第二章葡萄糖液的生產(chǎn),淀粉糖生產(chǎn)工藝概述,利用含淀粉的糧食、薯類等為原料，經(jīng)過酸法、酸酶法或酶法制取的糖，包括麥芽糖、葡萄糖、果葡糖漿等，統(tǒng)稱淀粉糖。 淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，不同植物兩種淀粉含量不一樣。淀粉是一種碳水化合物，是由許多葡萄糖分子脫水聚合而成的一種高分子化合物，即淀粉是一種葡萄糖聚合物。 利用專一性很強的淀粉酶將淀粉降解成低分子的糊精，然后再利用專一性很強的糖化酶進一步將其水解為葡萄糖。葡萄糖淀粉酶又稱糖化酶，它能把淀粉從非還原性末端水解 -1.4 葡萄糖甙鍵產(chǎn)生葡萄糖，也能緩慢水解 -1.6 甙鍵轉(zhuǎn)化成葡萄糖。 這兩種酶促反應(yīng)分別稱之為淀粉的液化和糖化。,淀粉顆粒的外觀 淀粉顆粒呈白色，不溶于冷水和有機溶劑，其內(nèi)部呈復雜的結(jié)晶組織。隨原料品種和種類的不同，淀粉顆粒具有不同的形狀和大小。形狀不規(guī)則，大致上可分為圓形、橢圓形和多角形。 一般來說，水份含量高，蛋白少的植物，顆粒較大，形狀較整齊，大多為圓形或卵形，如馬鈴薯、甘薯的淀粉。 顆粒較大的薯類淀粉較易糊化，顆粒較小的谷物淀粉相對較難糊化。,淀粉的分子結(jié)構(gòu) 淀粉可分為直鏈和支鏈淀粉兩類。 直鏈淀粉通過-1，4鍵連接 。 支鏈淀粉的直鏈部分通過-1，4鍵連接，分支點則有-1，6鍵連接，支鏈平均有25個葡萄糖基團，因而還原性末端數(shù)量較少。 一般植物中直鏈淀粉含量為2025%，支鏈淀粉占7580%。 直鏈淀粉在7080的熱水中可溶，溶液的粘度較小，遇I2 呈純藍色；支鏈淀粉在高溫熱水中可溶，溶液的粘度大，遇I2呈蘭紫色。,淀粉是一種碳水化合物，是由多個葡萄糖分子脫水聚合而成的高分子化合物，簡單地說淀粉就是一種葡萄糖聚合物。有直鏈狀和支鏈狀的兩種分子，分別稱直鏈淀粉和支鏈淀粉。組成淀粉的分子單位是葡萄糖，淀粉分子中的碳、氫、氧分別為44.4%、6.2%、49.4%。 淀粉分子結(jié)構(gòu)中大部分是-1.4糖苷鍵連接,少量為-1.6糖苷鍵連接。由三個或四個葡萄糖單位通過1.4鍵連接的小分子糖成為麥芽三糖和麥芽四糖，三個以上稱為低聚糖和糊精。 分子式： （C6H10O5）n 分子量： （12*6+1*10+16*5）*n=162*n,淀粉在水-熱處理過程中的變化 水-熱處理的概念 將淀粉質(zhì)原料與水一起，在高溫高壓或低溫低壓的條件下進行處理的過程。 水-熱處理的目的 淀粉原料經(jīng)過水熱處理，使淀粉從細胞中游離出來，并轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，以便淀粉酶進行糖化作用，這就是原料水-熱處理的主要目的。 淀粉在熱水中加熱溫度高于糊化溫度后，直鏈淀粉從淀粉粒中游離出來溶于水中，可溶解的直鏈淀粉是線性的。溫度提高，大分子的和帶分支的直鏈淀粉被溶出。,淀粉的膨脹和溶解 膨脹：淀粉是一種親水膠體，遇水加熱后，水分子滲入淀粉顆粒的內(nèi)部，使淀粉分子的體積和重量增加，這種現(xiàn)象稱為膨脹。 糊化：在溫水中，當?shù)矸垲w粒無限膨脹形成均一的粘稠液體的現(xiàn)象，稱為淀粉的糊化。此時的溫度稱為糊化溫度。 淀粉沒有還原性，也沒有甜味，不溶于冷水、酒精和醚類等有機溶劑，相對比重為1.61；蛋白質(zhì)的比重為1.18，所以當生淀粉的懸浮液在靜置時，其淀粉顆粒很容易沉淀下來，其原因是淀粉不溶于冷水。相對密度較大。淀粉加工主要靠其各成分比重的不同來進行分離的。淀粉在熱水中能吸收水分而膨脹，體積增大淀粉顆粒破裂，晶體結(jié)構(gòu)破壞，淀粉分子溶解于水中形成一種糊狀的粘稠液體，這個過程稱為糊化。各種淀粉糊化溫度不同，玉米淀粉為6272.,淀粉液化的方法 水解動力的不同 酸法、酶法、酸酶法、機械液化法 工藝的不同 間歇式、半連續(xù)式、連續(xù)式 設(shè)備的不同 管式、罐式、噴射式 加酶方式的不同 一次加酶、兩次加酶、三次加酶 原料的精粗不同 淀粉質(zhì)原料直接液化、精制淀粉液化,酶法液化 酶解法液化、糖化淀粉常用的酶： -淀粉酶： 其作用是將淀粉迅速水解為糊精及少量麥芽糖，對淀粉的作用，可將長鏈從內(nèi)部分裂成若干短鏈的糊精，所以也稱內(nèi)切淀粉酶。淀粉受到-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反應(yīng)，如下表現(xiàn)：藍紫紅淺紅不顯色(即碘原色) 糖化酶： 作用與淀粉的l，4鍵，能從葡萄糖鍵的非還原性末端起將葡萄糖單位一個一個的切斷，因為是從鏈的一端向另一端逐漸地一個個地切斷為葡萄糖，所以稱為外切淀粉酶。,按其結(jié)構(gòu)和作用可分為： -淀粉酶(不規(guī)則分解淀粉，切斷-1，4糖苷鍵) -淀粉酶(從還原端開始，以麥芽糖為單位分解-l，4糖苷鍵) 糖化型淀粉酶(從非還原端開始，以葡萄糖為單位依次分解-l，4糖苷鍵) 異淀粉酶(分解支鏈淀粉，產(chǎn)物為糊精，從還原端開始，以麥芽糖為單位分解-l，4糖苷鍵）,普魯藍酶，能水解支叉結(jié)構(gòu)和直鏈結(jié)構(gòu)的- 1，6糖苷鍵、支鏈淀粉、普魯藍酶與-淀粉酶合并水解，能使支叉開裂，使-淀粉酶繼續(xù)水解，大大提高葡萄糖的產(chǎn)率。 普魯蘭酶，能迅速切開淀粉分子和糊精中的-D-1.6葡萄糖苷鍵產(chǎn)生直鏈糊精，它與糖化酶混合使用，可提高葡萄糖的純度，提高糖液的DE值，還可縮短糖化周期，可避免逆反應(yīng)物質(zhì)的生成.,酶法液化方法 間歇（升溫）液化法 蒸汽,升溫液化法 工藝：將濃度30-40%淀粉乳調(diào)整pH到6.5，加入CaCl2 (0.01mol/L)和一定量淀粉酶(5-8u/克淀粉)，劇烈攪拌，加熱到85-90，保持30-60分鐘，達到液化程度( DE 15-18 )，升溫到100，滅酶10分鐘。 此方法簡便，但效果較差，能耗大，原料利用率低，過濾性能差。 高溫液化法（噴淋連續(xù)進出料液化法） 工藝：將淀粉乳調(diào)整到適當pH和Ca2+濃度，加入一定量的淀粉酶，用泵打給噴淋頭引入液化罐中（其中已有90熱水），淀粉糊化后，立即液化，至保溫罐90保溫40分鐘，達到液化的程度。 優(yōu)點：設(shè)備和操作簡單，效果比間歇液化好。 缺點：不安全，蒸汽耗量大，溫度無法達到最佳溫度，液化效果差，糖液過濾性能也差。,連續(xù)（噴射）液化法 利用噴射器將蒸汽直接噴射至淀粉乳薄層，以在短時間內(nèi)達到要求的溫度，完成糊化和液化。噴射后，進入保壓管或（保溫罐），9599保溫145分鐘。 優(yōu)點：設(shè)備小，便于連續(xù)操作，原料利用率高，轉(zhuǎn)化率高，蛋白質(zhì)凝聚好。但要求一定壓力的蒸汽，進出料的速度要穩(wěn)定。 雙酶糖質(zhì)量好、純度高、收得率也高，DE值可達到98%以上。缺點是酶反應(yīng)時間長，生產(chǎn)周期長，糖液容易變質(zhì)。另外，酶本身是一種蛋白質(zhì)，增加了料液中蛋白質(zhì)的含量。淀粉轉(zhuǎn)化反應(yīng)成葡萄糖包括：一、水解反應(yīng) 二、復合反應(yīng) 三、分解反應(yīng)。水解反應(yīng)是主要的，復合、分解反應(yīng)是有害的，液化DE值的高低、PH值的高低、溫度的高低、糖化酶的用量、糖化周期的長短，必須控制穩(wěn)定確保糖液的質(zhì)量。,噴射液化采用高壓蒸汽噴射器，高速流動的蒸汽由噴嘴噴出，形成一定的負壓將淀粉乳混合液吸入并一起混合，達到加熱目的，這個過程叫噴射液化。高壓蒸汽噴射液化器在供汽壓力0.5MPa，噴射液化過程中能形成高強度的微湍流，在混合的過程中，蒸汽釋放出潛熱，將水淀粉乳快速加熱升溫至所需溫度，迅速越過糊化溫度，使糊化液化連續(xù)、迅速而徹底。,低壓噴射液化器的結(jié)構(gòu),液化工藝原理,將淀粉車間送來的淀粉乳加水配制成規(guī)定濃度，加稀堿水調(diào)整PH值，加入規(guī)定數(shù)量的耐高溫淀粉酶制劑，泵入以汽帶料的高壓蒸汽噴射器，將淀粉乳迅速升至規(guī)定溫度，料液經(jīng)過高溫保壓管維持3-5分鐘進入一次閃蒸罐進行自然擴散降溫，然后泵入串聯(lián)的多級層流罐進行液化，淀粉降解成低分子糊精，料液流出層流罐后進入真空降溫罐進行蒸發(fā)降溫，降溫后的料液進入糖化崗位，蒸發(fā)的水蒸汽經(jīng)列管式冷凝器間接降溫后形成冷凝水用于調(diào)節(jié)淀粉乳濃度。,主要設(shè)備,調(diào)漿罐 高壓蒸汽噴射器 高溫保壓管 閃蒸罐 層流罐,E： 蒸汽入口； F：漿料進料口；G ：出流；K：最低預留空間 尺寸(mm， 毫米),液化工藝流程,糖化理論 糖化：以無機酸或酶為催化劑，在一定溫度下使淀粉水解，將淀粉的液化產(chǎn)物糊精、麥芽糖、低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖，得到可發(fā)酵性糖的過程。 糖化劑 ：糖化過程中所用的催化劑。包括無機酸和酶。 糖化的目的：將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖。,DE值： 糖化液中還原糖含量（以葡萄糖計）占干物質(zhì)的百分率，用以表示淀粉糖的糖組成份。 還原糖用菲林試劑法或碘量法測定，干物質(zhì)用阿貝折光儀測定。,淀粉分子內(nèi)部的-1，4和-1，6葡萄糖苷鍵的斷裂，相對分子質(zhì)量逐漸變小，依次變?yōu)楹途厶?，麥芽糖和葡萄糖?糊精是若干種分子量大于低聚糖的碳水化合物的總稱，一般含210葡萄糖單位的為低聚糖。糊精具有旋光性，還原性，能溶于水，不溶于酒精。 與碘作用，聚合度不同顏色不同。 葡萄糖的復合反應(yīng) 若條件適合的話（PH值、作用時間和溫度），葡萄糖可以縮水生成二糖、三糖和其它低聚糖等，其中主要的有龍膽二糖、海藻糖和異麥芽糖，其變化可用下式表示。對于發(fā)酵來說，復合反應(yīng)是有害的，多數(shù)復合糖并不能被谷氨酸菌利用，往往會使谷氨酸發(fā)酵結(jié)束時殘?zhí)歉?，給后道提取帶來困難，復合反應(yīng)是可逆的。,葡萄糖聚合度與碘液的呈色表,糖化的過程檢測 檢驗液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈蘭色； 檢驗糖化：是否水解完全 測定還原糖；菲林試劑滴定法 用無水酒精：檢驗時糊精不溶于酒精，與酒精反應(yīng)生成白色沉淀。,酸解法: 利用無機酸（鹽酸）作為催化劑，通過高溫高壓經(jīng)過一段時間將淀粉水解成葡萄糖的過程 。 用鹽酸調(diào)節(jié)PH1.0-1.2，調(diào)節(jié)濃度10-12B，在水解鍋內(nèi)用蒸汽直接升溫至135，壓力在0.28-0.30MPa,保壓15min，放罐至閃蒸罐后流入中和罐內(nèi)冷卻至70，然后用純堿溶液中和至PH4.6-4.8，加入活性炭脫色15分鐘后過濾即可。此法制糖工藝簡單、生產(chǎn)周期短，從收漿到過濾出糖液僅需要幾個小時，但制得的糖液質(zhì)量差，含量、純度、轉(zhuǎn)化率低，DE值只有88-90%，透光在70左右，粉糖轉(zhuǎn)化率在88%左右，且設(shè)備要求耐高溫耐腐蝕。隨著制糖技術(shù)的進步，91年此法已被淘汰。 酸法工藝是以酸作為水解淀粉的催化劑，淀粉是由多個葡萄糖分子縮合而成的碳水化合物，酸水解時，隨著淀粉分子中糖苷鍵斷裂，逐漸生成葡萄糖、麥芽糖和各種相對分子質(zhì)量較低的葡萄糖多聚物。該工藝操作簡單，糖化速度快，生產(chǎn)周期短，設(shè)備投資少。,優(yōu)點： 工藝簡單，設(shè)備較單一 水解時間短，設(shè)備周轉(zhuǎn)快 缺點： 需耐高溫、高壓和耐腐蝕的設(shè)備 副產(chǎn)物多，淀粉的轉(zhuǎn)化率低 對原料要求高 廢水難處理 過濾困難 透光低,酸解法中常用的酸 鹽酸：高效，但中和后產(chǎn)生氯化物，增加糖液灰分，對葡萄糖的結(jié)晶，分離及收率會有影響。 硫酸：能力僅次于鹽酸，用碳酸鈣中和，經(jīng)脫色，離子交換可除去。 草酸：能力低，用石灰中和生成草酸鈣，脫色過濾易除去，非強酸，減少了復合反應(yīng)。 淀粉酸水解的工藝流程 工藝參數(shù) 淀粉漿的pH：1.2左右 水解壓力：0.280.30MPa 溫度：128 水解時間：15min 一次中和pH：4.64.8,糖化工藝原理,經(jīng)液化后的料液主要成份為糊精等低分子聚合物，需加入糖化酶繼續(xù)水解成葡萄糖。 經(jīng)真空降溫后的料液進入PH調(diào)節(jié)罐，利用真空降溫系統(tǒng)調(diào)整溫度，同時加入鹽酸調(diào)節(jié)PH值，泵入糖化罐進行糖化，在泵入過程中均勻流加規(guī)定數(shù)量的糖化酶。,糖化主要設(shè)備,真空降溫罐 PH值調(diào)節(jié)罐 冷凝水收集罐 列管式間接冷凝器 糖化罐,工藝原理 料液經(jīng)過糖化后其中的糊精在糖化酶的作用下已徹底水解成了葡萄糖，經(jīng)板框壓濾機過濾去除其中的蛋白質(zhì)、膠體物質(zhì)及雜質(zhì)等得到純凈的葡萄糖液供給谷氨酸發(fā)酵使用。 主要設(shè)備 板框壓濾機 清糖罐 混糖罐 糖貯罐,蒸發(fā)的原理：蒸發(fā)濃縮是將稀溶液中的部分溶劑，在真空狀態(tài)下加熱使其汽化并不斷排除，使溶液濃度增加。 蒸發(fā)器的要求：充足的加熱熱源，1、以維持溶液的沸騰和補充溶劑汽化所帶走的熱量。2、保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽的迅速排出。3、一定的熱交換面積，以保證傳熱量。 真空蒸發(fā)器的優(yōu)點：在負壓狀態(tài)下進行的稱為真空蒸發(fā)。1、物料沸騰溫度降低，避免或減少物料受高溫所產(chǎn)生的質(zhì)變。2、沸騰溫度降低，提高了熱交換的溫度差，增加了傳熱強度。3、為二次蒸汽的利用創(chuàng)造了條件，可采用雙效或多效蒸發(fā)，提高熱能利用率。4、由于物料沸點降低，蒸發(fā)器熱損失減少。 蒸發(fā)器的特點：是液體沿加熱管壁成膜狀進行蒸發(fā)。按液體流動方向可分為：升膜式、降膜式、升降模式、順流式、逆流式等。,升膜式：是指在蒸發(fā)器中形成的液膜與蒸發(fā)的二次蒸汽氣流方向相同，由下而上并流上升。 需要注意的事項：溫差過大或蒸發(fā)強度過高，傳熱表面產(chǎn)生蒸汽量大于蒸汽離開加熱面的量，則蒸汽就會在加熱表面積積聚形成大氣泡，甚至覆蓋加熱面，使液體不能浸潤管壁，這時傳熱系數(shù)迅速下降，形成“干壁”現(xiàn)象，導致蒸發(fā)器非正常運行。 降膜式：物料溶液從加熱管子上部進入，經(jīng)分配器導流管進入加熱管。沿管壁成膜狀向下流。液體的流動是靠自身的重力和二次蒸汽運動的拖帶力的作用，其下降的速度比較快，因此成膜的二次蒸汽流速可以較小，對黏度較高的液體也較易成膜。液料分配要均勻。會出現(xiàn)有的管子液量多，液膜厚，降低蒸發(fā)的濃縮比。液量少，濃縮比增大有時會出現(xiàn)管壁現(xiàn)象。物料與加熱蒸汽之間的溫度差很小。,升降膜式：是在一個加熱器內(nèi)安裝兩組加熱管，一組作升膜式另一組作降膜式，物料溶液先進入升膜加熱管，沸騰蒸發(fā)后，汽液混合物上升至頂部，然后轉(zhuǎn)入另一半加熱管，再進行降膜蒸發(fā)，濃縮液從下部進入汽液分離器，分離后，二次蒸汽從分離器的頂部排入冷凝器，濃縮液從分離器下部排出,糖化液的質(zhì)量要求 應(yīng)控制好淀粉的質(zhì)量，慎用霉爛、變質(zhì)的玉米或淀粉，因霉變玉米或淀粉酸度較高，甚至有抑制物質(zhì)，有殘留毒素，將會影響谷氨酸菌體的正常生長和產(chǎn)物積累，生產(chǎn)過程中應(yīng)減少淀粉的污染。 糖液中不應(yīng)有糊精存在，因為谷氨酸菌不能利用糊精，造成原料浪費。同時，較多的糊精將造成發(fā)酵過程中泡沫增加，容易逃液，給發(fā)酵生產(chǎn)增大了污染的可能。,要求糖液要清，色澤要淺，透光度要高，透光度在一定程度上反映了糖液質(zhì)量的高低，透光率低往往是由于淀粉水解過程中發(fā)生的葡萄糖復合或分解反應(yīng)程度高，產(chǎn)生了較多的色素等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在將影響谷氨酸菌體的生長。 糖液中的蛋白質(zhì)要盡量減少，蛋白的增加給發(fā)酵和提取都會帶來很大影響。 確保糖液的存儲時間要求不能有酸臭味。,水解糖液的質(zhì)量要求和控制要點 水解糖液的質(zhì)量要求 色澤：呈強黃色透明液 糊精反應(yīng)：無 還原糖含量，18左右 DE值：90以上 透光率：75（420納米） pH值：4.64.8 淀粉轉(zhuǎn)化率：86%以上（實際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量）,淀粉液化、糖化（工藝流程圖）,調(diào)漿罐,調(diào)漿罐,調(diào)漿罐,維持罐,層 流 罐,冷 凝 器,層 流 罐,層 流 罐,糖化罐,板 框 壓 濾 機,儲糖罐,