糖化工艺的介绍

糖化工艺的介绍

糖，做为人们生活的必须品已有五千年的历史，人类最开始是用蜂蜜作为甜味剂，以后逐渐用含淀粉的谷物和甘蔗制糖，从甜菜制糖到目前为止却只有二百年的历史，随着社会的发展，各行各业都需要大量的糖品，因而，促使淀粉糖业能够得到发展。一．淀粉糖工业的发展d*9}L|

利用淀粉为原料生产的糖品称淀粉糖，淀粉糖产品种类多，生产历史悠久。N4?

其实，早在公元前1000年左右，我国劳动人民就已经采用酶水解法制造饴糖。北魏时期的<<齐民要术>>对制饴的方法也有详细的记载。日本在9世纪时期用木薯淀粉生产出一种糖浆，但真正利用酸法水解淀粉制糖乃始于欧洲。c]K

1811年德国化学家柯乔夫在寻找能够代替阿拉伯胶用的胶粘剂时，用硫酸处理马铃薯淀粉，但酸用的过度得到一种粘度很低的液体，澄清具有甜味，于是柯乔夫继续研究，最后制成一种糖，放置一定时间后有结晶析出，用布袋装之，压榨，除去大部分母液，得到固体产品。当时正值拿破仑战争年代，经济封锁，使欧洲不能获得甘蔗糖，于是设立很多这种淀粉糖工厂，1815年战争结束，恢复甘蔗糖进口，工厂也随之停止生产。@m7~

1815年法国化学家沙苏里确定由淀粉制糖的化学反应为水解反应，水解的最终产物为葡萄糖与葡萄果汁中提取制出的葡萄糖完全相同。1801年朴罗斯特试验成功由葡萄中提取制出葡萄糖，葡萄糖的名称由此而来一直沿用到现在。*B8

19世纪曾有很多人从事制造结晶糖的研究，但成就不大，主要是对于葡萄糖几种异构

体的化学结构和结晶规律缺乏了解，后沿用蔗糖结晶的方法，效果也不好，大约在1920年，美国的牛柯克发现，含水α-葡萄糖比无水α-葡萄糖容易结晶。使用25-30%湿晶体的冷却结晶法容易控制，所得结晶产品易于离心机分离，产品质量高，被世界普遍采用，目前工业上基本用此结晶工艺。:O=w

1940年，美国采用酸酶合并糖化工艺生产高糖度的糖浆，能避免葡萄糖的复合及分解反应，产品甜味纯正。1960年日本最新研究出双酶法，用α-淀粉酶液化和葡萄糖淀粉酶糖化的双酶法生产结晶糖工艺，而后各国相继采用双酶法，逐渐淘汰了旧的酸法糖化工艺，这种双酶法所得到的糖化液纯度高、甜味正，同时还可省去结晶工序直接制成全糖。工艺简单，生产成本低，质量虽不及结晶葡萄糖，但适合于食品工业应用，如生产饴糖。+

在葡萄糖的深加工方面，虽早在1897年就发现碱性能催化葡萄糖发生异构化反应，转化成果糖。以后也不断深入研究过这种碱性异构化反应，但在工业上还是不能应用。主要是反应不易控制，转化率低、糖分分解产品颜色深、味道差、精制困难。1957年美国马歇尔等发现，假单孢杆菌酶能催化葡萄糖发生异构化反应，转化成果糖，但酶的产量低、培养基较贵等各方面不利因素，使之不能投入生产。直到1965年日本高崎义辛在土壤中分离出白色链霉菌，可以利用木糖木聚糖及农副产品、麸皮、玉米芯、稻杆、麦杆等，酶产量高、性质也好、异构酶的生产成本大大降低，为工业化生产开辟了途径，1966年，日本首先利用这种酶生产果葡萄糖浆，应用酶法将淀粉糖化，得纯度很高的糖化液，再用异构酶使一部分葡萄糖转化为果糖，因产品和主要成分为葡萄糖和果糖，称为果葡萄糖浆，也叫异构糖浆。^L

美国1971年综合日本的几项应用发表了一份专利。这种酶转化一经经济论证，其技术便随后而起。1965年美国的一家玉米加工公司与日本的一代理公司联合在美国用酶法异构生产果葡萄糖浆。1967年2月15日第一批果葡萄糖浆产品（含果糖14-16%）在美国

出厂，酶法异构其转化程度取决于几种操作参数，若想要提高果糖含量就得提高操作温度，增加反应时间，但二者对酶的活性均有影响。尽管理论上酶法异构果糖可超过50%（干基），但是42%果糖却是反应平衡最佳值，既可增加甜度又很经济。第一批42%果葡糖浆产品于1968年在美国出厂。Q

尽管新型甜味剂可代替蔗糖，但却满足不了消费量极大的软饮料的甜度需要，将42%果糖用色层分离法浓缩成90%果糖，然后将浓缩果糖与42%果糖混合，得甜度相当于55%果糖糖浆。由于淀粉的不完全水解，仍有少量葡萄糖聚合物存在，因此果糖含量要在50%以上才能满足需要。^rjWV

第一批大规模55%果葡糖浆生产于1978年，仅仅6年后蔗糖在软饮料市场上的应用就有了大幅度下降，因为1984年果葡糖浆全部代替蔗糖用于生产可口可乐和百事可乐饮料。:d<-O

1992年美国淀粉糖产量1156万吨，占玉米深加工总量的55.6%，费其中高果糖浆788万吨。而我国1993年淀粉糖只有35万吨，年人均消费量只有0.32kg，处于低水平，随着人民生活水平的提高，消费的增长，淀粉糖将有一个较大的发展&c

麦芽糊精工艺流程

第二章 淀粉

一．淀粉的物理性质

1.颗粒：淀粉呈白色粉末状，在显微镜下观察是形状和大小各不相同的透明小颗粒，

1kg玉米淀粉大约有17000亿个颗粒。淀粉颗粒形状基本是圆形、椭圆形和多角形。玉米淀粉的颗粒为圆形和多角形居多，椭圆形较少，故用显微镜大致可以将淀粉种类鉴别出来。不同品种的淀粉颗粒大小不同，差别很大，同一种淀粉颗粒大小也不均匀，并且相差很多，玉米淀粉最小颗粒约5微米，最大颗粒约26微米，平均为15微米。

玉米淀粉在偏光显微镜下观察，淀粉颗粒呈现黑色十字，玉米淀粉十字交叉点在淀粉颗的中心。

2.水分含量

淀粉含有相当高的水分，玉米淀粉在一般情况下含水份约为12%，含有的水是通过淀粉中的羟基和水分子形成氢键，可以容纳大量的水，因此淀粉含有大量水份，仍呈干燥状态。不同品种淀粉的水分含量有差别，是由于羟基自行结合和水分子结合成氢键的结合程度不同的缘故。

淀粉的水分含量受周围空气湿度的影响，空气湿度大，淀粉吸收空气中的水汽使水分含量增高，在干燥的天气湿度小，淀粉散失水分，使水分含量低。随温度升高，湿度降低含水减少。

3.糊化：淀粉混于冷水中，经搅拌成乳状悬浮液，称之为淀粉乳，若停止搅拌，则淀粉乳慢慢下沉，经过一段时间后，淀粉乳产生沉淀，因淀粉不溶于冷水，同时它的比重大于水的比重，淀粉的比重约为1.6。若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉乳中的淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。温度继续升高时，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积的几倍到几十倍。由于颗粒的膨胀，晶体结构消失，体积胀大，互相接触，变成粘稠状液体，此时停止搅拌，淀粉也不会沉淀，这种现象称为“糊化”，生成粘稠体称为淀粉糊，发生糊化时的温度称

为糊化温度。玉米淀粉乳的糊化温度为64-72℃，开始的温度为64℃，完成糊化的温度为72℃。淀粉颗粒大小的不同，其糊化的难易也不同，较大的淀粉颗粒容易糊化，较小的颗粒糊化困难，不能糊化的颗粒称为糊精，不溶于水，也不溶于酒精，称之为醇不溶物。

二.淀粉的化学结构

淀粉的分子式，经过长期大量的研究证明为[C6H10O5]n,淀粉分子的化学结构通过现代的若干新的分析方法和分离方法的测定，确定淀粉是葡萄糖组成的多糖。组成淀粉的葡萄糖单位是α-D-六环葡萄糖。主要是由α-1，4键结合而成。

淀粉是由直链淀粉和支链淀粉两种分子结构混合组成

1、直链淀粉：直链淀粉是指葡萄糖单位按直链形式连接的线性淀粉分子。每个葡萄糖单位匀以α-1，4键连接成直链状的大分子。直链淀粉分子大小差别很大，聚合的葡萄糖单位数目约在100-6000之间。一般为300-800个，同一品种淀粉中的直链淀粉在分子大小方面也有很大差别，不同品种之间的差别更大。

直链淀粉溶液如果遇碘立即呈现蓝色反应，生产中即利用这一特性来鉴别淀粉的存在与否。但是若加热淀粉至70℃这种蓝色反应消失，冷却后又重现蓝色。因此可知这种反应并非化学反应，而是一种物理现象。直链淀粉分子以每6-8个葡萄糖单位形成一圈呈螺旋形状，碘分子被吸于线圈中央。吸附碘分子的显色反应与直链淀粉分子大小有关。直链淀粉分子聚合的葡萄糖单位个数在30-35以上的才能呈现蓝色，聚合度8-12的遇碘变红色，聚合度4-6的遇碘不变色，生产中常用淀粉遇碘变色的反应判断DE值，称之为碘反应或碘试，在液化后测试，方法为：取保温一定时间的液化液适量，降温50℃以下，加0.02N碘液1-2滴，观察所呈现的颜色判断液化液的DE值。

直链淀粉的凝沉性较强，凝沉能使淀粉溶液变浑，出现白色沉淀，粘性下降，这是一个从溶解或水合状态向不可溶状态转化的过程。在这一过程中，淀粉回复到本来状态，但是却不能恢复其原有特性，及晶状结构，因此我们称之为回生（老化）温度在4℃时是回生的最佳温度，到50℃时回生停止，直链淀粉易于回生，支链淀粉不回生。回生的淀粉不溶于水，难于被淀粉酶所分解，遇碘也不变蓝色，给液化带来困难。回生速度和产生回生的程度受直链淀粉分子大小、PH值、温度和盐类等因素的影响。大分子、浓度低、PH值低、温度低时均易产生回生现象，在生产中应加以注意。物别是酶法制造淀粉糖，若出现淀粉乳液化困难、糖液过滤困难等情况，皆主要由产生回生现象而引起的。

1、支链淀粉：支链淀粉具有立体结构，其分子为树枝状支叉的庞大球形物。聚合的葡萄糖单位约在1000-300万之间，一般约在6000个以上。所以支链淀粉是天然高分子化合物中最大的一种。支链淀粉与直链淀粉分子不同之处在于除了直链结构部分中葡萄单位是以α-1，4键连接外，尚存有多个以α-1，6键连接的支链。

支链淀粉的分子比直链淀粉分子大得多，因为一般支链淀粉的支侧链在50个以上，每条分支链大约平均由23-27个葡萄糖单位组成。支链淀粉各个支链尾端不具有还原性，仅在主链的一端有还原性，即仅有一个还原尾端基，还原性十分薄弱。

支链淀粉与直链淀粉除化学结构上的不同外，在特性方面也存在很多差别。如支链淀粉易溶于水，生成稳定的溶液，具有很高的粘度。淀粉糊的粘度主要来自支链淀粉。一般地说，支链淀粉无凝沉（老化）性，遇碘分子，视吸收碘多少而呈兰紫色乃至紫红色，而且吸附碘量大大低于直链淀粉。

在植物淀粉中，一般含支链淀粉80%左右，而在粘性大的糯米淀粉中，几乎全部是支链淀粉。直链淀粉与支链淀粉相比其不同之处列于表2-1

三、工业淀粉的化学组成

由于工业淀粉生产是采用分离的方法，将原料中的非淀粉如纤维素、蛋白质、油脂、无机灰分、水溶杂质等分离出去得到淀粉。但由于分离工艺的不完善，不可能将杂质全部分离出去，故淀粉中还存在一定量的杂质，一般的工业淀粉组成为：

水份：11-14%

蛋白质<0.4%

可溶蛋白≤0.04%（0.02-0.026%）

脂肪≤0.15%

灰分≤0.12%

PH值 4.5-5.5

其中还有几项，但在生产中可不用考虑。

淀粉中的杂质主要影响糖化液的质量，淀粉中的蛋白质，不但中和酸，降低催化效率（酸法制糖）增长糖化时间，又能水解成氨基酸，与还原糖发生“美拉德”反应，生成黑色素，使产品色泽加深，增加精制困难。酶法生产时，酶中含有微量的蛋白酶，将蛋白质水解成氨基酸增加糖化颜色。脂肪能升高糊化温度，脂肪为疏水性物质，加热不会凝固，在碱性条件下加热皂化，其粘性很大，能阻止过滤物料的通过，同时不溶性淀粉颗粒是直链淀粉与脂肪酸生成的络合物，因而脂肪的危害相当明显，所以杂质越少越好。

第三章 酶

在介绍酶法制糖工艺之前，为更好地理解这套工艺掌握酶的作用是非常重要的，首先对酶有一个基本的认识，对酶的来源，性质，作用，及其对酶活性影响的因素等有一个详细的了解。

一.酶的特性

1.酶的种类

酶是一种由活细胞产生的生物催化剂，具有促进化学反应发生的作用，对能作用于淀粉的酶，统称为淀粉酶。淀粉糖应用的酶主要以α-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶，都属于水解酶，能水解分子中的葡萄苷键。淀粉酶不仅能水解淀粉分子，也能水解淀粉的水解产物、糊精、低聚糖、生成麦芽糖和葡萄糖。

2.酶的特性

酶这类生物催化剂，除了具有一般化学催化剂的特性外，还有以下独特优点：

（1）催化效率高，由于酶催化所需的活化能极低，在某些环境中，其催化效率远远大于化学催化剂，它的催化速度可以比化学催化剂高1000万—10万亿倍。例如：1gα-淀粉酶结晶可以在65+℃条件下，用短短15分钟使2t淀粉转化为糊精。

（2）专一性强：酶对作用底物有严格的专一性，因此可以从复杂的原料中加工某一成分，以制取所需的产品。或者从某种物质中去除不需要的杂质而不影响其他成分。例如啤酒中的蛋白质可用蛋白酶去除，桔汁中的苦味成分（柚苷）可用柚苷酶分解而不影响风味。

3.作用条件温和：酶可以在常温常压和温和的酸碱度下，高效地进行催化反应，有利于简化设备，改善劳动条件和降低生产成本。例如用酸作催化剂催化淀粉水解成葡萄糖，需要在0.25-0.3MPa的蒸气压力和135-145℃的高温下才能进行。而α-淀粉酶在PH6.0-6.5条件下，85-93℃便可把淀粉水解成糊精再用糖化酶在PH4.5-5.0，55-65℃下便可把糊精水解生成葡萄糖，所以，酶法生产不需耐酸耐压设备及高温高压的反应条件。

4.影响酶催化因素：

（1）温度

温度对于酶促反应速度的影响有两个方面：一方面当温度升高时，反应速度加快，一般每增高10℃，酶反应速度增加1-2倍。另一方面，随温度升高，酶也逐步变性失活。

（2）PH值：酶是两性化合物，其上分布着许多羟基和氨基等酸性碱性基团。在一定的PH值下，酶的反应速度可达到最大值，这一PH值通常称为该酶作用的最适PH值，高于或低于这一PH值，酶促反应的速度都会降低。

（3）激活剂和抑制剂：凡能增加酶促反应速度的物质都称为激活剂，Ca2+是α-淀粉酶的激活剂。

凡能与酶的活性部位结合，引起酶促反应速度下降的物质都称为抑制剂。

酶最重要的性质是它的催化能力，通常称为活力，活力不能测定，因活力消失后酶的化学组成和原先一样，不发生变化。

酶所作用的物质称为底物，如淀粉、糊精、低聚糖。

表示酶活力的方法，用“活力单位”表示。酶制剂中含酶量，即用单位时间内底物的减少或产物的增加量来表示。

二.酶的品种及主要性能介绍

（一）.耐高温α-淀粉酶

以无锡星达生物工程有限公司产品为例，对耐高温α-淀粉酶作如下介绍。

1.作用原理

耐高温α-淀粉酶是一种内切淀粉酶，能随机水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的α-1，4葡萄糖苷键。酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低，变成液化淀粉，水解生成糊精及少量葡萄糖和麦芽糖。

2.PH值对酶活力及酶稳定性的影响

耐高温淀粉酶稳定PH范围5.0-10.0，有效PH范围5.0-8.0，最适PH范围5.5-7.0。

3.温度对耐高温α-淀粉酶活力及酶稳定性的影响。

在淀粉的喷射液化过程中，耐高温α-淀粉酶在高温下非常稳定，且该酶热稳定性也相当好，可以用于淀粉的间隙液化和连续液化过程中。其最适作用温度为90℃以上（连续喷射液化中，温度可至100-105℃）。

4.钙离子浓度 该酶在钙离子浓度较低时，稳定性相当好，在钙离子浓度为

50-70mg/kg时已足够。所以，用自来水配料时已不需加Ca2+

（二）.糖化酶

以无锡星达生物工程有限公司产品为例，对糖化酶作如下介绍。

1.作用原理

糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，它能将淀粉从非还原性末端水解α-1，4葡萄糖苷键，产生葡萄糖，也能缓慢水解α-1，6葡萄糖苷键，转化成葡萄糖。

2.PH对酶活力及酶稳定性的影响

糖化酶的PH范围为3.0-5.5，最适PH范围为4.0-4.5。

3.温度对酶活力及酶稳定性的影响

糖化酶温度范围为40-65℃，最适温度范围为58-60℃。

4.抑制剂

大部分重金属，如铜、银、汞、铅等都能对糖化酶产生抑制作用。

（三）、细菌淀粉酶（中温α-淀粉酶）

以无锡星达生物工程有限公司产品为例，对细菌淀粉酶（中温α-淀粉酶）作如下介绍

1.作用方式

细菌淀粉酶能水解淀粉分子中的α-1，4葡萄糖苷键，任意切断成长短不一的短链糊精及少量的低分子量糖类、直链淀粉和支链淀粉，均以无规则的形式进行分解，从而使淀粉糊的粘度迅速下降，即“液化”作用，故细菌淀粉酶又称液化酶。

2.PH稳定性

细菌淀粉酶在PH6.0-7.0时较稳定，最适PH6.0，PH5.0以下严重失活。

3.热稳定性

细菌淀粉酶在60℃以下较为稳定，最适作用温度60-70℃，在70-90℃之间，随着温度的升高，其反应速度加快，但失活也加快，适用于最高达90℃的液化过程。

4.与淀粉浓度的关系

淀粉和淀粉的水解产物糊精浓度的增加对细菌淀粉酶活力的稳定性有很大的提高作用，即淀粉浓度增加，酶活力稳定性增加。

5.钙离子浓度对酶活力的影响

钙离子对细菌淀粉酶活力的稳定性有提高作用，没有钙离子，酶活力完全消失。

6.PH稳定性与钙的关系

钙的存在，细菌淀粉酶活力的PH范围增广；不含钙的酶，酶的PH值范围狭窄。

（四）、β-淀粉酶

以无锡星达生物工程有限公司产品为例，对β-淀粉酶作如下介绍。β-淀粉酶，又称淀粉-1，4麦芽糖苷酶，它与淀粉底物作用时，从α-1，4糖苷键的非还原性末端顺次切下麦芽糖单位，它不能水解淀粉分支处α-1，6键，当它从淀粉中切下两个葡萄糖单位时，同时发生转位反应，使产物由α-型麦芽糖变成β-麦芽糖。

1.PH对β-淀粉酶活力的影响

按照测酶活力的条件，测定不同PH对β-淀粉酶活力的影响，PH6.5时，酶活力最高，即最适PH为6.5。

2.温度对β-淀粉酶活力的影响。

按照测酶活力的方法，分别于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃测定β-淀粉酶的活力，50℃是酶的最适温度，45-55℃时酶的活力也比较高。

3.酶液的热稳定性

通过酶的热稳定性实验表明：在40℃、50℃时，β-淀粉酶的稳定性很好，酶活力损失很少，55℃时酶的稳定性也较好，60℃时失活较快。

4.某些金属离子对β-淀粉酶活力的影响大于10-3mol/l的Fe3+离子完全抑制β-淀粉酶的活力，大于10-3mol/l的Ca2+有抑制作用，Mg2+对其活力影响不大。

（五）、真菌淀粉酶

以美国Genencor公司产品为例，对真菌淀粉酶作如下介绍。

真菌淀粉酶能对淀粉进行液化和糖化，能尽快地水解α-1，4键内葡萄糖苷键，使用该酶能得到高含量麦芽糖和低含量的葡萄糖。

1.PH的影响

真菌淀粉酶的最适PH范围为PH4.8-5.4（40℃），作用PH范围为PH4.0-6.6（40℃）

2.温度的影响

真菌淀粉酶的最适作用温度为50℃，温度作用范围为45-65℃，在高浓度淀粉浆保护下，65℃时也能有效地作用于淀粉。

（六）、异淀粉酶

以无锡星达生物工程有限公司产品为例，对异淀粉酶作如下介绍

异淀粉酶是采用产气气杆菌经发酵提炼精制而成的。该酶能专一地分解支链淀粉型多糖α-1，6键苷键形成直链淀粉和糊精。

最适作用温度：45-50℃最适PH5.6-7.2。热稳定性：该酶在40℃较为稳定，随温度的上升，酶活力损失加快，50-60℃酶活力损失显著，60℃时10min剩余酶活力仅6.37%。

PH稳定性：该酶在PH5.0以下很不稳定，但有耐碱性，在PH10时酶活力仍很稳定。

金属离子对酶活力的影响：Mg2+、Ca2+有激活作用Hg2+、Cu2+、Fe2+、Al3+有抑制作用。

（七）、普鲁兰酶

以美国Genencor公司产品为例，对普鲁兰酶作如下介绍。

普鲁兰酶能水解淀粉和糊精中的支链α-D-1，6葡萄糖苷键生成含有α-D-1，4葡萄糖苷键的直链低聚糖。所以，该酶可以和糖化酶或者β-淀粉酶一起使用，生产高麦芽糖浆。

1.PH对普鲁兰酶活力的影响

该酶的有效PH范围为4.0-5.0，最适PH范围为4.2-4.6

2.温度对普鲁兰酶活力的影响

该酶的有效温度范围可达65℃，最适温度范围为55-65℃。

酶法液化与糖化

淀粉水解成葡萄糖的过程包括液化和糖化。液化过程中，淀粉颗粒首先在受热过程中吸水膨胀，体积迅速增加，晶体结构破坏，颗粒外膜裂开，形成一种糊状的粘稠液体，这一过程被称为糊化。糊化是淀粉液化的第一阶段。淀粉来源不同，其糊化的温度也不同，如：

玉米淀粉 64-72℃ 甘薯淀粉70-76℃ 大米淀粉58-61℃ 马铃薯淀粉 56-67℃ 木薯淀粉59-70℃ 小麦淀粉60-80℃

淀粉经过一阶段的糊化过程后，虽然原有的淀粉链还未真正打开，但是由于外膜已经裂开，晶体结构受到破坏，淀粉分子就直接暴露在酶分子的作用之下，分子链即迅速断开，变短，最终形成含有少量葡萄糖的低分子糊精溶液，液体粘度随之降低。这就是淀粉的液化过程。

糖化是将液化后的低分子糊精在糖化酶的作用下继续水解成为葡萄糖。在酸法制糖工艺中，由于淀粉的液化和糖化反应速度极快，时间极短，所以糖化液的DE值不易控制，操作需要十分小心。特别在生产中转化淀粉糖浆时，经验操作显得十分重要。酶法制糖工艺，由于液化和糖化反应是通过2种或2种以上不同的酶来完成的，加之酶反应比酸反应温和得多，操作过程中，可通过调整酶制剂的用量和反应时间来控制反应速度和反应进程，并获得所需要的淀粉糖浆。

糖化酶对未经糊化的生淀粉的作用是十分有限的，所以淀粉在被糖化酶作用之前，首先进行糊化和液化。在生产上，淀粉液化和糖化是两个关键的工艺过程。特别是液化过程，直接影响后道的糖化操作和糖化液的质量，所以有人这样认为：液化决定糖化，糖化出问题，首先检查液化。这是生产上的说法，不管这种说法的正确程度如何，淀粉糖生产的第一步，抓好淀粉的液化质量是无容置疑的。

第一节液化

酶是一种生物催化剂，酶对淀粉的催化水解具有高度的专一性。α-淀粉酶是一类内切

酶，它从淀粉分子内部任意切开α-1，4葡萄糖苷键，从而使庞大的葡萄糖分子链迅速断开，变小、变短。但这种酶不能切开分子链中的α-1，6葡萄糖苷键。液化后，溶液中除了少量葡萄糖外，大部分是低分子糊精和低聚糖。

淀粉在糊化之前，α-淀粉酶是难以直接进入淀粉颗粒内部与淀粉分子发生作用的。淀粉原料的预处理，例如原料的粉碎细度、配水比例等都将影响淀粉的糊化效果酶制剂的种类、酶制剂的使用量、液化温度、液化PH等又将最终影响淀粉的液化质量。

（一）液化酶的选择

目前，国内使用的液化酶主要有两种，即中温淀粉酶和耐高温淀粉酶。这两种酶的有关特性在前面已有叙述，这里仅从工艺上提出两点。

（1）采用中温淀粉酶时，液化液的DE值上升速度比采用耐高温酶时快，所以，采用耐高温淀粉酶液化时，应有更多的液化时间保证液化过程的完成。例如，在实际生产中，使用中温淀粉酶液化时，液化时间一般为40-60min，而采用耐高温淀粉酶液化时，液化时间要求在60-100min。

（2）采用耐高温淀粉酶液化时，淀粉分子链的断裂比采用中温淀粉酶时更为均匀，或者说更加有利于糖化酶的糖化作用。所以，当采用耐高温淀粉酶液化时，即使液化液的DE值较低，其最终糖化液的DE值仍要高于采用中温淀粉酶液化的糖化液。

（二）液化DE值的控制

有人研究过液化液DE值与糖化液最终DE值之间的关系，认为液化液DE值对糖化液

最终DE值有较大的影响，即液化液DE值越高，糖化液最终DE值越低，呈负相关关系。

生产上的经验也同时表明，液化液DE值过低，会增加液化液的粘度，降低过滤速度。而且还会不可避免地将一些液化不完全的大分子糊精带入糖化过程，直接影响糖化质量。所以，对于液化液的DE值，一般应控制在15%-20%。如果在使用糖化酶的同时，加入普鲁兰酶或异淀粉酶，则液化液DE值对糖化液最终DE值的影响将大为减小。

（三）液化液质量的判别

液化液质量直接影响糖化操作和糖化液质量，而如何判别液化液质量或是液化是否完全，各厂并不一致，但至少下列几项各厂是共同的：（1）液化液的DE值一般控制在15%-17%，不超过20%。

（2）碘液反应淀粉吸附碘分子的呈色反应是判别淀粉液化程度最常用的直观方法。淀粉分子链的长短与呈色反应有如下关系：

淀粉分子链 >45 40 36 31 12 9 以下

（以葡萄糖计）

呈 色 蓝色 蓝紫 紫红 红色 淡红 碘液本色

作为淀粉液化反应完全 的标准，一般应达到浅红色或棕色。

（3）蛋白质凝聚 一般淀粉质原料中均含有一定量的蛋白质，特别是玉米原料，蛋白质含量可达10%左右，大米中蛋白质含量也可达到8%左右，这些蛋白质必须从液化液中

尽可能地分离除去，否则会影响液化液、糖化液的过滤速度、糖化液的色泽和糖化液的透光率等。液化液中的蛋白质会变性而发生凝聚，反应温度PH值等也是影响蛋白质变性的重要因素。蛋白质凝聚并结团的好坏，决定了蛋白质从溶液中分离去除的效果。所以，在生产上将蛋白质的凝聚好坏作为判别液化质量的一项指标。

（4）外观 液化液的外观必须透明，无白色混浊。

（5）粘度 液化液的粘度直接反映在过滤速度快、液化液流动性能好等方面。

（四）液化方法的选择

淀粉液化的方法很多，除酸法外，酶法制糖就有10多种液化形式，大致如下图所示，各厂可根据自己的具体条件加以选择。

下面将其中主要的一些液化形式作一介绍。

1.间歇液化和半连续液化

间歇液化是酶法液化中工艺最简单、设备最常用的一种，适合中小型工厂采用。缺点是料液与蒸汽混合不均匀，料液内部受热程度不一，所以液化质量不易控制。

间歇液化一般在罐内进行，可将原料调浆后一次性打入罐内，然后启动搅拌，直接通入蒸汽，迅速将料液加热到预定温度进行液化，直至用碘液检验合格后立即升温灭酶然后送去糖化，这就是间歇液化，或称直接升温法。如果料液在加热到预定温度后开始送入另一罐内继续保温液化直至液化完成，同时在原液化罐内连续进料进汽，保持预定的液化温度，那么这种边进料进汽、边出料继续液化至液化完成的形式就称为半连续式液化，或称

喷淋式连续液化。

间歇液化的具体操作中，一些厂的作法是先在罐内放入一定量的水，称为底水，然后通入蒸汽将底水加热到预定温度，并在此温度下一边进料一边进汽，直至进料完毕，保温液化。这种方式可能对采用中温淀粉酶的液化有好处，可减少中温淀粉酶在进汽过程中局部受热损失。但不加底水的厂也不少，特别是采用耐高温淀粉酶液化的工厂。耐高温淀粉酶的热承受性强，一定的高温反会促进酶的液化能力的发挥。所以，在罐内是否放入底水，需由各厂的液化工艺来决定。

间歇液化或半连续式液化如果采用的液化罐是敞开和不密封的，则由于液化温度常常在100℃以下，所以通常适用于中温淀粉酶的液化工艺，液化温度为85-90℃。如果采用耐高温淀粉酶液化，液化温度应尽量维持在95℃以上或煮沸，以保证耐高温淀粉酶良好的作用能力。

2.连续液化

连续液化的优点是液化操作连续进行，产量大，料液与蒸汽混合均匀，液化质量有保证。特别是喷射式液化，料液与蒸汽的接触、混合是在喷射器内瞬间完成的，并通过在高温下短时间的停留达到彻底糊化的目的。这种糊化液十分有利于淀粉液化的最后完成。

连续液化的另一个优点是液化温度高，所以溶液中蛋白质凝聚好，结团好，料液过滤速度快，糖液透光率高。

连续液化的形式有多种，除目前普遍采用的喷射器喷射式连续液化法外，还有连消器连续液化等。

（1）连消器连续液化：连消器在我国发酵工业上应用已久，常用于物料的连续蒸煮和灭菌，在淀粉糖工业中，连消器可作为淀粉连续液化器使用。料液与蒸汽在连消器内混合后，料温已达液化温度，然后连续进入保温罐液化。这种液化形式虽然与罐内液化温度，料液与蒸汽的混合更为均匀，但这种混合并不彻底，蛋白质的凝聚效果也不理想。所以，在喷射器应用于淀粉糖液化技术后，采用连消器液化的就不多了。

（2） 喷射式连续液化 喷射式连续液化采用的设备称为喷射器。喷射器的应用最早是在石化、制冷等部门。在淀粉糖工业中，70年代曾应用于饴糖生产中，采用的是中温淀粉酶，喷射温度89-90℃，应用面并不广，效果也不十分理想。由于耐高温淀粉酶的出现和喷射器结构的改进，喷射器在发酵工业、淀粉糖工业中的应用开始有了大的发展。喷射式液化，料液与蒸汽的混合是通过喷射器在微湍流的状态下完成的，所以比起其他形式的混合效果就更加完全、更加均匀。特别在采用耐高温淀粉酶后，喷射温度高达105-110℃，在此高温下，淀粉的液化就更加彻底，蛋白质的凝聚更加完全，淀粉的液化技术达到了新的水平。

喷射器的形式很多，从喷射的物料分不外乎两种：一种是喷射蒸汽，以带动料液，称为“汽带料”式一种是喷射料液，以带动蒸汽，称为“料带汽”式。这两种形式，无论是“汽带料”式或是“料带汽”式，喷射过程中蒸汽或者料液都是强制性的。具体说来，蒸汽的进入是靠蒸汽本身的压力，料液的进入是靠泵输送的。所以，协调好蒸汽和料液的进入达到稳定、均衡是喷射液化成功的关键。

3.难液化淀粉原料的液化方法

一段液化法广泛应用于各类淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉和诸如大米、木薯等粗原料中。但一段液化法对于那些蛋白质含量较高、杂质含量较多的难液化淀粉原料，如小麦、

小麦淀粉、玉米等的液化效果往往并不理想，而常常需要采用二段液化法或多段液化法，通过高温处理和多次加酶液化的办法，促使这些难液化淀粉进一步膨胀断裂，蛋白质进一步凝聚结团，以提高液化效果。

二段液化的操作包括一次加酶二次加温和二次加酶二次加温两种形式。如果是二次加酶二次加温形式的，即在原料调浆时先调PH6.2-6.5，然后第一次先加入总量3/4的耐高温淀粉酶，采用喷射液化，喷射温度105℃，液化30-40min。接着，通过喷射器进行第二次喷射，喷射温度125-140℃，维持5-10min。随后迅速冷却到100℃以下，加入余下的1/4耐高温淀粉酶，在95-97℃下保温30min。

如果有些厂采用的是先高温后中温液化方法，那么第二次喷射后加入的酶制剂应为中温淀粉酶，以便利用耐高温淀粉酶和中温淀粉酶两种不同酶的不同特性来提高淀粉液化的质量。采用这种液化方法时，第二次喷射后料温必须迅速冷却到90℃，然后加入中温淀粉酶继续液化。

多段液化法包括更多的加酶次数和加温次数，形式很多，工艺也更复杂。多段液化法虽对难液化淀粉的液化质量有一定的好处，但因其工艺复杂，影响操作质量的因素增多，更重要的是，目前国内广为采用的二段液化法对于难液化淀粉的液化均取得了良好的效果，基本上都能满足生产上的工艺要求，所以在实际生产中真正采用多段液化法的厂家很少。

（五）喷射器的合理安装

喷射液化目前已被广泛应用，但喷射器的安装合理与否，却又直接影响其喷射效果。喷射器如安装不当，则会出现诸如喷射不畅、逆向返流、夹带生料等不该出现的现象。所以，喷射器的安装必须注意以下几点：

（1）喷射器必须垂直安装，喷射器出口到中间维持罐进口之间的垂直距离≥1.5m。

（2）由于料液和蒸汽混合后的体积的增加，喷射器的出口管径必须大于进料管或进汽管的管径。喷射器进出口管道上应尽量减少弯头，尽可能用大弯头代替小弯头，以减少管路阻力。

（3）喷射液化的关键之一是蒸汽压力稳定，所以进喷射器的蒸汽必须由单独的蒸汽包提供。

（4）为防止物料回流，喷射器前的进料管和进汽管上必须安装止回阀。

（5）为便于调节进料速度，同时避免高压进料时对喷射器的撞击，必须在进料管路上安装回流管。

（6）试验表明，在喷射器与液化罐之间增加高温糊化维持罐有利于

难液化淀粉的液化和最终糖化液收率的提高。

二、糖化

淀粉液化后应及时冷却并送去糖化，糖化时应根据产品特性先用合适的酶制剂。例如，产品为葡萄糖时应选用糖化酶；产品为麦芽糖时应选用β-淀粉酶，等等。目前，国内一些小型淀粉糖厂，往往将淀粉葡萄糖浆和淀粉麦芽糖浆一律称为糖稀，这是不对的。

糖化酶是一类外切酶，它只从淀粉分子的还原性末端逐个切开α-1，4键葡萄糖苷键生成葡萄糖。它也能缓慢切开α-1，6键葡萄糖苷键，生成葡萄糖。所以液化液经糖化酶

作用后，原来的糊精、低聚糖就逐渐转变成葡萄糖。在工业生产上正是利用了糖化酶这一从外向里逐步水解淀粉分子链的特性，通过调整糖化酶用量和糖化反应时间来控制糖化进度，并由此生产出各种不同用途、不同DE值的淀粉糖浆。通常，称DE值在25%-36%的为低转化淀粉糖浆，DE值在38%-48%的为中转化淀粉糖浆，DE值在60%-70%的为高转化淀粉糖浆，DE值更高的可生产结晶葡萄糖或全糖粉

（二）糖化液的DE值和DX值

工业上常用DE值即溶液的葡萄糖值来表示溶液中淀粉的水解程度。它的含义是糖液中以葡萄糖计算的还原糖含量占干物质的百分率。

还原糖的测定常用费林氏法或碘量法。干物质的测定用阿贝折光仪。具体计算溶液的DE值时，必须考虑到还原糖与干物质在计量单位上的不统一性，还原糖含量是指100ml溶液中所含的还原糖克数，而阿贝氏折光仪测出的干物质浓度是指100g溶液中所含有的干物质的克数。所以实际计算溶液DE值的公式为：

还原糖含量（g/100ml）

DE值= ×100%

干物质含量（g/100g）×溶液相对密度

DE值的高低关系到工厂的经济效益，例如，味精生产中，作为生产原料的淀粉首先是水解成葡萄糖，然后才进行谷氨酸发酵。所以糖化越彻底，糖液DE值越高，淀粉对糖的转化率就越高，产谷氨酸也就越高，粮耗就越少，工厂的经济效益也就越好。糖化液DE

值的高低，除上述可由工艺条件控制之外，客观上也受到液化、糖化工艺本身的影响。例如，酸法工艺时，糖化液DE值在91%左右，很难再提高，而酶法工艺，特别是采用耐高温淀粉酶液化工艺时，糖化液DE值可达96%以上，最高可达98%。

DX值概念：DX值是指糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。通常，糖液中的DX值总是稍低于DE值，这是因为在糖液中的还原糖中除了占绝大多数的葡萄糖之外，总会有一些非葡萄糖的低聚糖存在，如麦芽二糖、麦芽三糖等。这种差异随着糖化程度的提高而逐渐缩小，在糖化液DE值达到一定值，例如95%以上时，DX值与DE值之间的差异在1%-2%。必须指出的是，受酶反应本身的制约，这种差异无法全部消除。此外，在实际生产中，至今大多数工厂还没有将DX值真正作为一项工艺指标来衡量糖化效果。

（一）加酶量

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，糖化时间就越短，它们之间的关系呈负相关关系，见下表：

糖化时间/h10 16 20 24 36 48

糖化酶加量/(u/g原料)300 250 200 150 120 100

必须指出，上表仅仅反映了糖化酶加量与糖化时间之间的大致关系，而在实际生产中，由于各厂具体糖化条件不同，如原料不同糖化工艺不同、糖化设备不同、液化液质量不同等，都会使糖化酶加量和糖化时间与上表不尽一致。

糖化酶加量还与工艺规定所需要的糖化液最终DE值的高低直接有关。一般情况下，

糖化液最终DE值要求越低，糖化酶加量越少，但同样也受糖化时间的制约。

（二）糖化过程中糖化液DE值的变化

前面已提到，淀粉在糖化过程中，随着糖化时间的延长，糖化液DE值不断升高。特别是在糖化的最初10-15h内，这种变化十分迅速，糖化液DE值可升达90%以上，随后，糖化液DE值上升趋势逐渐平缓。

虽然增加糖化酶用量可使糖化液DE值在糖化初期上升速度增加，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值的办法并不总是成功的。有时，糖化酶用量过多，往往在生产上造成不利。

（三）脱支酶对糖化结果的影响

普鲁兰酶和异淀粉酶都属于脱支酶类，能迅速切开淀粉分子中的α-1，6葡萄苷键。虽然所用的糖化酶也能切开这种苷键，但其速度较为缓慢。如在糖化酶糖化时能同时使用脱支酶，不仅可提高糖化酶的糖化速度，而且可提高糖化液的最终DE值，且不受液化液DE值的影响。特别提出的一点是，一些淀粉糖专家认为，使用脱支酶后，糖化液最终DE值可达98%-99%，比不加脱支酶时增加1%左右。虽然DE值增加的量并不大，但对糖化液的提纯精制十分有益，特别在生产注射用葡萄糖等高纯度葡萄糖时，使用脱支酶是十分必要的。

麦芽糖生产过程中，可使用β-淀粉酶或真菌淀粉酶，但它们均没有切开淀粉分子中α-1，6葡萄苷键的能力，单独使用它们时，糖液中的麦芽糖含量一般不会超过55%-60%。所以，如要生产55%以上的高麦芽糖浆，就必须同时使用脱支酶，以能切开淀粉分子中的

α-1，6葡萄苷键，达到更深层的水解