淀粉水解糖和糖蜜模板.pptx

微生物发酵工程微生物发酵工程2v二糖二糖低聚糖低聚糖葡萄糖葡萄糖淀粉淀粉水解糖水解糖v工业上，将淀粉水解成葡萄糖的过程称为淀粉的糖化。工业上，将淀粉水解成葡萄糖的过程称为淀粉的糖化。一、淀粉水解糖的制备一、淀粉水解糖的制备3v 发酵用淀粉水解糖的发酵用淀粉水解糖的要求要求：还原糖含量要高，不：还原糖含量要高，不含糊精；外观要洁净，透明，呈淡黄色；不可变质。含糊精；外观要洁净，透明，呈淡黄色；不可变质。v 制备淀粉水解糖的原料主要有玉米，小麦，大米制备淀粉水解糖的原料主要有玉米，小麦，大米和薯类等。和薯类等。4水解水解适度适度控制控制蛋白量蛋白量新新鲜洁净质量量5方法方法酸解法酸解法酶解法酸酶结合法6v水解不完全水解不完全：浪费，逃液，染菌。：浪费，逃液，染菌。v水解过度水解过度：产生羟甲基糠醛，进而形成类黑素，不仅产生羟甲基糠醛，进而形成类黑素，不仅浪费浪费，而且而且抑制菌体抑制菌体生长。生长。v淀粉原料中淀粉原料中蛋白蛋白含量含量过多过多，当糖液中和，过滤时除去当糖液中和，过滤时除去不彻底，会引起发酵不彻底，会引起发酵逃液和染菌逃液和染菌。1.淀粉水解糖对发酵的影响淀粉水解糖对发酵的影响7v葡萄糖的理论收率：葡萄糖的理论收率：111%指指标标实际实际收率收率葡萄糖值葡萄糖值淀粉淀粉转化率转化率v2.淀粉制糖过程中考察的指标淀粉制糖过程中考察的指标8葡萄糖的理论收率 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 162 18 180 理论收率是111.11%葡萄糖的实际收率 糖液体积(V)糖液葡萄糖含量(c)投入淀粉量(m)淀粉含量(c)100%实际收率=9 淀粉转化率糖液体积(V)糖液葡萄糖含量(c)投入淀粉量(m)淀粉含量(c)1.11100%转化率=10 DE值：葡萄糖值，工业上用DE值表示淀粉的水解程度或糖化程度。还原性糖浓度()干物质浓度()糖液相对浓度(d)100%DE值值 =11 DX值：糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。葡萄糖浓度()干物质浓度()糖液相对浓度(d)100%DX值 =DE值和DX值的区别：糖液中葡萄糖的含量稍低于葡萄糖值，因还有少量的还原性低聚糖存在。随糖化程度的升高，二者的差别减少。12（一）淀粉酸水解法v以酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉转化为葡萄糖的以酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉转化为葡萄糖的方法。方法。v优点优点：生产简单，方便，水解时间短，设备生产能力大。生产简单，方便，水解时间短，设备生产能力大。v缺点缺点：要求特殊设备；易产生副反应；对原料要求高，要求特殊设备；易产生副反应；对原料要求高，淀粉颗粒度及浓度均低。淀粉颗粒度及浓度均低。v原理：原理：v淀粉淀粉 各种糊精各种糊精 麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖v 二、不同淀粉水解糖制备方法二、不同淀粉水解糖制备方法13影响水解反应速率的关键因素：影响水解反应速率的关键因素：v温度温度酸的酸的浓度度多糖的多糖的水解常数水解常数酸的种酸的种类因素因素14v淀粉淀粉 羟甲基糠醛羟甲基糠醛 乙酰丙酸乙酰丙酸+蚁酸蚁酸+有色物质等。有色物质等。其它副反应其它副反应缩短反应时间，缩短反应时间，控制反应，控制反应，降低葡萄糖的浓度降低葡萄糖的浓度减减少少15v（二）双酶水解法（二）双酶水解法v 淀粉酶和糖化酶优点优点缺点缺点条件温和，无需特殊设备条件温和，无需特殊设备无副反应，产品纯度高，无副反应，产品纯度高，淀粉转化率高。淀粉转化率高。可在高淀粉浓度下水解可在高淀粉浓度下水解时间长，时间长，设备多，设备多，过滤难过滤难。16 淀粉双酶法制糖工艺主要包括淀粉双酶法制糖工艺主要包括:淀粉的液化和糖化两个步骤。淀粉的液化和糖化两个步骤。（1 1）液化：利用液化酶即）液化：利用液化酶即-淀粉酶，使淀粉水解到糊精和低淀粉酶，使淀粉水解到糊精和低聚糖的程度，粘度降低。聚糖的程度，粘度降低。-淀粉酶切开淀粉的淀粉酶切开淀粉的-1-1，4 4糖苷键，不能切开支链淀粉糖苷键，不能切开支链淀粉的的-1-1，6 6糖苷键。糖苷键。（2 2）糖化：用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）将液化产物进一步彻底）糖化：用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖的过程。水解成葡萄糖的过程。17（三）酸酶结合法（三）酸酶结合法 1、酸酶法：先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，、酸酶法：先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后用糖化酶将其水解为葡糖糖。然后用糖化酶将其水解为葡糖糖。优点：优点：液化快，淀粉乳浓度高，用酸量较少，糖液化快，淀粉乳浓度高，用酸量较少，糖色浅，糖液质量高。色浅，糖液质量高。缺点：缺点：不适合粗淀粉，要求淀粉颗粒小且均匀，不适合粗淀粉，要求淀粉颗粒小且均匀，糖化过程较慢，纯度较双酶法差。糖化过程较慢，纯度较双酶法差。18（三）酸酶结合法（三）酸酶结合法 2、酶酸法：先将淀粉用、酶酸法：先将淀粉用-淀粉酶液化到一定程度，淀粉酶液化到一定程度，然后用酸将其水解为葡糖糖。然后用酸将其水解为葡糖糖。优点：优点：可用粗淀粉，淀粉浓度较酸法高，水解副可用粗淀粉，淀粉浓度较酸法高，水解副反应少，糖色较浅。反应少，糖色较浅。缺点：缺点：液化过程较慢，对糖化设备有要求，对质液化过程较慢，对糖化设备有要求，对质地硬的淀粉效果较差。地硬的淀粉效果较差。19v根据来源的不同，糖蜜分根据来源的不同，糖蜜分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和高甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和高级糖糖蜜等。蜜等。v甘蔗糖蜜含有甘蔗糖蜜含有30%-36%的蔗糖与的蔗糖与20%的转化糖。的转化糖。v甜菜糖蜜含糖分甜菜糖蜜含糖分50%左右，糖蜜中干物质的浓度大，含左右，糖蜜中干物质的浓度大，含5%-12%的胶体物质以及的胶体物质以及10%-12%的灰分。的灰分。v其中的高其中的高级糖蜜是指甘蔗榨汁糖蜜是指甘蔗榨汁(糖糖浆)加入适量的硫酸或用加入适量的硫酸或用酵母的酵母的转化化酶处理，制成理，制成转化糖，化糖，该蜜由于提高了溶解度，蜜由于提高了溶解度，可使糖可使糖浓度提高到度提高到70-85。三、糖蜜的预处理20v此外，此外，还有两种有两种废糖蜜：一种是精制粗糖糖蜜：一种是精制粗糖时所分所分离出的糖蜜，称离出的糖蜜，称为粗糖蜜，另一种是葡萄糖工粗糖蜜，另一种是葡萄糖工业上，不能再上，不能再结晶葡萄糖的母液称晶葡萄糖的母液称为葡萄糖蜜。葡萄糖蜜。如不进行预处理，则微生物无法生长和发酵，如不进行预处理，则微生物无法生长和发酵，故糖蜜在发酵前的预处理非常重要。故糖蜜在发酵前的预处理非常重要。211、糖蜜的产量及利用、糖蜜的产量及利用v1糖蜜的糖蜜的产量量v 废糖蜜，以含糖糖蜜，以含糖(总糖分）糖分）50为标准，准，进行行计算。甘蔗糖蜜的算。甘蔗糖蜜的产量量为所所处理甘蔗量的理甘蔗量的3左左右。甜菜糖蜜的右。甜菜糖蜜的产量量为所所处理甜菜量的理甜菜量的3.5左左右。右。v 我国黄河以北等地区出我国黄河以北等地区出产甜菜，浙、甜菜，浙、闽及两广及两广等地区出等地区出产甘蔗。糖蜜基本是自甘蔗。糖蜜基本是自产自用。自用。22 2.糖蜜的利用糖蜜的利用v目前国内用糖蜜，以工业化规模进行生产的产品目前国内用糖蜜，以工业化规模进行生产的产品有：酒精、丙酮丁醇、柠檬酸、谷氨酸、酵母、有：酒精、丙酮丁醇、柠檬酸、谷氨酸、酵母、甘油、醋酸、乳酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、葡甘油、醋酸、乳酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、葡萄糖酸和抗生素等。另外也用作饲料。萄糖酸和抗生素等。另外也用作饲料。23 3、糖蜜原料的性、糖蜜原料的性质和和组成成v糖蜜的外糖蜜的外观，是一种粘稠、黑褐色、呈半流，是一种粘稠、黑褐色、呈半流动状状的物体。的物体。PH5.5左右。相左右。相对密度密度1.43。v 糖蜜的糖蜜的组成，因制糖原料的种植、成，因制糖原料的种植、贮藏及加工方藏及加工方法等条件的不同而有差异。其一般法等条件的不同而有差异。其一般组成成见表表8-1。各种糖蜜中的糖。各种糖蜜中的糖类组成也不相同。成也不相同。24254、糖蜜的、糖蜜的预处理理v糖蜜的预处理，包括澄清处理和脱钙处理，以及糖蜜的预处理，包括澄清处理和脱钙处理，以及脱除生物素的处理。一般糖蜜原料的谷氨酸发酵脱除生物素的处理。一般糖蜜原料的谷氨酸发酵生产中，所说的预处理，一般是指前两者生产中，所说的预处理，一般是指前两者(即澄清即澄清处理或脱钙处理）而言的。处理或脱钙处理）而言的。v后者的脱除生物素处理，可使生物素过剩的糖蜜后者的脱除生物素处理，可使生物素过剩的糖蜜原料，做淀粉水解糖一样地用于发酵生产谷氨酸。原料，做淀粉水解糖一样地用于发酵生产谷氨酸。26（1）糖蜜的澄清糖蜜的澄清处理理v 1糖蜜澄清处理的目的糖蜜澄清处理的目的v 糖蜜中由于含有大量的灰分和胶体，不但影糖蜜中由于含有大量的灰分和胶体，不但影响菌体营养，也影响谷氨酸的纯度，待别是胶体响菌体营养，也影响谷氨酸的纯度，待别是胶体的存在，致使发酵中产生大量泡沫，也影响谷氨的存在，致使发酵中产生大量泡沫，也影响谷氨酸结晶提炼。因此，糖蜜在投入谷氨酸发酵之前，酸结晶提炼。因此，糖蜜在投入谷氨酸发酵之前，要进行适当的澄清处理。要进行适当的澄清处理。27 2.硫酸处理法硫酸处理法v 糖蜜加水（糖蜜加水（1:1)，再加硫酸，再加硫酸，PH2.0，于，于95-100加加热20Min，以使胶体分解，并促使蔗糖，以使胶体分解，并促使蔗糖转化，也可以在此化，也可以在此时驱除可能存在的有碍于菌体除可能存在的有碍于菌体的的亚硝酸，然后用硝酸，然后用15%右灰乳中和右灰乳中和处理，由于理，由于生成大量的石膏，以及生成大量的石膏，以及钙离子的离子置离子的离子置换作用，作用，可除去大量的可除去大量的钾、钠等金属元素，从而得到澄清等金属元素，从而得到澄清糖液。糖液。28 3石灰处理法石灰处理法v 糖蜜加水糖蜜加水(1:1)，加，加15新新鲜石灰乳，石灰乳，调节PH7.5-7.2，加，加热至至100，煮沸，煮沸30min，使，使胶体破坏，然后以硫酸中和，静置澄清数小胶体破坏，然后以硫酸中和，静置澄清数小时，便得到澄清透明的糖液。便得到澄清透明的糖液。29（2）糖蜜的脱糖蜜的脱钙处理理v 1糖蜜脱钙处理的目的糖蜜脱钙处理的目的v 糖蜜中含有较多的钙盐，影响谷氨酸的结晶提糖蜜中含有较多的钙盐，影响谷氨酸的结晶提取，影响所提取的谷氨酸的纯度，故需进行脱钙取，影响所提取的谷氨酸的纯度，故需进行脱钙处理。处理。30 2脱钙处理的常用方法脱钙处理的常用方法v作为钙质的沉淀剂，通常有作为钙质的沉淀剂，通常有Na2SO3、Na2CO3、Na2SiO3、Na3PO4、草酸和草酸钾等。目前、草酸和草酸钾等。目前常用常用Na2CO3(纯碱纯碱)作为钙盐沉淀剂进行处理。作为钙盐沉淀剂进行处理。31（3）糖蜜中生物素的脱除糖蜜中生物素的脱除处理理v 1脱除糖蜜中生物素的目的脱除糖蜜中生物素的目的v 由于糖蜜中所含生物素量，远远超过了谷氨酸由于糖蜜中所含生物素量，远远超过了谷氨酸生产菌发酵生产谷氨酸时，所需要的生物素量生产菌发酵生产谷氨酸时，所需要的生物素量(亚亚适量适量)，即所谓生物素过剩。因此，糖蜜原料发酵，即所谓生物素过剩。因此，糖蜜原料发酵生产谷氨酸，不能原封不动地采用淀粉水解糖原生产谷氨酸，不能原封不动地采用淀粉水解糖原料的发酵方法。否则，由于生物素过高，会导致料的发酵方法。否则，由于生物素过高，会导致光长菌体，不生产谷氨酸的后果。光长菌体，不生产谷氨酸的后果。32v 因此，作因此，作为糖蜜原料糖蜜原料发酵生酵生产谷氨酸的一种方法，谷氨酸的一种方法，即糖蜜即糖蜜预处理法，即将糖蜜中的理法，即将糖蜜中的过剩生物素脱除，剩生物素脱除，以便像淀粉水解糖原料一以便像淀粉水解糖原料一样地投入谷氨酸地投入谷氨酸发酵。酵。v 脱除糖蜜中的生物素的方法，主要有：脱除糖蜜中的生物素的方法，主要有：活性炭活性炭法、水解活性炭法、水解活性炭处理法、理法、树脂脂处理法、理法、亚硝酸硝酸处理法，以及理法，以及射射线照射法等。照射法等。332活性炭处理法活性炭处理法v为了降低糖蜜中的生物素含量，可以用活性炭吸了降低糖蜜中的生物素含量，可以用活性炭吸附除掉生物素。但此法活性炭消耗量大，多达至附除掉生物素。但此法活性炭消耗量大，多达至糖蜜的糖蜜的30-40。为此，有的在用活性炭吸附之此，有的在用活性炭吸附之前，先加次前，先加次氯酸酸钠，或通入，或通入氯气气处理糖蜜，耗炭理糖蜜，耗炭量可减至量可减至10-20（对全糖全糖）。34 3.水解水解-活性炭处理法活性炭处理法v 国内曾采用盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处国内曾采用盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处理的方法，去掉生物素。经在理的方法，去掉生物素。经在5000L罐上进行多罐上进行多批扩大发酵试验，谷氨酸发酵产量稳定在批扩大发酵试验，谷氨酸发酵产量稳定在4以以上。上。35 4.树脂脂处理法理法v 甜菜糖蜜可用非离子化脱色甜菜糖蜜可用非离子化脱色树脂，脱除生物脂，脱除生物素。素。处理理时，将糖蜜加水及，将糖蜜加水及盐酸，冲淡至酸，冲淡至11.0的糖的糖浓度度(PH2.5)，120，灭菌菌20min，再加，再加NaoH调PH4.0，通入脱色，通入脱色树脂脂(树脂容脂容积与糖与糖重量比例重量比例为1：0.67)交交换柱柱36v然后，将所得溶液然后，将所得溶液调PH7.0，用于，用于调制培养基。制培养基。经乳糖乳糖发酵短杆菌酵短杆菌发酵后，谷氨酸酵后，谷氨酸对糖的糖的转化率化率为51.8。而用不。而用不处理的糖蜜理的糖蜜发酵酵时，谷氨酸，谷氨酸对糖的糖的转化率只有化率只有10.3。37 5亚硝酸处理法亚硝酸处理法v用亚硝酸处理糖蜜，可以破坏生物素。处理时先用亚硝酸处理糖蜜，可以破坏生物素。处理时先将糖蜜稀释至含糖将糖蜜稀释至含糖10-30，再加亚硝酸盐，添，再加亚硝酸盐，添加量依原料中的氨基氮、氨态氮和生物素浓度而加量依原料中的氨基氮、氨态氮和生物素浓度而定，一般为溶液中糖分的定，一般为溶液中糖分的0.5-1.0。38v6射射线法法v在在射射线杀菌的同菌的同时，发现可以降低生物素的含量。可以降低生物素的含量。v例如用例如用2.0Mrad的的剂量的射量的射线照射生物素溶液，照射生物素溶液，可以降低可以降低86的生物素。的生物素。