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、低聚果糖生产第四章酶法淀粉糖（双酶法液化糖化）生产技术

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

酸液 a-淀粉酶高温酸解冷却、中和过滤、精制浓缩葡萄糖浆浓缩葡萄糖浆淀粉淀粉液化糖化过滤、精制糖化酶淀粉糖的生产路线（酶法和酸法）

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。

a-淀粉酶 麦芽糖、麦芽三糖、低聚糖液化直链淀粉 a-淀粉酶麦芽糖、葡萄糖、糊精支链淀粉液化 • 2. α-淀粉酶的水解反应

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。

葡萄糖苷酶 糖化糊精、直链淀粉葡萄糖 2. 葡萄糖苷酶的水解反应

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。

β-淀粉酶 糖化淀粉麦芽糖、糊精 2. β-淀粉酶的水解反应

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α-1，6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。

脱支酶 脱支支链淀粉、糊精麦芽糖 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。

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。

葡萄糖异构酶 异构化葡萄糖果糖 2. 葡萄糖转移酶的转移反应

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。）

a-淀粉酶 淀粉乳液化糖化沉淀脱色压滤离子交换糖化酶葡萄糖浆浓缩 2.双酶法制备葡萄糖的工艺流程

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：

4.工艺过程检测指标 ● 葡萄糖含量 ● DE值 ● 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 酸法间歇液化法催化剂酸酶法半连续液化法高压蒸汽酶法喷射液化法低压蒸汽水解动一次加酶力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。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

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

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.

第四章 酶法淀粉糖（双酶法液化糖化） 生产技术