【正文】 淀粉糖生產(chǎn)工藝及設(shè)備第一章 緒論糖，做為人們生活的必須品已有五千年的歷史，人類最早開始是用蜂蜜作為甜味劑，以后逐漸用含淀粉的谷物和甘蔗制糖。從甜菜制糖到目前為止卻只有二百多年的歷史，隨著社會(huì)的發(fā)展，各行各業(yè)都需要大量的糖品，因而，促使淀粉糖業(yè)能夠得到發(fā)展。一、淀粉糖工業(yè)的發(fā)展利用淀粉為原料生產(chǎn)的糖品稱淀粉糖，淀粉糖產(chǎn)品種類多，生產(chǎn)歷史悠久。1811年，德國(guó)化學(xué)家柯喬夫在尋找能夠代替阿拉伯膠用的膠粘劑時(shí)，用硫酸處理馬鈴薯淀粉，但酸用的過度得到一種粘度很低的液體，澄清具有甜味，于是柯喬夫繼而研究糖品最后制成一種糖漿，放置一定時(shí)間后有結(jié)晶析出，用布袋裝之、壓榨、除去大部分母液，得到固體產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)正值拿破倫戰(zhàn)爭(zhēng)年代，經(jīng)濟(jì)封鎖，是歐洲不能獲得甘蔗糖，于是設(shè)立很多這種淀粉糖工廠，1815年戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束，恢復(fù)甘蔗糖進(jìn)口，工廠也隨之停止生產(chǎn)。1815年，法國(guó)化學(xué)家沙蘇里確定有淀粉制糖的化學(xué)反應(yīng)為水解反應(yīng)，水解的最終產(chǎn)物為葡萄糖與葡萄果汁中的葡萄糖完全相同。1801年，樸羅斯特試驗(yàn)成功由葡萄中提取制出葡萄糖，葡萄糖的名稱由此而來，一直沿用到現(xiàn)在。19世紀(jì)曾有很多人從事制造潔晶糖的研究，但成就不大，主要是對(duì)于葡萄糖幾種異構(gòu)體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶規(guī)律缺乏了解，后沿用蔗糖結(jié)晶的方法，效果也不好，大約在1920年，美國(guó)的?？驴税l(fā)現(xiàn)，含水α葡萄糖比無水α葡萄糖容易結(jié)晶。使用2530%濕晶體的冷卻結(jié)晶法容易控制，所得結(jié)晶產(chǎn)品易于離心機(jī)分離，產(chǎn)品質(zhì)量高，被世界普遍采用，目前工業(yè)上基本用此結(jié)晶工藝。1940年，美國(guó)采用酸酶合并糖化工藝生產(chǎn)高糖度的糖漿，能避免葡萄糖的復(fù)合及分解反應(yīng)，產(chǎn)品甜味純正。1960年日本最新研究出雙酶法，用α淀粉酶液化和葡萄糖淀粉酶糖化的雙酶法生產(chǎn)結(jié)晶糖工藝，而后各國(guó)相繼采用雙酶法，逐漸淘汰了舊的酸法糖化工藝，這種雙酶法所得到的糖化液純度高、甜味純正，同時(shí)還可省去結(jié)晶工序直接制成全糖。工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，質(zhì)量雖不及結(jié)晶葡萄糖，但適合于食品工業(yè)應(yīng)用，如生產(chǎn)飴糖。在葡萄糖的深加工方面，雖早在1897年就發(fā)現(xiàn)堿性能催化葡萄糖發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成果糖。以后也不斷深入研究過這種堿性異構(gòu)化反應(yīng)，但在工業(yè)上還是不能應(yīng)用。主要是反應(yīng)不易控制，轉(zhuǎn)化率低、培養(yǎng)基較貴，等各方面不利因素，使之不能投入生產(chǎn)。直到1965年日本高崎義辛在土壤中分離出白色鏈霉菌，可以利用木糖木聚糖及農(nóng)副產(chǎn)品、麩皮、玉米芯、稻桿、麥桿等，酶產(chǎn)量高、性質(zhì)也好，1960年，日本首先利用這種酶生產(chǎn)果葡糖漿，應(yīng)用酶法將淀粉糖化，得純度很高的糖化液，再用異構(gòu)酶使一部分葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖，因產(chǎn)品和主要成分為葡萄糖和果糖，稱為果葡糖漿，也叫異構(gòu)糖漿。果葡糖漿在日本、美國(guó)和若干歐洲國(guó)家發(fā)展很快，國(guó)葡糖漿在食品工業(yè)上得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。與傳統(tǒng)糖品比較，果葡糖漿的生產(chǎn)具有若干優(yōu)點(diǎn)：利用的淀粉做原料，地區(qū)不限、原料來源充足、價(jià)格便宜、運(yùn)輸方便、長(zhǎng)期貯存，工廠可以保持工期、生產(chǎn)不受季節(jié)影響，采用酶法工藝，生產(chǎn)條件溫和，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、能耗低。因此果葡糖漿的生產(chǎn)和售價(jià)在許多國(guó)家低于甜菜糖和蔗糖。不僅缺糖的國(guó)家可以大力發(fā)展，甜菜糖和蔗糖發(fā)達(dá)的國(guó)家也大力發(fā)展，因此制糖工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。淀粉糖工業(yè)已有60多年的歷史，淀粉糖種類多、產(chǎn)量大，在食品、醫(yī)藥、和化工等方面有廣泛的應(yīng)用。 二、淀粉糖的種類淀粉糖的種類繁多，大致可分以下幾種： 結(jié)晶葡萄糖主要是含水α葡萄糖，產(chǎn)量大、生產(chǎn)普遍，還有無水α葡萄糖、β葡萄糖等。 全糖利用雙酶法工藝生產(chǎn)的糖化液，DE9598，含有少量的低聚糖，甜味純正，利用直接噴霧的方法制成顆粒產(chǎn)品，稱為全糖，主要是應(yīng)用食品工業(yè)。 淀粉糖漿淀粉糖漿是淀粉經(jīng)不完全轉(zhuǎn)化而得的產(chǎn)品。糖分組成為葡萄糖、麥芽糖、低聚糖、糊精糖等，淀粉糖漿主要有以下幾種：（1）、中轉(zhuǎn)化糖漿DE3842（2）、高轉(zhuǎn)化糖漿DE6070（3）、糊精DE＜20（4）、麥芽糖漿雙酶法制得的糖化液中，加入異構(gòu)酶，是一部分葡萄糖異構(gòu)化成果糖，所得的產(chǎn)品主要是葡萄糖和果糖稱為果葡糖漿。異構(gòu)轉(zhuǎn)化率為42%DS，甜度同蔗糖相同。果葡糖漿分子量低，滲透壓力大，具有良好的防腐作用，廣泛的應(yīng)用在食品工業(yè)上，如面包、糕點(diǎn)、餅干、汽水、雪糕、酒類、飲料、糖果、蜜餞、果醬、食用糖漿、醫(yī)用糖漿等。 三、淀粉糖的性質(zhì) 主要介紹一下葡萄糖、果糖、果葡糖漿的性質(zhì)及其應(yīng)用。 甜度甜度是糖品的重要性質(zhì)。以蔗糖的甜度為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)為1時(shí)，果葡糖漿的甜度（異構(gòu)轉(zhuǎn)化率42%）的甜度與蔗糖相同，果糖高于蔗糖，葡萄糖的甜度低于蔗糖，下面是幾種糖品的甜度（相對(duì)于蔗糖甜度1。0）糖類名稱相對(duì)甜度 蔗 糖 果 糖葡 萄 糖 麥 芽 糖 山 梨 糖 甘 油果葡糖漿（42%） 糖的甜度受若干因素影響，尤其是濃度。糖濃度增高，甜度增高，但不同的糖，在相同的甜度下，濃度是不同的。各種糖隨濃度增高，在相同的甜度下，濃度是不同的。各種糖隨濃度增高，甜度增高的程度不同。葡萄糖大于蔗糖，達(dá)到一定數(shù)值，二者甜度相等，如：%的葡萄糖溶液相當(dāng)于10%的蔗糖溶液甜度，40%以上的葡萄糖和蔗糖溶液，此時(shí)二者的甜度就相等。下面的表列出幾種糖溶液在相同的甜度時(shí)的濃度（%） 相等的甜度的糖溶液濃度 （%）糖 類濃 度（%） 葡萄糖 蔗 糖2 果葡糖漿 果 糖 一般聽說的葡萄糖的甜度低于蔗糖，是在糖液低的情況下所說的。不同的糖混合后，有相互提高甜度的效果。 溶解度各種糖的溶解度是不同的，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖，葡萄糖的溶解度較低，在室溫下，濃度為50%左右，過高的濃度則有葡萄糖析出。溫度高，葡萄糖的溶解度增高，糖漿也不會(huì)析出葡萄糖液體，工業(yè)上一般是在較高的溫度下貯存較高濃度的糖晶溶液。下表為不同溫度下的溶解度（克/100克水）：果 糖蔗 糖葡 萄 糖溫度℃濃度%溶解度濃度%溶解度濃度%溶解度2 03 04 05 0 結(jié)晶性質(zhì)蔗糖易于結(jié)晶，晶體能生長(zhǎng)很大。葡萄糖也能結(jié)晶，晶體很小，果糖較難結(jié)晶。淀粉糖漿內(nèi)含有葡萄糖，低聚糖和糊精不能結(jié)晶，并能防止結(jié)晶。生產(chǎn)糖果時(shí)利用此性質(zhì)，保持糖果柔軟。 吸潮性和保潮性吸潮性是指在較高的空氣濕度的情況下，吸收水分的性質(zhì)。保潮性是指在較低的空氣濕度時(shí)能夠保持一定的水分的性質(zhì)。含水α糖在相對(duì)濕度60%以上吸收水分，濕度增高，吸收水分增快水分含量達(dá)到1518%時(shí)，晶體開始溶化，無水α葡萄糖吸濕性很強(qiáng)，吸收水分后向含水α葡萄糖的轉(zhuǎn)變。大約在3060分鐘內(nèi)完成。若無水α葡萄糖的晶體表面上附著微量十分細(xì)小的含水結(jié)晶，吸收水分更快。糖品的吸潮性和保潮性，主要應(yīng)用于食品工業(yè)，煙草、紡織工業(yè)。 滲透壓力糖在較高的濃度下，能夠控制許多微生物的生長(zhǎng)。用糖保存食品是一種重要的保存食品的方法。糖液的滲透壓力使微生物菌體內(nèi)的水分被吸走，生長(zhǎng)受到抑制，糖液的滲透壓力隨糖濃度增高而增加，單糖的濃度高于雙糖，相同濃度的糖分子數(shù)等于雙糖的二倍，所以分子量小的糖溶液具有較高的滲透壓力。 代謝性質(zhì)人體血液中的糖分為葡萄糖，含量為80100毫克/100毫升，葡萄糖不經(jīng)消化，就不能被人體吸收，參與人體代謝。所以超于病人食用或直接注入體內(nèi)，維持人體代謝所用的能量。每克無水葡萄糖能釋放1874卡的熱量。一般給病人注射5%的葡萄糖溶液，也有時(shí)注射高濃度的葡萄糖溶液。但對(duì)糖尿病患者，則用果糖、山梨醇和木糖醇。因這些糖代謝過程不需要胰島素控制，直接代謝轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?粘度粘度是糖品的一種性質(zhì)，葡萄糖和果糖的粘度較之蔗糖低，淀粉糖漿的粘度較高，葡萄糖的粘度隨溫度升高而升高，食品工業(yè)中，利用粘度提高食品的稠度和可口性。 化學(xué)穩(wěn)定性葡萄糖、果糖、淀粉糖漿都具有還原性，在中性或堿性下化學(xué)穩(wěn)定性差，受熱易起分解反應(yīng)生成有色物質(zhì)，也易于與蛋白類含氮化合物起羰氨反應(yīng)，在PH3時(shí)葡萄糖最穩(wěn)定。 發(fā)酵性酵母能發(fā)酵葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖，主要應(yīng)用于食品工業(yè)上?？寡趸砸蜓鯕庠谔且褐?，溶解度較之在水溶液的溶解度低，故可以降低糖液中的氧化反應(yīng)。因糖液的濃度PH值和其他條件不同，抑制氧化反應(yīng)的程度也不同。 四、淀粉糖品的用途 淀粉糖品主要應(yīng)用于食品工業(yè)，醫(yī)藥工業(yè)和化學(xué)工業(yè)。食品工業(yè)主要應(yīng)用于面包、谷物、食品、糖品、雪糕和乳制品、飲料、罐頭、果醬等。醫(yī)藥工業(yè)：有食品級(jí)和醫(yī)藥級(jí)兩種。醫(yī)藥級(jí)葡萄糖質(zhì)量較高，口服糖標(biāo)準(zhǔn)低于醫(yī)藥級(jí)，同時(shí)有的還加入維生素、鈣質(zhì)等以提高營(yíng)養(yǎng)供病人、老人、兒童服用。葡萄糖同時(shí)還是重要的化工原料，是生產(chǎn)山梨醇、甘露醇、維生素丙、維生素C、葡萄糖酸、葡萄糖醛、味精、酒精、醋酸等各種產(chǎn)品的原料，廣泛地應(yīng)用工業(yè)。第二章 淀粉一、淀粉的物理性質(zhì)顆粒淀粉呈白色粉末狀，在顯微鏡下觀察，是形狀和大小各不相同的透明小顆粒。淀粉顆粒形狀基本都是圓形，橢圓形和多角形，玉米淀粉的顆粒為圓形和多角形居多，橢圓形較少，故用顯微鏡大致可以將淀粉種類鑒別出來。淀粉顆粒的形狀與其生長(zhǎng)部位不同而決定其形狀各異。玉米淀粉顆粒因生長(zhǎng)部位的不同，而有圓形和多角形兩種，在玉米的上部中部的軟胚體為圓形顆粒，在生長(zhǎng)期所受壓力小。在胚芽?jī)膳缘挠才唧w部分的顆粒，因?yàn)楸坏鞍踪|(zhì)網(wǎng)包裹的較緊，生長(zhǎng)期遭受的壓力大，仍形成多角形。不同品種的淀粉顆粒大小不同，差別很大。同一種淀粉顆粒大小也不均勻，并且相差很多，玉米淀粉的最小顆粒約5微米，最大顆粒約26微米，平均為15微米。玉米淀粉在偏光顯微鏡下觀察，淀粉顆粒呈現(xiàn)黑色十字，玉米淀粉十字交叉點(diǎn)在淀粉顆粒的中心。水分含量 淀粉含有相當(dāng)高的水分，玉米淀粉在一般情況下含水分約12%，含有的水是通過淀粉分子中的羥基和水分子形成氫鍵的緣故，不同品種淀粉的水分含量有差別，是由于羥基自行結(jié)合和水分子結(jié)合成氫鍵的結(jié)合程度不同的緣故。淀粉的水分含量受到周圍空氣濕度的影響，空氣濕度大，淀粉吸收空氣中的水汽使水分含量增高，在干燥的天氣，濕度小，淀粉散失水分，使水分含量低。隨溫度升高、濕度降低含水減少。糊化淀粉混于冷水中，經(jīng)攪拌成乳狀懸浮液，稱之為淀粉乳，若停止攪拌，則淀粉乳慢慢下沉，經(jīng)過一段時(shí)間后，淀粉乳產(chǎn)生沉淀，淀粉不溶于冷水，同時(shí)它的比重大于水的比重。若將淀粉乳加熱到一定的溫度，淀粉乳中的淀粉顆粒開始膨脹，偏光十字消失。溫度繼續(xù)升高時(shí)，淀粉顆粒繼續(xù)膨脹，可達(dá)到原體積的幾倍到幾十倍。由于顆粒的膨脹，晶體結(jié)構(gòu)消失，體積漲大，互相接觸，變成粘稠狀液體，此時(shí)停止攪拌，淀粉也不會(huì)再沉淀，這種現(xiàn)象稱之為“糊化”，生成粘稠狀液體稱為淀粉糊，發(fā)生糊化時(shí)的溫度稱為糊化溫度。玉米淀粉乳的糊化溫度為6472℃，開始的溫度為64℃，完成糊化的溫度為72℃。淀粉顆粒大小的不同，其糊化的難易也不同，較大的淀粉顆粒容易糊化，較小的顆粒糊化困難，不能糊化的顆粒稱為糊精，不溶于水，酒精稱之為醇不溶物。二、淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu) 淀粉的分子式，經(jīng)過長(zhǎng)期大量的研究證明為{C6H10O5}n，淀粉分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)通過近代的若干新的分析方法和分離方法的測(cè)定，確定淀粉是葡萄糖組成的多糖。組成淀粉的葡萄糖單位是αD六環(huán)葡萄糖。 淀粉是由直鏈和支鏈淀粉組成。淀粉顆粒含有微量的非碳水化合物，如蛋白質(zhì)、脂肪酸、無機(jī)鹽等，脂肪酸被直鏈淀粉吸附，磷酸與支鏈淀粉分子呈酯化結(jié)合，其他的物質(zhì)都是混雜在一起。 淀粉為純粹的碳水化合物。三、工業(yè)淀粉的化學(xué)組成 由于工業(yè)上生產(chǎn)淀粉是采用分離的方法，將原料中的非淀粉物質(zhì)，如纖維素、蛋白質(zhì)、油脂、無機(jī)灰粉，水溶雜質(zhì)等分離出去得到淀粉。但由于分離工藝的不完善，不可能將雜志全部分離出去，故淀粉中還存在一定量的雜質(zhì)，一般的工業(yè)淀粉組成為：水分 1114%蛋白質(zhì) ＜%可溶蛋白 ≤%（%）脂肪 ≤%灰分 ≤%PH值 其中還有幾項(xiàng)，但在生產(chǎn)中可不用考慮。淀粉中的雜志，主要影響的是糖化液的質(zhì)量，淀粉中的蛋白質(zhì)，不但能中和酸，降低催化效率，增長(zhǎng)糖化時(shí)間，又能水解成氨基酸，與糖起反應(yīng)生成有色物質(zhì)，酶法生產(chǎn)時(shí)，酶中含有微量的蛋白酶，將蛋白質(zhì)水解成氨基酸，增加糖化顏色，同時(shí)脂肪酸能升高糊化溫度，所以雜質(zhì)越少越好。第三章 酶在介紹雙酶法生產(chǎn)葡萄糖工藝之前，為更好地理解這套工藝，掌握酶的來源、性質(zhì)、作用、及其對(duì)酶活性影響的因素等有一個(gè)詳細(xì)的了解。 酶的種類酶是生物催化劑，具有促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的作用，對(duì)能作用于淀粉的酶，統(tǒng)稱為淀粉酶。淀粉糖工業(yè)上應(yīng)用的酶，主要是以α淀粉酶、β淀粉酶的葡萄糖淀粉酶，都屬于水解酶