第7章 淀粉制糖

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：
— α-淀粉酶随机切断分子内部的α-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
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
固态淀粉糖
其他, 14%
液体淀粉糖
葡萄糖 浆, 7% 果葡糖 浆, 9%

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
多元醇, 9%
麦芽糊 精, 6%
葡萄糖为主导产品
麦芽糖 浆, 38%
结晶葡萄 糖, 17%
2007年中国淀粉糖产品结构
淀粉糖生产消费情况
国外淀粉糖品种
国家
麦芽糊精
主要产品品种
各种DE值淀粉糖浆（也称传统糖浆）:包括麦芽糖浆和高麦芽糖浆
美国
葡萄糖：①结晶一水葡萄糖；②无水葡萄糖；③ 71％固形物纯葡萄 糖糖浆；④71%固形物，含葡萄糖93-95％，多糖5％-7%液体葡萄糖 果葡糖浆：美国淀粉糖品中数量最大,约占73％, 结晶果糖 山梨酸，甘露醇，麦芽糖醇等 传统的酸法和酶法转化的糖浆、果萄糖浆和高DE值葡萄糖浆 含麦芽糖45％， 50-55％和 70-95％的麦芽糖浆；含 50-60％麦芽三糖 浆；50-70％麦芽四糖糖浆；含40％麦芽六糖和麦芽七糖的混合糖浆
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: shuntang@cau.edu.cn
主要内容
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
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。
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
超高麦芽糖
45-60
Baidu Nhomakorabea
1.5-2
70-85
8-21
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 糖名称 相对 甜度 蔗糖 1.0 葡萄糖 0.7 果糖 1.5 麦芽糖 0.5 果葡糖浆 淀粉糖浆 淀粉糖浆 （42型） （DE值42%） （DE值70%） 1.0 0.5 0.8
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
图 外循环蒸发器
主要淀粉糖制品的生产
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α-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 β-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
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：
淀粉 葡萄糖
5’-羟甲基糠醛 甲酸和其他有机酸
龙胆二糖和其他低聚糖
有色聚合物
— 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
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：
— 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;
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 真空罐中较高温结晶 真空罐结晶 含水α-葡萄糖结晶
无水β-葡萄糖结晶
无水α-葡萄糖结晶
生产上主要为含水α-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
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%
脱支酶：
— 水解支链淀粉、糖原等大分子中的α-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α-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α-1,6 糖苷键；普鲁兰酶可同时作用支链和直链结构中的α-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β-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
— 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
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
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
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α-葡萄糖生产工艺流程
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
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
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
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
β-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β-1,4糖苷键，并发生转化作用， 生成β-麦芽糖 — β-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β-极限糊精
淀粉糖的糖化工艺
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
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
第一代产品
分子筛模拟移动床分离
果糖含量94%糖液
不同比例混合
第二代产品
第三代产品
表 三代果葡糖浆产品对比 产品 第一代 第二代 第三代 浓度/% 71 77 80 果糖/% 42 55 90 葡萄糖/% 53 40 7 低聚糖/% 5 5 3 甜度/ 以蔗糖甜度为1 1 1.1 1.4
糖化酶（葡萄糖淀粉酶）：
— 从淀粉非还原末端开始，依次水解α-1,4葡萄糖苷键 — 专一性较差，还可水解α-1,6糖苷键、 α-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
淀粉糖的糖化工艺
酶液化和酶糖化工艺
淀粉酶 α-淀粉酶：内切型淀粉酶
— 随机切断淀粉分子内部的α-1,4糖苷键
— 不同来源 α-淀粉酶生成糊精的结构和大小不同 — 地衣芽孢杆菌α-淀粉酶：最适温度95 ℃，耐高温淀粉酶
枯草杆菌α-淀粉酶：最适温度70 ℃，中温淀粉酶
真菌α-淀粉酶：最适温度55 ℃，非耐热温淀粉酶，一般用作糖化酶
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 类别 饴糖 高麦芽糖 糖化工艺 大麦芽为糖化剂； α-淀粉酶液化，麸皮或麦 芽糖化 α-淀粉酶液化， 植物β-淀粉酶糖化 α-淀粉酶液化， 支链淀粉分支点的α-1,6糖苷键脱支酶水解， 植物β-淀粉酶糖化 DE值 35-50 35-50 葡萄糖 10以下 0.5-3 麦芽糖 40-60 45-70 麦芽三塘 10-20 10-25 % 其他 30-40
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