Transcript 糖化酶
第四章 酶法淀粉糖（双酶法液化糖化） 生产技术 第一节 淀粉糖品生产用酶制剂 一、α-淀粉酶 二、淀粉葡萄糖苷酶 三、β-淀粉酶 四、脱支酶 五、葡萄糖异构酶 第二节 液化技术 一、淀粉液化技术 二、低压蒸汽喷射液化工艺流程及 工艺条件 三、液化关键设备：低压蒸汽喷射 液化器 第三节 糖化技术 一、糖化理论 二、糖化工艺流程及工艺条件控制 三、双酶法制糖过滤问题的考虑 第四节 其他淀粉糖品的生产 一、果葡糖浆生产 二、麦芽糖浆生产 三、麦芽糊精生产 四、低聚果糖生产 淀粉糖生产技术概述 淀粉糖是利用淀粉水解制取的各种糖品。淀 粉水解常常有酸法，酸酶法和双酶法。 其中酸法水解淀粉工艺因为设备要求高，环 保难度大及对产品质量和下游产业不利等已经逐 渐被淘汰，而酶法则因为提高了转化率，复合、 分解反应少，条件温和等逐渐成为目前比较理想 的制糖方法。 双酶法是用专一性很强的淀粉酶和糖化酶作 为催化剂将淀粉水解成为葡萄糖的方法。 淀粉糖的制备原理 淀粉 水解 葡萄糖 复合 复合二糖 复合低聚糖 分解 5'-羟甲基糠醛 有机酸、有色物质等 淀粉糖的生产路线（酶法和酸法） a-淀粉酶 淀粉 液 化 糖 化 过滤、 精制 葡萄糖浆 浓 缩 糖化酶 酸液 淀粉 高 温 酸解 冷 却 、 过滤、 中和 精制 浓 缩 葡萄 糖浆 第一节 淀粉糖品生产用酶制剂 一、 α-淀粉酶 1.作用方式： α-淀粉酶是内切型淀粉酶，它作用于淀粉时是从淀 粉分子内部任意切开α-1，4键，使淀粉分子迅速降解， 失去粘性和碘的呈色反应，同时使水解物的还原性增加， 这种现象也称为液化作用，因此α-淀粉酶也被称为液化 酶。 α-淀粉酶可以任意切开α-1，4键，但是不能切开分 支点的α-1，6键，也不能切开分支点附近的α-1，4键， 他可以越过α-1，6键而切开内部的α-1，4键。 2. α-淀粉酶的水解反应 a-淀粉酶 直链淀粉 液 化 麦芽糖、麦芽三糖、 低聚糖 a-淀粉酶 支链淀粉 液 化 麦芽糖、葡萄糖、 糊精 3. 影响α-淀粉酶作用的因素 3.1 温度：不同来源的α-淀粉酶具有不同的热稳定性和 最适反应温度。根据对温度的适应性，可以分为：耐高温 （100℃以上）、耐热性（中温酶70～90℃）、非耐热性 （低温酶50～55℃） 3.2 pH值：稳定范围5～8，最适范围5～6 3.3 钙离子：钙离子具有保持α-淀粉酶最适构象的作用， 是维持酶最大活性与稳定性所必需。尤其是低温酶和中温 酶，在使用过程中需要添加适量的钙离子。 二、淀粉葡萄糖苷酶（糖化酶） 1.作用方式： 葡萄糖苷酶是一种外切型淀粉酶，能从淀粉 分子非还原端依次水解α-1，4键，切下葡萄糖单 位。它也水解麦芽糖和支链淀粉分支点的α-1，6 键，只是水解速度慢，仅为水解α-1，4键的1/10。 2. 葡萄糖苷酶的水解反应 葡萄糖苷酶 糊精、直链淀粉 糖 化 葡萄糖 3. 影响葡萄糖苷酶作用的因素 3.1 温度：50～65 ℃ 3.2 pH值：3.5～5.5 3.3 葡萄糖转移酶的干扰 三、 β-淀粉酶（α-1，4葡聚糖麦芽糖水解酶） 1.β-淀粉酶是一种外切型淀粉酶，他作用于淀粉时从非还 原端依次切开α-1，4键，生成麦芽糖。 β-淀粉酶不能 水解支链淀粉的α-1，6键，也不能跨过分支点的α-1，6 键而切开内部的α-1，4键，也不能水解分支点附近的2～ 3个α-1，4键。在生成50％～65％麦芽糖就不再进一步水 解而残留下糊精。β-淀粉酶即使作用于直链淀粉时，也 只能使淀粉的70％～90％水解成麦芽糖。 2. β-淀粉酶的水解反应 β-淀粉酶 淀粉 糖 化 麦芽糖、糊精 3.影响β-淀粉酶作用的因素 3.1 温度：最适50～65℃，然而在70℃下30～60min 内完全失活。 3.2 pH值：稳定范围5.0～8.0，最适范围5.5～6.0 3.3 酶的来源：大豆、大麦、小麦、甘薯、细菌 四、脱支酶 1.脱支酶的作用形式和分类： 脱支酶是水解支链淀粉或糖原等大分子化合物中的α1，6键的酶。它切开分支点的α-1，6键而使整个侧支切 下成为短直链糊精，以利于β-淀粉酶的作用。 根据对底物专一性的不同，直接脱支酶可以分为支链 淀粉酶（普鲁兰酶）和异淀粉酶。 2.脱支酶的水解反应 脱支酶和支链淀粉酶的联合使用可以得到95％ 以上的麦芽糖。 脱支酶 支链淀粉、糊精 脱 支 麦芽糖 3.影响脱支酶作用的因素 3.1 温度：最适温度50～55 ℃ 3.2 pH值：5.5~6.0 3.3 酶的来源：产气气杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌 液化酶、糖化酶、脱支酶的作用方式 糖化酶 普鲁兰酶 真菌淀粉酶或β－淀 粉酶 五、固定化葡萄糖异构酶 1.葡萄糖异构酶的作用形式： 葡萄糖异构酶（Glucose Isomerase，EC.5.4.1.5） 又称为木糖异构酶，能将D-木糖、D-葡萄糖、D核糖等转化为相应的酮糖。葡萄糖异构酶的生产 菌种主要有放线菌、芽孢菌、节杆菌等。 葡萄糖异构酶可以将葡萄糖分子还原端的醛基团 转变为酮基团，从而使葡萄糖转变为果糖。 2. 葡萄糖转移酶的转移反应 葡萄糖异构酶 葡萄糖 异 构 化 果糖 3.影响葡萄糖异构酶作用的因素 3.1 异构酶的应用：现在普遍采用固定化酶床反应器法。 3.2 最适pH值:6.5～8.5 3.3 生产pH值：6.5～7.0 3.4 温度：随温度升高，反应有利于生成果糖，异构化反应 温度以60～70。现在已有耐高温异构酶的产品，最适温度 接近100度，可在高温条件下提高果糖的产量。 第二节 液化技术 一、双酶法制备淀粉糖 1.基本原理： 酶解法制备葡萄糖可分为两步：第一步是液 化过程，利用α-淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精 及低聚糖。第二步是糖化过程，利用糖化酶将糊 精或低聚糖进一步水解为葡萄糖。淀粉的液化和 糖化都在酶的作用下进行的，故酶解法又称为双 酶法。双酶法的优点是淀粉转化率高、条件温和、 产物葡萄糖的复合分解少。 (双酶是指用于淀粉液化和糖化作用的两个系列 的酶。） 2.双酶法制备葡萄糖的工艺流程 a-淀 粉酶 淀粉 乳 液 化 糖 化 糖化 酶 沉 淀 脱 色 压 滤 离子 交换 葡萄 糖浆 浓 缩 3.淀粉理论转化率 ●葡萄糖对淀粉的理论转化率 （C6H10O5）n + n H2O = n（C6H12O6） 162.14 18.02 180.16 ●淀粉产生葡萄糖的理论转化率为： 180 .16 100 % 111 % 162 .14 4.工艺过程检测指标 ● 葡萄糖含量 葡萄糖% DX值 100% 干物质% ● DE值 还原糖% DE值 100% 干物质% ● 糊精检测：用无水乙醇检查（常用OD表示） OD检测 OD值实际是用来检测液化结果的指标，用糖液滴 加到无水酒精中来观察糖液中的糊精的多少，糊 精与无水酒精作用变为白色混浊，通过测定透光 度来检查糊精的量。OD越低越好。 一般检测方法为：正确吸取0.5ml的糖液加到 19.5ml的无水酒精中，用581分光光度计在420nm 波长比色，当然，因为糖化产生的低聚糖、异麦 芽糖等不发酵性糖在OD值上反应不出来，所以， OD只是作为一个重要参考。 二、液化基本理论 1.液化的定义 液化是利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低 聚糖等，使粘度大为降低，流动性增高。 （C6H10O5）n → （C6H10O5）x 2.液化酶的作用形式： 2.1 α-淀粉酶是内切型淀粉酶，可从淀粉分子的内部任意切 开α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6糖苷键，液化产物除 了麦芽糖和葡萄糖外，还含有一系列带有α-1，6糖苷键的 寡糖。 2.2 淀粉在糊化之前，α-淀粉酶是难以直接进入淀粉颗粒内 部与淀粉分子发生作用的。所以淀粉一定要经过糊化阶段， 酶才能开始发生作用。 3.液化的作用 糖化使用的糖化酶属于外酶，水解作 用从底物分子的非还原末端进行，为了增 加糖化酶作用的机会，加快糖化反应速度， 必须先将大分子的淀粉水解成糊精和低聚 糖。 三、淀粉的糊化与老化 1. 糊化的定义 糊化：淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失，体积 增大数倍，晶体结构消失，淀粉乳变成糊状液体 的过程。 淀粉糊 糊化温度 2.糊化的作用 酶水解颗粒淀粉和水解糊化淀粉的速度比约为 1：20000。所以淀粉酶作用于淀粉前要先加热淀 粉乳，从而使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化、破坏其 晶体结构。所以淀粉乳糊化是酶法工艺第一个必 要步骤。 3.老化： 老化是淀粉分子间氢键已经断裂的糊化淀粉又 重新排列形成新氢键的过程，也就是复结晶过程。 在制糖过程中，淀粉酶很难进入到老化淀粉的 结晶区域，淀粉液化困难，糖化更加没法进行，所 以必须严格控制淀粉糊的老化。 4.淀粉糊老化的控制： 4.1淀粉成分的影响：直链较支链淀粉容易老化。淀粉老 化程度可以用冷却时结成的凝胶程度来表示。 4.2 液化程度：液化程度并非越高越好，因为后续的糖化 过程中葡萄糖淀粉酶是先与底物分子生成络合结构，而后 发生水解催化作用，这需要底物分子的大小具有一定的范 围，才会有利于络合结构的生成。液化过程中水解程度高 会导致最终葡萄糖值低；过高则会导致液化淀粉的凝沉性 强，易于重新结合，过滤会非常困难。一般而言，淀粉液 化时DE值控制15～18％. 4.3 酸碱度：碱性条件更不易老化，要综合考 虑料液透光和酶的最适pH。 4.4 温度和加热方式：一般采取高速升降温， 目前运用较多的是耐高温淀粉酶，液化温度可以 达到110℃。 4.5 淀粉糊的浓度：浓度越高，越易老化，一 般控制在10～15Be 四.液化方法 催化剂 酸法 间歇液化法 酸酶法 酶法 半连续液化法 喷射液化法 高压蒸汽 低压蒸汽 水 解 动 力 一次加酶 二次加酶 三次加酶 中温酶法 机械液化法 高温酶法 高－中温酶法 淀粉质原料直接液化法 精制淀粉液化法 1.液化方法的选择 国内目前运用较多的工艺是低压(0.2～0.3MPa)或 中压(0.4～0.6MPa)蒸汽喷射较多。 国内普遍采用的工艺是一次或两次加酶一次中压 喷射液化法。 2. 难液化淀粉原料的液化方法: 一段淀粉液化广泛应用于各类淀粉如玉米淀 粉,木薯淀粉等.但一段液化法对于那些蛋白质含 量较高,杂质含量较多的难液化的淀粉原料如小麦, 小麦淀粉等液化效果并不理想,而往往需要采用二 段液化法甚至更多段,通过多次高温处理和多次加 酶液化的方法,以促使这些难液化淀粉进一步膨胀 断裂,蛋白质进一步凝聚结团,以提高液化效果. 五 液化工艺过程及其控制 1.液化DE值 根据生产经验，一般以DE值来衡量液化程度， 在DE值在10～15时结束液化过程比较合适，液化终 点可用碘显色来判断。达到终点后，需对液化液进 行灭酶，升温至120℃保持10min可完成。灭酶后， 冷却至糖化酶的作用温度，待糖化。 若液化程度太低，液化产物分子数少，糖化酶 与底物接触的机会也少，影响糖化的速度；且液 化程度低，液化液容易老化，糖化酶很难进入老 化产物的结晶区作用，影响糖化的程度，最终糖 化液粘度大，过滤困难。 如果液化程度过高，液化液分子较小，不利于 络合结构生成，从而影响糖化酶的催化效率，导 致糖化液的最终DE值低。 2.淀粉液化程度与糖化程度的关系图 液化程度与糖化程度关系 糖 化 葡 萄 糖 值 99 97 95 93 91 89 87 85 5 10 15 20 25 液化葡萄糖值 30 35 40 45 3.液化程度的控制 在液化工艺中，可通过调节淀粉酶的用量、喷 射温度、维持温度、液化时间等条件来控制液化程 度。液化作用可在管道或罐内进行，其作用时间取 决于料液的流量以及维持设备的容积，一般控制在 60min. 4.淀粉液化液质量的判断 4.1 液化液要均匀 4.2 液化液的DE值控制12～18%,不要超过20% 4.3 碘液反应:淀粉吸附碘分子的呈色反应使判断液化 程度最常用的直观方法,作为淀粉液化完全的标准,一 般应该达到浅红色和棕色. 4.4 蛋白质凝聚:蛋白质凝聚并结团的好坏,决定了蛋白 质从溶液中分离去处的效果. 4.5 过滤速度要接近正常值。用滤纸漏斗过滤，计算单 位时间的过滤量。 4.6 外观:液化液的外观必须透明,无白色浑浊 4.7 粘度:液化液的粘度直接反映在过滤速度快,液化液 流动性能好等方面.一般在实际生产中是用滤纸过滤 相同体积的液化液的速度来判断液化粘度的大小. 5. 液化液的用途 5.1 生产葡萄糖及果葡糖浆:要求葡萄糖含量高，色 泽浅，透明度高，过滤性能较好 5.2 中转化糖浆:过滤性能较差 5.3 作为发酵碳源的葡萄糖液:要求过滤速度快,蛋白 质过滤彻底 六、喷射式连续液化 喷射式液化是指料液与蒸汽的混合是通过喷 射器在微湍流的状态下完成的,所以比起其他形式 的混合效果就更加完全,更均匀。 喷射式液化与耐高温淀粉酶的结合使用,使淀粉 的液化技术达到了一个全新的水平。 1. 一(二)次加酶喷射的液化工艺流程 4 3 淀粉+水+酶 1 蒸 汽 二次蒸汽 2 5 7 6 一(二)次加酶喷射的液化设备说明 1.淀粉乳配料罐(一次加酶) 2.淀粉乳输送泵 3. 液化喷射器(关键设备) 4.高温维持管 5.闪蒸罐(二次加酶) 6.液化料输送泵 7.层流维持罐 2. 一次加酶喷射液化工艺条件 淀粉乳浓度：30～32%（w/v） pH：6.5 耐高温淀粉酶用量：控制在5～8u/g淀粉 如果是二次加酶则可以分别在1和5处各添加50% 的淀粉酶. 喷射温度:105～110℃; 高温维持:5～8分钟 闪冷至95℃ 维持时间：60 ～ 120 min 一次和二次加酶喷射液化工艺比较 二次加酶可以节约淀粉酶添加量约15%. 一次加酶工艺更加稳定,二次加酶存在 质量欠稳定现象. 七、低压蒸汽喷射液化工艺 是最适合我国国情的液化工艺 （一）工艺流程: 调浆→一次喷射液化→液化保温→二次喷射→高 温维持→二次液化→闪蒸冷却→糖化 （二）工艺控制: 1.调浆:在调浆罐内把粉浆用工艺冷却水调到15～ 19Be,并用纯碱或烧碱调节pH至5.5～6.2,加入约 0.15%的氯化钙,再加入耐高温α-淀粉酶,粉浆温 度一般控制在50～58℃之间。 2.一次喷射: 用浓浆泵将调好的粉浆送入喷射液化器,使蒸汽和 粉浆直接相遇,温度控制95～100℃. 3.保温: 喷射后的粉浆进入层流罐保温60min,温度保持稳 定. 4.二次喷射: 一次保温结束的料液用泵送入喷射器进行 二次喷射,温度控制在135~145℃.此步骤作 用是使淀粉进一步分散,蛋白质进一步凝固, 并可以把耐高温淀粉酶彻底杀死. 5.高温维持: 经过二次喷射的粉浆进入管道进行高温维 持阶段,时间约3~5min.通过高温维持使已 经形成的”不溶性淀粉颗粒”在高温下分 散,并使蛋白质进一步凝固,淀粉进一步分 散. 6.闪蒸冷却: 经过二次喷射,高温维持后的料液进入真空闪 蒸快速冷却至95～100℃进入二次液化罐,同时加 入耐高温α-淀粉酶。通过闪蒸步骤可以实现;淀 粉浓度增高;并可以通过压力的突然改变促使淀粉 进一步分散,提高了出糖率。 蒸汽 闪蒸罐 喷 射 后 料 液 闪蒸后料液 7.二次液化维持: 在维持罐维持约30min左右,碘试合格后进入 糖化罐进行糖化。 八、液化关键设备—喷射液化器 液化工艺中一个关键的设备即是喷射液化器: 喷射液化器可以分为两种:一种是喷射蒸汽,以带 动料液,称为汽带料式；一种是喷射料液,以带动 蒸汽,称为料带汽式。无论使汽带料还是料带汽, 喷射过程中蒸汽或者料液进入喷射器都是强制性 的,具体来说,蒸汽的进入一般使靠蒸汽本身的压 力,料液的进入则是靠泵输送的,所以,协调好蒸汽 和料液的进入,达到稳定和均衡是喷射液化成功的 关键. 喷射器工作原理 将淀粉乳中的淀粉,水,酶在瞬间接触, 均匀混合.瞬间糊化和液化,两者交替进行, 互相促进.在喷射器出口经常有一个扩大混 合室,使三者在高温下进一步混合,进一步 液化. 喷射器发展方向:三者接触面大,反应快 速,液化彻底,体积小,自动化程度高和价格 便宜 国内生产喷射器最早的是华南理工大学, 以后上海兆光生物工程公司（HYW型）,无锡市锡南 生物工程装备厂都有生产,这些喷射器大多是以料 带汽.最近几年由上海东潮科技公司引进美国公司 水热器(hydroheater),以特有的协调管,对流入浆 料提供控制机制, 在水热器内，蒸气以高度湍流方 式直接与料液混合，热在瞬间由蒸气传导给料液， 如此快的热交换导致蒸气凝结并迅速分散到料液中， 排除了一般简单加热器在加热过程中常带来的气锤 及震动等现象，其温控精度高,工作稳定. 喷射器的示意图 其中A 是表示蒸汽入口,B表示混有液化酶的淀粉粉浆入料,C表述 喷射后的喇叭出料口 水热器示意图 第二节 糖化技术 一、糖化理论 （一）、收率和淀粉转化率 1.糖化的定义： 糖化是将淀粉或糊精通过糖化酶在一定 条件下转化为各种糖的过程。双酶法制葡萄 糖的过程中，则是利用葡萄糖淀粉酶将糊精 和低聚糖等小分子产物分解为葡萄糖。 2. 糖化理论收率： 111.11％ 3. 糖化实际收率： 由于复合分解反应的发生以及生产管理过程中的 损失，葡萄糖的实际收率仅有105％～108％。 收率＝ 糖液量（L） 糖液葡萄糖含量（％） 100％ 投入淀粉量（Kg ) 原料淀粉中纯淀粉含量（％） 4.淀粉转化率：是指淀粉转化成葡萄糖的 百分比。 葡萄糖实际收率％ 转化率＝ 1.11 （二）DE值和DX值的区别 DE值：糖化液中还原糖占干物质的百分率 DX值：糖化液中葡萄糖占干物质的百分率 DX值低于DE值，因为有少量还有还原性的 低聚糖的存在。两者一般相差1～2随着糖 化程度的提高，两者的差别减少。 （三）影响糖化DE值的因素 1、糖化时间对DE值的影响 糖化时间与DE值图 120 100 D 80 E 60 值 40 20 0 0 5 9 15 20 25 30 糖化时间 35 40 50 达到最高DE值时，应当立即停止反应，否则，葡萄糖值会降 低，这是因为葡萄糖会发生复合分解反应的缘故。 2、液化液DE值（即糖化零时DE值）与糖化液DE值的关系 在碘试本色的前提下，液化液DE值与糖化最终DE值是呈反比的。 液化液DE与糖化液DE的关系 糖 化 液 最 终 D E 值 98 96 94 92 90 88 86 5 10 15 20 25 30 液化液糖化零时DE值 35 40 45 3、脱支酶的混合使用对糖化液的DE值 的影响 淀粉酶能很快水解α－1、4糖苷键，却不能 很快水解α－ 1、6糖苷键，因此，单独使用糖化 酶，糖化最终DE值很难达到98％。所以往往添加 一定比例的脱支酶如普鲁兰酶或异淀粉酶，所得 糖化液DE值甚至可以达到99％。 4、酶制剂用量与糖化液DE值的关系 为加快糖化速度，缩短糖化时间，可以采取 加大酶制剂量。但要充分考虑到糖化工艺和原材 料及液化液的控制等因素。同时，酶制剂的量不 能过大，否则会因为复合反应严重而导致葡萄糖 值降低。 在实际生产中，要视企业设备情况，尽可能 利用糖化罐的容量，尽量延长糖化时间，减少酶 量，延长糖化时间。这样糖化液DE值最高，成本 最低，糖液中酶蛋白最低。 糖化时间与糖化酶用量的关系图 糖化时间和糖化酶用量关系图 490 糖 化 酶 量 u / g 390 290 190 90 6 8 10 16 24 糖化时间 32 48 72 二、糖化工艺流程及工艺说明 工艺流程： 降温 液化液 离子交 换树脂 贮罐 加酸调PH, 加糖化酶 糖化 罐 蒸气、 碱液 糖化液灭酶 过滤机 计量 脱色罐 下工序 活性碳、 助滤剂 糖化工艺流程简述： 液化结束后，迅速将料液用酸将pH值调至 4.2~4.5，同时迅速降温至60℃，然后加入糖化 酶，60℃保温数小时后，当用无水酒精检验无糊 精存在时，将料液pH值调至4.8~5.0，同时加热 到80℃，保温20min，然后料液温度降低至60～ 70℃时开始过滤，滤液进入贮罐，在60℃以上保 温待用。 1.糖化工艺及操作规程： pH值：4.2~4.5 温度：58～62 ℃，为防止糖焦化，用热水循环 保温 糖化酶用量：10～150u/g淀粉，糖化酶越少，副 反应越少，且不可溶性蛋白质越少。 糖化时间：9～12h，可适当延长，在糖化过程中 需要取样检测料液的DE值和含糖量。 糖化过程中每隔1～2小时要检测PH和温度，及时 作出调整。 2.灭酶： 糖化结束时（无水酒精检测），加碱调节PH 至4.8～5.2，并升温至80～85℃，保持15～ 20mim进行糖化灭酶 3.过滤基本要点及顺序 过滤前将料液冷却至60～70 ℃ 过滤时所有板框压滤机同时使用 两套滤布，保持连续进行 过滤压力不宜超过0.2MPa 过滤困难时，可以通蒸气，以疏通滤渣 过滤结束后要清洗糖化罐和压滤机 4.过滤和除杂： 经过压滤机后的清糖液要经过离子交换树脂进行 进一步脱色和除杂。离子交换树脂具有离子交换和 吸附脱色作用，它能够除去蛋白质、氨基酸、羟甲 基糠醛和有色物质，它能够去除绝大部分灰分和有 机杂质。 常见的方法是糖液流经串连起来的离子交换树脂。 阳离子→阴离子→阳离子→阴离子 5、贮糖计量 制得的清糖液要放入干净的贮罐，保持温度60℃ 并及时供给下工序，以防染菌。 发酵清糖液质量指标 清糖含量：＞27％ 清糖透光： ＞85％ DE值： ＞96％ PH值：4.8-5.2 OD:<0.05 HPLC(高效液相色谱分析）二糖以下＞98％ 三.双酶法制糖过滤技术的讨论 过滤物质 经过对滤饼的分析可以知道，双酶法糖 液影响过滤速度的主要因素有两类：蛋白 质、糊精类（包括不溶性淀粉颗粒及老化 淀粉等） 空框 板 物料 可动 端板 固定 端板 滤液 影响过滤的因素及提高过滤速度的方法 1、液化方法对过滤速度的影响 用喷射液化器加耐高温淀粉酶和糖化酶工艺， 蛋白质絮凝效果最好，过滤速度快。 2、酶制剂对过滤速度的影响 应该选用酶活力高、酶种纯度高、贮藏时间短 的复合酶制剂。 3、工艺对过滤速度的影响 要尽量选用双酶法，如用大米要经过浸泡、磨 细以彻底去除大部分可溶性蛋白质 , 4、液化程度的控制：之前已有讲述 5、液化液老化的控制：之前已有讲述 6、过滤方式的影响：一般采用添加助滤剂的方法 7、过滤pH影响：一般考虑蛋白质的絮凝情况和糖液 透光等，大米控制5.4-5.8、玉米控制4.8-5.4 思考题 1、液化和糖化的定义？ 2、双酶法和酸法液化淀粉的优缺点是什么？ 3、液化方法的分类有哪些？ 4、请画出二次加酶一次喷射液化工艺流程和工艺 控制？ 5、如何控制液化淀粉的老化？ 6、如何控制液化程度？ 7、请画出从淀粉生产葡萄糖的整个工艺流程？ 8、如何提高葡萄糖值？ 9、淀粉制葡萄糖的理论收率是多少？DE、DX值的 含义是什么？ 10、请分析影响糖液过滤速度的因素？ 11、影响DE值的因素有哪些？ 作业： 1、液化和糖化的定义？ 2、双酶法和酸法液化淀粉的优缺点是什么？ 3、液化方法的分类有哪些？ 4、请画出从淀粉生产葡萄糖的整个工艺流程？ 5、淀粉制葡萄糖的理论收率是多少？DE、DX值的 含义是什么？ 6、影响DE值的因素有哪些？ 第四节 其他淀粉糖品的生产 一、 果葡糖浆生产 二、麦芽糖浆生产 三、麦芽糊精生产 四、低聚果糖生产 一.果葡糖浆的生产 果葡糖浆是一种以果糖和葡萄糖为主要成分的混合糖浆。 按果糖含量及其发展分为三代： 第一代果葡糖浆含42%的果糖，其它成分为葡萄糖53%，低聚糖5%，浓 度为70%～72%，甜度与蔗糖相同；第二代果葡糖浆含果糖55%，葡萄 糖40%，低聚糖5%，浓度为76%～78%，甜度约为蔗糖的1.1倍；第三代 果葡糖浆含果糖量在90%以上，低聚糖3%，浓度为79%～80%，其甜度 为蔗糖的1.4倍。其中果糖含量超过50%的糖浆称为高果糖浆（High fructose glucose Syrup·HFGS）。 果葡糖浆无色无嗅，常温下流动性好，使用方便， 广泛地应用于食品工业。其甜味清凉，是生产碳 酸饮料的主要甜味剂。 果葡糖浆中的果糖成分是由葡萄糖异构酶催化葡 萄糖异构化生成。国内外普遍采用固定化葡萄糖 异构酶进行连续化果葡糖浆的商业生产。 酶法生产果葡糖浆 a淀粉酶 淀粉乳 压滤 液化 离子交换 糖化酶 糖化 沉淀 异构化 浓缩 脱色 果葡糖浆 固定化葡萄糖异构酶 1.淀粉液化 淀粉液化是果葡糖浆及其它淀粉生产中一个重 要的生产工序，酶法液化即利用a-淀粉酶将淀 粉水解成糊精和低聚糖。一般液化DE值控制在 15~20。 设备：连续式淀粉喷射液化器 2.糖化 经液化处理好的液化液，采用葡萄糖淀粉酶进 一步水解成葡萄糖。该生产工序要求糖化DE值 愈高愈好。糖化操作的条件为：稀盐酸调整至 pH4.5～5.0，加糖化酶量为l00~200U/g（干物 质），糖化温度（60±1）℃，最终糖化液DE值 达到95～96即终止糖化，进入过滤、脱色、离 子交换等精制工序，得到精制的葡萄糖液，利 用葡萄糖异构酶进行异构化处理。 3.葡萄糖异构化 糖化得到的葡萄糖液经过精制获得浓度为45%左 右的精制葡萄糖液，精制葡萄糖液由葡萄糖异 构酶催化生成果葡糖浆，异构化率一般为42%～ 45%。 异构化生产果葡糖浆工艺有分批法、连续搅拌 法、酶层过滤法和固定化酶床反应器法。现在 普遍采用固定化酶床反应器法。在连续反应过 程中，酶活力逐渐降低，需要相应降低进料速 度以保持一定的转化率。 异构酶的应用： 最适ph:6.5～8.5 生产ph：6.5～7.0 随温度升高，反应有利于生成果糖，异构化反应 温度以60～70。现在已有耐高温异构酶的产品， 最适温度接近100度，可在高温条件下提高果糖的 产量。 4.高果糖浆的生产 异构化完成后，混合糖液经脱色、精制、浓缩， 至固形物含量达71％左右，其中含果糖42％，葡 萄糖52％，其余6％为低聚糖。 若将异构化后混合糖液中的葡萄糖与果糖分离， 将分出的葡萄糖再进行异构化，可生产高含量果 糖的果葡糖浆。 二 超高麦芽糖浆的生产 麦芽糖纯度高达75%～85%以上的麦芽糖浆称为超 高麦芽糖浆。由于具有麦芽糖纯度高和葡萄糖含量少 的特点，超高麦芽糖浆成为生产结晶麦芽糖、麦芽糖 醇和异麦芽糖的首选原料。 麦芽糖是由两分子葡萄糖通过α-l,4-糖苷键构 成的双糖，其甜度仅为蔗糖的30%～40%，入口不留后 味，具有良好防腐性和热稳定性，吸湿性低、并且由 于不参与胰岛素调节的糖代谢，具有特殊生理功能， 在食品和医药工业中有着广泛的应用。 全酶法生产超高麦芽糖浆典型工艺 细菌a-淀 粉酶 淀粉 液 化 糖 化 b-淀粉酶和 脱支酶 脱色、 脱盐 浓 缩 超高麦芽 糖浆 1.液化 超高麦芽糖浆生产的液化步骤和果葡糖浆生产相似。 也是利用耐热性的a-淀粉酶在95~105℃下高温喷射 液化，DE值一般控制在5~10之间。若DE值过低，液 化不完全，会影响后续工序的糖化速度及精制过滤。 而DE值过高，葡萄糖生成量增大，会减少麦芽糖的 生成。 2.糖化 目前生产超高麦芽糖糖化的方法主要有糖化型淀粉酶糖 化法和双酶糖化法。 糖化型淀粉酶都是由链霉菌产生。将液化液调整至酶的 最适pH和最适温度，加入糖化酶糖化40h，精制浓缩后可 得到70%~85%的麦芽糖浆。 2.1利用糖化型淀粉酶糖化 2.2双酶糖化法 双酶糖化法是指利用b-淀粉酶和脱支酶协同作用进行糖 化。由于这两种酶具有协同作用，使淀粉分子在糖化过 程降解得更彻底，因而麦芽糖生成率可达90%以上。 三、麦芽糊精生产 麦芽糊精（水溶性糊精、酶法糊精）是一种介于淀粉和 淀粉糖之间的，经控制而为低程度水解的产品。其特点有： 流动性良好，无淀粉和异味 几乎没有甜度 溶解性良好，有适度的黏性 耐热性强，不易变褐 吸湿性小，不易结团 有很好的载体作用，不会压盖其他物质的风味 有很好的乳化、增稠作用 成模性良好 有抑制结晶性糖的晶体析出的作用 易于消化吸收，适宜作为婴幼儿和老年食品的基础物 麦芽糊精生产工艺 a-淀粉酶 大米 高 温 灭酶 浸 泡 磨 浆 过滤、 精制 加酶 调浆 真 空 浓缩 喷 射 液化 喷 雾 干燥 保温 水解 麦 芽 糊精 四 酶法生产低聚糖（低聚果糖） 低聚果糖是指在蔗糖分子的果糖残基上结合1～3 个果糖的低聚糖，在水果蔬菜中含量较丰富。 1 一些食物中的低聚果糖含量 食物 水分含量/% FOS含量/（%）湿重 蜂蜜 17 0.75 大蒜 61 0.60 黑麦 11 0.50 红糖 2 0.30 香蕉 76 0.30 洋葱 89 0.23 西红柿 93 0.15 大麦 11 0.15 2.低聚果糖的物理化学性质 低聚果糖三种组分均为非还原性糖，都极易形成 白色结晶； 低聚果糖的吸湿性强，它的含水产品难于在空气中长时间 保存； 低聚果糖水溶液的黏度比同浓度的蔗糖溶液略小，热稳定 性也较蔗糖高； 低聚果糖在一般的食品pH范围(4.0~7.0)非常稳定，可在 4℃下保存1年以上； 低聚果糖产品的分类 产 G型低聚果糖（普 通型） P型低聚果糖 （高纯度型） 葡萄糖(G)含量 33 2 蔗糖(GF)含量 12 3 蔗果三糖(GF2)含量 25 35 蔗果四糖(GF3)含量 25 50 蔗果五糖(GF4)含量 5 10 低聚果糖总含量 55 95 品 质量分数% 3. 低聚果糖的生产工艺 3.1 普通级FOS(G型)的生产工艺 细胞培养 酶的提取 酶的固定化 酶反应 柱反应器 分离纯化 浓缩 间歇法 灭菌 产品 连续法 3.2 高纯度FOS(P型)的生产工艺 果糖转移酶-葡萄糖氧化酶 双酶 果糖转移酶-葡萄糖异构酶 活性炭法(脱色) 精制 Ca2+或Na+型阳离子交换树脂法(脱盐) 3.2 高纯度FOS(P型)的生产工艺 黑曲霉 培养 蔗糖液培养基 膜离 分子 离交 或换 脱盐 脱色 果 糖 基 转 移 酶 葡 萄 糖 氧 化 酶 固定化双酶法 高蔗 浓糖 度浆 转移反应 活性炭 真空浓缩 分离提纯 高纯度FOS 95%(干基) 果糖转移酶的发酵培养 选定合适的产酶菌株后，由 斜面种子逐级扩大培养，并进行发酵产酶。其发酵培 养基：蔗糖10%~20%，K2HPO3 0.1%~0.15%，MgSO4 0.15%~0.20%。在28~30℃条件下通气搅拌培养 3~4d．即可生产出含有果糖转移酶活性的菌体。由于 转移酶属于胞内酶，大部分酶在菌体内，一般将菌体 分离后，直接对菌体进行固定化。也可以将菌体细胞 破碎后．分离纯化出果糖转移酶后再进行固定化处理。 菌体或酶的固定化： 固定化方法一般采用海藻酸钠 包埋法进行菌体或酶的固定化。将海藻酸钠配成6%～ 8%的溶液，经消毒处理后，将湿菌体或酶按比例和配 制好的海藻酸钠溶液在真空条件下混合均匀。然后应 用压力喷雾的方法使混合液通过孔径为0.6mm的喷嘴， 均匀落入0.5mo1/L的CaCl2溶液中，使其形成凝胶珠 直径介于2~3mm），硬化20~30min，过滤分离得到固 定化菌体或固定化酶，充填到固定化床柱或流化床生 物反应器中。 用酶法合成的低聚果糖含量一般仅为40%~55%，蔗糖浓度控 制在50%~60%为宜。原因在于酶法合成低聚果糖的同时生成了副 产物葡萄糖。葡萄糖既是平衡产物，又是酶的抑制物，它阻迟 了底物蔗糖的进一步转化，因而产品中仍含有相当数量的葡萄 糖和未作用的蔗糖。 消除葡萄糖的抑制作用，提高低聚果糖含量的方法主要有： ①在反应物中加入葡萄糖氧化酶和CaCO3，将葡萄糖氧化为葡萄 糖酸；②利用酵母同化单糖快于同化低聚果糖，在产物中加入 酵母菌，以消除单糖的抑制作用。③将葡萄糖氧化酶和果糖转 移酶或含果糖转移酶的活菌体共固定化，来达到消除葡萄糖的 抑制作用。这样，低聚果糖的含量可由原来的50%左右提高到 70%以上。 4.低聚果糖的生产用酶 4.1 植物来源的果糖转移酶简介 来源 酶的活性 合成的低聚果糖 芦笋 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 蔗糖：果聚糖6F-果糖基转移酶(6-SFT) 果聚糖：果聚糖6G-果糖基转移酶(6G-FFT) 1-蔗果三糖 6-蔗果三糖 新蔗果三糖 甜菜叶 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 蔗糖：果聚糖6F-果糖基转移酶(6-SFT) 果聚糖：果聚糖6G-果糖基转移酶(6-FFT) 1-蔗果三糖 6-蔗果三糖 新蔗果三糖 菊苣 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 果聚糖：果聚糖1F-果糖基转移酶(1-FFT) GF2或GFn 洋葱 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 果聚糖：果聚糖1F-果糖基转移酶(1-FFT) GF2或GFn 龙舌兰 菊二糖：菊二糖1F-果糖基转移酶(1-CCT) 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶 菊二糖→菊三糖 GF2 4.2微生物来源的果糖基转移酶简介 拉丁文 中文名称 合成的低聚果糖的纯度 Aspergillus niger 黑曲霉 55~60% 出芽短梗霉 55~60% Aspergillus phoecinis 海藻曲霉 50~55% Scopulariopsis brevicaulis 短尾帚霉 40~50% Arthrobacter sp. 节杆菌属 40~50% Aureobasidium pullans 4.3 微生物来源果糖基转移酶的性质 微生物来源的果糖基转移酶分子比植物来源的大， 稳定温度范围比植物来源的宽。 黑曲霉中β-果糖基转移酶的最适pH为3.5~6.0， pH稳定范围4.0~10.0，最适温度为55~60℃；Km值 (蔗糖)为0.0044~0.62 mol/L之间，酶的相对分子 质量为104~105。 4.4果糖基转移酶的作用机理 两个关键酶： 1-SST 1-FFT 三步反应： 第一步是一分子的蔗糖在蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST)的作用下分解为果糖基 和葡萄糖，果糖基与另一分子的受体蔗糖反应合成蔗果三糖， 第二步是蔗糖在果聚糖：果聚糖1F-果糖转移酶(1-FFT)的作用下与蔗果三糖反应合成蔗 果四糖， 第三步是蔗糖在1-FFT的作用下与蔗果四糖反应合成蔗果五糖。 5.低聚果糖的应用及发展方向 作为保健食品的基料，在乳制品及酒类生产中也已经得到了应用。它 可以作为普通不甜酸奶的风味剂，也可作为酒类的功能性配料，除了 增加酒的保健功能，还使调配后的酒口感更加醇厚。 低能量啤酒的开发。 低聚果糖可应用于畜产领域。加入幼畜饲料等中可显著减少痢疾和粪 便中的腐败物质，使发育快速，体重增长快。 低聚果糖也是糖尿病患者的首选食品。 但需要注意的是，酸性较强的食品(pH<3)或某些利用酵母醒发的面团 中，在一定条件下能水解低聚果糖，因此在这些食品中使用低聚果糖 应十分小心。