​淀粉糖的基本生产技术

第一节糖化

淀粉的糖化工艺有酸法、酶法和酸酶混合法三种。一般以糖化要求的葡萄糖值(DE值)来确立选用的方法。例如生产DE值42-52的淀粉糖浆，采用酸法糖化速度快，工艺简单，经济合算。生产DE值60以上的淀粉糖或麦芽糖(饴糖)则以酶法为主。酸酶混合法指先用酸将淀粉水解至DE值15-20，中和，降温，再加入糖化酶继续糖化到需要的程度。该法主要对酶液化有困难的淀粉(例如玉米之类的谷类淀粉)比较适用。

一、酸法糖化 工业上采用酸糖化的方法有两种:一种是较老的间歇操作称加压罐法，另一种是较新的连续操作称管道法。

(一)加压罐糖化法 加压糖化罐为密闭的竖式圆筒体,罐的大小按生产规模而有不同。容积较大的在10立方米以上，小的几个立方米。罐的结构如图5-1。糖化罐材料要求耐酸，一般为不锈钢制成。罐耐压能力50公斤。罐体外壁可用绝热材料围绕,减少热量损失。一根粗的喷出管,直穿罐的中心，其尾端位于罐底中心凹处，上端穿出罐外连接中和桶。这样装置便于糖化完成后可借助罐内压力喷射糖化液至中和

多的酸量。

调制淀粉乳和加入糖化罐中的用水最好取离交软水或蒸汽凝结水，若水质差,夹带的杂质会影响产品质量。最好使用温水调制淀粉，这样保持淀粉乳温度在50℃左右，有利于糖化的进行。但要注意温度不能高到糊化温度，否则引起糊化现象，也就不利于淀粉乳顺利地进入糖化罐。

糖化罐加热时，一般使用压力约6公斤的蒸汽从罐底部进罐。加入淀粉乳的时间，按罐的大小有不同,容积为10米3以上的大罐需要10-15分钟，最好尽快地将淀粉乳进入糖化罐中，以减少各部分淀粉乳糖化不均匀的程度。罐内蒸汽压为3公斤(相当温度为143℃)，保持此压力使糖化达 到要求的程度。生产葡萄糖值42的淀粉糖浆，约需5-6分钟;生产DE值55的糖浆约需8-10分钟;而生产结晶葡萄糖要求糖化到DE值为90-92，则需20-25分钟。

生产淀粉糖浆时，可用稀碘溶液检验糖化进行的情况，检验方法是将10毫升的稀碘溶液盛于小试管中，然后加入5滴糖化液，混匀，观察颜色的变化。在糖化开始时，因有淀粉存在，遇碘是蓝色，以后，存在部分的糊精，则显棕红色。如果根据化验结果，按所要求的水解程度以DE值来确定终点时;例如可取5滴DE值为42的糖浆混入10毫升稀碘溶液中，作为标准管。由罐中另取试样与碘液所呈现的颜色，与标准管相同时，就说明已达糖化的终点，在有经验的人员操作下，保持一定的操作条件不变，如原料淀粉的质量、淀粉乳浓度、酸的用量、引入淀粉乳的速度、升压的速度和糖化的压力等，那末只要计算时间即可获得需要的糖化程度，无须每批糖化都取多次试样。但为慎重起见，最后接。

近糖化终点时，应当取样检验。

生产结晶葡萄糖需要相当高的糖化程度，一般以酒精试验糖化进行情况。取糖化液试样，滴加于酒精中，糖化不完全，呈现白色糊精沉淀。随着糖化的进行，糊精被水解，白色沉演逐渐减少，最后至无白色沉淀生成，再糖化几分钟，葡萄糖值即可达到90-92，此时应即放料。

糖化完成后，打开喷出管的阀门，糖化液送至中和桶，待糖化液放完后，即进行下一批淀粉乳糖化。每糖化一批淀粉乳的工作周期，按糖化罐的大小而不同，容积10米的大型罐，一般从进料开始至放料结束约为22-25分钟。

(二)管道式糖化法 上述的加压罐糖化法，每当加水分解时，温度、压力稍有差异，则淀粉的糖化程度随之改变，不易制得恒定的葡萄糖值的产品;又在糖化罐中不易做到上下搅拌均匀，以致局部过分糖化的危险。如果使用管道式连续糖化法，则具有糖化均匀，糖化液质量高，色泽浅，热能利用多，生产成本低等优点。管道式糖化设备有直接加热式和间接加热式两种型式。

1.直接加热式管道 使用蒸汽直接加热的糖化管道 设备、装置示意图如下(图5-2)。

将加有一定酸量的淀粉乳，由混合桶中泵入加热器中，当蒸汽直接喷入加热器，淀粉乳受热立即糊化、液化，随即经进料罐，流入糖化管道，淀粉糊在管道中呈湍 流 状 态流动，保持一定的直线流动速度(管径3-15厘米，直线流速每秒0.12米)完成糖化，糖化液经放料阀至急骤蒸发罐再放出。这种连续糖化管道适用于生产不同糖化程度的产品，所采用的酸度、温度和时间见表5-1。

化管的流程示意图。

因为这种管道糖化设备是间接加热，糖化管道内的压力高于饱和蒸汽的压力，而且高压力有促进糖化速度的效果。一般糖化温度为160℃，糖化管内压力为15-20公斤。

二、酶法糖化 淀粉的酶法糖化工艺因产品而不同。淀粉糖浆的产品种类多，操作时需要控制糖化程度和糖分组成，因此糖化工艺也较复杂。

酶糖化与酸糖化不同，在糖化前需要先使淀粉糊液化。液化是利用液化酶使糊化淀粉水解到一定数量的糊精和低聚糖程度，粘度大为降低，流动性增高，所以工业上称为液化。酶液化和酶糖化的工艺称为双酶法或全酶法。液化也可用酸，酸液化和酶糖化的工艺称为酸酶法。由于酶法糖化要求对不同产品使用不同的淀粉酶，故先将有关的淀粉酶制剂简介如下。

(一)淀粉酶酶是生物催化剂，具有促进化学反应发生的作用。作用于淀粉水解的酶总称为淀粉酶或淀粉水解酶。

淀粉糖工业应用的淀粉酶主要有a-淀粉酶、β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶等，它们都属于水解酶类，而且都能水解淀粉分子的糖苷键。同时对于淀粉的水解产物糊精、低聚糖等也能进一步水解，生成麦芽糖、葡萄糖等。工业上便是利用这些酶的不同性能生产各种淀粉糖浆和葡萄糖。

由于酶对淀粉催化水解具有高度的专一性，即是说只能按照一定方式水解一定类别部位的葡萄糖苷键。这情况与无机催化剂(如盐酸)的催化水解反应大不相同。无机催化剂没有这种专一性，虽能水解1，4和1，6葡萄糖苷键，但水解方式没有一定规律。酶的催化力强，能在较低温度下进行，但时间较长。

酶制剂含酶量多少，至今还未有适当的方法测定，所以还不能用绝对数值表示含酶量。酶制剂的催化能力，通常称为“活力”。酶的活力也不能用化学方法测定，因为活力消失后酶的化学组成和原先一样，并不发生变化。酶所作用的物质称为底物，如淀粉、糊精、低聚糖等。酶制剂含量高则催化能力高，在一定的条件下作用于底物，底物的消失快而多，产物的生成快而多。目前通用“活力单位”表示酶制剂的含酶量，用单位时间内底物的减少或产物的增加量来表示。例如一种测定a-淀粉酶活力的方法是在选定的条件下，60分钟内将1毫升的2%可溶性淀粉水解成糊精的酶量为一个活力单位。另一种测定葡萄糖淀粉酶活力的方法是在选定的条件下，作用于4%可溶性淀粉，60分钟产生1克葡萄糖的酶量为一个活力单位。

1.α-淀粉酶水解淀粉时是由分子内部进行，能水解1,4糖苷键;不能水解支链淀粉的1，6糖苷键，但能越过分支点而继续水解1,4糖苷键。a-淀粉酶不能水解麦芽糖，但可以水解含有三个以上1,4糖苷键的低聚糖。它作用于直链淀粉的时候，初始产物以短链糊精为主，最终产物是麦芽糖和一部分葡萄糖。作用于支链淀粉时，初始产物大部分为带有分支的糊精和短链糊精，最终产物除麦芽糖、葡萄糖之外，还含有1,6糖苷键的低聚糖(图5-5，5-6)。

由于a-淀粉酶作用于支链淀粉，能迅速切断淀粉分子组成的网状结构，粉浆的粘度很快降低，工业上称这种现象为“液化”或“糊精化”，所以a-淀粉酶亦称液化酶或淀粉糊

度，则需要提高酶用量;谷类淀粉的酶液化比较困难，需要采用分段液化法。酸液化法不受淀粉种类的影响，无论何种淀粉原料都能获得良好的效果。最适当的液化效果是经糖化后所得的糖化液的葡萄糖值高，过滤性能好。

液化的操作方法有几种，最简单的是升温液化法。将30-40%浓度的淀粉乳在液化桶内调节pH值为6.0-6.5，加入氯化钙调节钙离子浓度到0.01M(克分子量浓度)，再加入需要量的液化酶，在保持剧烈搅拌的情况下，加热到85-90℃,在此温度保持30-60分钟，可达到所要求的液化程度。若搅拌不够，则需要分段加热。例如液化玉米淀粉乳时，先加热至72℃左右，粘度达到最高程度，约15分钟后，粘度开始下降，再继续加热到85-90℃。升温液化法需要的设备和操作条件都简单，但液化效果差，即经糖化后，糖化液的过滤性能差。

另一种液化方法称为高温液化法。将淀粉乳调节至适当的pH值和钙离子浓度，加入需要的液化酶量，用泵先打至喷淋头，以喷淋形式进入盛有90℃左右热水的液化桶中，淀粉受热糊化，经液化后，由桶底部流出，进入保温桶中，保持在90℃的温度，经过40分钟或更长的时间达到需要的液化程度。此法的设备和操作都比较简单，效果也不差。缺点在于淀粉不是同时受热，液化不够均匀，酶的利用不完全，而且后段加入的一部分淀粉乳作用时间短。

目前比较新式的喷射液化法,应用的工厂逐渐增多。喷射液化器的结构有不同的设计，但它们的要点均是蒸汽直接喷射入混有酶的淀粉乳薄层中，促使糊化，液化和再经过保温一段时间，就可达到需要的液化程度(图5-9)。操作时先

值，即是水解不完全的剩余物和低聚糖以及糊精等。在实验室中一定的水解条件下，可能做到完全水解程度，但这些条件不适合于工业生产应用。

双酶法生产葡萄糖工艺的现有水平，糖化2-3天，葡萄糖值可达到95-98。在糖化的初级阶段，水解反应速度快，第一天葡萄糖值达到90以上，以后的糖化速度变慢，因为葡萄糖淀粉酶对于16糖苷键的水解速度慢。如果提高用酶量能使糖化速度加快，但考虑到生产成本，不宜过多地增加。降低浓度能提高糖化程度，但考虑到后段工序浓缩时的蒸发水量要高，费用增加，所以浓度不能降低过多，一般采用的浓度为30%左右。

酶糖化操作比较简单，将淀粉液化液引入糖化桶中，调节到适当的温度和pH值，加入需要的糖化酶用量，混匀，保持2-3天达到最高的或所需要的葡萄糖值，即得到糖化液。糖化桶具有夹层，用于通冷水或热水调节和保持温度，并装置搅拌器，保持适当的搅拌，避免发生局部温度不均匀现象。

糖化温度和pH值取决于所用糖化酶制剂的性质。对曲霉生产的糖化酶制剂一般用60℃，pH40-4.5。根霉的用55℃，pH5.0。根据酶制剂的性质选用较高的温度，可使糖化速度加快，感染杂菌的危险小。选用较低的pH值，可使糖化液的色泽浅，易于脱色。加入糖化酶之前，要求先将液化液的温度和pH值调节适当，避免酶活力受不合适的温度和pH值的影响。

在糖化过程中，如果pH值稍有降低的现象，可以随时调节pH值，也可以将开始糖化时的pH值稍为调高一些。

糖化酶的用量决定于酶制剂的活力的高低，一般都按糖化酶的活力单位，计算用量。活力高用量少，活力低则需用量多。

达到最高的葡萄糖值以后，应当停止反应，否则，葡萄糖值会趋向降低。这是因为一部分葡萄糖重新结合形成双糖。在较高的酶浓度和反应物浓度情况下更加显著。

糖化液在80℃下受热20分钟，酶活力全部消失。在实际操作中，可以结合脱色过程中活性炭脱色协同进行，因为活性炭脱色一般在80℃保持30分钟，这样酶活力同时消失。