淀粉糖培训教材

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1、淀粉糖培训教材 淀粉糖方面的一些内容与大家分享 第一章 绪 论 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 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。 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 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。 1811 年德国化

2、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。 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。

3、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 -葡萄糖比无水 -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。 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 -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

4、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

5、，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。 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

6、，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。 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。 第一批大规模 55%果葡糖浆生产于 19

7、78 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。 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 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

8、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

9、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

10、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C6H10O5n,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 -D-六环葡萄糖。主要是由 -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

11、、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 -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

12、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

13、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

14、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-1，4 键连接外，尚存有多个以 -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

15、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。 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

16、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 -淀粉酶、-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