学位论文：年产10万吨F55果葡糖浆的工艺设计.pdf

北京化工大学硕士学位论文北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属 北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。论文暂不公开（或保密）注释：本学位论文属于暂不公开（或 保密）范围，在X年解密后适用本授权书。非暂不公开（或保密）论文注释：本学位论文不属于暂不公 开（或保密）范围，适用本授权书。：.北京化工大学硕士学位论文学位论文数据集中图分类号TS245.4学科分类号18071论文编号1001020140247密 级公开学位授予单位代 码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名陈绍辉学 号2011030247获学位专业名称生物工程获学位专业代码430139课题来源自选课题研究方向果葡糖浆生产的工艺流 程论文题目年产10万吨F55果葡糖浆的工艺设计关键词果葡糖浆果糖F55论文答辩日期2014.05.25论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师谭天伟院士北京化工大学生物工程评阅人1苏海佳教授北京化工大学生物化工评阅人2徐家立教授北京化工大学酶工程评阅人3评阅人4评阅人5答辩委员会主席冯嵬教授北京化工大学生物制氢答辩委员1王芳教授北京化工大学生物工程答辩委员2张栩教授北京化工大学发酵工程答辩委员3邓利副教授北京化工大学生物化工答辩委员4秦培勇副教授北京化工大学生物分离答辩委员5II北京化工大学硕士学位论文Y2629129 年产10万吨F55果葡糖浆的工艺设计-摘要F55果葡糖浆是淀粉糖工业中的一种，它又称高果糖浆，是近 20年来才发展起来的一种新型甜味剂，其风味独特，深受人们喜爱。当前，中国国内市场果葡糖浆的需求量不断在增加，同时，质量要 求更高，应用范围更广。所以，研究大规模果葡糖浆的生产工艺流 程，解析其中的工艺控制难点具有重要意义。本论文首先简单介绍了淀粉糖工业概况、果葡糖浆的发展历史、种类、特性等；设计采用酶法水解、酶法异构的工艺，利用玉米淀 粉为原料生产F55果葡糖浆。玉米淀粉经过调浆以后，高温喷射，再经双酶法液化糖化，转化为葡萄糖，经由过滤、脱色、离子交换、蒸发浓缩，采用固定化异构酶将葡萄糖转化为含量为42%的果糖，精制后的F42果糖再经色谱分离系统分离出高含量果糖，通过混配 制得F55果葡糖浆，最后蒸发浓缩得成品。设计过程中，自主设计了机械化投料装置；通过中试和生产试 验确定了投料、液化、糖化及异构工序的工艺参数；通过投资、运 行成本和优缺点确定了过滤、脱色、蒸发工序的工艺方案；对离交 和分离工序运行过程进行了详细研究；对系统物料平衡进行了详细 的演算，同时也简单介绍了成品的指标，考核了能源消耗和其他单 耗，并与行业最优值进行了比较。将本设计打造成行业内领先、国III北京化工大学硕士学位论文际一流的果葡糖浆生产工艺。关键词：果葡糖浆果糖F55IV北京化工大学硕士学位论文PROCESS DESIGNED ANNUAL PRODUCTION CAPACITY OF 100,000 TONS F55 HIGH FRUCTOSE CORN SYRUPABSTRACTF55 fruc to se syrup,wh ic h is also c alled h igh fruc to se syrup,is a kin d o f starc h sugar in dustrial pro duc t.It is develo ped in th e late 20 years as a n o vel sweeten er.It is deeply lo ved by th e peo ple fo r its un ique flavo r.At presen t,th e deman d o f fruc to se syrup in Ch in ese do mestic market is in c reasin g.Th e quality requiremen ts is h igh er an d th e applic atio n is wider at th e same time.Th erefo re,studyin g th e large-sc ale pro duc tio n tec h n o lo gy o f h igh fruc to se syrup an d so lvin g th e pro blems o f pro c ess c o n tro ls is very sign ific an t.Th e gen eral situatio n o f starc h sugar in dustry,th e develo pmen t h isto ry,th e types,th e c h arac teristic an d th e pro duc tio n o f fruit grape syrup is in tro duc ed briefly in th is paper.Th e en zymatic h ydro lysis an d en zymatic iso mero us tec h n ic is ado pted.Co m starc h,bein g th e raw material,is used fo r th e pro duc tio n o f F55 fruc to se syrup.Co m starc h is c o n verted in to gluc o se by mixin g,in jec tio n in a h igh temperature,liquefac tio n an d sac c h arific atio n th ro ugh do uble en zyme meth o d.Gluc o se is c o n verted in to 42%fruc to se by filtratio n,dec o lo rizatio n,io n v北京化工大学硕士学位论文exc h an ge,evapo ratio n,c o n c en tratio n an d th e immo bilized iso merase.High c o n c en tratio n fruc to se is separated by c h ro mato graph y system fro m F42 fruc to se purified.F55 fruc to se syrup is o btain ed by mixin g an d c o n fec tin g.Th e pro duc t is prepared fin ally after evapo ratin g an d c o n c en tratio n.In th e design pro c ess,mec h an ized feedin g devic e was sei住design ed,th e o peratio n parameters o f pretreatmen t,liquefac tio n,sac c h arific atio n,iso merism were determin ed th ro ugh a series o f experimen ts.Th e pro c ess plan o f filtratio n,dec o lo rizatio n,evapo ratio n th ro ugh in vestmen t,o peratin g c o sts an d th e advan tages.Th e o peratio n pro c ess o f io n exc h an ge an d c h ro mato graph ic frac tio n atio n were studied in detail.Th e material balan c e o f system was c alc ulated in detail.Th e parameter o f pro duc t was also disc ussed briefly.Sametime,en ergy c o n sumptio n an d o th er c o st were examin ed,an d c o mpared with th e best value in th e in dustry.Th e pro duc tio n pro c ess in th e design is in dustry leader an d in tern atio n al first-c lass.KEY WORDS:h igh fruc to se c o m syrup,fruc to se,F55VI北京化工大学硕士学位论文目录第一章概论.11.1 淀粉糖工业的简介.11.1.1 淀粉糖.11.1.2 淀粉糖的分类.21.1.3 淀粉糖的性质.21.2 果葡糖浆.31.2.1 果糖的简介.31.2.2 果葡糖浆.41.2.3 果葡糖浆的特点.51.2.4 果葡糖浆的用途.71.3 国内外果葡糖浆的发展概况.71.3.1 果葡糖浆工艺的发展.71.3.2 果葡糖浆产业的发展.91.4 本课题研究的意义和内容.10第二章 F55果糖工艺流程设计.122.1投料.122.2液化.132.1.1液化简介.132.1.2工艺方案.152.3糖化.172.3.1 简介.172.3.2工艺参数.182.4过滤.192.4.1 简介.192.4.2工艺方案.212.5脱色.222.5.1活性炭简介.222.5.2工艺方案.232.6离子交换.242.6.1 简介.242.6.2工艺方案.25VII北京化工大学硕士学位论文2.7异构.282.7.1异构酶简介.282.7.2 异构.292.7.3工艺方案.292.8色谱分离.322.8.1分离系统简介.322.8.2工艺方案.332.8.3影响分离系统操作的外部因素.342.9蒸发浓缩.342.9.1 简介.342.9.2工艺方案.352.10辅助装置.372.10.1反渗透系统.372.10.2溟化锂机组.372.11工艺改进及创新.382.11.1机械投料装置.382.11.2优化改进液化工艺.402.11.3活性炭再生装置及废气回收利用.40第三章成品指标、物料平衡及生产能力检测.423.1成品指标.423.2物料平衡.433.3生产能力检测.443.3.1 产能.443.3.2原、辅料消耗指标.453.3.3能源消耗指标.453.3.4排放指标.463.3.5循环水指标.463.3.6主要装置考核标准.46第四章结论.49参考文献.51致谢.51研究成果及发表的学术论文.51作者及导师简介.51VIII北京化工大学硕士学位论文ContentsChapter 1 Introduction.11.1 Review o f starc h sugar in dustry.11.1.1 starc h sugar.11.1.2 Classific atio n o f starc h sugar.21.1.3 Nature o f starc h sugar.21.2 High fruc to se c o m syrup.31.2.1 Review o f fruc to se.31.2.2 High fruc to se c o m syrup.41.2.3 Ch arac teristic s.51.2.4 Usin g o f h igh fruc to se c o m syrup.71.3 Review o f h igh fruc to se c o m syrup.71.3.1 Th e develo pmen t o f th e pro duc tio n pro c ess.71.3.2 Th e develo pmen t o f th e in dustry.91.4 Sign ific an c e an d c o n ten t.10Chapter 2 Designed the production process of F55.122.1 Pretreatmen t.122.2 Liquefac tio n.132.2.1 In tro duc tio n.132.2.2 Pro c ess plan.152.3 Sac c h arific atio n.172.3.1 In tro duc tio n.172.3.2 Pro c ess parameters.182.4 Filtratio n.192.4.1 In tro duc tio n.192.4.2 Pro c ess plan.212.5 Dec o lo rizatio n.222.5.1 In tro duc tio n.222.5.2 Pro c ess plan.232.6 Io n exc h an ge pro c ess.242.6.1 In tro duc tio n.242.6.2 Pro c ess plan.25IX北京化工大学硕士学位论文2.7 Iso merism.282.7.1 In tro duc tio n.282.7.2 Iso merism.292.7.3 Pro c ess plan.292.8 Ch ro mato graph ic frac tio n atio n.322.2.1 In tro duc tio n.322.2.2 Pro c ess plan.342.8.3 Fac to rs o f separatio n system.342.9 Evapo ratio n c o n c en tratio n.352.9.1 In tro duc tio n.352.9.2 Pro c ess plan.362.10 Auxiliary devic e.372.10.1 Reverse o smo sis.372.10.2 Th e LiBr abso rptio n c h iller.382.11 Advan c ed tec h n o lo gy.392.11.1 Feedin g devic e.392.11.2 Optimized an d impro ved liquefac tio n pro c ess.402.11.3 Ac tivated c arbo n regen eratio n.40Chapter 4 System material balance,indicators and Test ofproduction capacity.423.1 In dic ato rs.423.2 System material balan c e.433.3 Test o f pro duc tio n c apac ity.443.3.1 Capac ity.443.3.2 Co n sumptio n o f raw,auxiliary material.453.3.3 Co n sumptio n o f en ergy.453.3.4 Blo wo ff.463.3.5 Circ ulatin g water.463.3.6 Th e stan dard o f main equipmen t.46Chapt er 6 Conclusion.49References.51Acknowledgements.53Research production.54Author and Tutor brief introduction.55x北京化工大学硕士学位论文符号说明DE 葡萄糖值，%DS 干基含量，%F42 果糖含量（干基中）为42%的果葡糖浆F55 果糖含量（干基中）为55%的果葡糖浆F90 果糖含量（干基中）为90%的果葡糖浆Be 波美度，表示溶液浓度的一种方法BV 离交柱或分离柱中树脂床的体积MVR 机械压缩式蒸发器，Mec h an ic al Vapo r Rec o mpressio nSSMB 顺序式模拟移动床，用于色谱分离糖化组份 糖化液中还原糖（主要为葡萄糖）占总糖的百分比，%XI北京化工大学硕士学位论文第一章概论近年来，淀粉的应用越来越广泛，早已不再单一的作为一种主食而存在，在淀粉 众多工业应用中，淀粉制糖工业是一个重要方面。当今工业发达的国家都相当重视淀 粉制糖工业，其中，美国作为世界年产玉米第一大国，每年有超过65%的玉米被用于 用来制作淀粉糖，其制作工艺一直处于世界领先地位。据统计，2010年，美国淀粉制 糖产量达1500万吨；日本虽然每年本土玉米产量不高，但是仍然进口大量玉米用于 生产淀粉糖。中国作为世界玉米、薯类等产量大国，有丰富的原料生产淀粉，20世纪 90年代起开始大力发展淀粉制糖工业川，但不论是产量、质量还是制作工艺，同发达 国家相比，仍然存在不小的差距，所以，研究并优化淀粉糖制造工艺并将其应用于大 规模的工业生产具有重要的意义。1.1 淀粉糖工业的简介1.1.1 淀粉糖以淀粉为原料，生产出来的糖品统称为淀粉糖。淀粉被制成糖品以后，被人体食 用，能够起到供给甜味和热能的双重作用，这是人们更好利用淀粉的体现。中国古代就开始制糖并且技术非常纯熟，天工开物中，对“制饴”的方法就 有详细记载，这里“饴”便是古人对糖的称呼。1811年，德国化学家柯乔夫在用淀粉制造胶黏剂的过程中，用酸过度，产生了低 粘度具有甜味的澄清液体，这种液体就是糖浆，他开启了酸法水解淀粉制造糖品的先 河，但是当时人们对糖的需求主要还是甘蔗糖，所以当时并未大规模的研究并且应用 于工业生产。19世纪末，开始有大量的研究人员开始探索制造结晶葡萄糖，但是，当时人们对 葡萄糖几种异构体之间是如何相互转化、葡萄糖的结晶规律都不甚了解，依旧采用蔗 糖的结晶方法，所以并未使大规模工业化生产结晶葡萄糖成为现实。20世纪20年代，美国人牛柯克采用冷却结晶法，即用30%湿晶种结晶无水a-葡 萄糖，世界各国才开始大规模生产结晶葡萄糖，这种方法一直沿用到现在。1940年左 右，随着淀粉酶制剂的发展，美国开始采用酸酶合并糖化来生产淀粉糖。1960年，日本开始用a淀粉酶和葡萄糖淀粉酶生产葡萄糖，从此，双酶法制糖 开始被普遍应用。19世纪60年代末，日本科学家从白色链霉菌中分离出异构酶，并 将其利用到果葡糖浆的生产中；20世纪70年代，随着异构酶固定化技术和色谱分离技术在大力发展，制糖工业 的工艺和技术有了突破性的革新。北京化工大学硕士学位论文1.1.2 淀粉糖的分类以淀粉为原料制作糖品的历史悠久，类别众多。按照组成成分，可分为果葡糖浆、麦芽糖类、葡萄糖等。1.葡萄糖（液态）：将淀粉水解成都控制在特定范围，按适当比例混合的糖浆（其 中包括葡萄糖、麦芽糖和低聚糖），混合糖浆的还原性与其水解程度成正比。通常，在生产过程中我们以葡萄糖值（Dextro se Equivalen t,简称DE值）来衡量淀粉水解程度,并且按照淀粉水解程度可分为高（DE值在50%70%）、中（DE值为30%50%）、低（DE值30%）以下3大类。中等转化糖浆在工业生产中上产量最大、应用最广的。2.果葡糖浆：经过精制以后，得到的高纯度无色糖化液经过异构酶异构化反应，其中一部分葡萄糖转变成果糖，因此异构之后得到混合糖浆（它的主要成分为葡萄糖 和果糖），在进行精制，最后蒸发浓缩得到高品质果葡糖浆成品。第一代果葡糖浆，主要的生产年代为20世纪60年代，其干物为71%；组分：果糖42%（干基计），葡萄 糖53%，低聚糖5%。第二、三代果葡糖浆出现于20世纪70年代末期，此时淀粉 糖工业中开始应用一种新的分离技术，即模拟移动床，应用这种技术可得果糖含量达 94%的糖液，F94和其他糖品适当混合，可以得到果糖含量分别为55%和90%的产 品，前者干物为77%,组分55%（果糖，以干基计）；后者干物为80%,组分90%（果 糖,干基计）。3.结晶葡萄糖：淀粉经过完全水解，再由特定的工艺处理即可得到结晶葡萄糖。它又称为全糖，在工业生产中，不同的工艺会对其纯度造成较大的影响。其基本工艺 为：淀粉经过液糖化工序转变为糖化液，再经脱色、除杂，得高纯度无色糖化液，再 经浓缩，得到成品。其中不同的结晶工艺得到的产品不同：冷却结晶（结晶罐），为 含水a-葡萄糖；真空罐结晶（较高温度），为无水0-葡萄糖；真空罐中结晶，条件为 常温时，为无水a-葡萄糖。4.麦芽糖浆：由于糖浆中麦芽糖含量较高（40%90%）而得名，是淀粉经过适 度水解得到的糖浆，糖分组成主要是麦芽糖、糊精和低聚糖。1.1.3 淀粉糖的性质淀粉糖类别繁多，各类别之间的性质存在很大差异，如甜度、吸潮性和保潮性、胶黏性、保藏性、稳定性等等。实际应用中，要根据不同的需要，采用不同类别的淀 粉糖。其性质如下：1.甜度糖液浓度是影响甜度的主要因素，浓度与甜度成正比。不同糖类之间差异很大，例如糖液浓度较低时，葡萄糖的甜度低于蔗糖；浓度增高时，两者差异减少，浓度为 40%时，甜度相等。其次，甜度还与糖液转化程度有关，转化程度越高，甜度越高。此外，当两种或者几种糖液相互混合时，甜度会比单种糖液甜度要高。2.结晶性质2北京化工大学硕士学位论文各种糖品结晶性质相差甚远，比如蔗糖、葡萄糖都易于结晶，但前者晶体大，后 者晶体细小；果糖难结晶。结晶还与糖的应用有关，例如，工业生产糖果时仅用蔗糖，还不会得到成品糖果，向其中添加适量的淀粉糖浆即可。此外，在蔗糖中加入一定量 的淀粉糖浆可以冲淡甜度，使糖果甜味温和。3.溶解度溶解度因糖种类不同而不同。其中果糖最高，蔗糖次之、再次葡萄糖。葡萄糖的 溶解度较低，过高的浓度会导致葡萄糖液析出葡萄糖结晶。工业上，为避免这种情况 的发生，储存葡萄糖液时，其需要保持在含量42%（干基）以下。同理，高转化糖浆存 储时保持葡萄糖35%40%；果葡糖浆的质量分数保持在71%左右。4.吸湿性和保湿性糖内食品由于其存储特性、应用范围等特点，吸湿性与保湿性存在较大差异。例 如，硬糖果为防止长时间存储的过程中融化，需要较低的吸湿性，应该选用蔗糖、低 转化糖浆；而软糖果由于口味独特，则需要保持一定的水分，生产过程中应使用高转 化糖浆和果葡糖浆。所有糖品中，吸湿性最高的是果糖。5.黏度淀粉糖浆的黏度较高，但黏度与淀粉的转化程度成反比，所以葡萄糖黏度较蔗糖 低，由于这种特性，可应用于多种食品中，提高可口性和稠度。6.渗透压力糖液的浓度过高，强渗透压力会带走菌体水分，进而抑制微生物的生长。虽然糖 种类导致渗透压差距很大，但渗透压力与淀粉转化程度成正比。7.发酵性酵母能发酵分子量很小糖，比如单糖，但对大分子量的糖品无法进行代谢，如低 聚糖。需要发酵的食品，比如面包；不需要发酵的食品，比如果酱等。淀粉糖浆的发 酵程度其转化程度成正比。因此，发酵程度高的低聚糖浆和葡萄糖广泛的用于面包的 生产过程中。8.化学稳定性葡萄糖、果糖，化学稳定性低（因为两者均具有还原性），最主要的表现为，温 度升高时，易分解生成有色物质；当有含氮物质存在时，也会反应生成有色物质。在 pH29时，蔗糖极易受热分解生成有色物质，这是因为其不具有还原性，但pH在4-6 时，化学稳定性高。综上可以看出，淀粉糖浆（尤其转化程度较低的）因在酸性环境 中保存。1.2 果葡糖浆1.2.1 果糖的简介3北京化工大学硕士学位论文自然界甜度最高的甜品就是果糖，下表1.1列举了几种典型糖品的甜度，其中 DE表示葡萄糖值。表几种典型糖品的甜度Table 1-1 Sweetn ess o f several typic al Sugar种类相对甜度蔗糖100葡萄糖70葡麦糖浆(DE42)50果葡糖浆(F-55)110果糖180麦芽糖50果糖广泛存在于各种水果汁中，故名果糖，其风味一直深受人们青睐。18世纪 50年代，法国科学家Dubrun faut发现并确定了它的结构。果糖为六碳糖，化学式为C6H2。6,其中第二个碳原子中含有C=O结构。果糖有 4种同分异构体，分别为B-D-六环果糖、a-D-六环果糖、B-D-五环果糖和a-D-五环果 糖，在水溶液中，它们之间的转化处于平衡状态。自然界中，果糖以化合物和游离状 态两种形式存在。果糖熔点为102-104C,密度为67.1Kg/L(18),在pH为3.3时最稳定；溶解度 上，果糖较蔗糖和葡萄糖高；黏度反之(同一浓度)；果糖的吸潮性高，但其吸潮达 到0.7%时，黏度会大幅上升，储存果糖时要注意；果糖热稳定性很低，所以其结晶困 难。此外，果糖有两个非常重要的特性，一是与其它种类的糖一起使用时，甜味有互 补作用；二是其果糖在人体的代谢过程中不受胰岛素控制，适用于糖尿病或者胰岛功 能有损伤的患者食用。果糖与葡萄糖互为同分异构体，其主要差别就是结构中C=O的位置，前者在C2 上，而后者在Ci上。两者经过异构反应能发生相互转变，这种异构化反应是可逆的。虽然弱碱性环境能使这种反应发生，但是这种由碱催化的异构反应会产生其它糖类，如甘露糖，所以工业上采用的是异构酶来催化果糖与葡萄糖之间的异构反应。1.2.2 果葡糖浆果葡糖浆又称高果糖浆，是近20年来才发展起来的一种新型的甜味剂，其风味 独特、深受人们的喜爱。目前，果葡糖浆需求在不断增加，应用广泛程度也在增加。与此同时，对其质量的要求也越来越严格。果葡糖浆是淀粉经过水解成为葡萄糖后，再经过葡萄糖异构酶的作用网，制成的由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖浆。国际 上一般根据果葡糖浆中果糖含量(占干物质的百分率)将其划分为3种，即F42、F55 和F90,这3种果葡糖浆的成分及一些相关信息如下表1.2o4北京化工大学硕士学位论文表1-2 3种果葡糖浆糖分表Table 1-2 Co mpo sitio n o f th ree kin ds h igh fruc to se c o m syrup糖分F42F55F90果糖/%425590葡萄糖/%53427低聚糖/%533浓度/%717780相对甜度100110140黏度(27)/Pa s0.260.671.1储存温度（C）35 4025-3018251.2.3 果葡糖浆的特点果葡糖浆目前应用越来越广泛，主要原因是其独特的性质，下面针对果葡糖浆的 独特性质做了简单地介绍。1.甜味甜味，即甜度和风味。前者指程度，后者指口味。在目前的甜味衡量中，规定蔗 糖的甜度为100,以此为基准，果糖为150；果葡糖浆（F42）为90100。在甜度比 较实验中，保持其他条件-致，其中，糖液浓度为15%时，测试结果表明果葡糖浆与 蔗糖的甜度相同。果葡糖浆的属于果糖与葡萄糖混合糖浆，两者能协同增效，因此果葡糖浆的甜味 独特，能够大幅度提升和改善食品、饮料等口感，降低异味，如苦味等。若在果葡糖 浆中加入一定量蔗糖，甜度能增加三成，并且口味更好。在糖精制备工艺中，加入少 量的果葡糖浆，能明显增加甜味，同时还有掩盖糖精苦味的效果。果葡糖浆在口味、性质、组成成分与天然果汁十分相似（水果汁中的糖分主要也 是果糖和葡萄糖），味觉甜度高于白砂糖等常用甜味剂。2.果糖溶解度高糖类中，果糖的溶解度最高，并且随着温度的升高呈指数上升趋势。但是，葡萄 糖溶解度比蔗糖还低，随温度上升的速度比比果糖要慢。甜味食品如果酱、蜜饯类等能保存很长时间，就利用了糖具有高溶解度这一特性,糖浓度大于70%时，细菌生长即遭到大幅度抑制。蔗糖浓度大于70%时容易结晶，并 且流动性较差，不能满足要求，而果葡糖浆可以。3.果糖的冷甜特性果糖溶液中，同时存在两种结构的果糖，即a型和B型。低温条件下。型向a型 转化，同时。型的甜度是a型三分之一，因此，果糖的甜度与温度有成反比关系，温 度低于40时尤为明显。基于这种特性，果葡糖浆被广泛用于冷饮等夏季甜品中，如：5北京化工大学硕士学位论文冰淇淋、碳酸饮料、冰棒等。4.果糖的抗结晶性果糖的抗结晶性优异，强于蔗糖果，某些对流动性要求较高的 甜品均可使用果糖35.果糖保湿性果糖的保湿型良好，果糖在物理形态上可描述为为无定形单糖，空气中的水分极 易被其吸收，这种特性使得果糖具有优异的保湿和耐燥能力，糕点等甜品正是利用果 糖这一性质长时间保持特定造型。6.果葡糖浆果葡糖浆在发酵性上表现出色，强于蔗糖，因此工业应用上采用的是果葡糖浆。果葡糖浆中的两种主要成分葡萄糖和果糖均属于单糖，可以作为碳源被酵母菌快速吸 收利用，导致工业发酵过程的速度变快，产气多，这种工艺做出的食品结构蓬松。7.果葡糖浆渗透压大如上述，果葡糖浆中的两种主要成分，葡萄糖和果糖均属于单糖，分子量小，导 致渗透压强于大分子物质。蜜饯、果脯在工业生产过程，有一道工序称为糖渍，渗透 压大可以有效缩短糖渍时间。同时，高渗透压还可以对食品起到防腐保鲜作用，因为 微生物菌体在高渗透压环境下生长遭抑制。8.果葡糖浆的抗制齿性对口腔中的微生物来说，果糖不是合适的碳源，对其吸收利用较差，能有效保护 牙齿上的玦琅质，避免发生幽齿。9.代谢的特性人体最重要糖类来源是葡萄糖，并且只有葡萄糖和果糖能被人体吸收利用。蔗糖 为在食用后必须经过体内相关酶类的转化才能被吸收。作为果葡糖浆的主要成分，果 糖和葡萄糖可被人体直接吸收利用，对于消化能力较弱人群非常适用。10.化学稳定性葡萄糖、果糖，化学稳定性低(因为两者均具有还原性)，最主要的表现为，温 度升高时，易分解生成有色物质；当有含氮物质存在时，也会反应生成有色物质。在 pH29时，蔗糖极易受热分解生成有色物质，这是因为其不具有还原性，但pH在4-6 时，化学稳定性高。综上可以看出，淀粉糖浆(尤其转化程度较低的)因在酸性环境 中保存。1.2.4果葡糖浆的用途(1)饮料中的应用：果葡糖浆具有越冷越甜这一特性，所以被广泛用于冷饮，比如 碳酸饮料等夏季常用饮料。同时添加果葡糖浆，可使冷饮爽口，风味好；透光优异，无色无味。(2)在面包中的应用：面包、糕点制作的过程中，能最大程度的发挥果糖的发酵性、焦化性及保湿性；温度升高时，果葡糖浆与含氮物质发生美拉德反应，烘烤后的面包 6北京化工大学硕士学位论文表面就会呈现出金黄色，美观的同时风味也很可口；同时由于果葡糖浆具有优异的保 湿性，所以有效延长面包的保鲜及保质期。(3)在冷食品中的应用：虽然果葡糖浆随着温度降低甜味增加，使得其非常适合应 用于冷饮，比如冰棒、冰淇淋。但在冷饮规模生产过程中，并不能全用果葡糖浆，还 要添加其他糖品，因为果糖冰点较高，并且冷冻效果不好。用于其他清凉饮料，低温 下饮用，风味独特，广受喜爱。(4)在水果罐头中的应用：果葡糖浆具有较强的渗透压，优于其他淀粉糖类，能够 锁住水果的果汁及味道。果葡糖浆的优异性能也增加了水果罐头加工过程的稳定性，并且不受加工过程中周围环境，如pH的影响。(5)在医疗保健上的应用；a、药用糖浆：果糖和葡萄糖被人体食入后，不需要长时间复杂的消化过程，就 被人体吸收利用，这利于病人的治疗。咳必清、枇杷露等均加入了果葡糖浆。b、保健食品：果葡糖浆有优异的抗踊齿性能，因此可以加工为甜味保健食品；不改变口味的同时，还能有效降低患艇齿等口腔疾病的风险。(6)在蜜饯果酱中的应用：由于高浓度果葡糖浆具有极高渗透压，因此制作蜜饯的 过程中，适量加入果葡糖浆，能有效缩短生产时间。再适量加入蔗糖，生产出的蜜饯 色泽鲜明。1.3 国内外果葡糖浆的发展概况1.3.1 果葡糖浆工艺的发展工业化生产果葡糖浆时间不长，但是其制作工艺却飞速发展，日新月异。从最初 工业化生产开始，有两种制备工艺被广泛的使用，一是蔗糖水解，经过后续工艺的处 理，制备果葡糖浆，另一种就是利用葡萄糖和果糖之间的异构反应将葡萄糖转化为果 糖，制备出果葡糖浆。1.3.1.1 蔗糖水解制备果葡糖浆蔗糖是双糖，它由一个D-葡萄糖单元和一个D-果糖单元组成，理论上来说，当 其水解时，会生成等量的葡萄糖和果糖。按照水解反应的催化剂和催化形式的不同，可将这种制备方法分为3种。(1)酸法：这种方法出现于20世纪20年代，至今仍然有工厂在使用这种方法。其 工艺为：在50%的蔗糖溶液中加入一定量的盐酸，同时对溶液加热，让蔗糖在一定温 度和pH下发生水解反应，最后加碱中和。这种方法工艺、设备和操作要求简单，但 是有大量的低聚糖和色素等杂质产生，精制成本相当高。(2)酶法：将60%的蔗糖溶液用柠檬酸调节pH到4.5左右，加入蔗糖转化酶，用 量100g/t,反应温度保持在55C,12h内，水解转化即可完成。这种方法制备的果葡 7北京化工大学硕士学位论文糖浆精制成本较低，但是，蔗糖转化酶价格高，同时酶促反应不彻底，现在一般很少 用于工业化生产。（3）阳离子树脂法：蔗糖溶液中含有微量阳离子杂质，在糖液与阳离子树脂相接触 时，发生离子交换，树脂中H+被置换出来，游离于糖液中，催化蔗糖转化；同时，未 被置换出来的If也能起到催化作用，但是速度较慢。此法易操作，反应条件温和，产 品的色值较低，但是对糖液预处理要求高，否则会大大降低阳离子树脂使用寿命。1.3.1.2异构法制备果葡糖浆果糖和葡萄糖互为同分异构体，经过异构反应可以相互转化，根据催化剂和催化 形式的不同，也可以这种方法分为两类。（1）碱法：即用碱作为催化剂催化葡萄糖转化为果糖，这种方法的果糖转化率一般 为21%27%o由于在碱性环境下，葡萄糖还会转化生成其他种类的糖，因次，这种 方法会导致10%15%的糖分损失。这种方法简便易操作，但是糖分损失大，后续精 制相当困难，因此早已被淘汰。（2）异构酶法：此法是当今果葡糖浆工业化生产首选方法。将葡萄糖异构酶固定在 载体上，使一定浓度的葡萄糖液流经酶床即可。此法工艺、设备、操作简单；可实现 连续生产；产品质量稳定，产量高而副产物极少。二十世纪八九十年代，果葡糖浆主要用红薯淀粉制备，其简易工艺流程如下：淀 粉（由红薯制成）-调浆（即配制淀粉乳）-糖化-中和-脱色-过滤-树脂处理-蒸发-异构 化-脱色-树脂处理-蒸发-成品。调浆：在投料罐内加入适量水，加入红薯淀粉，同时进行均匀搅拌，待淀粉加 入完毕后，继续加水使淀粉乳达到规定浓度（40%）,然后将淀粉乳pH值调节至1.8（加入盐酸）。糖化：浓度配制好的淀粉乳，用泵输送至糖化罐；糖化罐进料完毕后，打开蒸 汽阀，将压力维持在2.8千克/平方厘米3-5分钟。碘试合格后方可进行下一步操作，即中和。中和：糖化液由泵输送至中和专用中间罐，加入定量废炭（作助滤剂），同时 进行搅拌，在此过程中，缓慢加入浓度为10%碳酸钠溶液，定时检测糖液的pH值，当pH为4.6-4.8时，糖液开始出料，糖液经过密闭过滤机变成澄清糖液，随即经过换 热器冷却至60,在输送至下一工段。脱色：上一工段的糖液进入脱色中间罐，缓慢定量加入活性炭，同时进行搅拌一 然后再经过密闭过滤机，滤出清液输送至下一工段。树脂交换：脱色工序产生的滤清液经过离子交换柱进行精制。糖液通过，阳 阴邛日-阴四个树脂滤床后，在出料储罐内调节pH值至3.9-4.5o蒸发：经过离子交换精制的糖液，利用泵送至蒸发进料罐，利用降膜式蒸发器 浓缩至。42%-50%左右，即可出料，在此过程中，保持蒸发效体温度在85一下，以 8北京化工大学硕士学位论文防止糖浆变色。异构：浓缩后糖浆流经装有固定化异构酶的异构柱，反应温度控制在55-60C,柱顶进料