淀粉制糖工艺教学内容市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第1页第四章第四章淀粉制糖工艺淀粉制糖工艺教教 学学 内内 容容 1、淀粉水解糖制备方法 2、淀粉酸水解工艺 3、酶解法制糖工艺 4、糖化 第2页谷谷氨氨酸酸和和味味精精生生产产工艺工艺 就当前情况而言，发酵工业所用原料作以淀粉或糖质为主，而许多微生物并不能直接利用淀粉。比如，在以糖质为原料发酵生产氨基酸过程中，几乎所有氨基酸生产菌都不能直接利用（或只能微弱地利用）淀粉和糊精。一样在酒精发酵过程中，酵母菌也不能直接利用淀粉或糊精，这些淀粉或糊精必须经过水解制成淀粉糖以后才能被酵母菌所利用。另外，在抗生素、有机酸、有机溶剂以及酶制剂发酵过程中，大都也要求对淀粉进行加工处理以提供给微生物可利用碳源。当然有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但这一过程必须在微生物分解出胞外淀粉酶类以后才能进行，过程非常迟缓，致使发酵过程周期过长，实际生产上无法被采用。玉米淀粉、谷物、马铃薯、木薯淀粉淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖（C6H10O5)n+nH2O n C6H12O6酸或酶第3页一、淀粉水解糖制备方法 葡萄糖值葡萄糖值-DE值值 工业上用DE值（也称葡萄糖值）表示淀粉糖糖组成。糖化液中还原糖含量（以葡萄糖计算）占干物质百分率称为。还原糖含量DE值 =100%干物质含量 用于制备淀粉原料主要有薯类、玉米、小麦、大米等富含淀粉农产品。依据原料淀粉性质及采取催化剂不一样，淀粉水解为葡萄糖方法有酸解法、酶解法以及酸酶结正当等三种。1、酸解法、酸解法 又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖方法。优点:P46缺点第4页酶解法是利用专一性很强淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖方法。酶解法可分为两步：第一步，利用-淀粉酶将淀粉液化；第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖深入水解转化为葡萄糖。生产上这两步分别称为液化和糖化。因为在该过程中淀粉液化和糖化都是在酶作用下进行。所以酶解法又称为双酶法或多酶法。2、酶解法、酶解法第5页 缺点酶解法是在酶作用下进行，反应条件较温和，不需要耐高温高压或 而酸腐蚀设备；酶作为催化剂特点是专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高；可在较高淀粉乳浓度下水解。如酸解法普通使用10-12Bx（含18%-20%淀粉）淀粉乳，而酶解法可用2023Bx（含34%-40%淀粉）淀粉乳，而且能够采取粗原料。用酶解法制得糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液充分利用。酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋白质，易引发糖液过滤困难。当然，伴随酶制剂生产及应用技术提升，酶解法制糖将逐步取代酸解法制糖。优点第6页3、酸酶结正当、酸酶结正当酸酶结正当是集中了酸解法和酶解法制糖优点而采取生产方法，它又可分为：酸酶法 酶酸法看书看书2分钟，回答下列问题分钟，回答下列问题分别说说适用范围分别说说适用范围二、淀粉酸水解工艺 1、酸水解法原理、酸水解法原理2、酸水解工艺、酸水解工艺第7页1、酸水解法原理、酸水解法原理淀粉结构式：包含跳过淀粉蓝糊精红糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖水解过程：水解过程中存在三大化学反应：复合二糖 复合低聚糖 水解淀粉 葡萄糖 5-羟甲基糖醛 有机酸、有色物质132第8页CH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOOHOCH2OHOHOOH直链淀粉(15-25%)支链淀粉(75-85%)返回返回麦芽糖 纤维二糖-1,4 异芽糖 龙胆二糖-1,6 第9页1、水解反应（C6H10O5)n+nH2O n C6H12O6酸影响水解反应速度常数k几个原因 k=N 1）为催化剂活性系数催化剂HClH2SO4H3PO4HACHBrHI值10.5-0.520.30.0251.72.5各种酸值 说出结论说出结论P482）N为酸摩尔浓度P493）为多糖水解性常数多糖种类棉花淀粉木材稻草半纤维素蔗糖值14002.0-2.510-400100第10页4）为水解温度不一样温度下淀粉水解反应速度常数 温度119133138143k值0.1250.4700.7701.200结论：淀粉水解所用催化剂种类、浓度、反应温度均对水解反应速度有很大影响，是我们在水解过程中必须注意主要原因。2、葡萄糖复合反应2C6H12O6 C12H22O11+H2O 酸和热 复合反应中两个葡萄糖分子经过复合反应聚合成二糖时，并不是经过1，4-糖苷键聚合成为麦芽糖，而主要是经由1，6-糖苷键聚合成异麦芽糖或经由1，6-糖苷键聚合成龙胆二糖。当然此复合反应是可逆，复合糖能够再水解变成葡萄糖。第11页影响复合反应原因：糖浓度、酸种类、温度等 1000100淀粉乳浓度（干淀粉%）糖液纯度（%）4001.0复合糖量（%）HClHAcH2SO4酸浓度（mol/l)从表中可看出结论：P50第12页3、葡萄糖分解反应葡萄糖（失水）5-羟甲基糠醛 +甲酸 氨基酸 腐植质（色素）试验结果证实：试验结果证实：1）5-羟甲基糠醛 是产生色素根源 2）色素生成量随葡萄糖浓度增加而增加（从P52表中可看出）3）PH值等于3时，色素生成量最小（从P51表中可看出）酸法水解淀粉过程中，因为反应温度、压力过高，时间过长，葡萄糖受酸和热影响发生分解反应，生成5-羟甲基糠醛，因5-羟甲基糠醛性质不稳定，又可深入分解生成乙酰丙酸、蚁酸等物质，而这些物质又能本身相互聚合，或与淀粉中所含其它有机物质相结合，产生色素。第13页1）酸法糖化工艺流程P52图4-3淀粉淀粉盐酸盐酸蒸汽蒸汽水水调浆调浆糖化糖化冷却冷却中和脱色中和脱色压滤压滤滤渣滤渣糖液糖液活性炭活性炭Na2CO32、酸水解工艺、酸水解工艺 淀粉酸水解工艺是依据淀粉在水解过程中水解反应和复合反应规律性来决定。在制订工艺条件时既要确保淀粉彻底水解，到达较高葡萄糖量，又要尽可能降低葡萄糖复合、分解反应发生程度，另外，还要符合目标产物发酵条件，符合发酵工艺实际情况。淀粉乳淀粉乳第14页2）水解条件选择及其控制 淀粉质量 酸水解对淀粉质量要求 P53表淀粉乳浓度选择 酸种类和用量 淀粉乳浓度（BX）2624222019181716DE值89.1789.2789.9291.191.392.7792.8193.01浓度控制在18-19 BX各种酸催化作用利弊普通用HCl 用量为淀粉量0.5%-0.8%从表中可看出第15页问题酸法水解淀粉中，加酸方法有哪几个，其中哪一个很好，为什么？看书几分钟，回答下列问题将全部酸一次投入淀粉浆中，泵入糖化锅；将全部酸用水稀释，先放入锅内，再泵入粉浆进行糖化；将部分酸（如1/3左右）用水稀释放入锅内，其余酸放入粉浆中，再泵入糖化锅糖化。水排气蒸汽淀粉调浆槽 糖化锅炉盐酸计量器第16页糖化温度、压力和时间 A、淀粉水解是用蒸汽直接加热来进行，温度与淀粉水解速度成正比B、因为生产中常以压力控制条件，当糖化锅内不存在不凝性气体时，温度与压力为同一指标，如表4-12所表示：水解温度水解温度水解温度水解温度反应压力（反应压力（反应压力（反应压力（MpaMpaMpaMpa）1191191331331381381431430.100.100.200.200.250.250.300.30第17页 结论：结论：依据实践经验，采取高温、短时间、蒸汽 压力0.25-0.40Mpa C、掌握糖化终点，控制糖化时间，是十分主要。0DE值糖化时间 糖化时，怎样确保整锅糖液有最高葡萄糖值，即怎样确保糖化液质量最好、纯度最高？问题第18页淀粉中含蛋白等杂质对糖液质量影响 糖化终点控制和检验 淀粉淀粉蓝糊精蓝糊精红糊精红糊精无色糊精无色糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖碘碘蓝紫色蓝紫色蓝色蓝色红色红色无色无色无色无色无色无色无水酒精无水酒精不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶微溶微溶溶溶问题 淀粉原料中可能含有哪些杂质，它们存在对制得糖液质量和酸催化作用有影响吗？为何？糖化时，为何须须严格控制终点？怎样检验糖化终点？问题第19页参看工艺流程提问3小题3）水解糖液水解糖液中和中和、脱色脱色和和过滤过滤 中和 A、中和目标？B、中和剂？C、中和过程终点PH值怎样确定？D、中和PH值过高或过低会产生什么结果？E、糖液中和温度能过高吗？生产中普通控制在多少温度？第20页脱色 过滤 4）酸水解制糖过程实例 图4-4 为某味精厂直接加热连续糖化酸水解工艺当前国内淀粉酸水解糖化工艺基本上还属于间歇单罐糖化法 A、为何 要对糖液进行脱色处理？B、工业上常采取什么脱色剂？A、说说过滤目标？B、工业上常采取什么过滤设备？复习酸水解制糖工艺流程第21页酸水解糖化工艺流程酸水解糖化工艺流程P57图4-412345678910水纯碱水活性炭排气排气冷却水蒸汽淀粉1，4-调浆槽 2-糖化锅炉 3-冷却罐 5-过滤机 6-糖液暂贮罐7-糖液贮罐 8-盐酸计量器 9-水力喷射器 10-水槽针对工艺提问第22页图4-5 为CPR式连续糖化流程图而日本和欧美一些国家很多工厂已采取连续糖化法 软水排气蒸汽淀粉硫酸水淀粉乳贮罐淀粉乳调整槽硫酸稀释罐粗滤器定量泵蒸汽喷射加热器维持罐蛇管控制阀分离器分离器贮罐等压管流量计压力表温度计第23页间歇式与连续式糖化方式比较间歇式与连续式糖化方式比较连续式糖化与简歇式糖化相比含有不少优点，请看：间歇式间歇式连续式连续式设备投资对淀粉质量要求操作糖化温度糖化时间蒸汽量产品质量v糖化罐较贵v可用不一样质量淀粉v简单v134-144度v15-30 minv较多v糖化不均匀，易产生分解反应v蛇管加热器及计量器较贵v要求淀粉质量较稳定v操作条件确定后，比较简单v144-151度v10-15 minv比间歇式少二分之一v产品质量均匀，分解产物少第24页 由酸法水解工艺可知，以淀粉为原料应用酸水解法制备糖液，因为需要高温、高压和催化剂，会产生一些不可发酵性糖及其一系列有色物质，这不但降低了淀粉转化率，而且生产出来糖液质量差。自60年代以来，国外在酶水解理论研究上取得了新进展，使淀粉水解取得了重大突破，日本率先实现工业化生产，随即其它国家也相继采取了这种先进制糖工艺。酶解法制糖工艺是以作用专一性酶制剂作为催化剂，所以反应条件温和，复合和分解反应较少，所以采取酶法生产不但可提升淀粉转化率及糖液浓度，而且还可大幅度地改进了糖液质量，是当前最为理想、应用最广制糖方法。三、三、酶解法制糖工艺酶解法制糖工艺 酶解法优点第25页1、淀粉酶解法两个步骤、淀粉酶解法两个步骤 酶 水解位置 水解次序 水解产物液化 淀粉酶 1，4糖苷键 无先后次序 葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 异麦芽糖、低聚糖糖化 糖化酶 1，4和1，6 从非还原性 葡萄糖 糖苷键 末端开始第26页淀粉糊化 是指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，相互接触变成糊状液体，即使停止搅拌，淀粉也不会再沉淀现象。因为淀粉颗粒结晶性结构对酶作用抵抗力非常强,不能使淀粉酶直接作用于淀粉,而需要先加热淀粉乳,使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其结晶性结构。2、淀粉液化条件及液化程度控制、淀粉液化条件及液化程度控制1）淀粉糊化与老化 淀粉结构式第27页糊化温度 发生糊化现象时温度称为糊化温度，普通来讲，糊化温度有一个范围。不一样淀粉有不一样糊化温度 举例：玉米、马铃薯、木薯、小麦等淀粉老化 分子间氢键已断裂糊化淀粉又重新排列形成新氢键过程，也就是复结晶过程。影响老化原因：P59 老化弊端：填空：填空：老化程度能够经过冷却时结成来表示。试比较玉米、马铃薯、木薯、小麦淀粉老化程度难易。第28页液化方法分类示意图P60P60图图4-64-6水解动力催化剂机械力机械液化法酸酶催化酶催化酸解酸酶法酸法酶法升温方式不一样加酶方法不一样酶耐温性不一样原料粗细不一样精制淀粉液化法淀粉原料直接液化法中温酶法高温-中温酶法高温酶法三次加酶液化法两次加酶液化法一次加酶液化法喷射液化法半连续液化法（高温液化法、喷淋法）间歇液化法（直接升温法）喷射器型式高压蒸汽喷射液化法低压蒸汽喷射液化法2）液化方法与选择 第29页两次加酶喷射液化工艺两次加酶喷射液化工艺（DDS企业）P62图4-12酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽问题1、比较酸法液化与酶法中喷射液化法？2、说说喷射液化基本条件和优点？3、说说两次加酶好处。P63试验表明，可大大降低糖液粘度，便于糖液过滤。配料罐喷射液化器保温罐95-97145二次液化罐第30页3、低压蒸汽喷射液化工艺及条件、低压蒸汽喷射液化工艺及条件1）工艺流程调浆-配料-一次喷射液化-液化保温-二次喷射-高温维持-二次液化-冷却-（糖化）两次加酶喷射液化工艺两次加酶喷射液化工艺（DDS企业）P62图4-12酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽配料罐喷射液化器保温罐95-97145二次液化罐第31页 在配料罐内，将淀粉加水调浆成淀粉乳，用Na2CO3调PH，使PH值处于5.0-7.0之间，加入0.15%氯化钙作为淀粉酶保护剂和激活剂，最终加入耐高温-淀粉酶，料液经搅拌均匀后用泵打入喷射液化器，在喷射器中出来料液和高温蒸汽直接接触，料液在很短时间内升温至95-97，今后料液进入保温罐保温60min，温度维持在95-97，然后进行二次喷射，在第二只喷射器内料液和蒸汽直接接触，使温度快速升至145以上，并在维持罐内维持该温度3-5min左右，彻底杀死耐高温-淀粉酶，然后料液经真空闪急冷却系统进入二次液化罐，将温度降低到95-97，在二次液化罐内加入耐高温-淀粉酶，液化约30min，用碘呈色试验合格后，结束液化。两次加酶喷射液化工艺两次加酶喷射液化工艺（DDS企业）P62图4-12酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽配料罐喷射液化器保温罐95-97145二次液化罐第32页工艺特点：利用喷射器将蒸汽喷射入淀粉乳薄膜，在短时间内经过喷射器快速升温145，完成糊化、液化，使形成“不溶性淀粉颗粒”在高温下分散，数量也大为降低，从而使所得液化液既透明又易于过滤，淀粉出糖率也高，同时采取了真空闪急冷却，增高了液化液浓度。问题1、在液化过程中为何要加入氯化钙，浓度为多少？2、淀粉液化约多少时间？液化温度多少？2）淀粉液化条件对酶反应影响 淀粉颗粒状态问题液化前，为何得先加热淀粉乳？第33页PH值与温度10009PH酶活力（%）a-淀粉酶与PH关系100090酶活力（%）a-淀粉酶活力与温度关系PH=5.7670从表中可看出 结论：P64参看工艺回答下列问题1、酶解包含哪两个步骤，分别用何种酶，水解有没有先后次序？2、液化前，为何得先加热淀粉乳？3、说说最正确液化温度和PH？第34页金属离子总之：总之：P65P653）液化程度控制 问题问题淀粉液化过程中，其液化气程度高好还是低好，为何？淀粉液化目标？液化终点控制方法?淀粉液化程度？不一样起源酶对热稳定性与不一样液化结束后，为何要进行灭酶处理，怎样操作？淀粉淀粉蓝糊精蓝糊精红糊精红糊精无色糊精无色糊精麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖碘碘蓝紫色蓝紫色蓝色蓝色红色红色无色无色无色无色无色无色无水酒精无水酒精不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶不溶微溶微溶溶溶看书5分钟回答以下问题第35页四、糖化 100072糖化时间/h葡萄糖DE（%）不一样用酶量糖化曲线ABCD 糖化是利用糖化酶（也称葡萄糖淀粉酶）将淀粉液化产物糊精及低聚糖深入水解成葡萄糖过程。酶 水解位置 水解次序 水解产物液化 淀粉酶 1，4糖苷键 无先后次序 葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 糖化 糖化酶 1，4和1，6 从非还原性 异麦芽糖、低聚糖、葡萄糖 糖苷键 末端开始淀粉结构式1、糖化酶作用过程中应考虑几个问题、糖化酶作用过程中应考虑几个问题酶用量标准：酶活力低，液化液浓度高，用量则多，反之则少。生产用量：30%淀粉，80-100单位/克淀粉。第36页100072糖化时间/h葡萄糖DE（%）糖化曲线葡萄糖复合反应温度和PH值因酶不一样而不一样，如曲霉糖化酶，温度为60度，PH4.0-5.0。问题：在大生产中，为何选取较高温度、较低PH值糖化很好？其它加入能水解-1，6糖苷键-1，6糖苷键葡萄糖苷酶；长并选取较高糖化PH（6.0-6.2）问题问题影响复合反应程度原因有哪些？问题：为预防葡萄糖复合反应发生，可采取何种办法？第37页2、糖化工艺条件及控制、糖化工艺条件及控制 糖化是在一定浓度液化液中，调整适当温度与PH值，加入需要量糖化酶制剂，保持一定时间，使溶液到达最高葡萄糖值。工艺过程工艺过程以下：液化-糖化-灭酶-过滤-贮糖计量-发酵 液化结束后，快速将液化液用酸将PH调至4.2-4.5，同时快速降温至60度，然后加入糖化酶，保温数小时后，用无水酒精检验无糊精存在时，将料液PH调至4.8-5.0，同时加热到90度，保温30分钟，然后将料液温度降低到60-70度时开始过滤，滤液进入贮糖罐备用。问液化时PH值和温度各为多少？作用？糖化酶糖化罐液化液第38页17532蒸汽淀粉碱液氯化钙-淀粉酶糖化酶双酶法制糖工艺流程图双酶法制糖工艺流程图P67图4-17水回流14656117108 91213141516181-调浆配料槽 2，8-过滤器 3，9，14，17-泵 4，10-喷射加热器 5-缓冲器 6-液化层流罐7-液化液贮罐 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机 16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽第39页总结问题说说酸水解法、酸酶法和酶水解法三种不一样水解工艺优劣？20050温度（C）粘度(pas)不一样水解工艺与糖化液粘度关系全酶酸酶酸 从制得水解糖液粘度来看，以酶解法为最低，酸解法最高，如图4-18所表示。从水解糖液质量、原料利用率、糖收得率、耗能及对粗淀粉原料适应情况来看，以酶解法最好，其次是酸酶法，酸法最差。从淀粉水解整个过程所需时间来看，酸法最短，酶法最长。第40页Thank youThank you！ENDEND第41页