第7章淀粉制糖课件.ppt
淀粉制糖,中国农业大学食品科学与营养工程学院郭顺堂 教授E-mail: ,淀粉糖的种类及性质淀粉糖的糖化工艺 酸糖化工艺 酶液化和酶糖化工艺糖化液的精制与浓缩主要淀粉糖制品的生产淀粉糖生产消费情况比较,主要内容,淀粉糖种类及性质,淀粉糖：以淀粉为主要原料，通过酸或酶催化水解反应生成糖品的总称，包括液体葡萄糖、结晶葡萄糖、麦芽糖浆（饴糖、高麦芽糖浆、麦芽糖）、麦芽糊精、麦芽低聚糖、果葡糖浆等。,葡萄糖值：dextrose equivalent，简称DE值，是淀粉的糖化液中还原性糖全部当做葡萄糖计算，占干物质的百分率，淀粉工业中用来表示淀粉水解的程度。,淀粉糖种类及性质,液体葡萄糖：适度水解，应用最广，产量最大，DE值30-50% 标准葡萄糖浆：DE值42%左右 高转化糖浆： DE值50-70% 低转化糖浆： DE值小于30% 葡萄糖：淀粉经经酸或酶完全水解产物，DE值可达95-97% 结晶葡萄糖：精制糖化液在结晶罐冷却结晶 含水-葡萄糖结晶 真空罐中较高温结晶 无水-葡萄糖结晶 真空罐结晶 无水-葡萄糖结晶 生产上主要为含水-葡萄糖结晶产品，结晶纯度近100% 全糖：糖化液浓缩后冷却干燥或喷雾干燥葡萄糖纯度低于结晶糖,淀粉糖种类及性质,果葡糖浆：精制葡萄糖液异构化，得到糖成分主要为果糖 和葡萄糖的糖浆，经精制、浓缩即为果葡糖浆,表 三代果葡糖浆产品对比,淀粉糖种类及性质,麦芽糖浆：淀粉经酶或酸结合法水解制成的淀粉糖浆 葡萄糖含量低于10% 麦芽糖含量40-90% 糖组分主要为麦芽糖、糊精、低聚糖 按制法与麦芽糖含量不同分为饴糖、高麦芽糖浆和超高麦芽糖浆,表 各类麦芽糖浆糖化工艺及主要糖组成成分,%,淀粉糖种类及性质,淀粉糖的性质,甜度：浓度增加，甜度增加 葡萄糖溶液甜度随浓度增高的程度大于蔗糖 低浓度，葡萄糖甜度小于蔗糖；随浓度升高，差异变小； 浓度40%，两者甜度相当 淀粉糖浆甜度随转化度提高而提高,表 几种糖类的相对甜度,淀粉糖种类及性质,溶解度： 果糖蔗糖葡萄糖 葡萄糖溶解度较低，室温下含量约50%，浓度过高易结晶析出 工业上，葡萄糖液贮藏浓度42%，高转化糖浆葡萄糖35-40% 结晶性质： 蔗糖易结晶，晶体较大；葡萄糖易结晶，晶体细小；果糖难结晶 结晶性质与其应用相关 硬糖果制造，使用蔗糖，添加部分淀粉糖浆 吸潮性和保湿性： 果糖吸湿性是各种糖中最强的 硬糖果，要求吸潮性低，宜选用蔗糖、低转化或中转化糖浆 软糖果及面包、糕点，要求保持水分，宜选用高转化或果葡糖浆,淀粉糖种类及性质,渗透压力： 单糖的渗透压力约为二糖的二倍 糖液渗透压随浓度的升高而增加 高浓度糖液由于较高渗透压而抑制微生物生长 黏度： 利用淀粉糖浆的高黏度，在食品中增加产品的稠度和可口性 化学稳定性： 葡萄糖、果糖、淀粉糖浆有还原性，中碱性条件下受热分解为有色物质； 或羰氨反应生成有色物质 蔗糖无还原性，中性和弱碱性环境性下稳定，pH9以上受热分解为有色物质 发酵性： 发酵食品生产选用发酵糖分高的高转化糖浆和葡萄糖 蜜饯、果酱等不需发酵的食品生产宜选用发酵糖分低的糖类,淀粉糖的糖化工艺,酸糖化工艺,酸糖化机理 淀粉的酸水解反应：(C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 水解生成的葡萄糖在酸和热的催化作用下，发生复合和分解反应：, 糖化过程中，水解、复合和分解反应同时进行，水解是主要反应 复合和分解是副反应，降低产品收率，应予以控制,淀粉糖的糖化工艺,酸糖化影响因素： 酸种类与浓度：水解能力 盐酸硫酸 草酸 亚硫酸 醋酸 盐酸：碳酸钠中和，生成氯化钠增加灰分和咸味，且酸对设备腐蚀严重; 硫酸：石灰中和，生产硫酸钙过滤可大部分去除，残余部分蒸发易结垢; 草酸：生成的草酸钙不溶于水，过滤可全部去除，可减少副反应，成本贵; 酸水解生产中常控制糖化液pH 1.5-2.5 淀粉乳浓度：生产上通过调节淀粉乳浓度控制副反应 生产淀粉糖浆：22-24 Be；生产结晶葡萄糖： 12-14 Be 淀粉乳浓度高，水解液中葡萄糖浓度大，副反应剧烈，降低品质和产率 浓度过低，水解液中葡萄糖浓度过低，设备利用率低，蒸发浓缩耗能大 温度、压力、时间： 淀粉糖浆：283-303kPa，142-145，8-9 min 结晶葡萄糖：252-353kPa，138-147，16-35 min,淀粉糖的糖化工艺,酸糖化工艺： 工业上常用的酸糖化方法有两种：间歇糖化法，连续糖化法 间歇糖化法： 密封糖化罐 操作麻烦，糖化不均匀，副反应和转化程度不易控制，自动化难 连续糖化法 直接加热式： 调酸的淀粉乳通过蒸汽喷射加热器升温，流入蛇形反应器进 行反应，通过流速、压力、温度控制反应 间接加热式： 调酸的淀粉乳进入三套管式的管束糖化反应器，被内外间接加热； 受热均匀，糖化完全，糖化液颜色浅，利于精制，热能利用率高,淀粉糖的糖化工艺,酶液化和酶糖化工艺,淀粉酶 -淀粉酶：内切型淀粉酶 随机切断淀粉分子内部的-1,4糖苷键 不同来源 -淀粉酶生成糊精的结构和大小不同 地衣芽孢杆菌-淀粉酶：最适温度95 ，耐高温淀粉酶 枯草杆菌-淀粉酶：最适温度70 ，中温淀粉酶 真菌-淀粉酶：最适温度55 ，非耐热温淀粉酶，一般用作糖化酶 -淀粉酶：外切型淀粉酶，又称麦芽糖酶 从非还原末端依次切开相隔的-1,4糖苷键，并发生转化作用， 生成-麦芽糖 -淀粉酶水解淀粉不可用于糖化酶，水解淀粉酶解产物可做用于糖化酶 直链淀粉可被完全水解为麦芽糖，或 含少量葡萄糖 支链淀粉不能被完全水解，残留-极限糊精,淀粉糖的糖化工艺,糖化酶（葡萄糖淀粉酶）： 从淀粉非还原末端开始，依次水解-1,4葡萄糖苷键 专一性较差，还可水解-1,6糖苷键、 -1,3糖苷键 作用淀粉糊时，黏度下降较慢，还原性上升快，又称糖化酶 糖化时间根据淀粉糖所需DE值确定，一般12-48h 糖化pH一般为弱酸性，不易生成有色物质，可提高产品质量 脱支酶： 水解支链淀粉、糖原等大分子中的-1,6糖苷键 直接脱支酶：水解未经改性的支链淀粉或糖原中的-1,6糖苷键 主要包括异淀粉酶和普鲁兰酶两种，异淀粉酶仅水解支链结构中的-1,6 糖苷键；普鲁兰酶可同时作用支链和直链结构中的-1,6糖苷键 间接脱支酶：仅可作用于经酶改性的支链淀粉或糖原 工业上与-淀粉酶或葡萄糖淀粉酶协同糖化，提高麦芽糖或葡萄糖得率,淀粉糖的糖化工艺,淀粉液化：使糊化后的淀粉发生部分水解，暴露出更多的非还原末端 工业上液化是指糊化淀粉水解到糊精和低聚糖程度，使物料黏度 降低，流动性增高。 液化机理： -淀粉酶随机切断分子内部的-1,4糖苷键，使分子断裂，黏度降低 液化程度： 葡萄糖淀粉酶发挥催化作用需先与底物形成络合结构，因此液化产 物需有一定大小 淀粉酶液化工序中到DE值15-25较为合适,淀粉糖的糖化工艺,液化方法： 升温液化法：操作简单 缺点：黏度大，搅拌困难，受热不均匀，液化效果及过滤性质差 高温液化法： 缺点：淀粉不是同时受热，液化不均匀，酶利用不完全 喷射液化法：液化效果好，糖化液过滤性质好，适于连续操作,图 喷射液化气结构示意图,淀粉糖的糖化工艺,淀粉糖化：利用葡萄糖淀粉酶进一步将液化产物水解成葡萄糖 糖化机理： 葡萄糖淀粉酶从淀粉的非还原性末端开始水解-1,4葡萄糖苷键， 使葡萄糖单位逐个分离出来，产生葡萄糖 也可酶解淀粉水解初级产物如糊精、麦芽糖和低聚糖等，生成 -葡萄糖 糖化操作： 糖化桶中调节液化液温度、pH，并加入适量糖化酶，保持2-3d 达到最高DE值，获得糖化液,糖化液的精制与浓缩,淀粉糖化液中主要杂质来源： 原料淀粉中各种杂质 生产用水中的杂质 催化剂酸或酶 糖的复合和分解反应产物 杂质影响糖浆质量和结晶，以及葡萄糖产率和质量 糖化液精制的一般采用碱中和、活性炭吸附、脱色 和离子交换脱盐的方法,糖化液的精制与浓缩,碱中和,酸糖化工艺糖液需碱中和处理 盐酸做催化剂，用碳酸钠中和；硫酸做催化剂，用碳酸钙中和 中和处理的目的： 中和大部分催化用酸 调pH值至蛋白质等胶体物质的等电点（pH4.8-5.2），降低 糖化液中蛋白含量,过滤,普遍使用板框压滤机，以硅藻土为助滤剂，除去糖化液中不溶性物质 保持一定的温度，缓慢加大过滤压力，以提高过滤速率,糖化液的精制与浓缩,脱色,除去有色物质和一些杂质，可使用颗粒状或粉末状活性炭 脱色工艺条件： 温度：温度高，吸附速率快；过高，分解着色；80 适宜 pH值：较低pH，脱色效率高，工业上与中和pH范围相同 脱色时间：25-30 min 活性炭用量：分次脱色，前次用废炭，后次用好炭，提高效率 设备：防腐材料制成的脱色罐，带搅拌器和保温管，顶部有排气筒,离子交换树脂处理,除去部分无机盐和有机杂质 工业采用阳阴阳阴，2对阳、阴离子交换树脂滤创串联使用,糖化液的精制与浓缩,浓缩,图 外循环蒸发器,蒸发除去大部分水，使糖液浓缩到一定浓 度，便于运输和储存 真空蒸发，温度不超过68，防止着色 采用多效蒸发，充分利用二次蒸汽 常用蒸发操作： 间歇式蒸发：受热时间长，不利浓缩； 设备简单，终浓度宜控制 连续式蒸发：受热时间短，处理量大，设备 利用率高；终浓度不易控制 循环式蒸发：受热时间比间歇式短，浓度 较易控制，适合糖液浓缩,主要淀粉糖制品的生产,液体葡萄糖,主要有酸法、酸酶法和双酶法三种方法：酸法工艺：酸酶法工艺： 酸法液化，酶法糖化双酶法工艺：,主要淀粉糖制品的生产,结晶葡萄糖、全糖,结晶葡萄糖纯度高，主要用于医药、试剂、食品等行业 全糖纯度略低，工艺简单，成本低，主要用于食品、发酵、化工、纺织等行业 酸法含水-葡萄糖生产工艺流程 酶法结晶葡萄糖、 全糖生产工艺流程,主要淀粉糖制品的生产,麦芽糖浆,饴糖液体酶法生产工艺流程 高麦芽糖浆： 与饴糖相似，麦芽糖含量较高，产品应经过脱色、离子交换精制 麦芽低聚糖浆： 直链麦芽低聚糖生产工艺： 支链麦芽低聚糖生产工艺： 麦芽糊精酶法生产工艺流程：,主要淀粉糖制品的生产,果葡糖浆,异构化机理 生产工艺流程,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖产品结构,中国淀粉糖产品结构,2007年中国淀粉糖产品结构,液体淀粉糖,固态淀粉糖,液体淀粉糖产量约55%，其中麦芽糖浆为主导产品固态淀粉糖中，结晶葡萄糖为主导产品,淀粉糖生产消费情况,国外淀粉糖品种,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖产量及消费结构,图 2000-2009年中国淀粉糖产量及增长率,图 中国淀粉糖消费结构,十年间，国内淀粉糖行业产能迅速扩张，市场增长主要依赖于国内蔗糖减产导致的缺口；食品饮料等行业对糖的需求增长； 白糖价格高，淀粉糖的成本替代效应显现，获取部分市场份额人们对健康食品的追求，刺激功能糖类的发展。,注：资料来源于发酵工业协会及网络,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖产量及消费结构,图 各国淀粉糖人均消费量,中国是仅次于美国的第二大淀粉糖生产国中国人均淀粉糖消费量很低较大的市场增长空间,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖主要生产企业布局及产能,图 2007年中国淀粉糖规模以上生产企业产能布局,注：数据来源于中国玉米产业报告(2008-2009 年),生产集中程度较高集中分布于玉米主产区及淀粉生产大省山东、吉林、河北三省占总产能88%,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖主要生产企业布局及产能,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖生产企业,“中国糖都（淀粉糖）”，主要生产果糖、低聚糖、食用级葡萄糖、果葡糖浆、葡萄糖酸盐、麦芽糊精、食用葡萄糖、无水葡萄糖、麦芽糊精生产规模为亚洲最大,嘉吉淀粉与甜味剂亚洲区（SSA）在中国设有五家工厂，生产淀粉、果糖、葡萄糖、麦芽糊精和变性淀粉、高果糖浆42、高果糖55和葡萄糖为糖果、咖啡乳、啤酒、奶制品、饮料行业和非食品工业的客户提供丰富多样的产品。,淀粉糖生产消费情况,淀粉糖生产企业,法国罗盖特公司建于 1933年，是世界范围内淀粉及其深加工的领先企业，并在全球投资13家工厂，采用先进的技术和设备，以玉米、小麦、马铃薯为原料，生产原淀粉、变性淀粉、液体和固体淀粉糖、发酵产品、多元醇等六百多种产品，以无热源一水葡萄糖和山梨醇（液体和结晶山梨醇）为最著名。,谢 谢,
