【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 玉米為原料制取淀粉糖最為常見(jiàn)。 高麥芽糖漿具有很重要的生理保健作用，被廣泛應(yīng)用于高檔食品、飲料中。因此，如何提高麥芽糖漿生產(chǎn)中麥芽糖的產(chǎn)率，是函待解決的問(wèn)題。 首先可采用低價(jià)原料， 另外 改善高麥芽糖漿 的 生產(chǎn)技術(shù)， 如 采用雙酶或多酶生產(chǎn)替代單酶法生產(chǎn)高麥芽糖漿，可 有效 提高麥芽糖的產(chǎn)率。目前較為先進(jìn)的酶法生產(chǎn)麥芽糖漿除了固定化液化酶和糖化酶的工藝，還有超濾法生產(chǎn)麥芽糖漿以及熱分離水化系統(tǒng)精制麥芽糖漿等，這些方法將會(huì)使高麥芽糖漿生產(chǎn)進(jìn)入一個(gè)新的階段，在生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量，工藝控制等方面都會(huì)有較大的改善 [3,4]。 在本設(shè)計(jì)中也采用玉米淀粉為原料 利用酶法 進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。 生產(chǎn) 酶的應(yīng)用 耐高溫 α淀粉酶 用玉米淀粉生產(chǎn)高麥芽糖漿的液化酶 選用的 酶制劑 要求具有作用溫度高，作用力強(qiáng)等特點(diǎn)， 耐高溫 α— 淀粉酶 能耐 110℃ 左右的高溫 是目前國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)工藝過(guò)程中采用較多的一種酶。耐高溫α — 淀粉酶作用是最適溫度 100℃ ，瞬時(shí)可達(dá) 105110℃ 。 PH 值 。在 液化階段 Ca2+具有一定的激活作用可以提高淀粉酶活力的能力，并且對(duì)其穩(wěn)定性的提高也有一定效果。 經(jīng) 資料查的 Ca2+在7mmol/L~9mmol/L 時(shí) 酶活增加 ,本設(shè)計(jì)采用酶活力為 2020u/ul[5]。 真菌 α淀粉酶 糖化酶選用真菌 α淀粉酶 ,該酶在 50℃ 以下穩(wěn)定性較好 , 最適溫度為 55℃左右高于 60℃ 時(shí)酶活損失較多。 pH 值在 4. 07. 0 的范圍內(nèi)穩(wěn)定 ,其最適 pH 值是。 Ca2+濃度在 7mmol /L 時(shí)對(duì)該酶有激活作用 [5,6]。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 第二章 工藝流程 工藝流程圖 工藝操作要點(diǎn) 調(diào)漿 漿液的濃度一定要適宜，濃度太低，設(shè)備的利用率不高，增加濃縮時(shí)的蒸汽用量，從而增加生成成本。在調(diào)漿的過(guò)程中，遵循先調(diào) pH 后加淀粉酶的原則，調(diào)漿 連續(xù)噴射液化 糖化 除渣過(guò)濾 一次脫色過(guò)濾 二 次脫色過(guò)濾 離子交換除雜 蒸發(fā)濃縮 成品 糖渣 廢碳 圖 21 高麥芽糖漿生產(chǎn)工藝流程圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 目的是為了防止?jié){液出現(xiàn)局部的過(guò)酸或過(guò)堿而對(duì)淀粉酶的活力有影響。 在調(diào)漿罐中入少量的水 ,用輸送機(jī)漿干淀粉輸送進(jìn)調(diào)漿罐 ,投料完畢后加水至需要量 ,即粉漿濃度約為 35%,波美度為 17。攪拌均勻后用 Na2CO3調(diào)節(jié) pH 值 ，加入CaCl2 做保護(hù)劑和激活劑。 最后加入耐高溫 α淀粉酶，耐高溫 α淀粉酶用量為。攪拌均勻后用泵將粉漿泵入上料罐中準(zhǔn)備進(jìn)行噴射液化 [2,5]。 連續(xù)噴射液化 連續(xù)噴射液化時(shí)，粉漿在蒸汽噴射液化器中直接與蒸汽相遇。一次噴射液化時(shí)粉漿的出料溫度在 97℃ 110℃ 之間，從噴射器出來(lái)的物料進(jìn)入層流罐 95℃ 97℃保溫 60min90min。保溫后進(jìn)行第二次噴射液化，在第二個(gè)噴射液化器內(nèi)料液與蒸汽直接相遇，從噴射器出來(lái)的料液溫度升至 100℃ 145℃ 之間，之后進(jìn)行高溫處理通過(guò)高溫維持罐在 120℃ 145℃ 下高溫維持 3min5min。 此時(shí)耐高溫 α 淀粉酶會(huì)被全部殺死，同時(shí) 蛋白質(zhì)會(huì)進(jìn)一步凝固 ，淀粉會(huì)進(jìn)一步分散 。 高溫處理后的料液 通過(guò)真空閃急冷卻系統(tǒng)迅速降溫至 53℃ ，冷卻后的料液進(jìn)入下一個(gè)工段準(zhǔn)備糖化 [5,6]。 糖化 從上一工段出來(lái)的 53℃ 的料液調(diào)節(jié) pH 值至 ，然后加入糖化酶 （干淀粉） 進(jìn)行糖化。糖化時(shí)間 24h，糖化溫度 53℃177。 2℃ ， 當(dāng) 70%和 75%的酒精檢驗(yàn)合格后 糖化到終點(diǎn)，經(jīng)噴射器噴射滅酶，噴射后的料液進(jìn)入滅酶罐 70℃保溫滅酶 30min。滅酶后的糖漿泵入 慮前暫存罐準(zhǔn)備進(jìn)入后續(xù)工段 [2,5,6,7]。 除渣過(guò)濾 除渣過(guò)濾主要是除去糖漿中的顆粒較大的不容雜質(zhì)。過(guò)濾時(shí)料液的溫度應(yīng)降至 60℃ 70℃ 。由于糖漿有一定的粘度所以過(guò)濾機(jī)應(yīng)采用壓濾機(jī)，為保證過(guò)濾質(zhì)量 減少濾液中的懸浮物及縮短過(guò)濾時(shí)間 ，壓濾機(jī)的壓力不應(yīng)超過(guò) 。 過(guò)濾時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)回流，使過(guò)濾壓力流線增加。 為達(dá)到最佳過(guò)濾速度 ,過(guò)濾時(shí)間應(yīng)等于非過(guò)濾時(shí)間 [2,5]。 脫色過(guò)濾 一次脫色過(guò)濾：在這一工段中 可 以去 除 糖液中的 蛋白質(zhì)、纖維 類 物質(zhì)和脂類物質(zhì)等雜質(zhì)，得到澄清的濾液 。在糖化液中加入 濾液干物質(zhì) %左右 的 顆粒狀活性炭，一次脫色所使用的活性炭是來(lái)自二次脫色后的舊活性炭，在 80℃ 下充分?jǐn)嚢?30 分鐘，在進(jìn)行過(guò)濾。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 二次脫色過(guò)濾： 濾液用活性炭予以凈化處理，活性炭的用量為濾液干物質(zhì)的 %左右， 第二 次 脫色 工序加入的活性炭為新的活性炭， 活性炭在 pH4－ 6 的范圍內(nèi) 其 脫色能力基本相同，在較低 pH 值下脫色糖液受熱色澤增加少 ， 所以脫色操作可調(diào) pH值至 － 。脫色溫度一般采用 80℃ ，保持 30min。 濾液供離交待用 [2,5,9]。 離交 除雜 離交屬于糖液精制工序，其目的是 為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量 除去 Ca2+Mg2+。淀粉經(jīng)糖化后，糖液中一般含有少量的色素以及低等聚糖等雜質(zhì)，因此必須對(duì)糖液進(jìn)行精制。由于離子交換樹(shù)脂由于具有較強(qiáng)的吸附分離能力 ,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于食品及藥物的提純和分離。因此在本設(shè)計(jì)中采用 離子交換 樹(shù)脂 除去糖液中的 此類雜質(zhì) 。 在 2020 年徐忠等，離子交換樹(shù)脂對(duì)高麥芽糖漿的分離純化研究中研究了離子交換樹(shù)脂分離純化高麥芽糖漿的新工藝。結(jié)果表明 ,732 型離子交換樹(shù)脂對(duì)高麥芽糖漿中的低聚糖具有較好的分離效果。較適宜的分離條件是柱溫為 70 ℃ ,經(jīng)分離后 ,麥芽糖可含量達(dá)到 %[5,10,11]。 蒸發(fā)濃縮 淀粉經(jīng)糖化后精制，精制后的糖液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮后達(dá)到一定的濃度，依據(jù)此濃度可將麥芽糖漿分為不同麥芽糖漿、高麥芽糖漿、超高麥芽糖漿。在本次設(shè)計(jì)所要的生產(chǎn)的是高麥芽糖漿，其濃度為≥ 75%[12]。 由于淀粉糖工業(yè)中的濃縮屬于低溫蒸發(fā)濃縮，因此可選用低溫連續(xù)式的蒸發(fā)濃縮。 具有傳熱效率高 ， 物料受熱時(shí)間短等特點(diǎn)，特備適用于熱敏性、粘滯性、發(fā)泡性等物料的蒸發(fā)濃縮 [2,3,11]。 成品包裝 由于成品最終由將膜蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮后出料，且出料溫度為 45℃ 以下。因此在本設(shè)計(jì)中成品可以直接灌裝至桶中。包裝桶的大小可以視客戶的需求量而定。在本設(shè)計(jì)中將不再對(duì)成成品包裝進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)以及計(jì)算。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 9 第三章 物料衡算 生產(chǎn)安排 本設(shè)計(jì)計(jì)劃年生產(chǎn) 270 天。五班三倒每天生產(chǎn)三班。設(shè)備每個(gè)星期清洗一次，每次清洗五個(gè)小時(shí)。 (清洗時(shí)間不計(jì)入生產(chǎn)時(shí)間） 每年清洗時(shí)間為： T = 2707 5 = 班產(chǎn)量計(jì)算 設(shè)備不均勻系數(shù) R= 班產(chǎn)量： Q 班 = QRTD （ 31） Q 班 —— 班產(chǎn)量 Q —— 年產(chǎn)量 T — — 每天生產(chǎn)班數(shù) D — — 每年生產(chǎn)天數(shù) 則在本設(shè)計(jì)課題下每班的班產(chǎn)量為： Q 班 = 3270 = 玉米淀粉用量的計(jì)算 玉米淀粉中淀粉含量 86%，轉(zhuǎn)化率 115%(即每 100g 固形物含量在 86%以上的商品淀粉能生產(chǎn) 115g 固 形物含量 75%左右的高麥芽糖漿 ) 則所需 工業(yè) 玉米淀 粉： M= % =（ 32） 經(jīng)過(guò)計(jì)算各步損失后可知最后需要的工業(yè)淀粉量為 ，具體計(jì)算如下： 生產(chǎn) t/班高麥芽糖漿 其所需 純 玉米淀粉 質(zhì)量 為： 86%= t/班 在工藝過(guò)程中干物質(zhì)損失總量為 %，則 應(yīng)投料純淀粉的 質(zhì)量為： ()= t/班 則需要的工業(yè)玉米淀粉質(zhì)量為： 調(diào)漿過(guò)程中 純 淀粉損失 1%，則該工序 出料中含 淀粉 質(zhì)量 為： （ 11%） = t/班 噴射液化過(guò)程中 麥芽糊精 損失 %， 該工序 出料中含麥芽糊精質(zhì)量 為： （ %） = t/班 糖化過(guò)程中 干物質(zhì) 損失 2%，則該工序 出料中含 干物質(zhì) 質(zhì)量 為： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 （ 12%） = t/班 脫色過(guò)濾過(guò)程中 干物質(zhì) 損失 3%，則該工序 出料中含 干物質(zhì) 質(zhì)量 為 ： （ 13%） = t/班 離交 、濃縮過(guò)程中干淀粉損失 1%，則該工序所需淀粉為： （ 11%） = t/班 工藝流程 中 的各種物料的計(jì)算 調(diào)漿要求淀粉漿濃度達(dá)到 17176。Be，濃度約為 35%，密度 ρ=。 則每班需調(diào)漿： M1 = % = t/班 每班 需 加 水： M 水 ==每班 CaCl2用量： MCaCl2=7103110=在 調(diào)漿過(guò)程中需加入耐高溫 α淀粉酶 (干淀粉 ，酶液密度以水的密度計(jì) )則每班所需耐高溫 α淀粉酶為： Mα淀粉酶 == 糖化階段要求加入 ，則每班糖化酶的用量為： M 糖化酶 ==脫色過(guò)濾工序中加入脫色用的活性炭為干淀粉的 %，則每班所需活性炭為： M 活性炭 ==表 31 物料衡算表 名稱 淀粉 液化酶 糖化酶 氯化鈣 活性炭 軟水 消耗量 t/班 481 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 第四章 水汽估算 噴射液化及糖化工段水 汽耗量估算 在生產(chǎn)過(guò)程中，連續(xù)噴射液化，糖化滅酶工序都需要利用蒸汽，蒸發(fā)工段要用到冷卻水，且蒸汽進(jìn)入了工 藝流程，同物料一同進(jìn)入下一工段，最后在蒸發(fā)濃縮工段蒸發(fā)冷卻回收 [13]蒸汽的利用率以 97%計(jì) 。 一次噴射液化消耗蒸汽量 蒸汽壓力： p=，汽化熱 r=2232kj/，淀粉乳比熱容 Cp=。一次噴射液化蒸汽溫度 110℃ ， 出料溫度 97℃ ， 淀粉乳初始溫度 10℃ 。 則淀粉乳升溫所需熱量為： Q1=MCp?t =86%247。（ 172%） 1000（ 9710） =107kj M1= Q1r:?t1= 1072232:（ 110。97） =(41) 實(shí)際用蒸汽量 : 二次噴射液化消耗蒸汽量 二次噴射液化蒸汽溫度 125℃，進(jìn)料溫度 97℃ ， 出料溫度為 100℃， 汽化熱r=2191kj/，則物料升溫所需的熱量為： Q2=MCp?t =（ ＋ ） 1000 （ 10097） =106kj 加熱物料需要的蒸汽量為： M2= Q2r:?t2= 1062191:（ 125。100） =實(shí)際用蒸汽量 : 糖化滅酶消耗蒸汽量 糖化滅酶噴射蒸汽溫度 105℃ ，進(jìn)料溫度 53℃ ， 出料溫度 80℃ ， 汽化熱r=2245kj/， 則物料升溫所需的熱量為： Q3=MCp?t =（ ＋ +） 1000 （ 8053） =107kj 加熱物料需要的蒸汽量為： M3= Q3r:?t3= 1072245:(125。80)= t/班 實(shí)際用蒸汽量 : 四效降膜蒸發(fā)器 熱量計(jì)算 各效水分蒸發(fā)量 蒸發(fā) 前物料的濃度 27%，蒸發(fā)后的濃度 75%則蒸發(fā)前的物料質(zhì)量為： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 103/8=， 去水量： =每小時(shí)去水量： 蒸發(fā)器選用兩臺(tái)，每臺(tái)設(shè)備的處理量為 G=各效的濃度為 X0=， X1=， X2=， X3 =， X4= 各效去水量 W1 = G(1 ?X0X1) = (41) W2 = (G ?W1)(1 ? X1X2)= W3 = (G ?W1 ?W2)(1? X2X3) = W4 = (G ?W1 ?W2 ? W3)(1 ? X3X4)= 蒸發(fā)水分所需的熱量 各效蒸發(fā)溫度 T1=90℃ ， T2=80℃ ,T3=65℃ ,T4=45℃ ，進(jìn)料溫度 T0=78℃ 對(duì)應(yīng)溫度下蒸汽的汽化熱 :R0=R1=,R2=,R3=,R4=Q1′ = W1 R1 = = 106kj/h （ 43） Q2′ = W2 R2 = = 106kj/h Q3′ = W3 R3 = = 106kj/h Q4′ = W4 R4 = = 106kj/h 物料自行沸騰的熱量 物料沸騰時(shí)的潛熱計(jì)算 公式： CP = 1 ?X*? (t平均 ?20)+ 單 kcal/kg.℃ ,1kj=（ 44） CP1 = 1? *? (78:902 ? 20)+ = ℃ =℃ CP2 = 1? *? (90:802 ? 20)+ = ℃ =℃ CP3 = 1? *? (80: