.828.20.251493.330.90.181895.531.60.152296.532.30.122697.033.00.063097.233.20.053597.233.20.03

一般来说，糖化时间在9～14hDE值就可以达到90％左右，如果在这个时候DE值还偏低，则要视情况考虑添加一定量的糖化酶。一、糖化时间对DE值的影响当DE值达到最高值时，应该立即停止糖化反应，否则，葡萄糖值反而会下降，这是因为葡萄糖发生了复合反应，一部分葡萄糖又重新结合生成异麦芽糖等复合糖类。这种反应在较高酶浓度和底物浓度情况下尤为突出。葡萄糖淀粉酶对于葡萄糖的复合反应有催化作用。二、液化液DE值与糖化终了DE值的关系液化程度一般控制在12％～18％。程度太低，液化液黏度大，操作困难；底物分子少，水解机会小，影响了糖化的速度；液化程度低，淀粉液容易老化，不利于糖化，特别是糖化液过滤速度慢。液化程度也不能太高，因为葡萄糖淀粉酶是先与底物分子结合生成络合结构，而后再发生水解催化作用，所以当液化超过一定程度，会影响淀粉酶的催化效率，最终糖化液的DE值也会偏低。三、加酶量与糖化时间的关系加酶量与糖化时间密切相关。糖化液在DE值，即葡萄糖值相同的情况下，加酶量越高，糖化时间越短。糖化时间与加酶量的关系糖化时间/h101620243648糖化酶加量/(U/g原料)300250200150120100三、加酶量与糖化时间的关系

虽然增加糖化酶用量可以使糖化液DE值在糖化前期上升速度增加，但在糖化后期，这种趋势就相互接近了。生产实际也表明，通过增加糖化酶用量以提高糖化液DE值的办法并不理想。酶用量过多，反而会在生产上造成不利。在实际生产中，应该充