第七章 淀粉质原料的蒸煮 糖化第一节 淀粉的水解糖的制备 一、淀粉的水解的理论基础 1,淀粉的颗粒的外观 • 淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，其内部呈复杂的 结晶组织随原料品种和种类的不同，淀粉颗粒具有不同的形 状和大小形状不规则，大致上可分为圆形、椭圆形和多角形 • 一般说来，水份含量高，蛋白少的植物，颗粒较大，形状较 整齐，大多为圆形或卵形，如马铃薯、甘薯的淀粉 • 颗粒较大的薯类淀粉较易糊化，颗粒较小的谷物淀粉相对较 难糊化 • 淀粉颗粒的构成如下图： 氢键 聚集淀粉分子链 ───→ 针状晶体 ───→ 淀粉颗粒2，淀粉的分子结构 • 淀粉可分为直链和支链淀粉两类 • 直链淀粉通过α-1，4键连接 • 支链淀粉的直链部分通过α-1，4键连接，分 支点则有α-1，6键连接，支链平均有25个葡萄 糖基团，因而还原性末端数量较少 • 一般植物中直链淀粉含量为20～25%，支链 淀粉占75～80% • 直链淀粉在70～80℃的水中可溶，溶液的粘 度较小，遇I2呈纯蓝色；支链淀粉在高温水中 可溶，溶液的粘度大，遇I2呈兰紫色。
3，淀粉在水-热处理过程的中变化 （1）水-热处理的概念将淀粉质原料与水一起，在高温高压 或低温低压的条件下进行处理的过程 （2）水-热处理的目的淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细 胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便 淀粉酶系统进行糖化作用，这就是原料水- 热处理的主要目的3）淀粉的膨胀和溶解 • 膨胀：淀粉是一种亲水胶体，遇水加热后， 水分子渗入淀粉颗粒的内部，使淀粉分子的体 积和重量增加，这种现象称为膨胀 • 糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成 均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化此 时的温度称为糊化温度•溶解或液化：淀粉糊化后，如果 提高温度至 130℃， 由于支链淀粉的全部 （几乎）溶解，网状 结构彻底破坏，淀粉 溶液的粘度迅速下降 ，变为流动性较好的 醪液，这种现象称为 淀粉的溶解或液化4）淀粉质原料的各个组分在水-热处理 过程中的变化 • 淀粉的变化 –自糖化：在50～60℃预煮时，原料自身的淀 粉酶系统活化，并分解淀粉生成糖和糊精 –酸水解：在微酸条件（pH5.6～6.3），淀粉 的局部酸水解现象 –在70℃以下，水解的产物是糖，75～80℃产 物是糊精• 糖的变化 ①己糖的变化（葡萄糖和果糖）：果糖 在酸性介质中不稳定，由于容易开链， 所以较易分解。
部分的 5-羟甲基糖醛缩 合生成黄棕色色素葡萄糖在 pH2～4 内稳定性最佳② 戊糖的变化：蒸煮过程中戊糖和己糖 一样脱水生产糠醛，但是后者比羟甲基糠 醛稳定③ 焦糖化：当温度达到糖的熔点时（185℃）， 糖分脱水形成黑色无定形物，统称焦糖 焦糖不仅不能被发酵利用，而且还会阻碍 糖化酶对淀粉的糖化作用，影响微生物的 生长焦糖化反应在高浓度醪液中比低浓 度中较易进行在不易与溶液接触的地方 （如蒸煮锅的死角），或锅壁局部过热处 都容易发生④ 氨基糖反应：还原糖与氨基酸之间产 生的呈色反应称为氨基糖反应氨基糖反 应不是一个简单的聚合反应，而是一个过 程相当复杂的反应NH2 己糖 糖醛 ↓ 聚合 戊糖 → 羟甲基糖醛 ─→──→ 氨基糖其他醛酮类 缩合中间产物二、淀粉的液化（糊化） 1，淀粉液化的方法 • 水解动力的不同 –酸法、酶法、酸酶法、机械液化法 • 工艺的不同 –间歇式、半连续式、连续式 • 设备的不同 –管式、罐式、喷射式 • 加酶方式的不同 –一次加酶、两次加酶、三次加酶 • 原料的精粗不同 –淀粉质原料直接液化、精制淀粉液化2，酶法液化 （1）酶解法液化、糖化淀粉常用的酶 • α-淀粉酶：其作用是将淀粉迅速水解为糊 精及少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链 从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内 切淀粉酶。
淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇 碘呈色很快反应，如下表现：蓝→紫→红→浅红→不显色(即碘原色) • 糖化酶：作用于淀粉的l，4键结合，能从 葡萄糖键的非还原性末端起将葡萄糖单位一 个一个的切断，因为是从链的一端逐渐地一 个个地切断为葡萄糖，所以称为外切淀粉酶 • β-淀粉酶： β-淀粉酶能水解α-1，4糖苷键，不能水解α- 1，6糖苷键，遇此键水解停止，也不能越过继续 水解水解由淀粉分子的非还原末端开始，水解 相隔的α- 1，4键麦芽糖，届于β-构型故叫β- 淀粉酶，β-淀粉酶届于外切酶，水解产物只有麦 芽糖 • 异淀粉酶： 异淀粉酶能水解支链淀粉和糖原分子中支叉 地位的α- 1，6糖苷键，使支叉结构断裂但对于 直链结构中的α- 1，6糖苷键却不能水解• 普鲁蓝酶 能水解支叉结构和直链结构的α- 1，6糖苷键、支链淀粉、糖原和其β- 极限糊精及普鲁蓝分子中的β- 1，6键 异淀粉酶或普鲁蓝酶与β-淀粉酶合 并水解，能使支叉开裂，使β-淀粉酶 继续水解，大大提高麦芽糖的产率2）酶法液化方法 • 间歇（升温）液化法 • 半连续（高温、喷淋）液化法 • 连续（喷射）液化法升温液化法 • 工艺：将浓度30~40%淀粉乳调整pH 到6.5，加入CaCl2 (0.01mol/L)和一定量 淀粉酶(5~8u/克淀粉)，剧烈搅拌，加热 到85~90℃，保持30~60分钟，达到液 化程度( DE 15~18 )，升温到100℃，灭 酶10分钟。
• 此方法简便，但效果较差，能耗大， 原料利用率低，过滤性能差高温液化法（喷淋连续进出料液化法） • 工艺：将淀粉乳调整到适当pH和Ca2+浓 度，加入一定量的液化酶，用泵打给喷淋 头引入液化罐中（其中已有90℃热水）， 淀粉糊化后，立即液化，至保温罐90℃保 温40分钟，达到液化的程度 • 优点：设备和操作简单，效果比间歇液 化好 • 缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法 达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性 能也差连续（喷射）液化法 • 利用喷射器将蒸汽直接喷射至淀粉薄层 ，以在短时间内达到要求的温度，完成 糊化和液化喷射后，进入保温罐， 85~90℃保温45分钟 • 优点：设备小，便于连续操作，原料利 用率高，转化率高，蛋白质凝聚好但 要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要 稳定• 喷射液化的几种流程： ü 一段高温喷射液化 -单罐维持 -连续出料 ü 多段液化：多次加酶，多次加热，适用各种原 料（特别是难液化的小麦，玉米淀粉）•一段高温喷射液化工艺：•控制要点： §淀粉乳浓度30%左右 §pH6.0~6.5 §喷射器出口温度（105±3）˚C，保 温97~100 ˚C，30~60min。
•单罐维持•连续出料•多段液化工艺喷射液化器的结构液化程度的控制 • I2试 • 测定DE值 –DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用 ，影响催化效率，终点DE值低 –DE值低，液化不彻底，糖化速度慢，酶 用量大，时间长，过滤性能差 • 透光率和澄清度液化效果的标准 • 液化要均匀 • 蛋白絮凝效果好 • 液化彻底（60˚C时液化液要稳定， 不含不溶性淀粉颗粒，液化液透明、 清亮）酶法液化方法比较 • 直接升温法：设备简单，操作简便，投 资少，见效快缺点是能耗大，原料利用 率低，液化液过滤性能较差 • 喷射液化法：原料利用率高，液化液过 滤性能好缺点是设备复杂，操作要求高 ，要求有一定的压力蒸汽，稳定的进出料 速度三、淀粉的糖化 1，糖化理论 • 糖化：以无机酸或酶为催化剂，在一定温度 下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄 糖等可发酵性糖的过程 • 糖化剂 ：糖化过程中所用的催化剂包括无 机酸和酶 • 糖化的目的：将淀粉转化为可发酵性糖•理论收率（111.11%)（C6H10O5)n+H2O nC6H12O6162 18 180 •实际收率（105%~108%）•淀粉转化率• DE值：糖化液中还原糖含量（以葡 萄糖计）占干物质的百分率，用以表示 淀粉糖的糖组成。
还原糖用斐林法或碘量法测定，干物 质用阿贝折光仪测定淀粉的水解反应过程 • 淀粉分子内α-1，4和α-1，6葡萄糖苷键 的断裂，相对分子质量逐渐变小，依次变 为糊精，低聚糖，麦芽糖和葡萄糖 • 糊精是若干种分子大于低聚糖的碳水化 合物，一般含2~10葡萄糖单位的为低聚糖 糊精具有旋光性，还原性，能溶于水， 不溶于酒精 • 与碘作用，聚合度不同颜色不同葡萄糖聚合度与碘液的呈色表葡萄糖聚合度与碘液呈色最高吸收波长长（nm)7~8无色16淡红红色48021红红色51028红红紫色54034紫色56041兰兰紫色58061兰兰色600120兰兰色620330兰兰色630糖化的过程检测 • 检验液化：是否有淀粉，用碘液，是 否呈兰色； • 检验糖化：是否水解完全 –测定还原糖； –用无水酒精淀粉水解过程的反应 • 主反应：糖化（水解作用） • 副反应： –复合反应（在酸和热作用下，部分葡萄糖 经1，6键结合成龙胆二糖，异麦芽糖和其他 低聚糖 –分解反应（葡萄糖分解为羟甲基糠醛，有 机酸和有色物质等非糖产物）2，淀粉糖化的方法 • 酸解法 • 酶解法（1）酸解法（酸糖化法） • 定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂 ，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法 。
• 优点： –工艺简单，设备较单一 –水解时间短，设备周转快 • 缺点： –需耐高温、高压和耐腐蚀的设备 –副产物多，淀粉的转化率低 –对原料要求高 –废水难处理酸解法中常用的酸 • 盐酸：高效，但中和后产生氯化物，增加糖液 灰分，对葡萄糖的结晶，分离及收率会有影 响 • 硫酸：能力仅次于盐酸，用碳酸钙中和，经脱 色，离子交换可除去 • 草酸：能力低，用石灰中和生成草酸钙，脱色 过滤易除去，非强酸，减少了复合反应淀粉酸解的工艺流程• 工艺参数 –淀粉浆的pH：1.5左右 –水解压力：2.5~2.6大气压 –水解时间：30min –一次中和pH：4.8~5.0 –二次中和pH：6.7~7.0影响淀粉酸解速度因素 • 酸的种类与用量 • 水解的温度与压力 • 淀粉乳浓度的高低（2）酶解法 • 定义：以酶为催化剂，在常温常压下将淀 粉水解为葡萄糖的方法包括液化和糖化两 个过程，故又称双酶水解法 • 优点： –反应条件温和 –副反应少，淀粉质量高 –可在较高淀粉浓度下水解，对预料要求不高 –糖液的质量高、营养物质较丰富 • 缺点： –水解时间长，夏天糖液容易变质 –设备较多• 酶法糖化的工艺流程 液化→糖化→灭酶→过滤→贮糖计量→发酵 • 工艺要点： –糖化pH4.2-4.5 –温度60oC左右 –糖化酶用量150U/g淀粉 –糖化时间32小时，用无水酒精检验无糊精存在 时，糖化结束，然后将pH调整至4.8-5.0，维持 20分钟灭酶 3，糖化方法的比较 • 水解时间：酸法短，酶法长 • 水解程度：酶法高 • 糖液杂质：酶法低，酸法高4，水解糖液的质量要求和控制要点 （1）水解糖液的质量要求 • 色泽：呈强黄色透明液 • 糊精反应：无 • 还原糖含量，18％左右 • DE值：90％以上 • 透光率：60~80％左右（650纳米） • pH值：4.6~4.8 • 淀粉转化率：92%以上（实际产量/理论 产量）（2）水解糖液质量的控制要点 • 合理控制淀粉乳浓度 • 糖液要清 • 溶液中不含糊精 • 糖液要新鲜 • 糖液贮存容器一定要保持清洁，定期 清理和清洗，防止酵母菌等浸入5，啤酒酿造中的糊化、糖化在啤酒酿造中，糖化过程是指辅料 的糊化醪和麦芽中淀粉受到麦芽中淀粉 酶的分解，形成低聚糊精和以麦芽糖为 主的可发酵性糖的全过程。
6，啤酒酿造的糖化设备 （1）糊化锅的结构与计算糊化锅是用于加热煮沸 大米或其他辅料粉和部分 麦芽粉醪液，使淀粉糊化 和液化的设备我国行业。