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1、淀粉制糖技术第六章淀粉制糖技术本章重点和学习目标各种淀粉糖的性质及应用，淀粉糖的生产原理和工艺，酶液化和酶糖化的工艺方 法及工艺要点，果葡糖浆的生产原理及工艺，现代生物工程技术在淀粉制糖生产中的 应用。淀粉糖是以淀粉为原料，通过酸或酶的催化水解反应生产的糖品的总称，是淀 粉深加工的主要产品。在美国，淀粉糖年产量已达1 000万t，占玉米深加工总量 的60,，从20世纪80年代中期开始，美国国内淀粉糖消费量已超过蔗糖。我国淀 粉糖工业目前仍处于发展的起步阶段，从20世纪90年代以来，由于现代生物工程 技术的应用，生产淀粉糖所用酶制剂品种的增加及质量的提高，使淀粉糖行业得到 快速发展，产量以年均1
2、0,的速度增长，而且品种也日益增加，形成了各种不同甜 度及功能的麦芽糊精、葡萄糖、麦芽糖、功能性糖及糖醇等几大系列的淀粉糖产 品。淀粉糖的原料是淀粉，任何含淀粉的农作物，如玉米、大米、木薯等均可用来 生产淀粉糖，生产不受地区和季节的限制。淀粉糖在口感、功能性上比蔗糖更能适 应不同消费者的需要，并可改善食品的品质和加工性能，如低聚异麦芽糖可以增殖 双歧杆菌、防龋齿;麦芽糖浆、淀粉糖浆在糖果、蜜饯制造中代替部分蔗糖可防止 “返砂”、“发烊”等，这些都是蔗糖无可比拟的。因此，淀粉糖具有很好的发展 前景。第一节淀粉糖的种类及特性一、淀粉糖的种类淀粉糖种类按成分组成来分大致可分为液体葡萄糖、结晶葡萄糖（
3、全糖）、麦芽 糖浆（饴糖、高麦芽糖浆、麦芽糖）、麦芽糊精、麦芽低聚糖、果葡糖浆等。1液体葡萄糖:是控制淀粉适度水解得到的以葡萄糖、麦芽糖以及麦芽低聚糖 组成的混合糖浆，葡萄糖和麦芽糖均属于还原性较强的糖，淀粉水解程度越大，葡 萄糖等含量越高，还原性越强。淀粉糖工业上常用葡萄糖值（dextrose equivalent） 简称DE值（糖化液中还原性糖全部当做葡萄糖计算，占干物质的百分率称葡萄糖值） 来表示淀粉水解的程度。液体葡萄糖按转化程度可分为高、中、低3大类。工业上 产量最大、应用最广的中等转化糖浆，其DE,值为30,50,，其中DE值为42,左右 的又称为标准葡萄糖浆。高转化糖浆DE!值在
4、50,70,，低转化糖浆DE值30,以 下。不同DE值的液体葡萄糖在性能方面有一定差异，因此不同用途可选择不同水 解程度的淀粉糖。2葡萄糖:是淀粉经酸或酶完全水解的产物，由于生产工艺的不同，所得葡萄 糖产品的纯度也不同，一般可分为结晶葡萄糖和全糖两类，其中葡萄糖占干物质的 95,97,，其余为少量因水解不完全而剩下的低聚糖，将所得的糖化液用活性炭脱 色，再流经离子交换树脂柱，除去无机物等杂质，便得到了无色、纯度高的精制糖 化液。将此精制糖化液浓缩，在结晶罐冷却结晶，得含水a 一葡萄糖结晶产品;在 真空罐中于较高温度下结晶，得到无水P 一葡萄糖结晶产品;在真空罐中结晶，得 无水a 一葡萄糖结晶产
5、品。3果葡糖浆:如果把精制的葡萄糖液流经固定化葡萄糖异构酶柱，使其中葡萄 糖一部分发生异构化反应，转变成其异构体果糖，得到糖分组成主要为果糖和葡萄 糖的糖浆，再经活性炭和离子交换树脂精制，浓缩得到无色透明的果葡糖浆产品。这种产品的 质量分数为71,，糖分组成为果糖42,（干基计），葡萄糖53，低聚糖5,，这是国 际上在20世纪60年代末开始大量生产的果葡糖浆产品，甜度等于蔗糖，但风味更 好，被称为第一代果葡糖浆产品。20世纪70年代末期世界上研究成功用无机分子 筛分离果糖和葡萄糖技术，将第一代产品用分子筛模拟移动床分离，得果糖含量达 94,的糖液，再与适量的第一代产品混合，得果糖含量分别为55
6、,和90，两种产 品。甜度高过蔗糖分别为蔗糖甜度的1（1倍和1（4倍，也被称为第二、第三代产 品。第二代产品的质量分数为77,，果糖55,（干基计），葡萄糖40,，低聚糖5,。 第三代产品的质量分数为80,，果糖90,（干基计），葡萄糖7,，低聚糖3,。4麦芽糖浆:是以淀粉为原料，经酶或酸结合法水解制成的一种淀粉糖浆，和 液体葡萄糖相比，麦芽糖浆中葡萄糖含量较低（一般在10,以下），而麦芽糖含量较 高（一般在40,90,），按制法和麦芽糖含量不同可分别称为饴糖、高麦芽糖浆、超 高麦芽糖浆等，其糖分组成主要是麦芽糖、糊精和低聚糖。二、淀粉糖的性质不同淀粉糖产品在许多性质方面存在差别，如甜度、黏度
7、、胶黏性、增稠性、 吸潮性和保潮性，渗透压力和食品保藏性、颜色稳定性、焦化性、发酵性、还原 性、防止蔗糖结晶性、泡沫稳定性等等。这些性质与淀粉糖的应用密切相关，不同 的用途，需要选择不同种类的淀粉糖品。下面简单的叙述淀粉糖的有关特性。1 甜度甜度是糖类的重要性质，但影响甜度的因素很多，特别是浓度。浓度增加，甜 度增高，但增高程度不同糖类之间存在差别，葡萄糖溶液甜度随浓度增高的程度大 于蔗糖，在较低的浓度，葡萄糖的甜度低于蔗糖，但随浓度的增高差别减小，当含 量达到40,以上两者的甜度相等（表61）。淀粉糖浆的甜度随转化程度的增高而增 高，此外，不同糖品混合使用有相互提高的效果。下面是几种糖类的甜
8、度。表6-1几种糖类的相对甜度糖类名称相对甜度糖类名称相对甜度蔗糖1.0果葡糖浆（42型）1.0葡萄糖0.7淀粉糖浆（DE值42） 0.5果糖1.5淀粉糖浆（DE值70） 0.8麦芽糖0.52溶解度各种糖的溶解度不相同，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖。葡萄糖的溶解度较 低，在室温下浓度约为50,，过高的浓度则葡萄糖结晶析出。为防止有结晶析出， 工业上储存葡萄糖溶液需要控制葡萄糖含量42,（干物质）以下，高转化糖浆的糖分 组成保持葡萄糖35,40,，麦芽糖35,40,，果葡糖浆（转化率42,）的质量分数一 般为71,。3结晶性质蔗糖易于结晶，晶体能生长很大。葡萄糖也容易结晶，但晶体细小。果糖难结
9、晶。淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，不能结晶，并能防止蔗糖结晶。 糖的这种结晶性质与其应用有关。例如，硬糖果制造中，单独使用蔗糖，熬煮到水 分1（5,以下，冷却后，蔗糖结晶，破裂，不能得到坚韧、透明的产品。若添加部 分淀粉糖浆可防止蔗糖结晶，防止产品储存过程中返砂，淀粉糖浆中的糊精，还能 增加糖果的韧性、强度和黏性，使糖果不易破碎，此外，淀粉糖浆的甜度较低，有冲淡蔗糖甜度的效果，使产品甜味温 和。4吸湿性和保湿性不同种类食品对于糖吸湿性和保湿性的要求不同。例如，硬糖果需要吸湿性 低，避免遇潮湿天气吸收水分导致溶化，所以宜选用蔗糖、低转化或中转化糖浆为 好。转化糖和果葡糖浆含有吸湿性强的
10、果糖，不宜使用。但软糖果则需要保持一定 的水分，面包、糕点类食品也需要保持松软，应使用高转化糖浆和果葡糖浆为宜。 果糖的吸湿性是各种糖中最高的。5渗透压力较高浓度的糖液能抑制许多微生物的生长，这是由于糖液的渗透压力使微生物 菌体内的水分被吸走，生长受到抑制。不同糖类的渗透压力不同，单糖的渗透压力 约为二糖的两倍，葡萄糖和果糖都是单糖，具有较高的渗透压力和食品保藏效果， 果葡糖浆的糖分组成为葡萄糖和果糖，渗透压力也较高，淀粉糖浆是多种糖的混合 物，渗透压力随转化程度的增加而升高。此外，糖液的渗透压力还与浓度有关，随 浓度的增高而增加。6黏度葡萄糖和果糖的黏度较蔗糖低，淀粉糖浆的黏度较高，但随转化
11、度的增高而降 低。利用淀粉糖浆的高黏度，可应用于多种食品中，提高产品的稠度和可口性。7化学稳定性葡萄糖、果糖和淀粉糖浆都具有还原性，在中性和碱性条件下化学稳定性低， 受热易分解生成有色物质，也容易与蛋白质类含氮物质起羰氨反应生成有色物质。 蔗糖不具有还原性，在中性和弱碱性条件下化学稳定性高，但在pH值9以上受热 易分解产生有色物质。食品一般是偏酸性的，淀粉糖在酸性条件下稳定。8发酵性酵母能发酵葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖等，但不能发酵较高的低聚糖和糊 精。有的食品需要发酵，如面包、糕点等;有的食品不需要发酵，如蜜饯、果酱 等。淀粉糖浆的发酵糖分为葡萄糖和麦芽糖，且随转化程度而增高。生产面包类发
12、酵食品应用发酵糖分高的高转化糖浆和葡萄糖为好。第二节淀粉糖的酸糖化工艺淀粉在酸或淀粉酶的催化作用下发生水解反应，其水解最终产物随所用的催化 剂种类而异。在酸作用下，淀粉水解的最终产物是葡萄糖，在淀粉酶作用下，随酶 的种类不同而产物各异。一、酸糖化机理淀粉乳加入稀酸后加热，经糊化、溶解，进而葡萄糖苷链裂解，形成各种聚合 度的糖类混合溶液。在稀溶液的情况下，最终将全部变成葡萄糖。在此，酸仅起催 化作用。淀粉的酸水解反应可由化学式简示于下：(CHO)n + nHO nCHO 610526126在淀粉的水解过程中，颗粒结晶结构被破坏。a 一 1，4糖甙键和a 一 1，6 糖甙键被水解生成葡萄糖，而a
13、一 1，4糖甙键的水解速度大于a 一 1，6糖甙 键。淀粉水解生成的葡萄糖受酸和热的催化作用，又发生复合反应和分解反应。复合反应是葡萄糖分子通过a 一 1，6键结合生成异麦芽糖、龙胆二糖、潘糖和其他 具有a -1，6键的低聚糖类。复合糖可再次经水解转变成葡萄糖，此反应是可逆的。分解反应是 葡萄糖分解成5L羟甲基糠醛、有机酸和有色物质等。葡萄糖的复合反应和分解反 应简示于下如图61所示：淀粉一一葡萄糖龙胆二糖和其他低聚糖?5-羟甲基糠醛有色聚合物?甲酸和其他有机酸图61葡萄糖的复合反应和分解反应在糖化过程中，水解、复合和分解3种化学反应同时发生，而水解反应是主要 的。复合与分解反应是次要的，且对
14、糖浆生产是不利的，降低了产品的收得率，增 加了糖液精制的困难，所以要尽可能降低这两种反应。二、影响酸糖化的因素1酸的种类和浓度+由于各种酸的电离常数不同，虽摩尔数相同，但H浓度不同，因而水解能力 不同。若以盐酸的水解力为100，则硫酸为50(35，草酸为20(42，亚硫酸为 4.82，醋酸为6(8。因此淀粉糖工业常用盐酸来水解淀粉。盐酸水解，用碳酸钠中和，生成的氯化 钠存在于糖液中，若生成大量的氯化钠，就会增加灰分和咸味，且盐酸对设备的腐 蚀性很大，对葡萄糖的复合反应催化作用也强。硫酸催化效率仅次于盐酸，用硫酸水解后，经石灰中和，生成的硫酸钙沉淀在 过滤时大部分可除去，但它仍具有一定的溶解度，
15、会有少量溶于糖液中，在糖液蒸 发时，形成结垢，影响蒸发效率，且糖浆在储存中，硫酸钙会慢慢析出而变混浊， 因此，工业上很少使用硫酸。草酸虽然催化效率不高，但生成的草酸钙不溶于水，过滤时可全部除去，而且 可减少葡萄糖的复合分解反应，糖液的色泽较浅，不过草酸价格贵，因此，工业上 也较少采用。酸水解时，生产上常控制糖化液pH值为1(5,2(5。同一种酸，浓度增大，能增 进水解作用，但两者之间并不表现为等比例关系，因此，酸的浓度就不宜过大，否 则会引起不良后果。2淀粉乳浓度酸催化淀粉水解生成的葡萄糖，在酸和热的作用下，会发生复合和分解反应，影响葡萄糖的产率和增加糖化液精制的困难。所以生产上要尽可能降低这
16、两种副反 应，有效的方法是通过调节淀粉乳的浓度来控制，生产淀粉糖浆一般淀粉乳浓度控 制在22,24波美度，结晶葡萄糖则为12,14波美度。淀粉乳浓度越高，水解糖液中 葡萄糖浓度越大，葡萄糖的复合分解反应就强烈，生成龙胆二糖(苦味)和其他低聚糖也多，影响制品品质，降低葡萄糖产率;但淀粉乳浓度太低，水解糖液中葡萄糖 浓度也过低，设备利用率降低，蒸发浓缩耗能大。3温度、压力、时间温度、压力、时间的增加均能增进水解作用，但过高温度、压力或过长时间， 也会引起不良后果。生产上对淀粉糖浆一般控制在283,303 kPa，温度142,145?， 时间8,9 min;结晶葡萄糖则采用252,353 kPa，温度138,147lC，时间16,35 min。三、酸糖化工艺1间断糖化法这种糖化方法是在一密闭的
