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第一章 淀粉糖概述

第一节 淀粉糖发展史

淀粉糖是利用淀粉为原料生产糖品总称，产品种类多，生产历史悠久。18德国化学家柯乔夫（Kirchoff）用硫酸处理马铃薯淀粉，原意是制造可能替换阿拉伯树胶用胶粘剂，但酸作用过分，所得产物为粘度很低液体，澄清，含有甜味。柯乔夫经过研究将其制成一个糖浆，放置一段时间后有结晶析出，用布袋装盛，压榨，除去大部分母液，得固体产品，即较为粗糙结晶糖产品。
由淀粉制糖化学反应称为水解反应，完全水解最终产品和葡萄果汁中葡萄糖成份完全相同。这个事实被一位法国化学家沙苏里于18确定。在19世纪初，法国人曾研究用很多个原料制糖，18朴罗斯特试验成功由葡萄汁提制出葡萄糖，葡萄糖名称便由此得来，一直沿用到现在。
19世纪曾有大家从事制造结晶葡萄糖研究，但成就不大，关键是对于葡萄糖多个异构体化学及结晶规律缺乏了解缘故，沿用蔗糖结晶方法，困难很多。淀粉糖生产关键为糖浆和包含糖蜜固体糖，少许结晶葡萄糖产品是用有机溶剂反复结晶而得，纯度也相当高，不过成本高，不能大量生产。
大约于1920年美国人牛柯克（Newkirk）发觉含水α-葡萄糖比无水α-葡萄糖轻易结晶，使用25%-30%湿晶种冷却结晶法轻易控制，所得结晶产品易于用离心机分离，产品质量高，被世界各国普遍采取，现在工业基础上还应用此结晶工艺。
应用麦芽生产饴糖虽已经有很悠久酶法技术，但多年来淀粉酶制剂和技术大发展，促进了淀粉制糖工业大发展。约于1940年美国开始采取酸酶合并糖化工艺生产糖浆，能避免葡萄糖复合和分解反应，产品甜味纯正。约于1960年日本开始用淀粉酶液化和葡萄糖酶糖化双酶法生产结晶糖工艺，并被各国普遍采取，逐步淘汰了酸法制糖工艺。这种双酶法所得糖化液纯度高、甜味纯正，能省去结晶工序直接制成全糖，工艺简单，生产成本低，质量虽不及结晶葡萄糖，但适适用于若干种食品工业应用。
中国淀粉制糖历史悠久。首先发明了利用麦芽和米制糖酶法工艺，麦芽中α-和β-淀粉酶水解淀粉成麦芽糖用作甜味料，产品有糖浆和果糖。因为其温和甜味和特殊风味，约30来一直为大家所喜爱，现在仍在各地普遍生产。利用酶作用专一性，麦芽只是水解米中淀粉，这是直接制糖法，无须先制成淀粉，再用作原料。这种工艺也适于少许制作。很多家庭均自行制作，供给食用。相关科学道理，当初虽不清楚，不过很符合现代发展。和其它国家对比，这些全部是很独特。
淀粉制糖虽开始于中国，但国外发展较快，产量大，尤其是美国、日本等国。美国本是进口蔗糖国家，自从利用自产玉米发展淀粉糖以来，逐年降低蔗糖进口量，已达成自给程度。美国玉米原料丰富，工厂规模大，设备优异，效率高，产品种类多，成本低，促进淀粉糖行业快速发展。中国淀粉糖行业伴随食品行业发展多年来发展较快，生产规模不停扩大，产品种类齐全，多种淀粉糖价格一直低于蔗糖，在很多行业逐步替换蔗糖应用，促进淀粉糖行业发展快速。

ü 习题
² 什么是淀粉糖
² 双酶法制糖有何优点
² 简述淀粉糖发展史

第二节 淀粉糖分类

淀粉制糖产品关键分为以下多个：
一、结晶葡萄糖
用酸法或酶法完全水解淀粉所得葡萄糖液含葡萄糖约95-97%，经精制、浓缩、冷却得一水α-葡萄糖，高温结晶得到无水葡萄糖，更高浓度、温度结晶得无水β-葡萄糖。现在市场上一水α-葡萄糖产量大且应用量广泛，为关键结晶糖产品，其按应用又分为工业级一水葡萄糖、食品级一水葡萄糖及药级一水葡萄糖。
二、淀粉糖浆
淀粉水解反应能控制在一定程度，所得水解液包含葡萄糖、麦芽糖、低聚糖和糊精等。不一样方法工艺可随意变更这些糖品组成，使之含有要求功效特征。这些经不完全转化得到淀粉水解液称为淀粉糖浆，其种类多，放置后不结晶。
按其转化程度可分为多个。DE值小于20，含低聚糖及糊精较多称之为麦芽糊精，通常喷雾干燥成粉末状，其含葡萄糖和麦芽糖极少，微甜或不甜；DE值在20-38之间称之为低转化糖浆；DE值在38-60之间称之为中转化糖浆；DE值在60以上则为高转化糖浆。通常情况下淀粉糖浆浓缩到一定浓度存放，也能够经干燥得脱水糖浆。
按其组分不一样又可将淀粉糖浆分为葡萄糖浆、麦芽糖浆、高麦芽糖浆、超高麦芽糖浆等，其中麦芽糖浆为生产历史最为悠久淀粉糖品，其关键糖分组成为麦芽糖含量约40-50%。。
现在产量最大为中转化糖浆，应用范围广泛，多年来伴随奶粉行业发展麦芽糊精需求量也不停增加。
三、异构化糖浆
将高转化糖浆中部分葡萄糖经异构酶催化而得糖浆为异构化糖浆。通常可将葡萄糖液中42%葡萄糖转化为果糖，得这两种糖混合糖浆称为果葡糖浆。又经用色谱分离技术将这类产品中果糖和葡萄糖分离得糖液含果糖90%以上，再和适量果糖含量为42%产品混合，生产果糖含量分别为55%和90%两种产品。工业上生产三种果葡糖浆分别称为F-42、F-55、F-90。
四、氢化糖浆
经过氢化反应将糖浆中组分变成对应糖醇所得糖浆为氢化糖浆，即糖醇。糖醇是一个多元醇，能够用对应单糖还原生成，如用葡萄糖还原生成山梨醇，用果糖还原生成甘露醇，用麦芽糖还原生成麦芽糖醇等。

ü 习题
² 结晶糖分类有哪些
² 淀粉糖浆按其转化程度分为多个
² 什么是异构化糖浆及氢化糖浆

第三节 淀粉糖性质

不一样淀粉糖品含有不一样甜度及其它功效性质。
一、甜度
不一样淀粉糖品含有不一样甜度。甜度为神经感受，没有科学仪器和标准比较不一样糖品甜度。蔗糖为普遍应用糖品，被选择为标准。蔗糖甜度设为100，多种淀粉糖品相对甜度表示于下（见表1-3-1）。

糖品相对甜度
糖 品
相对甜度
糖 品
相对甜度
蔗糖
100
F-42
100
葡萄糖
70
F-55
110
果糖
180
F-90
140
麦芽糖
50
山梨醇
50
42DE
50
木糖醇
100
62DE
60
麦芽糖醇
90
表1-3-1

糖品甜度受若干原因影响，尤其是浓度。糖液浓度增高则甜度增高，但甜度增高程度不一样糖品间存在差异。葡萄糖溶液甜度随浓度增高程度大于蔗糖。在较低浓度，葡萄糖甜度低于蔗糖，但伴随浓度增高，差异则减小。通常讲葡萄糖甜度毕蔗糖低是指在较低浓度情况下。
淀粉糖浆甜度随转化程度增高而增高。麦芽糊精DE值较低，无甜味或带很微弱甜味。果葡糖浆甜度随异构转化率增高而增高。
二、溶解度
多种糖品溶解度不一样，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖。葡萄糖溶解度较低，室温下葡萄糖溶解度约为50%，过高浓度则葡萄糖将结晶析出。葡萄糖溶于水速度比蔗糖慢很多，不一样葡萄糖异构体之间也存在差异。设蔗糖溶解速度为1.0，无水β-葡萄糖、无水α-葡萄糖、一水α-葡萄糖溶解速度分别为1.40、0.55、0.35。
三、结晶性
蔗糖易于结晶，晶体能长很大。葡萄糖也很易于结晶，但晶体细小。果糖难结晶。糖浆则是葡萄糖、低聚糖、糊精混合物，不能结晶，并能预防蔗糖结晶。这种结晶性质差异对应用相关系。生产硬糖果不能单独使用蔗糖，单独使用蔗糖生产硬糖易碎，得不到坚韧、透明产品。在制作硬糖时加入30-40%42DE值糖浆能有效预防蔗糖结晶。
四、吸潮性和保潮性
吸潮性是指在较高空气湿度下吸收水分性质。保湿性是指在较高湿度下吸收水分和在较低湿度下散失水分性质。一水α-葡萄糖在相对湿度60%以上吸收水分，湿度增高，吸收水分增快，水分含量达成15-18%时晶体开始溶化。（见表1-3-2）
含水葡萄糖吸潮性
时间（D）
25℃吸收水分（%）
相对湿度62.7%
相对湿度81.8%
相对湿度98.8%
1
0.04
0.62
4.68
3
0.04
2.04
4.68
7
0.04
5.15
8.61
11
—
—
15.02
17
0.38
9.70
21.78
20
—
—
—
26
—
—
28.43
30
0.43
9.62
33.95
40
—
—
—
50
0.79
9.77
42.82
60
1.07
9.60
—
70
1.74
9.60
—
表1-3-2
无水α-葡萄糖吸潮性很强，吸收水分后向含水α-葡萄糖转变，若是无水α-葡萄糖晶体表面上附着微量十分细小含水结晶糖，则其吸收水分速度愈加快。此种性质可用于制作干燥剂，如香料工业将香料溶液和快速吸水葡萄糖混合，葡萄糖吸收水分转变成含水晶体，使产品呈干燥粉末状。
不一样种类食品对于糖品吸潮性及保潮性要求不一样。硬糖果需要吸潮性低，避免潮湿天气吸收水分造成溶化，所以用蔗糖或中低转化糖浆为宜，吸潮性强糖品不易使用。但软糖则需要保持一定水分，避免在干燥天气变干，应使用高转化糖浆和果葡糖浆为宜。果糖吸潮性是多种糖品中最高。
葡萄糖经氢化生成山梨醇含有良好保潮性质，作为保湿剂广泛应用于食品、烟草、纺织、日用具等行业，效果好于甘油。
五、渗透压力
较高浓度糖品能够抑制很多个微生物生长，糖藏是一个关键保留食品方法，假如酱、蜜饯等。这是因为糖液渗透压力使微生物菌体内水分被吸走，生长受到抑制。糖液渗透压力随浓度增高而增大。单糖渗透压力高于二糖两倍，因为在相同浓度下，单糖分子数量等于二糖两倍。葡萄糖和果糖全部是单糖，比蔗糖含有较高渗透压力和食品保藏效果。
不一样微生物受糖液抑制生长性质存在差异。50%蔗糖溶液能抑制通常酵母生长；抑制细菌和霉菌生长则需要较高浓度，分别为65%和80%。有多个酵母菌和霉菌能耐高浓度糖液，比如，蜂蜜有时也会败坏，这是因为一个对糖液抵御力强酵母作用结果。
果葡糖浆糖分组成为葡萄糖和果糖，全部是单糖，渗透压力较高，储存性好，不易感染细菌而败坏。
六、粘度
葡萄糖和果糖粘度较蔗糖低。淀粉糖浆粘度较高，相同浓度淀粉糖浆粘度伴随DE值降低而升高，应用于多个食品中，可利用其粘度，提升产品稠度和可口性。水果罐头、果汁饮料中应用淀粉糖浆以增高器稠度。雪糕类冷冻食 品中应用糖浆，尤其是低转化糖浆及麦芽糊精，提升其粘稠性，使其更为可口。
利用酸法及酶法生产糖浆因其组分有差异，其粘度也不一样，通常说相同DE值糖浆，利用酸法生产其粘度小于利用酶法生产糖浆。
七、冰点降低
糖溶液冰点降低程度决定于其浓度和相对分子质量大小。浓度高，相对分子质量小，冰点降低多。葡萄糖冰点降低程度高于蔗糖。淀粉糖浆冰点降低程度因转化程度而不一样，转化程度增高，冰点降低多。
八、化学稳定性
葡萄糖、果糖和淀粉糖浆全部含有还原性，在中性和碱性条件下化学稳定性低，受热易分解生成有色物质，也易和蛋白质类含氮物质起焦化反应产生棕黄色焦糖，含有特有风味，这种反应称为“焦化”。焦化反应对有些食品是有利，对有些食品是不利。糖品这种性质被称为焦化性质。蔗糖不含有还原性，在中性和微弱碱性情况下化学稳定性高，但在PH值9以上受热易分解成有色物质。蔗糖也不易和含氮物质起反应产生有色物质。食品通常是偏酸，淀粉糖品在酸性情况下稳定。葡萄糖在PH3最稳定，果糖在PH3.3最稳定。
面包和糕点等烘焙食品应用果葡糖浆，在烘焙过程中生成焦黄色外壳，风味很为可口。果糖焦化性比葡萄糖强。
生产硬糖果，颜色愈浅愈好，这就需要使用热稳定性较高糖品，如中转化糖浆、麦芽糖浆等。麦芽糖热稳定性较高，高麦芽糖浆更适适用于糖果生产。用中转化糖浆生产硬糖果，熬糖温度通常为130℃，用高麦芽糖浆可提升熬糖温度至155℃。氢化糖浆热稳定性更高，和含氮物质共热也不变色。和相等转化程度一般糖浆对比，这种氢化糖浆含有较高甜度和较低粘度。
九、发酵性
酵母能发酵葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖等，但不能发酵较大分子低聚糖和糊精。有食品需要发酵，如面包、糕点等；有食品则不需要发酵，如蜜饯、果酱等。糖浆中发酵成份为葡萄糖和麦芽糖，其量随转化程度增高而增高。（见表1-3-3）
十、抗氧化性
糖溶液含有抗氧化性，有利于保持水果风味、颜色和维生素C，不致因氧化反应而发生改变。这是因为氧气在糖溶液中溶解量较水溶液中低缘故。应用糖溶液可降低维生素C氧化反应10-90%，其氧化程度随糖溶液浓度、PH和其它条件而不一样。

淀粉糖浆发酵糖分
葡萄糖值
发酵糖量/%（干物质）
36
34.8
42
41.5
54
53.4
62
70.0
64
76.0
71
82.0
葡萄糖
100
表1-3-3

ü 课后习题
² 淀粉糖有哪些性质
² 淀粉糖吸潮性及保潮性对其应用有何意义
² 淀粉糖为何能够抑制微生物生长
² 焦化反应对食品生产有何利弊

第二章 CCR淀粉糖概述

CCR淀粉糖车间始建于1997年，引进欧洲优异生产工艺及设备，试车投产，主产品一水结晶葡萄糖、麦芽糊精、葡萄糖粉、葡萄糖浆及麦芽糖浆，副产品母液。一期设计年产结晶糖3万吨；年产麦芽糊精2.5万吨；年产糖浆2万吨。进行二期扩建，结晶糖年产量增加至10万吨；糊精产品年产量增加至5万吨；糖浆产量增加至4万吨。
CCR淀粉糖生产采取双酶法制糖工艺。糊精生产线可生产4-42DE范围内麦芽糊精及葡萄糖粉，依据用户要求生产不一样标准产品，生产过程及食品安全要求严格，产品关键销往国外及高端食品行业；糖浆生产线可生产多种DE值要求葡萄糖浆及麦芽糖浆并可依据用户要求严格控制产品组分；一水结晶葡萄糖生产线引进欧洲优异技术，采取连续结晶、连续分离工艺，生产产品质量稳定。
CCR淀粉糖生产控制采取西门子企业自控系统PCS7.0，实现生产过程全自动化，其含有集中管理、分散控制、友好人机界面等特点，并含有高度稳定性和可靠性。在PCS集散控制系统中集成了欧洲赛力事达企业专利技术PSF控制系统，实现一键开启，生产过程自动次序控制，极大降低人工成本并确保生产过程稳定、产品质量优良。

结晶糖生产工艺简图：

糖浆生产工艺简图：

麦芽糊精生产工艺简图：

ü 习题
² CCR淀粉糖有哪些种类
² CCR淀粉糖主产品生产能力是多少
² 画出CCR主产品生产工艺简图

第三章 液化糖化生产工艺

第一节 淀粉性质

淀粉为葡萄糖聚合体，即多聚葡萄糖，在合适条件下水解淀粉，经过完全水解反应100份淀粉生成111份D-葡萄糖，没有其它单糖生成，这个事实证实，淀粉是由D-葡萄糖组成多糖。葡萄糖分子式为C6H12O6，依据水解生成葡萄糖化学增重关系，组成淀粉分子葡萄糖单位是C6H10O5，所以淀粉分子式即为（C6H10O5）n，n为一个不定数，表示淀粉分子是由很多个葡萄糖单位组成。为区分于游离葡萄糖C6H12O6，常称C6H10O5为葡萄糖单位，即缩水葡萄糖单位。严格意义上讲淀粉分子式应该是（C6H12O6）（C6H10O5）n，因尾端一个葡萄糖单位并没有脱去水，但因为n数值很大，这个误差很小，为简便起见，用（C6H10O5）n表示淀粉分子。
淀粉经过不完全水解反应生成葡萄糖、麦芽糖和麦芽低聚糖等。依据这些低聚糖结构能决定淀粉分子中葡萄糖单位间键结构。用酶法水解淀粉生成麦芽糖量可高达70-80%，用醋酸酐和硫酸处理淀粉得α-和β-麦芽糖八醋酸酯，产率达40%。这种事实表明，麦芽糖是淀粉分子组成部分，淀粉分子中葡萄糖单位间键结构应该和麦芽糖分子相同。麦芽糖结构为两个六环葡萄糖单位经由α-1，4键连接而成二糖，为4-O-α-D-六环葡萄糖基-D-六环葡萄糖。所以淀粉分子中葡萄糖单位也是六环结构，关键经由α-1，4键连接而成。葡萄糖分子中C1碳原子羟基被替换衍生物称为糖苷，这个键称为糖苷键。在淀粉水解产物中还有少许异麦芽糖生成。异麦芽糖是两个葡萄糖单位经由α-1，6糖苷键连接，这表明在淀粉分子中还有少许α-1，6糖苷键。
淀粉分子中葡萄糖单位是α-或β-型，也可由变旋光现象决定。在D-型糖中，α-糖含有较高右旋光性，β-糖含有较低右旋光性。在多糖分子中单糖若为α-型，水解后游离出来α-型含有较高右旋光性。α-型逐步向β-型转变，比旋光度逐步降低。若单糖为β-型，则水解后游离出来β-型逐步向α-型转变，比旋光度逐步上升。由多糖水解液比旋光度改变可情况可决定在多糖分子中单糖是α-型或β-型。淀粉水解液比旋光度逐步降低，表明葡萄糖是α-D-型。淀粉分散在若干种介质中含有高右旋光性也表明葡萄糖为α-D-型。
玉米淀粉由直链淀粉及支链淀粉组成，由α葡萄糖经过α-1，4糖苷键连接形成链状分子结构为直链淀粉结构（见图3-1-1），由α-1,6糖苷键和主链连接结构为支链淀粉结构（见图3-1-2）。淀粉中直链淀粉和支链淀粉含量因品种不一样而不相同（见表3-1-1），玉米淀粉中直链淀粉含量约为26%，而蜡质淀粉中不含直链淀粉，全部为支链淀粉。在淀粉水解工艺中水解直链淀粉和支链淀粉所使用酶制剂也不相同。

图3-1-1 图3-1-2

多种淀粉中直链淀粉含量
淀 粉
直链含量（%）
淀 粉
直链含量（%）
玉米
26
糯米
0
粘玉米
0
小麦
25
高链玉米
70-80
大卖
22
高粱
27
马铃薯
20
粘高粱
0
甘薯
18
米
19
木薯
17
表3-1-1

淀粉不溶于冷水，混于冷水中，经搅拌成乳状悬浮液，称为淀粉乳。若停止搅拌，则淀粉颗粒缓慢下沉，经一定时间后，淀粉沉淀于下部，上部为清水。淀粉不溶解于冷水是因为其相对密度较水大缘故。若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。温度继续上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积几倍到几十倍。因为颗粒膨胀，晶体结构消失，体积胀大相互接触，变成半透明粘稠状液体，虽停止搅拌，淀粉再也不会沉淀，这种现象称为糊化，生成粘稠液体为淀粉糊，发生糊化现象温度称为糊化温度。
多种淀粉糊化温度不一样，是因为其颗粒结构强度不一样缘故。同一个淀粉，颗粒大小不一样，其糊化难易程度也不相同，较大颗粒轻易糊化。通常见糊化开始温度和糊化完成温度表示糊化温度，玉米淀粉开始糊化温度为64℃，糊化完成温度为72℃。
淀粉颗粒在加热过程中膨胀，可分为三个阶段。在第一阶段，颗粒吸收少许水分，体积膨胀很小，淀粉乳粘度增高也少，若冷却、干燥，所得淀粉颗粒性质和原来无区分。加热到糊化温度，则第二阶段开始，颗粒忽然膨胀很多，体积增大数倍，吸收大量水分，很快失去偏光十字，淀粉乳粘度大为增加，透明度也增高，而且一小部分淀粉溶于水中，淀粉乳变成淀粉糊。继续加热，则开始第三阶段，颗粒膨胀成无定形袋装结构，更多淀粉溶于水中。多种淀粉颗粒在糊化过程中膨胀程度不一样，其中玉米淀粉膨胀程度较小。
淀粉糊化后粘度急剧增高，而且随温度上升增高很快，达成最高值以后，继续加热，保持一定温度则粘度下降，若停止加热，冷却后粘度又上升。热糊粘度通常称为淀粉糊热粘度，其最高值称为最高粘度。在继续加热期间下降程度称为粘度热稳定性，下降幅度小，热稳定性高。
淀粉糊放置一定时间后则变混浊，最终沉淀，这种凝结沉淀现象称为“凝沉”。这种凝结是直链淀粉分子间经由氢键结合成束状结构而使溶解度降低。若加紧冷却速度，尤其是对较高浓度淀粉糊，直链淀粉分子来不及排列成束状结构，而结合成凝胶体结构，有如冷凝果胶或动物胶溶液。
凝沉现象是因为直链淀粉分子结合作用产生，粘玉米不含直链淀粉就没有凝沉性质，热糊冷却后仍能保持流动性，既不生成沉淀，也不结成凝胶体。多种淀粉热淀粉糊冷却后，其凝沉程度和所得凝胶体强度存在差异，其中玉米淀粉凝沉程度很强，结成高强度凝胶体。
ü 习题
² 什么是直链淀粉和支链淀粉
² 什么是淀粉糊化
² 什么是淀粉凝沉现象
第二节 淀粉酶分类及作用机理

酶是生物催化剂，含有促进化学反应发生作用，能作用于淀粉酶总称为淀粉酶。
酶含有高效性。酶催化反应和通常催化反应不一样，它能够在常温常压和温和酸碱度下高效进行。1个酶分子在1分钟内能引发数百万个底物分子转化为产物，酶催化能力比通常催化剂催化能力大1000万倍到10万亿倍。
酶含有专一性。一个酶只能催化一个或一类物质反应，即酶是一个仅能促进特定化合物、特定化学键、特定化学改变催化剂。
酶是一个蛋白质。酶本身能被水解蛋白质蛋白质水解酶分解而丧失活力。
淀粉糖行业所使用淀粉酶按应用关键分为液化酶、葡萄糖酶、麦芽糖酶、脱支酶，淀粉酶全部属于水解酶，能水解淀粉分子中葡萄糖苷键。工业上便是利用酶这种性质生产淀粉糖品。
液化酶：淀粉液化酶水解淀粉分子中α-1，4糖苷键，生成产物还原尾端葡萄糖单位C1碳原子为α-构型，又称α-淀粉酶。α-淀粉酶不能水解淀粉分子中α-1,6葡萄糖苷键，但能越过此键继续水解。α-淀粉酶水解淀粉分子中α-1,4键，水解早期速度较快，庞大淀粉分子断裂成较小分子。当淀粉分子中α-1,4键约有0.1%被水解后，则被断裂成约相当于原来分子大小1/100。伴随淀粉分子急速变小，淀粉乳粘度急速降低。α-淀粉酶水解淀粉是从分子内部进行，水解中间地位α-1,4糖苷键，没有规律，随机作用，此种由分子内部进行水解酶称为“内切酶”，而葡萄糖酶及麦芽糖酶水解淀粉全部是从分子尾端进行，不能从分子内部进行，此种酶称为“外切酶”。α-淀粉酶水解支链淀粉方法和直链淀粉相同，α-1,4键被水解前后没有一定次序。α-淀粉酶不能水解支叉地位α-1,6键，此键仍留在水解产物中，α-淀粉酶能够越过α-1,6键继续水解其它α-1,4键，但α-1,6键存在对于水解速度有降低影响，所以α-淀粉酶水解支链淀粉速度较直链淀粉慢。
葡萄糖酶：葡萄糖酶属于外切酶，水解淀粉从分子非还原尾端进行，水解α-1,4糖苷键使一个葡萄糖单位分离产生葡萄糖。葡萄糖酶也能水解α-1,6糖苷键，但水解速度很慢。
麦芽糖酶：麦芽糖酶能水解α-1,4葡萄糖苷键，不能水解α-1,6糖苷键，遇此键水解停止，不能越过继续水解。水解由淀粉分子非还原性尾端开始，水解相隔α-1,4键产生麦芽糖，属于β-构型，故麦芽糖酶也成为β-淀粉酶。β-淀粉酶属于外切酶，水解不能从分子内部进行，其水解产物只有麦芽糖，没有其它糖类生成。
脱支酶：起源于假单胞杆菌和酵母异淀粉酶能够水解支链淀粉分子中处于支叉地位α-1,6糖苷键，使支叉结构断裂，称为脱支酶。异淀粉酶只能水解支叉地位α-1,6糖苷键，对于直链结构中α-1,6糖苷键却不能水解。但由产气杆菌、中型肠杆菌、葡萄球菌分离普鲁蓝酶既能水解支叉结构中α-1,6糖苷键，又能水解链结构中α-1,6糖苷键。应用异淀粉酶或普鲁蓝酶和葡萄糖酶合并糖化能大大提升糖化率，糖化液中葡萄糖含量高，有利于生产葡萄糖应用。应用异淀粉酶或普鲁蓝酶和麦芽糖酶合并水解，能使支叉开裂，使麦芽糖酶继续水解，大大提升麦芽糖产率，有利于生产麦芽糖浆应用。（见图3-2-1、表3-2-1）

图3-2-1

不一样淀粉酶比较

液化α淀粉酶
麦芽糖酶
葡萄糖酶
水解α-1,4葡萄糖苷键
能
能
能
水解α-1,6葡萄糖苷键
不能
不能
能
超出水解α-1,6键继续水解
能
不能
能
水解产物C1碳原子构型
α
β
β
水解方法
内切
外切
外切
粘度降低
快
慢
慢
碘着色力消失
快
慢
慢
还原糖生成
慢
快
快
表3-2-1
酶催化反应中反应物称为底物。酶和底物反应过程中生成络合物，这种中间体通常是不稳定。酶和底物结合含有很强专一性，也就是对底物含有严格选择性，即使底物分子结构稍有改变，酶也不能将其转变为产物。这种关系能够比方为锁和钥匙关系，在酶蛋白表面存在一个和底物结构互补区域，互补本质包含大小、形状和电荷。假如1个分子结构能和这个模板区域充足互补，那么它就能和酶相结合，当底物分子上敏感键正确地定向到酶催化部位使，底物就有可能转变为产物。酶和底物分子形成络合结构后充足作用，将底物分子水解释放出去，1个反应完成后，酶分子本身立即恢复原状，继续下一反应。（见图3-2-2）

图3-2-2
酶在催化反应中不能改变反应平衡，但能够加紧反应速度，影响酶促反应关键原因有底物浓度、酶浓度、抑制剂、温度、PH值、作用时间等。
底物浓度影响。酶促反应开始时，反应初速度和底物浓度成正比，当反应速度加紧达成一定速度时，反应速度不再随底物浓度而改变，较高底物浓度只能提升反应初速度，但过高底物浓度会抑制最终反应速度，实际生产中底物浓度控制在酶适宜作用范围。
酶浓度影响。在酶促反应中，依据中间产物学说，催化反应分为两步进行，首先酶分子和底物分子形成中间产物，中间产物再分解为最终产物，最终产物生成取决于中间产物浓度，中间产物浓度越高，反应速度就越快。而中间产物生成量取决于酶浓度，酶分子越多，则底物转化为产物就对应地增加，这就意味着底物有效转化伴随酶浓度增加而直线增加。实际生产中考虑到酶成本消耗，通常将酶用量控制在一定范围内以达成最大效益。（见图3-2-3）

图3-2-3
抑制剂影响。抑制剂是能引发催化反应速度降低一个物质，其原因一是抑制剂和催化剂起反应，生成一个催化剂-抑制剂络合物，另一原因是和底物发生反应。比如生产设备假如含有Cu2+，Cu2+对酶含有抑制作用，会影响酶制剂正常使用。
温度对酶反应影响。提升温度可加紧酶催化反应，温度每升高10℃，反应速度对应提升1-2倍。但当温度升高到酶变性温度时，酶发生变性失活，而且酶变性过程不可逆，所以实际生产中温度需要控制酶适宜作用合理范围。（见图3-2-4）

图3-2-4
PH影响。PH对酶活力影响是很大，酶稳定性也受PH影响，酶对PH敏感程度比温度还要高，每一个酶只能在一定程度PH值内活动且有一最适宜PH值，当溶液PH不在酶适用范围时，可使酶丧失全部活力，而且此过程不可逆，所以生产中应严格控制PH，这是很关键一点。（见图3-2-5）

图3-2-5
作用时间影响。酶使用量和酶作用时间是成反比，即作用时间越长，酶相对使用量就少，作用时间越短，酶使用量增加，实际生产中要两个原因结合考虑。

ü 习题
² 什么是淀粉酶
² 淀粉酶分为多个
² 酶促反应机理是什么
² 影响酶促反应原因有哪些

第三节 液化糖化基础理论

液化、糖化水解淀粉有多个方法，过去一度很盛行酸法，液化、糖化均使用酸为催化剂，多年来伴随酶制剂行业发展，酶制剂作为一个催化剂被应用到淀粉制糖行业，酸酶法、双酶法被广泛应用，酸酶法即使用酸进行初步水解，使用酶进行糖化，双酶法即液化、糖化均使用酶作为催化剂，近几年中国多数厂家采取双酶法工艺。
淀粉颗粒结晶性结构对于酶作用抵御力强，所以不能够使用液化酶直接作用于淀粉，需要先加热淀粉乳使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化，破坏其晶体结构。淀粉乳糊化是酶法工艺第一个必需步骤。淀粉乳糊化，粘度很差，流动性差，搅拌困难，难取得均匀糊化效果。α-淀粉酶对糊化后淀粉乳含有很强催化水解作用，能够快速将淀粉乳水解成糊精或低聚糖，水解液粘度快速降低，流动性提升。工业生产将α-淀粉酶先混入淀粉乳中，加热，淀粉乳糊化后立即液化，液化后料液流动性高，操作无困难。
液化目标是为糖化提供合格底物。糖化多使用麦芽糖酶及葡萄糖酶，此两种酶制剂全部属于外切酶，水解作用从底物分子非还原性尾端进行。液化过程中，淀粉分子被水解成糊精和低聚糖，淀粉分子长链被切断，底物分子数量增加，尾端基增多，糖化酶作用机会增加，有利于糖化反应。
液化另一个关键目标是使蛋白质凝聚，方便于后段工艺进行过滤分离。淀粉乳中含0.4%蛋白，蛋白在制糖工艺中需要除去，不然对最终产品质量有很大影响。在淀粉乳糊化过程中，高温作用下蛋白快速凝聚，以混合物状态和液化液混合在一起送往后段工序，最终在过滤工序分离。蛋白凝聚程度也是衡量液化效果一个关键指标。
液化水解程度控制取决于生产产品种类，假如生产底DE糊精则水解程度需要控制低些，假如生产葡萄糖或麦芽糖，则需合适提升，但并不是水解程度越高越有利于糖化反应，因为酶制剂作用机理是首先需要和底物分子生成络合结构，以后发生水解催化作用，这需要底物分子大小含有一定范围，有利于生成这种络合结构，依据实际经验，在结晶糖生产工艺中淀粉在液化工序中水解到DE值15-20较为适宜，水解超出这种程度，不利于糖化酶生成络合结构，影响糖化催化效率。
化学增重。从理论上讲，1份重淀粉完全水解生成1.1111份重葡萄糖，化学反应式以下：

（C6H10O5）n + nH2O —— nC6H12O6
162.14 18.02 180.26

此水解反应重量增加在工业上称为“化学增重”，糊精分子量很大，重量增加少，可忽略不计，通程假设没有化学增重，依据糖液中组分可理论计算化学增重：

葡萄糖%X1.1111 + 麦芽糖%X1.0556 + 高糖%X1.0342 + 糊精%X1.000

依据以上公式算法可计算多种不一样DE值糖化液化学增重因数。（见表3-3-1）

化学增重因数
DE值
增重因数
DE值
增重因数
30
1.0292
90
1.0992
40
1.0400
91
1.1004
42
1.0424
92
1.1016
50
1.0516
93
1.1028
55
1.0576
94
1.1040
60
1.0634
95
1.1052
70
1.0751
100
1.1111
80
1.0872

表3-3-1
化学增重因数计算是假设淀粉纯度为100%，使用此因数时应该将淀粉中杂质如蛋白、脂肪、灰分等去除。
液化方法很多个，过去较为常见是升温液化法及高温液化法。升温液化法通常是将淀粉乳调整PH值后加入酶制剂，在保持猛烈搅拌情况下进行加热，达成一定温度并保持一段时间，此种方法需要设备及操作全部很简单，但液化效果很差。高温液化法较升温液化法有所改善，调整淀粉乳PH并加入酶制剂后喷入装有热水液化桶中，淀粉乳受热糊化、液化。此种方法设备和操作也很简单，液化效果较升温液化法好很多，但淀粉乳不是同时受热，液化不均匀，酶利用也不完全，后加入淀粉乳作用时间短。
现在多采取喷射液化法，利用喷射器（见图3-3-1）进行液化方法称为喷射液化法，此方法淀粉乳受热均匀，酶制剂利用完全，糖化液过滤性好，蛋白凝聚效果好，设备少，适于连续操作，质量均一。喷射液化法关键设备是喷射器，喷射器结构图所表示。蒸汽喷入淀粉乳薄层引发糊化、液化，蒸汽喷射产生湍流使淀粉乳受热快而均匀，粘度快速降低，针阀用于正确控制蒸汽加入量（见图3-3-2）。

图3-3-1

图3-3-2
液化工艺设计依据生产产品种类不一样而不一样，分为一次加酶一次喷射、一次加酶二次喷射、二次加酶一次喷射、二次加酶二次喷射等等，其中二次加酶二次喷射工艺适合于玉米淀粉加工，效果很理想。（见图3-3-3）

图3-3-3

在液化工艺中，淀粉经α-淀粉酶水解成糊精和低聚糖范围较小分子产物，糖化是利用糖化酶深入将这些水解产物水解成我们需要最终产品。工业上用“葡萄糖值”即DE值表示淀粉水解程度或糖化程度，糖化液中还原糖全部看成葡萄糖计算，占干物质百分率称为葡萄糖值。葡萄糖实际含量稍低于葡萄糖值，因为还有少许还原性低聚糖存在。伴随糖化程度增高，二者差异减小。糖化过程早期反应速度很快，然后逐步变慢，提升酶制剂用量可加紧反应速度，但考虑到生产成本和复合反应加入量不宜过大。
糖化底物浓度对最终糖化效果影响较大，降低底物浓度能提升糖化速度，对于结晶糖产品来说降低浓度能够得到高DP1产品，提升结晶糖收率。（见图3-3-4）但实际生产中考虑到蒸发成本，浓度不宜降低过多。

图3-3-4

糖化操作比较简单，将液化液输送至糖化罐中，调整到适合温度及PH值，加入需要糖化酶，维持一定反应时间后即得糖化液。糖化罐有保温，避免在反应过程中料液温度降低影响反应速度，糖化罐安装有搅拌器，保持合适搅拌，避免发生局部温度不均现象。糖化温度及PH值取决于所用糖化酶性质，不一样酶制剂有不一样最好反应温度及PH。加入糖化酶前必需先将温度和PH调整好，避免酶和不合适温度和PH接触影响其活力。糖化过程多采取间歇操作方法，设备简单、控制轻易。
对于结晶糖产品来说反应时间不宜过长，时间过长会造成葡萄糖值降低，这是因为葡萄糖发生复合反应，一部分葡萄糖又重新结合生成异麦芽糖等复合糖类。这种反应在较高酶浓度和底物浓度情况下更为显著。葡萄糖酶对于葡萄糖复合反应含有催化作用。

ü 习题
² 简述淀粉液化、糖化过程
² 简述液化、糖化目标
² 什么是化学增重
² 液化喷射器工作原理是什么

第四节 CCR结晶糖生产线液化糖化生产工艺

一、简述

结晶糖生产线采取一次喷射液化生产工艺，首先接收来自淀粉车间淀粉乳进入淀粉乳储罐，达成一定液位后泵入淀粉乳调配罐，在线进行对应指标调整，包含PH、浓度以适应酶制剂作用环境要求，并在线加入酶制剂，在淀粉乳调配罐内混合均匀完成淀粉乳准备工序。调配好淀粉乳泵入液化喷射器内和蒸汽充足混合完成糊化过程，使淀粉乳晶体结构被破坏易于酶制剂作用并使蛋白质凝聚便于后段工序过滤，糊化后淀粉乳在滞留管内停留一段时间后进行常压闪蒸降温，降温后液化液进入反应器进行反应，料液在一定时间和温度条件下和酶制剂充足作用最终完成液化过程。
淀粉乳经液化工序后达成初步水解，淀粉分子被转化为大分子糊精及多糖，在糖化工序改变其作用条件并加入糖化酶，使大分子糊精在糖化酶作用下深入水解，最终水解为单体葡萄糖分子。

二、工艺描述（见附图）
淀粉乳由湿磨车间淀粉乳储罐0150TK003泵入淀粉糖车间淀粉乳储罐2421TK001内，2421TK001为200M3储罐，缓冲能力较大，但淀粉乳停留时间过长易染菌发酵，正常生产过程中淀粉乳储罐控制低液位，调整阀2421LV001依据淀粉乳储罐实际液位进行自动调整维持液位稳定在设定范围内。淀粉乳储罐安装有搅拌器，预防淀粉乳沉淀。生产过程中避免搅拌器在8-9%液位时运行，所以液位时液面刚刚没过搅拌器，搅拌器在此液位运行时产生应力最大，易损坏搅拌浆，生产过程中应尽可能避免，液位维持在15%较为合理。
缓冲罐内淀粉乳由泵2421PU001输送至淀粉乳调配罐2422TK001内，在线进行几方面指标调整。PH值调整：湿磨车间来料淀粉乳PH值在5.3左右，此PH不适合于酶制剂作用，需要进行调整，泵出口安装在线PH计2422AT051，控制器2422AC051输出值作为控制器2421FC051输入值，调整阀2421FV051依据设定值自动控制NaOH加入量以确保淀粉乳PH在设定范围内。DS值调整：酶制剂要求底物浓度在32-34%，湿磨车间十二级洗涤后淀粉乳浓度在37%，所以需要对淀粉乳DS值进行调整，2421PU001泵出口安装质量流量计2421FT001，流量计实际测量体积流量计淀粉乳密度，计算出质量流量及淀粉乳DS值，控制器2421DC001输出值作为2421FC071输入设定值，控制加入水量，从而确保淀粉乳DS值在设定范围内，此处加水为后段蒸发工序二次蒸汽冷凝液。调整PH及DS同时在线加入液化酶制剂，预先设定酶加入比率，理论加入量依据淀粉乳实际流量及酶加入比率进行计算，酶泵为变频泵，其频率依据酶制剂计算加入量进行自动调整。
在线调整后淀粉乳进行淀粉乳调配罐2422TK001内进行充足混合，调配罐安装有搅拌器、PH计及冲洗水装置，冲洗水仍使用二次蒸发冷凝液，开停车时置换或冲洗系统使用。调配好淀粉乳由泵2422PU001输送至喷射器进行喷射液化，控制器2422FC00