淀粉糖的種類、特性和制造工藝

1、淀粉糖的種類、特性和制造工藝淀粉糖是以淀粉為原料， 通過酸或酶的催化水解反應(yīng)生產(chǎn)的糖品的總稱， 是淀粉深加工的主 要產(chǎn)品。在美國，淀粉糖年產(chǎn)量已達1 000萬t，占玉米深加工總量的 60 %，從20世紀(jì)80 年代中期開始，美國國內(nèi)淀粉糖消費量已超過蔗糖。我國淀粉糖工業(yè)目前仍處于發(fā)展的 起步階段，從 20 世紀(jì) 90 年代以來，由于現(xiàn)代生物工程技術(shù)的應(yīng)用，生產(chǎn)淀粉糖所用酶制 劑品種的增加及質(zhì)量的提高，使淀粉糖行業(yè)得到快速發(fā)展，產(chǎn)量以年均10 %的速度增長，而且品種也日益增加，形成了各種不同甜度及功能的麥芽糊精、葡萄糖、麥芽糖、功能性糖及糖醇等幾大系列的淀粉糖產(chǎn)品。淀粉糖的原料是淀粉，任何含淀粉的

2、農(nóng)作物，如玉米、大米、木薯等均可用來生產(chǎn)淀粉糖， 生產(chǎn)不受地區(qū)和季節(jié)的限制。淀粉糖在口感、功能性上比蔗糖更能適應(yīng)不同消費者的需要， 并可改善食品的品質(zhì)和加工性能，如低聚異麥芽糖可以增殖雙歧桿菌、防齲齒；麥芽糖漿、 淀粉糖漿在糖果、蜜餞制造中代替部分蔗糖可防止 “返砂”、“發(fā)烊 ”等，這些都是蔗糖無可比 擬的。因此，淀粉糖具有很好的發(fā)展前景。第一節(jié) 淀粉糖的種類及特性一、淀粉糖的種類淀粉糖種類按成分組成來分大致可分為液體葡萄糖、 結(jié)晶葡萄糖 （全糖）、麥芽糖漿 （飴糖、 高麥芽糖漿、麥芽糖 ） 、麥芽糊精、麥芽低聚糖、果葡糖漿等。1 液體葡萄糖： 是控制淀粉適度水解得到的以葡萄糖、麥芽糖以及麥芽

3、低聚糖組成的 混合糖漿， 葡萄糖和麥芽糖均屬于還原性較強的糖， 淀粉水解程度越大， 葡萄糖等含量越高，還原性越強。淀粉糖工業(yè)上常用葡萄糖值 （dextrose equivalent） 簡稱 DE 值 （ 糖化液中還原性糖全部當(dāng)做葡萄糖計算，占干物質(zhì)的百分率稱葡萄糖值） 來表示淀粉水解的程度。液體葡萄糖按轉(zhuǎn)化程度可分為高、中、低 3 大類。工業(yè)上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的中等轉(zhuǎn)化糖漿， 其DE,值為30 %50 %，其中DE值為42 %左右的又稱為標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖漿。高轉(zhuǎn)化糖漿DE!值在50 %70 %，低轉(zhuǎn)化糖漿 DE值30 %以下。不同DE值的液體葡萄糖在性能方面有 一定差異，因此不同用途可選擇不同水解

4、程度的淀粉糖。2 葡萄糖： 是淀粉經(jīng)酸或酶完全水解的產(chǎn)物，由于生產(chǎn)工藝的不同，所得葡萄糖產(chǎn)品的純度也不同，一般可分為結(jié)晶葡萄糖和全糖兩類，其中葡萄糖占干物質(zhì)的95 %97%，其余為少量因水解不完全而剩下的低聚糖，將所得的糖化液用活性炭脫色，再流經(jīng)離子交換樹脂柱，除去無機物等雜質(zhì)，便得到了無色、純度高的精制糖化液。將此精制糖化液濃縮，在結(jié)晶罐冷卻結(jié)晶，得含水a(chǎn) 葡萄糖結(jié)晶產(chǎn)品； 在真空罐中于較高溫度下結(jié)晶，得到無水3葡萄糖結(jié)晶產(chǎn)品；在真空罐中結(jié)晶，得無水a(chǎn) 葡萄糖結(jié)晶產(chǎn)品。3 果葡糖漿： 如果把精制的葡萄糖液流經(jīng)固定化葡萄糖異構(gòu)酶柱，使其中葡萄糖一部 分發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)， 轉(zhuǎn)變成其異構(gòu)體果糖， 得

5、到糖分組成主要為果糖和葡萄糖的糖漿， 再經(jīng) 活性炭和離子交換樹脂精制，濃縮得到無色透明的 果葡糖漿 產(chǎn)品。這種產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 71%，糖分組成為果糖 42%（干基計），葡萄糖 53 %，低聚糖 5%，這是國際上在 20 世 紀(jì) 60 年代末開始大量生產(chǎn)的果葡糖漿產(chǎn)品，甜度等于蔗糖，但風(fēng)味更好，被稱為第一代果 葡糖漿產(chǎn)品。 20 世紀(jì) 70 年代末期世界上研究成功用無機分子篩分離果糖和葡萄糖技術(shù)， 將第一代產(chǎn)品用分子篩模擬移動床分離，得果糖含量達 94 %的糖液，再與適量的第一代產(chǎn) 品混合， 得果糖含量分別為 55%和 90 %兩種產(chǎn)品。 甜度高過蔗糖分別為蔗糖甜度的11倍和 14 倍，也被稱

6、為第二、 第三代產(chǎn)品。 第二代產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 77%， 果糖 55%（干 基計），葡萄糖 40%，低聚糖 5 %。第三代產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80%，果糖 90%（干基計）， 葡萄糖 7%，低聚糖 3%。和液體葡萄4 麥芽糖漿：是以淀粉為原料，經(jīng)酶或酸結(jié)合法水解制成的一種淀粉糖漿, 糖相比，麥芽糖漿中葡萄糖含量較低 （一般在10 %以下），而麥芽糖含量較高（一般在40 %90 %），按制法和麥芽糖含量不同可分別稱為飴糖、高麥芽糖漿、超高麥芽糖漿等，其糖分 組成主要是麥芽糖、糊精和低聚糖。、淀粉糖的性質(zhì)不同淀粉糖產(chǎn)品在許多性質(zhì)方面存在差別，如甜度、黏度、膠黏性、增稠性、吸潮性和保潮性，滲透壓力和食

7、品保藏性、顏色穩(wěn)定性、焦化性、發(fā)酵性、還原性、防止蔗糖結(jié)晶性、 泡沫穩(wěn)定性等等。這些性質(zhì)與淀粉糖的應(yīng)用密切相關(guān)， 不同的用途，需要選擇不同種類的淀 粉糖品。下面簡單的敘述淀粉糖的有關(guān)特性。1甜度甜度是糖類的重要性質(zhì)，但影響甜度的因素很多，特別是濃度。濃度增加，甜度增高，但增高程度不同糖類之間存在差別，葡萄糖溶液甜度隨濃度增高的程度大于蔗糖，在較低的濃度，葡萄糖的甜度低于蔗糖，但隨濃度的增高差別減小，當(dāng)含量達到40 %以上兩者的甜度相等（表6 1）。淀粉糖漿的甜度隨轉(zhuǎn)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。下面是幾種糖類的甜度。表6-1幾種糖類的相對甜度糖類名稱相對甜度糖類

8、名稱相對甜度蔗糖1.0果葡糖漿（42型）1.0葡萄糖0.7淀粉糖漿（DE值42 ）0.5果糖1.5淀粉糖漿（DE值70 ）0.8麥芽糖0.52溶解度各種糖的溶解度不相同，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖。葡萄糖的溶解度較低，在室溫下濃度約為50 %，過高的濃度則葡萄糖結(jié)晶析出。為防止有結(jié)晶析出，工業(yè)上儲存葡萄糖溶液需要控制葡萄糖含量 42 % （干物質(zhì)）以下，高轉(zhuǎn)化糖漿的糖分組成保持葡萄糖35 %40 %，麥芽糖35 %40 %，果葡糖漿（轉(zhuǎn)化率42 %）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 71 %。3結(jié)晶性質(zhì)蔗糖易于結(jié)晶，晶體能生長很大。葡萄糖也容易結(jié)晶，但晶體細(xì)小。果糖難結(jié)晶。淀粉糖漿是葡萄糖、低聚糖和糊精的混

9、合物，不能結(jié)晶，并能防止蔗糖結(jié)晶。糖的這種結(jié)晶性質(zhì) 與其應(yīng)用有關(guān)。例如，硬糖果制造中，單獨使用蔗糖，熬煮到水分1 . 5%以下，冷卻后，蔗糖結(jié)晶，破裂，不能得到堅韌、透明的產(chǎn)品。若添加部分淀粉糖漿可防止蔗糖結(jié)晶，防止 產(chǎn)品儲存過程中返砂，淀粉糖漿中的糊精，還能增加糖果的韌性、強度和黏性，使糖果不易破碎，此外，淀粉糖漿的甜度較低，有沖淡蔗糖甜度的效果，使產(chǎn)品甜味溫和。4吸濕性和保濕性不同種類食品對于糖吸濕性和保濕性的要求不同。例如，硬糖果需要吸濕性低，避免遇潮濕天氣吸收水分導(dǎo)致溶化，所以宜選用蔗糖、低轉(zhuǎn)化或中轉(zhuǎn)化糖漿為好。轉(zhuǎn)化糖和果葡糖 漿含有吸濕性強的果糖， 不宜使用。但軟糖果則需要保持一定的

10、水分， 面包、糕點類食品也 需要保持松軟，應(yīng)使用高轉(zhuǎn)化糖漿和果葡糖漿為宜。果糖的吸濕性是各種糖中最高的。5滲透壓力較高濃度的糖液能抑制許多微生物的生長，這是由于糖液的滲透壓力使微生物菌體內(nèi)的 水分被吸走，生長受到抑制。不同糖類的滲透壓力不同，單糖的滲透壓力約為二糖的兩倍， 葡萄糖和果糖都是單糖， 具有較高的滲透壓力和食品保藏效果， 果葡糖漿的糖分組成為葡萄 糖和果糖， 滲透壓力也較高， 淀粉糖漿是多種糖的混合物， 滲透壓力隨轉(zhuǎn)化程度的增加而升 高。此外，糖液的滲透壓力還與濃度有關(guān)，隨濃度的增高而增加。6 黏度葡萄糖和果糖的黏度較蔗糖低，淀粉糖漿的黏度較高，但隨轉(zhuǎn)化度的增高而降低。利用 淀粉糖漿

11、的高黏度，可應(yīng)用于多種食品中，提高產(chǎn)品的稠度和可口性。7 化學(xué)穩(wěn)定性葡萄糖、果糖和淀粉糖漿都具有還原性，在中性和堿性條件下化學(xué)穩(wěn)定性低，受熱易分 解生成有色物質(zhì)， 也容易與蛋白質(zhì)類含氮物質(zhì)起羰氨反應(yīng)生成有色物質(zhì)。 蔗糖不具有還原性， 在中性和弱堿性條件下化學(xué)穩(wěn)定性高， 但在 pH 值 9 以上受熱易分解產(chǎn)生有色物質(zhì)。 食品一 般是偏酸性的，淀粉糖在酸性條件下穩(wěn)定。8 發(fā)酵性酵母能發(fā)酵葡萄糖、 果糖、麥芽糖和蔗糖等， 但不能發(fā)酵較高的低聚糖和糊精。有的食品需 要發(fā)酵，如面包、糕點等；有的食品不需要發(fā)酵，如蜜餞、果醬等。淀粉糖漿的發(fā)酵糖分為 葡萄糖和麥芽糖， 且隨轉(zhuǎn)化程度而增高。 生產(chǎn)面包類發(fā)酵食

12、品應(yīng)用發(fā)酵糖分高的高轉(zhuǎn)化糖漿 和葡萄糖為好。第二節(jié)淀粉糖的酸糖化工藝淀粉在酸或淀粉酶的催化作用下發(fā)生水解反應(yīng)，其水解最終產(chǎn)物隨所用的催化劑種類而異。 在酸作用下，淀粉水解的最終產(chǎn)物是葡萄糖，在淀粉酶作用下，隨酶的種類不同而產(chǎn)物各異。一、酸糖化機理淀粉乳加入稀酸后加熱，經(jīng)糊化、溶解，進而葡萄糖苷鏈裂解，形成各種聚合度的糖類混合溶液。在稀溶液的情況下，最終將全部變成葡萄糖。在此，酸僅起催化作用。淀粉的酸 水解反應(yīng)可由化學(xué)式簡示于下：(C6H10O5) n + nH 2 On C6H12O6在淀粉的水解過程中，顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞。a 1 , 4糖甙鍵和a 1 , 6糖甙鍵被水解生成葡萄糖，而 a 1

13、 , 4糖甙鍵的水解速度大于 a 1 , 6糖甙鍵。淀粉水解生成的葡萄糖受酸和熱的催化作用，又發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)是葡萄糖分子通過 a 1 , 6鍵結(jié)合生成異麥芽糖、龍膽二糖、潘糖和其他具有a-1 , 6鍵的低聚糖類。復(fù)合糖可再次經(jīng)水解轉(zhuǎn)變成葡萄糖，此反應(yīng)是可逆的。 分解反應(yīng)是葡萄糖分解成5L羥甲基糠醛、有機酸和有色物質(zhì)等。葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)簡示于下如圖6 1所示：淀粉 葡萄糖龍膽二糖和其他低聚糖5-羥甲基糠醛有色聚合物甲酸和其他有機酸圖 6 1 葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)在糖化過程中，水解、復(fù)合和分解 3 種化學(xué)反應(yīng)同時發(fā)生，而水解反應(yīng)是主要的。復(fù)合 與分解反應(yīng)是次要的，

14、 且對糖漿生產(chǎn)是不利的， 降低了產(chǎn)品的收得率， 增加了糖液精制的困 難，所以要盡可能降低這兩種反應(yīng)。二 、影響酸糖化的因素1 酸的種類和濃度由于各種酸的電離常數(shù)不同，雖摩爾數(shù)相同，但 H+ 濃度不同，因而水解能力不同。若以鹽 酸的水解力為 100 ，則硫酸為 50 35 ，草酸為 2042 ，亞硫酸為 4.82 ，醋酸為 68。因此淀粉糖工業(yè)常用 鹽酸 來水解淀粉。 鹽酸水解， 用碳酸鈉中和， 生成的氯化鈉存在于糖液 中，若生成大量的氯化鈉，就會增加灰分和咸味， 且鹽酸對設(shè)備的腐蝕性很大，對葡萄糖的 復(fù)合反應(yīng)催化作用也強。硫酸 催化效率僅次于鹽酸， 用硫酸水解后， 經(jīng)石灰中和， 生成的硫酸鈣沉

15、淀在過濾時大部分 可除去，但它仍具有一定的溶解度，會有少量溶于糖液中，在糖液蒸發(fā)時，形成結(jié)垢，影響 蒸發(fā)效率，且糖漿在儲存中，硫酸鈣會慢慢析出而變混濁，因此，工業(yè)上很少使用硫酸。草酸 雖然催化效率不高， 但生成的草酸鈣不溶于水， 過濾時可全部除去， 而且可減少葡萄糖 的復(fù)合分解反應(yīng)，糖液的色澤較淺，不過草酸價格貴，因此，工業(yè)上也較少采用。酸水解時，生產(chǎn)上?？刂铺腔?pH值為1 . 52 . 5。同一種酸，濃度增大，能增進水解作用， 但兩者之間并不表現(xiàn)為等比例關(guān)系，因此，酸的濃度就不宜過大，否則會引起不 良后果。2 淀粉乳濃度酸催化淀粉水解生成的葡萄糖，在酸和熱的作用下，會發(fā)生復(fù)合和分解反應(yīng)，

16、影響葡萄 糖的產(chǎn)率和增加糖化液精制的困難。 所以生產(chǎn)上要盡可能降低這兩種副反應(yīng)， 有效的方法是 通過調(diào)節(jié)淀粉乳的濃度來控制，生產(chǎn)淀粉糖漿一般 淀粉乳濃度控制在 22 24 波美度 ，結(jié) 晶葡萄糖則為 12 14 波美度。 淀粉乳濃度越高， 水解糖液中葡萄糖濃度越大， 葡萄糖的復(fù) 合分解反應(yīng)就強烈，生成龍膽二糖 （苦味 ）和其他低聚糖也多，影響制品品質(zhì)，降低葡萄糖產(chǎn) 率；但淀粉乳濃度太低， 水解糖液中葡萄糖濃度也過低， 設(shè)備利用率降低， 蒸發(fā)濃縮耗能大。3 溫度、壓力、時間溫度、壓力、時間的增加均能增進水解作用，但過高溫度、壓力或過長時間，也會引起不良后果。生產(chǎn)上對淀粉糖漿一般控制在283303

17、 kPa，溫度142145 C,時間89 min ;結(jié)晶葡萄糖則采用 252 353 kPa ，溫度 138 147lC ，時間 1635 min 。三、酸糖化工藝1 間斷糖化法這種糖化方法是在一密閉的糖化罐內(nèi)進行的， 糖化進料前， 首先開啟糖化罐進汽閥門， 排除罐內(nèi)冷空氣。在罐壓保持 0. 03O. 05 MPa 的情況下，連續(xù)進料，為了使糖化均勻，盡量縮短進料時間。進料完畢，迅速升壓至規(guī)定壓力，并立即快速放料，避免過度糖化。由于 間斷糖化在放料過程中仍可繼續(xù)進行糖化反應(yīng)， 為了避免過度糖化， 其中間品的 DE 值要比 成品的 DE 值標(biāo)準(zhǔn)略低。2 連續(xù)糖化由于間斷糖化操作麻煩，糖化不均勻，

18、葡萄糖的復(fù)合、分解反應(yīng)和糖液的轉(zhuǎn)化程度控制 困難， 又難以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化， 許多國家采用連續(xù)糖化技術(shù)。 連續(xù)糖化分為直接加熱 式和間接加熱式兩種。1 ) 直接加熱式直接加熱式的工藝過程是淀粉與水在一個貯槽內(nèi)調(diào)配好，酸液在另一個槽內(nèi)儲存，然后 在淀粉乳調(diào)配罐內(nèi)混合， 調(diào)整濃度和酸度。 利用定量泵輸送淀粉乳， 通過蒸汽噴射加熱器升 溫，并送至維持罐，流入蛇管反應(yīng)器進行糖化反應(yīng)，控制一定的溫度、壓力和流速，以完成 糖化過程。 而后糖化液進入分離器閃急冷卻。 二次蒸汽急速排出， 糖化液迅速至常壓， 冷卻 到100 C以下，再進入貯槽進行中和。2 ) 間接加熱式間接加熱式的工藝過程為： 淀粉漿在配

19、料罐內(nèi)連續(xù)自動調(diào)節(jié) pH 值，并用高壓泵打人 3 套管 式的管束糖化反應(yīng)器內(nèi)， 被內(nèi)外間接加熱。反應(yīng)一定時間后， 經(jīng)閃急冷卻后中和。 物料在流 動中可產(chǎn)生攪動效果，各部分受熱均勻，糖化完全，糖化液顏色淺，有利于精制，熱能利用 效率高。蒸汽耗量和脫色用活性炭比間斷糖化法節(jié)約第三節(jié) 淀粉的酶液化和酶糖化工藝、淀粉酶淀粉的酶水解法是用專一性很強的淀粉酶將淀粉水解成相應(yīng)的糖。 在葡萄糖及淀粉糖漿生產(chǎn)時應(yīng)用a淀粉酶與糖化酶（葡萄糖苷酶）的協(xié)同作用，前者將高分子的淀粉割斷為短鏈糊 精，后者便迅速地把短鏈糊精水解成葡萄糖。同理，生產(chǎn)飴糖時，則用a淀粉酶與3-淀粉酶配合，a淀粉酶轉(zhuǎn)變的短鏈糊精被3一淀粉酶水解

20、成麥芽糖。1 a- 淀粉酶1 ）作用點：a淀粉酶屬內(nèi)切型淀粉酶，它作用于淀粉時從淀粉分子內(nèi)部以隨機的方式切斷a 1 , 4糖苷鍵，但水解位于分子中間的 a 1 , 4鍵的概率高于位于分子末端的 a 1 , 4鍵，a 一淀粉酶不能水解支鏈淀粉中的 a 1 , 6鍵，也不能水解相鄰分支點的a 1 , 4鍵；不能水解麥芽糖，但可水解麥芽三糖及以上的含 a 1 , 4鍵的麥芽低聚糖。 由于在其水解產(chǎn)物中，還原性末端葡萄糖分子中 C,的構(gòu)型為a型，故稱為a淀粉酶。a淀粉酶作用于直鏈淀粉時，可分為兩個階段，第一個階段速度較快，能將直鏈淀粉 全部水解為麥芽糖、 麥芽三糖及直鏈麥芽低聚糖； 第二階段速度很慢，

21、 如酶量充分，最終將 麥芽三糖和麥芽低聚糖水解為麥芽糖和葡萄糖。a一淀粉酶水解支鏈淀粉時，可任意水解1 , 4鍵，不能水解 a一 1 , 6鍵及相鄰的a一 1 , 4鍵，但可越過分支點繼續(xù)水解a1 , 4鍵，最終水解產(chǎn)物中除葡萄糖、麥芽糖外還有一系列帶有a 一 1 , 6鍵的極限糊精,不同來源的a一淀粉酶生成的極限糊精結(jié)構(gòu)和大小不盡相同。a 一 1 , 4鍵時，最初速度液化 ”。隨后，水解速度變2）酶源來源于芽孢桿菌的a淀粉酶水解淀粉分子中的很快，淀粉分子急速減小，淀粉漿黏度迅速下降，工業(yè)上稱之為 慢，分子繼續(xù)斷裂、變小，產(chǎn)物的還原性也逐漸增高，用碘液檢驗時，淀粉遇碘變藍色，糊（ 聚合度小于

22、6 個葡萄精隨分子由大至小，分別呈紫、紅和棕色，到糊精分子小到一定程度糖單位時）就不起碘色反應(yīng)，因此實際生產(chǎn)中，可用碘液來檢驗a淀粉酶對淀粉的水解程度。3 ）酶的性質(zhì) a淀粉酶較耐熱，但不同來源的a淀粉酶具有不同的熱穩(wěn)定性和最適反應(yīng)溫度。目前市售酶制劑中，以地衣芽孢桿菌所產(chǎn)a淀粉酶耐熱性最高，其最適反應(yīng)溫度達95 C左右，瞬間可達105110 C,因此該酶又稱耐高溫淀粉酶。由枯草桿菌所 產(chǎn)生的a淀粉酶，最適反應(yīng)溫度為70 C,稱為中溫淀粉酶。來源于真菌的a淀粉酶，最適反應(yīng)溫度僅為 55 C左右，為非耐熱性 a淀粉酶，一般作為糖化酶使用。一般而言，工業(yè)生產(chǎn)用a淀粉酶均不耐酸，當(dāng) pH值低于4 .

23、 5時，活力基本消失。在pH值為5 . O8 . 0之間較穩(wěn)定，最適pH值為5 . 56 . 5。不同來源的a淀粉 酶在此范圍內(nèi)略有差異。不同來源的a淀粉酶均含有鈣離子，鈣與酶分子結(jié)合緊密，鈣能保持酶分子最適空間構(gòu) 象，使酶具有最高活力和最大穩(wěn)定性。鈣鹽對細(xì)菌a淀粉酶的熱穩(wěn)定性有很大的提高，液化操作時，可在淀粉乳中加少量Ca2+，對a淀粉酶有保護作用，可增強其耐熱力至90C 以上，因此最適液化溫度為 8590 C .2 3-淀粉酶1 ）作用點：B-淀粉酶是一種外切型淀粉酶，它 作用于淀粉時從非還原性末端依次切 開相隔的 3一 1 ， 4 鍵，順次將它分解為兩個葡萄糖基，同時發(fā)生爾登轉(zhuǎn)化作用，最

24、終產(chǎn)物 全是 B 一麥芽糖。所以也稱麥芽糖酶。3-淀粉酶能將直鏈淀粉全部分解，如淀粉分子由偶數(shù)個葡萄糖單位組成，最終水解產(chǎn)物全部為麥芽糖；如淀粉分子由奇數(shù)個葡萄糖單位組成， 則最終a水解產(chǎn)物除麥芽糖外，還有少量葡萄糖。但3一淀粉酶不能水解支鏈淀粉的a1，6鍵，也不能跨過分支點繼續(xù)水解， 故水解支鏈淀粉是不完全的， 殘留下3一極限糊精。B淀粉酶水解淀粉時，由于從分子末端開始，總有大分子存在，因此黏度下降慢，不能作為糖化酶使用；而 B淀粉酶水解淀粉水解產(chǎn)物如麥芽糖、麥芽低聚糖時，水解速度很快， 可作為糖化酶使用。B淀粉酶活性中心含有巰基 （一 SH），因此，一些氧化劑、重金屬離子以及巰基試劑均可使

25、 其失活，而還原性的谷胱甘肽、半胱氨酸對其有保護作用。2 ）酶源：B淀粉酶以大麥芽及麩皮中含量最豐富。3 ）性質(zhì)：最適PH 5.0-5.4最適溫度60 C3 糖化酶 （ 葡萄糖淀粉酶 ）1）作用點：糖化酶 （葡萄糖淀粉酶 ）對淀粉的水解作用是從淀粉的非還原性末端開始，依次水解a 1 , 4葡萄糖苷鍵，順次切下每個葡萄糖單位，生成葡萄糖。葡萄糖淀粉酶專一性差，除水解a 1 , 4葡萄糖苷鍵外，還能水解。a 1 , 6鍵和a一 1， 3 鍵，但后兩種鍵的水解速度較慢，由于該酶作用于淀粉糊時，糖液黏度下降較慢， 還原能力上升很快， 所以又稱糖化酶， 不同微生物來源的糖化酶對淀粉的水解能力也有較大 區(qū)

26、別。2 ）酶原和性質(zhì)： 不同來源的葡萄糖淀粉酶在糖化的最適溫度和 pH 值上存在一定的差 異。其中，黑曲霉為5560 C, pH值3 . 55.0;根霉5055 C, pH值4 .55 . 5 ; 擬內(nèi)孢霉為50 C, pH值4 -85 -0。糖化時間根據(jù)相應(yīng)淀粉糖質(zhì)量指標(biāo)中DE值的要求而定，一般為1248 h ;糖化溫度一般采用 55 C以上可避免長時間保溫過程中細(xì)菌的生長；糖化 pH 值一般為弱酸性,不易生成有色物質(zhì),有利于提高糖化液的質(zhì)量。4 脫支酶脫支酶是水解支鏈淀粉、糖原等大分子化合物中a 1 , 6糖苷鍵的酶，脫支酶可分為直接脫支酶和間接脫支酶兩大類，前者可水解未經(jīng)改性的支鏈淀粉或

27、糖原中的a 1 ,6糖苷鍵，后者僅可作用于經(jīng)酶改性的支鏈淀粉或糖原，這里僅討論直接脫支酶。根據(jù)水解底物專一性的不同，直接脫支酶可分為異淀粉酶和普魯藍酶兩種。異淀粉酶只能水解支鏈結(jié)構(gòu)中的 a 1 , 6糖苷鍵，不能水解直鏈結(jié)構(gòu)中的 a , 6糖苷鍵；普魯藍酶 不僅能水解支鏈結(jié)構(gòu)中的 a 一 1 , 6糖苷鍵，也能水解直鏈結(jié)構(gòu)中的 a-1 , 6糖苷鍵，因此 它能水解含a 1 , 6糖苷鍵的葡萄糖聚合物。脫支酶在淀粉制糖工業(yè)上的主要應(yīng)用是和B淀粉酶或葡萄糖淀粉酶協(xié)同糖化，提高淀粉轉(zhuǎn)化率，提高麥芽糖或葡萄糖得率。二、液化液化是使糊化后的淀粉發(fā)生部分水解，暴露出更多可被糖化酶作用的非還原性末端。它是利

28、用液化酶使糊化淀粉水解到糊精和低聚糖程度， 使黏度大為降低， 流動性增高， 所以工 業(yè)上稱為液化。 酶液化和酶糖化的工藝稱為雙酶法或全酶法。 液化也可用酸， 酸液化和酶糖 化的工藝稱為酸酶法。由于淀粉顆粒的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，淀粉糖化酶無法直接作用于生淀粉，必需加熱生淀粉乳， 使淀粉顆粒吸水膨脹，并糊化，破壞其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但糊化的淀粉乳黏度很大，流動性差，攪 拌困難， 難以獲得均勻的糊化結(jié)果， 特別是在較高濃度和大量物料的情況下操作有困難。 而 的分子，黏度急速降低，流動性增高。此外，液化還可為下一步的糖化創(chuàng)造有利條件，糖化 使用的葡萄糖淀粉酶屬于外酶， 水解作用從底物分子的非還原尾端進行。 在液化過程

29、中， 分 子被水解到糊精和低聚糖范圍的大小程度， 底物分子數(shù)量增多， 糖化酶作用的機會增多， 有 利于糖化反應(yīng)。a一淀粉酶對于糊化的淀粉具有很強的催化水解作用,能很快水解到糊精和低聚糖范圍大小1 液化機理液化使用a淀粉酶，它能水解淀粉和其水解產(chǎn)物分子中的a 1 , 4糖苷鍵，使分子斷裂，黏度降低。a淀粉酶屬于內(nèi)酶，水解從分子內(nèi)部進行， 不能水解支鏈淀粉的 a 1 , 6葡萄糖苷鍵，當(dāng) a淀粉酶水解淀粉切斷 a 1 , 4鍵時，淀粉分子支叉地位的a 1 ,6鍵仍然留在水解產(chǎn)物中，得到異麥芽糖和含有a 1 , 6鍵、聚合度為34的低聚糖和糊精。但a淀粉酶能越過 a 1 ,6鍵繼續(xù)水解 a 1 ,

30、4鍵，不過a 1 , 6鍵的存在， 對于水解速度有降低的影響，所以a淀粉酶水解支鏈淀粉的速度較直鏈淀粉慢。國內(nèi)常用的a 淀粉酶有由芽孢桿菌 BF 一 7658產(chǎn)的液化型淀粉酶和由枯草桿菌產(chǎn)生 的細(xì)菌糖化型a淀粉酶以及由霉菌產(chǎn)生的a淀粉酶。因其來源不同，各種酶的性能和對淀粉的水解效能亦各有差異。2 液化程度在液化過程中,淀粉糊化、水解成較小的分子,應(yīng)當(dāng)達到何種程度合適?葡萄糖淀粉酶屬于外酶, 水解只能由底物分子的非還原尾端開始, 底物分子越多, 水解生成葡萄糖的機會 越多。 但是,葡萄糖淀粉酶是先與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu),而后發(fā)生水解催化作用,這需要 底物分子的大小具有一定的范圍, 有利于生成這種

31、絡(luò)合結(jié)構(gòu), 過大或過小都不適宜。 根據(jù)生 產(chǎn)實踐, 淀粉在酶液化工序中水解到葡萄糖值 15 20 范圍合適。 水解超過此程度, 不利于 糖化酶生成絡(luò)合結(jié)構(gòu),影響催化效率,糖化液的最終葡萄糖值較低。利用酸液化，情況與酶液化相似，在液化工序中需要控制水解程度在葡萄糖值1520之間為宜，水解程度高，則影響糖化液的葡萄糖值降低；若液化到葡萄糖值15 以下，液化淀粉的凝沉性強，易于重新結(jié)合，對于過濾性質(zhì)有不利的影響。3 液化方法液化方法有 3 種：升溫液化法、高溫液化法和噴射液化法。1 ) 升溫液化法這是一種最簡單的液化方法。 30 40 的淀粉乳調(diào)節(jié) pH 值為 6065，加入CaCl2調(diào)節(jié)鈣離子濃度

32、到 0. 01 mol / L,加入需要量的液化酶， 在保持劇烈攪拌的情況下， 噴入蒸汽加熱到 8590 C,在此溫度保持 3060 min 達到需要的液化程度，加熱至 100 C以終止酶反應(yīng)，冷卻至糖化溫度。此法需要的設(shè)備和操作都簡單，但因在升溫糊化過程中，黏度增加使攪拌不均勻，料液受熱不均勻，致使液化不完全，液化效果差，并形成難 于受酶作用的不溶性淀粉粒， 引起糖化后糖化液的過濾困難， 過濾性質(zhì)差。 為改進這種缺點， 液化完后加熱煮沸10 min ,谷類淀粉(如玉米)液化較困難，應(yīng)加熱到140 C,保持幾分鐘。 雖然如此加熱處理能改進過濾性質(zhì)，但仍不及其他方法好。2 ) 高溫液化法將淀粉乳

33、調(diào)節(jié)好 pH 值和鈣離子濃度，加入需要量的液化酶，用泵打經(jīng)噴淋頭引入液化桶中約90 C的熱水中，淀粉受熱糊化、液化，由桶的底部流出，進入保溫桶中，于90 C保溫約 40 min 或更長的時間達到所需的液化程度。 此法的設(shè)備和操作都比較簡單， 效果也不 差。缺點是淀粉不是同時受熱， 液化欠均勻， 酶的利用也不完全， 后加入的部分作用時間較 短。對于液化較困難的谷類淀粉 （ 如玉米 ） ，液化后需要加熱處理以凝結(jié)蛋白質(zhì)類物質(zhì)，改進 過濾性質(zhì)。在 130 C加熱液化 510 min 或在150 C加熱11 . 5 min 。3 ） 噴射液化法先通蒸氣人噴射器預(yù)熱到 8090 C,用位移泵將淀粉乳打入

34、，蒸氣噴入淀粉乳的薄層，引起糊化、 液化。蒸氣噴射產(chǎn)生的湍流使淀粉受熱快而均勻， 黏度降低也快。液化的淀粉乳由噴射器下方卸出，弓I入保溫桶中在8590 C保溫約40 min ，達到需要的液化程度。此法的優(yōu)點是液化效果好， 蛋白質(zhì)類雜質(zhì)的凝結(jié)好， 糖化液的過濾性質(zhì)好，設(shè)備少， 也適于連 續(xù)操作。馬鈴薯淀粉液化容易，可用 40 濃度；玉米淀粉液化較困難，以 27 33 濃 度為宜，若濃度在 33 % 以上，則需要提高用酶量兩倍。酸液化法的過濾性質(zhì)好，但最終糖化程度低于酶液化法。酶液化法的糖化程度較高，但過濾性質(zhì)較差。 為了利用酸和酶液化法的優(yōu)點， 有酸酶合并液化法， 先用酸液化到葡萄糖值 約 4，

35、再用酶液化到需要程度，經(jīng)用酶糖化，糖化程度能達到葡萄糖值約97 ，稍低于酶液化法，但過濾性質(zhì)好，與酸液化法相似。此法只能用管道設(shè)備連續(xù)進行，因為調(diào)節(jié)pH 值、降溫和加液化酶的時間快， 也避免回流。 若不用管道設(shè)備， 則由于低葡萄糖值淀粉液的黏度 大，凝沉性也強，過濾性質(zhì)差。三、糖化在液化工序中，淀粉經(jīng) a淀粉酶水解成糊精和低聚糖范圍的較小分子產(chǎn)物，糖化是利用葡萄糖淀粉酶進一步將這些產(chǎn)物水解成葡萄糖。純淀粉通過完全水解，會增重，每100份淀粉完全水解能生成 lll 份葡萄糖，但現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)還沒有達到這種水平。雙酶法工 藝的現(xiàn)在水平，每100份純淀粉只能生成105108份葡萄糖，這是因為有水解

36、不完全的 剩余物和復(fù)合產(chǎn)物如低聚糖和糊精等存在。 如果在糖化時采取多酶協(xié)同作用的方法， 例如除 葡萄糖淀粉酶以外， 再加上異淀粉酶或普魯藍酶并用， 能使淀粉水解率提高， 且所得糖化液 中葡萄糖的百分率可達 99 以上。雙酶法生產(chǎn)葡萄糖工藝的現(xiàn)在水平， 糖化 2 d 葡萄糖值達到 9598。在糖化的初階段， 速度快，第一天葡萄糖達到90以上，以后的糖化速度變慢。葡萄糖淀粉酶對于a 1 , 6糖苷鍵的水解速度慢。 提高用酶量能加快糖化速度， 但考慮到生產(chǎn)成本和復(fù)合反應(yīng)， 不能增 加過多。降低濃度能提高糖化程度， 但考慮到蒸發(fā)費用， 濃度也不能降低過多，一般采用濃 度約 30 。1 糖化機理糖化是利

37、用葡萄糖淀粉酶從淀粉的非還原性尾端開始水解a 1 , 4葡萄糖苷鍵，使葡萄糖單位逐個分離出來， 從而產(chǎn)生葡萄糖。 它也能將淀粉的水解初產(chǎn)物如糊精、 麥芽糖和低 聚糖等水解產(chǎn)生 B 一葡萄糖。它作用于淀粉糊時，反應(yīng)液的碘色反應(yīng)消失很慢，糊化液的 黏度也下降較慢， 但因酶解產(chǎn)物葡萄糖不斷積累， 淀粉糊的還原能力卻上升很快， 最后反應(yīng) 幾乎將淀粉 100 水解為葡萄糖。葡萄糖淀粉酶不僅由于酶源不同造成對淀粉分解率有差異，即使是同一菌株產(chǎn)生的酶中也會出現(xiàn)不同類型的糖化淀粉酶。如將黑曲菌產(chǎn)生的粗淀粉酶用酸處理，使其中的a淀粉酶破壞， 然后用玉米淀粉吸附分級， 獲得易吸附于玉米淀粉的糖化型淀粉酶 I 及不

38、吸附于 玉米淀粉的糖化型淀粉酶H 2個分級，其中I能100 %地分解糊化過的糯米淀粉和較多的a一 1 , 6鍵的糖原及B 一界限糊精，而酶H僅能分解 60%70 %的糯米淀粉，對于糖原及 B一界限糊精則難以分解。除了淀粉的分解率因酶源不同而有差異外，耐熱性、耐酸性等性質(zhì)也會因酶源不同而有差異。不同來源的葡萄糖淀粉酶在糖化的適宜溫度和pH 值也存在差別。例如曲霉糖化酶為5560 C, pH值3 . 55. 0 ;根霉的糖化酶為 5055 C, pH值4 . 55 . 5 ;擬內(nèi) 孢酶為50 C, pH值4 . 85 . 0。2 糖化操作糖化操作比較簡單,將淀粉液化液引入糖化桶中,調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臏囟?/p>

39、和pH 值,混入需要量的糖化酶制劑,保持 23 d 達到最高的葡萄糖值,即得糖化液。糖化桶具有夾層,用 來通冷水或熱水調(diào)節(jié)和保持溫度, 并具有攪拌器, 保持適當(dāng)?shù)臄嚢? 避免發(fā)生局部溫度不均 勻現(xiàn)象。糖化的溫度和 pH 值決定于所用糖化酶制劑的性質(zhì)。 曲霉一般用 60 C, pH 值 4045, 根霉用 55 C, pH 值 50。根據(jù)酶的性質(zhì)選用較高的溫度,可使糖化速度較快,感染雜菌 的危險較小。選用較低的 pH 值,可使糖化液的色澤淺,易于脫色。加入糖化酶之前要注意 先將溫度和 pH 值調(diào)節(jié)好,避免酶與不適當(dāng)?shù)臏囟群?pH 值接觸,活力受影響。在糖化反應(yīng) 過程中, pH 值稍有降低,可以調(diào)

40、節(jié) pH 值,也可將開始的 pH 值稍高一些。達到最高的葡萄糖值以后,應(yīng)當(dāng)停止反應(yīng),否則,葡萄糖值趨向降低,這是因為葡萄糖 發(fā)生復(fù)合反應(yīng), 一部分葡萄糖又重新結(jié)合生成異麥芽糖等復(fù)合糖類。 這種反應(yīng)在較高的酶濃 度和底物濃度的情況下更為顯著。葡萄糖淀粉酶對于葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)具有催化作用。糖化液在80 C,受熱20 min ，酶活力全部消失。實際上不必單獨加熱，脫色過程中即達到這種目的?；钚蕴棵撋话闶窃?0 C保持30 min ，酶活力同時消失。提高用酶量,糖化速度快,最終葡萄糖值也增高,能縮短糖化時問。但提高有一定的限度, 過多反而引起復(fù)合反應(yīng)嚴(yán)重,導(dǎo)致葡萄糖值降低。第四節(jié) 精制和濃縮淀粉糖化

41、液的糖分組成因糖化程度而不同，如葡萄糖、低聚糖和糊精等，另外還有糖的 復(fù)合和分解反應(yīng)產(chǎn)物、 原存在于原料淀粉中的各種雜質(zhì)、 水帶來的雜質(zhì)以及作為催化劑的酸 或酶等， 成分是很復(fù)雜的。 這些雜質(zhì)對于糖漿的質(zhì)量和結(jié)晶、 葡萄糖的產(chǎn)率和質(zhì)量都有不利 的影響，需要對糖化液進行精制，以盡可能地除去這些雜質(zhì)。糖化液精制的方法，一般采用堿中和、活性炭吸附、脫色和離子交換脫鹽。一、 中和采用酸糖化工藝，需要中和，酶法糖化不用中和。使用鹽酸作為催化劑時，用碳酸鈉中 和；用硫酸作為催化劑時，用碳酸鈣中和。在這里并不是中和到真正的中和點 （pH=7 O） ， 而是中和大部分催化用的酸， 同時調(diào)節(jié) pH 值到膠體物質(zhì)的等電點。 糖化液中蛋白質(zhì)類膠體 物質(zhì)在酸性條件下帶正電荷， 當(dāng)糖化液被逐漸中和時， 膠體物質(zhì)的正電荷也逐漸消失， 當(dāng)糖 化液的pH值達到這些膠體物質(zhì)的等電點（pH=4 . 85. 2）時，電荷全部消失，膠體凝結(jié)成絮狀物， 但并不完全。 若在糖化液中加入一些帶負(fù)電荷的膠性黏土如膨潤土為澄清劑， 能 更好地促進蛋白質(zhì)類物質(zhì)的凝結(jié)，降低糖化液中蛋白質(zhì)的含量。過濾過濾就是除去糖化液中的不溶性雜質(zhì)，目前普遍使用板框過濾機，同時最好用硅藻土為 助濾劑，來提高過濾速度，延長過濾周期，提高濾液澄清度。一般采用預(yù)涂層的辦法，