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1、模块二 淀粉水解制糖技术学习内容淀粉酸水解制糖技术淀粉糖常见的酶制剂的理化性质和应用淀粉酶法液化工艺淀粉酶法糖化工艺酶法糖液的精制技术淀粉双酶法制备糖液的清洁生产和节能措施学习目标1.知识目标熟悉淀粉糖常见的酶制剂特性和应用掌握淀粉双酶法水解液化和糖化技术掌握淀粉酶法水解糖液精制技术了解液化和糖化原理熟悉淀粉酸水解制糖技术2.能力目标能进行淀粉双酶法工艺的液化、糖化操作；能进行淀粉双酶法糖液精制过滤及浓缩工序操作； 能分析和解决淀粉双酶法制糖工艺中常见的生产工艺问题；能进行酸水解制糖工艺的设计和操作。 背景知识淀粉制糖常用的方法有酸法水解、酸酶水解和酶法水解三种工艺，主要的区别见表21：表 2
2、1 不同淀粉水解工艺区别名称 酸法 酸酶法 酶法设备投资 高 较高 低对设备材质要求 高 高 低对淀粉质量要求 不高 较高 高工艺路线 简单 较复杂 复杂反应条件 剧烈 较剧烈 温和糖液质量 差 较差 好过滤速度 快 较快 慢淀粉对糖转化率 低 较低 高蒸汽单耗 高 较高 低对环保的影响 大 较大 小对下游发酵影响 大 较大 小从上表可以看出，酸法制糖工艺由于需要高温、高压和酸作催化剂，现在已经逐步被淘汰，取而代之的是用酶法水解淀粉制糖工艺。从 40 年代开始到 60 年代末，酶法水解理论得到了新的发展，淀粉酶法水解制糖工艺也得到了重大的突破和发展。我国从 80 年代末开始酶法制糖，短短十几年
3、得到了快速的发展。目前，酶法制糖工艺已经是绝大多数淀粉制糖厂家采用的工艺。酶法制糖包括淀粉的液化和糖化。首先，使淀粉液化，液化是指利用液化酶使淀粉水解成糊精或低聚糖等，淀粉乳粘度下降，流动性增强；淀粉糖化是指在糖化酶的作用下，使液化淀粉进一步水解成低聚糖。因为液化和糖化工序均用到酶，所以工业上又称为双酶法。双酶法工艺是用专一的酶制剂作催化剂，反应条件吻合，复合和分解反应少，因此双酶法生产的糖液质量稳定，转化率也高，可以制备较高浓度的糖。淀粉的糖化工艺因产品不同而不尽相同，这些不同产品的制备工艺将逐步在以后章节介绍。生产葡萄糖、果葡糖浆及发酵糖等产品，则需要糖化最终的还原糖值和透光等越高越好。项
4、目一 淀粉酸水解制糖项目引导一、淀粉的水解反应概述传统的生产葡萄糖方法是酸法糖化，它是用淀粉为原料、无机酸为催化剂，在热的作用下使淀粉发生水解反应，转变成为葡萄糖，这在工业上叫“酸糖化” 。淀粉通过水解反应生成的葡萄糖，在热和酸的作用下，一部分又发生了复合和分解反应。具体见图 21：淀粉 葡萄糖复合二糖 复合低聚糖5 羟甲基糠醛 有机酸 、 有机色素（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）图 21 淀粉水解反应图从上图可以看出，在淀粉的水解反应中，同时会发生（1）水解反应、 （2）复合反应和（3）分解反应。在淀粉的糖化过程中，这三种化学反应是同时发生的。当然，淀粉的水解反应是主要的，而复合和分解反应是次
5、要的。复合和分解反应对于葡萄糖的生产是不利的，影响了葡萄糖的收率，增加了糖化液脱色精制的困难，所以在工业化生产中要尽量降低这两种反应发生的程度以减少不利的影响。淀粉水解成葡萄糖的化学反应可用下面各步反应分子式表式：( C 6 H 1 0 O 5 ) n ( C 6 H 1 0 O 5 ) x C 1 2 H 2 2 O 1 1 C 6 H 1 2 O 6葡萄糖麦芽糖糊精淀粉在水解过程中，淀粉首先生成糊精、低聚糖、麦芽糖等中间产物，最后生成葡萄糖。糊精是指分子大于低聚糖的碳水化合物的总称。糊精有还原性和旋光性，能溶解于水，不溶于酒精。因为分子大小的不同，糊精遇碘呈不同的颜色，分别见图 22：在工
6、业生产中，根据糊精的这些性质，用无水乙醇或碘溶液检验淀粉糖化过程的水解情况。 蓝色 暗紫 紫色 红褐色 暗红色 红色 浅色图 22 淀粉酸水解过程碘试颜色变化情况二、淀粉酸水解糖化影响因素淀粉水解的方程式是：( C 6 H 1 0 O 5 ) n+ H 2 On ( C 6 H 1 2 O 6 )影响上面反应的水解速度常熟 K 的主要因素用公式表达为：k=N其中：催化剂活性常数N酸的摩尔浓度多糖的水解常数水解温度1.催化剂活性常数许多酸对淀粉的水解都有催化作用，表 22 是不同酸对淀粉水解速度的影响程度：表 22 不同酸对淀粉水解速度的影响催化剂 HCl H2SO4 H3PO4 HAC HBr
7、 HI值 1 0.50.52 0.3 0.025 1.7 2.5从上表可以看出，盐酸的催化效率最高，工业上应用比较普遍。但对不同企业来讲，还要视具体设备条件和对产品质量要求，以及经济因素等具体情况来确定。在选用催化剂时，除了考虑以上催化剂的活性外，还要看它对设备的腐蚀程度等综合情况。几种催化剂的使用情况见表 2-3：表 2-3 不同催化剂对淀粉水解作用的影响催化剂名称 催化效率% 中和剂 对设备要求 工艺特点盐酸 100 纯碱 要求高，腐蚀强 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 石灰 一般 中和生产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
8、形成水垢，糖浆贮藏中会慢慢析出而沉淀草酸 20.4 石灰 不高 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2. N酸的摩尔浓度酸的摩尔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，氢离子浓度越大，反应速度越快。3. 多糖的水解常数不同品种的淀粉，其水解的难易程度也不同。23 是不同多糖的水解常数：表 23 不同品种淀粉的水解常数多糖的种类 棉花 淀粉 木材稻草 半纤维素 蔗糖值 1 400 2.02.5 10400 100从上表可以看出，淀粉的水解速度较快。4. 水解温度不同的温度对于淀粉的水解速度来说是不一样的，表 24 表示了不同温度下淀粉的
9、水解速度：表 24 不同温度下淀粉的水解速度温度 119 133 138 143K 值 0.125 0.470 0.770 1.200从上表可以看出，温度越高，反应速度越快，但要考虑设备的承受能力。一般温度控制135143。5.淀粉乳浓度的影响不同淀粉乳浓度下的糖化 DE 值见表 25：表 25 不同淀粉乳浓度下糖化 DE 值淀粉乳浓度 BX16 17 18 19 20 22 24 26DE 值 93.01 92.81 92.77 91.3 91.1 89.92 89.27 89.17在实际生产中,因为酸催化淀粉反应会发生复合和分解反应,影响着葡萄糖的产率和增加糖液的精制成本。所以生产上为了降
10、低这两种副反应,往往是通过调节淀粉乳的浓度来实现。淀粉乳浓度高,水解糖液中葡萄糖浓度越大,葡萄糖的复合和分解反应就越剧烈,生成龙胆二糖和其他的低聚糖也多，降低了糖的品质和葡萄糖的收率。但淀粉乳的浓度太低,水解液的浓度也低,设备利用率也降低,蒸汽等消耗也会增加。所以综合考虑，生产淀粉糖浆一般控制淀粉浓度控制在 Be(相对密度为 1.09071.1074),生产结晶葡萄糖则要低很多,一般是 1215Be(相对密度为 1.09071.1074)。6. 淀粉质量的影响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。要尽可能选用含杂质少的淀粉。综上所述，淀粉水解所用的催化剂种类、浓度、反应温度
11、均对水解反应速度有很大的影响，是我们在水解过程中必须注意的主要因素。此外，淀粉本身质量、三、糖化终点的判断工业上一般是用淀粉碘的显色反应来判断酸糖化的终点。方法为将ml 稀碘液（.）于小试管中加入滴糖液混匀，观察颜色的变化。将已知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。也可以参考经验，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。一般都在接近糖化终点时才取样检验。糖化液由罐内放出喷到中和桶的过程中，糖化反应仍在进行，因此，在糖化接近时立即放料，使之达到中和桶内，刚好能够达到要求的糖化程度。任务一 间隙加压罐酸法糖化淀粉的
12、酸水解工艺是根据淀粉在水解过程中的水解反应和复合反应规律性来决定的。在制定工艺条件时既要保证淀粉的彻底水解，达到较高葡萄糖量，又要尽可能减少葡萄糖复合、分解反应的发生程度，此外，如果是做发酵培养基用，则还要符合目的产物的发酵条件，符合发酵工艺的实际情况。 随着酶技术的发展，酸法生产逐渐被酶法所取代，本文仅列出淀粉酸水解制备糖浆的工艺流程：如图 23：淀粉配料糖化水酸冷却中和活性炭助滤剂碱液一次脱色二次脱色过滤蒸发 贮存 成品离子交换树脂蒸发贮存成品蒸汽炭渣活性炭图 23 酸法制备糖浆工艺流程图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或者喷射法。目前较多采用的是管道连续法或者喷
13、射器法。加压糖化操作（）调浆：首先将自来水或者工艺冷凝水按照规定的淀粉浓度对淀粉进行调浆，保持搅拌以防止淀粉沉淀。然后慢慢加入盐酸调节到规定的 pH，混合均匀并保持淀粉乳的温度在左右。（）泵入底水：淀粉乳进入糖化罐前要先检查糖化罐及其相关设备是否正常。糖化开始前，先泵入经过稀释的酸水，又称底水。水量以浸没罐内底部的盘管为宜。打开罐顶排汽阀一小部分，通入蒸汽入罐底的环形蒸汽盘管，赶跑罐内的冷空气，预热几分钟，使底水沸腾，保持罐内 0.02Mpa 压力，然后开始进料。把淀粉乳和酸加入糖化罐的方法主要有三种：第一种是将全部的酸用水冲淡后加入糖化罐中，酸水的量以能淹没罐底的多孔蒸汽盘管为宜，打开蒸汽阀
14、门，酸水煮沸后引入淀粉乳。淀粉乳引入的速度不能太快，以保持酸水继续沸腾为宜。第二种方法是将全部的酸的/3 2/3 用水冲淡后加入糖化罐中，其余的酸则混入淀粉乳中。第三种方法是把全部的酸混合入淀粉乳中，糖化罐中只是加入水。这三种方法在工业上都有采用，但采用第一种方法时，因为首先加入糖化罐的淀粉遇到的酸浓度高，糖化速度块，生成的葡萄糖容易起复合和分解反应，影响了糖化液的质量。用第三种方法则容易导致淀粉乳结块，会影响糖化作用的均匀进行。一般第二种采用比较多。（）进料：进料时要保持正压，使进入的淀粉乳越过糊化温度，迅速液化成可溶性淀粉，否则直接进料后再升温，淀粉乳容易结块。进料时打开淀粉乳管，淀粉乳借
15、重力由高位贮存桶注入。进料同时要注意调乳桶内的淀粉乳，做到进料过程中保持搅拌，以防止沉淀，进料量一般为罐的左右。控制好进料速度，要防止速度过快发生结块，引起罐的振动；也要防止过慢，以造成糖化程度不均匀。进料时还要注意保持罐的压力稳定。（）糖化：全部淀粉乳加料完成后，关闭淀粉进料管和蒸汽排汽管，开大进气管的阀门，提高罐内压力为 0.28Mpa,保持此压力到规定的程度。在升高压力的过程中，排气阀要适当开大，这样可以使料液翻腾更好，水解均匀，当罐内压力达到规定的表压时，排气阀可以适当关小。（）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，以免副反应加剧，色素加深。水解工艺控制淀粉酸法制糖的典型工艺控制为：淀粉乳浓度：1B 。盐酸用量：干淀粉的 0.60.8%（w/w）pH ：1
