《味精工艺》PPT课件.ppt

第二章葡萄糖液的生产,淀粉糖生产工艺概述,利用含淀粉的粮食、薯类等为原料，经过酸法、酸酶法或酶法制取的糖，包括麦芽糖、葡萄糖、果葡糖浆等，统称淀粉糖。 淀粉分为直链淀粉和支链淀粉，不同植物两种淀粉含量不一样。淀粉是一种碳水化合物，是由许多葡萄糖分子脱水聚合而成的一种高分子化合物，即淀粉是一种葡萄糖聚合物。 利用专一性很强的淀粉酶将淀粉降解成低分子的糊精，然后再利用专一性很强的糖化酶进一步将其水解为葡萄糖。葡萄糖淀粉酶又称糖化酶，它能把淀粉从非还原性末端水解 -1.4 葡萄糖甙键产生葡萄糖，也能缓慢水解 -1.6 甙键转化成葡萄糖。 这两种酶促反应分别称之为淀粉的液化和糖化。,淀粉颗粒的外观 淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，其内部呈复杂的结晶组织。随原料品种和种类的不同，淀粉颗粒具有不同的形状和大小。形状不规则，大致上可分为圆形、椭圆形和多角形。 一般来说，水份含量高，蛋白少的植物，颗粒较大，形状较整齐，大多为圆形或卵形，如马铃薯、甘薯的淀粉。 颗粒较大的薯类淀粉较易糊化，颗粒较小的谷物淀粉相对较难糊化。,淀粉的分子结构 淀粉可分为直链和支链淀粉两类。 直链淀粉通过-1，4键连接 。 支链淀粉的直链部分通过-1，4键连接，分支点则有-1，6键连接，支链平均有25个葡萄糖基团，因而还原性末端数量较少。 一般植物中直链淀粉含量为2025%，支链淀粉占7580%。 直链淀粉在7080的热水中可溶，溶液的粘度较小，遇I2 呈纯蓝色；支链淀粉在高温热水中可溶，溶液的粘度大，遇I2呈兰紫色。,淀粉是一种碳水化合物，是由多个葡萄糖分子脱水聚合而成的高分子化合物，简单地说淀粉就是一种葡萄糖聚合物。有直链状和支链状的两种分子，分别称直链淀粉和支链淀粉。组成淀粉的分子单位是葡萄糖，淀粉分子中的碳、氢、氧分别为44.4%、6.2%、49.4%。 淀粉分子结构中大部分是-1.4糖苷键连接,少量为-1.6糖苷键连接。由三个或四个葡萄糖单位通过1.4键连接的小分子糖成为麦芽三糖和麦芽四糖，三个以上称为低聚糖和糊精。 分子式： （C6H10O5）n 分子量： （12*6+1*10+16*5）*n=162*n,淀粉在水-热处理过程中的变化 水-热处理的概念 将淀粉质原料与水一起，在高温高压或低温低压的条件下进行处理的过程。 水-热处理的目的 淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶进行糖化作用，这就是原料水-热处理的主要目的。 淀粉在热水中加热温度高于糊化温度后，直链淀粉从淀粉粒中游离出来溶于水中，可溶解的直链淀粉是线性的。温度提高，大分子的和带分支的直链淀粉被溶出。,淀粉的膨胀和溶解 膨胀：淀粉是一种亲水胶体，遇水加热后，水分子渗入淀粉颗粒的内部，使淀粉分子的体积和重量增加，这种现象称为膨胀。 糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。 淀粉没有还原性，也没有甜味，不溶于冷水、酒精和醚类等有机溶剂，相对比重为1.61；蛋白质的比重为1.18，所以当生淀粉的悬浮液在静置时，其淀粉颗粒很容易沉淀下来，其原因是淀粉不溶于冷水。相对密度较大。淀粉加工主要靠其各成分比重的不同来进行分离的。淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，体积增大淀粉颗粒破裂，晶体结构破坏，淀粉分子溶解于水中形成一种糊状的粘稠液体，这个过程称为糊化。各种淀粉糊化温度不同，玉米淀粉为6272.,淀粉液化的方法 水解动力的不同 酸法、酶法、酸酶法、机械液化法 工艺的不同 间歇式、半连续式、连续式 设备的不同 管式、罐式、喷射式 加酶方式的不同 一次加酶、两次加酶、三次加酶 原料的精粗不同 淀粉质原料直接液化、精制淀粉液化,酶法液化 酶解法液化、糖化淀粉常用的酶： -淀粉酶： 其作用是将淀粉迅速水解为糊精及少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内切淀粉酶。淀粉受到-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现：蓝紫红浅红不显色(即碘原色) 糖化酶： 作用与淀粉的l，4键，能从葡萄糖键的非还原性末端起将葡萄糖单位一个一个的切断，因为是从链的一端向另一端逐渐地一个个地切断为葡萄糖，所以称为外切淀粉酶。,按其结构和作用可分为： -淀粉酶(不规则分解淀粉，切断-1，4糖苷键) -淀粉酶(从还原端开始，以麦芽糖为单位分解-l，4糖苷键) 糖化型淀粉酶(从非还原端开始，以葡萄糖为单位依次分解-l，4糖苷键) 异淀粉酶(分解支链淀粉，产物为糊精，从还原端开始，以麦芽糖为单位分解-l，4糖苷键）,普鲁蓝酶，能水解支叉结构和直链结构的- 1，6糖苷键、支链淀粉、普鲁蓝酶与-淀粉酶合并水解，能使支叉开裂，使-淀粉酶继续水解，大大提高葡萄糖的产率。 普鲁兰酶，能迅速切开淀粉分子和糊精中的-D-1.6葡萄糖苷键产生直链糊精，它与糖化酶混合使用，可提高葡萄糖的纯度，提高糖液的DE值，还可缩短糖化周期，可避免逆反应物质的生成.,酶法液化方法 间歇（升温）液化法 蒸汽,升温液化法 工艺：将浓度30-40%淀粉乳调整pH到6.5，加入CaCl2 (0.01mol/L)和一定量淀粉酶(5-8u/克淀粉)，剧烈搅拌，加热到85-90，保持30-60分钟，达到液化程度( DE 15-18 )，升温到100，灭酶10分钟。 此方法简便，但效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。 高温液化法（喷淋连续进出料液化法） 工艺：将淀粉乳调整到适当pH和Ca2+浓度，加入一定量的淀粉酶，用泵打给喷淋头引入液化罐中（其中已有90热水），淀粉糊化后，立即液化，至保温罐90保温40分钟，达到液化的程度。 优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。 缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。,连续（喷射）液化法 利用喷射器将蒸汽直接喷射至淀粉乳薄层，以在短时间内达到要求的温度，完成糊化和液化。喷射后，进入保压管或（保温罐），9599保温145分钟。 优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。 双酶糖质量好、纯度高、收得率也高，DE值可达到98%以上。缺点是酶反应时间长，生产周期长，糖液容易变质。另外，酶本身是一种蛋白质，增加了料液中蛋白质的含量。淀粉转化反应成葡萄糖包括：一、水解反应 二、复合反应 三、分解反应。水解反应是主要的，复合、分解反应是有害的，液化DE值的高低、PH值的高低、温度的高低、糖化酶的用量、糖化周期的长短，必须控制稳定确保糖液的质量。,喷射液化采用高压蒸汽喷射器，高速流动的蒸汽由喷嘴喷出，形成一定的负压将淀粉乳混合液吸入并一起混合，达到加热目的，这个过程叫喷射液化。高压蒸汽喷射液化器在供汽压力0.5MPa，喷射液化过程中能形成高强度的微湍流，在混合的过程中，蒸汽释放出潜热，将水淀粉乳快速加热升温至所需温度，迅速越过糊化温度，使糊化液化连续、迅速而彻底。,低压喷射液化器的结构,液化工艺原理,将淀粉车间送来的淀粉乳加水配制成规定浓度，加稀碱水调整PH值，加入规定数量的耐高温淀粉酶制剂，泵入以汽带料的高压蒸汽喷射器，将淀粉乳迅速升至规定温度，料液经过高温保压管维持3-5分钟进入一次闪蒸罐进行自然扩散降温，然后泵入串联的多级层流罐进行液化，淀粉降解成低分子糊精，料液流出层流罐后进入真空降温罐进行蒸发降温，降温后的料液进入糖化岗位，蒸发的水蒸汽经列管式冷凝器间接降温后形成冷凝水用于调节淀粉乳浓度。,主要设备,调浆罐 高压蒸汽喷射器 高温保压管 闪蒸罐 层流罐,E： 蒸汽入口； F：浆料进料口；G ：出流；K：最低预留空间 尺寸(mm， 毫米),液化工艺流程,糖化理论 糖化：以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉的液化产物糊精、麦芽糖、低聚糖转化为葡萄糖，得到可发酵性糖的过程。 糖化剂 ：糖化过程中所用的催化剂。包括无机酸和酶。 糖化的目的：将淀粉转化为可发酵性糖。,DE值： 糖化液中还原糖含量（以葡萄糖计）占干物质的百分率，用以表示淀粉糖的糖组成份。 还原糖用菲林试剂法或碘量法测定，干物质用阿贝折光仪测定。,淀粉分子内部的-1，4和-1，6葡萄糖苷键的断裂，相对分子质量逐渐变小，依次变为糊精，低聚糖，麦芽糖和葡萄糖。 糊精是若干种分子量大于低聚糖的碳水化合物的总称，一般含210葡萄糖单位的为低聚糖。糊精具有旋光性，还原性，能溶于水，不溶于酒精。 与碘作用，聚合度不同颜色不同。 葡萄糖的复合反应 若条件适合的话（PH值、作用时间和温度），葡萄糖可以缩水生成二糖、三糖和其它低聚糖等，其中主要的有龙胆二糖、海藻糖和异麦芽糖，其变化可用下式表示。对于发酵来说，复合反应是有害的，多数复合糖并不能被谷氨酸菌利用，往往会使谷氨酸发酵结束时残糖高，给后道提取带来困难，复合反应是可逆的。,葡萄糖聚合度与碘液的呈色表,糖化的过程检测 检验液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈兰色； 检验糖化：是否水解完全 测定还原糖；菲林试剂滴定法 用无水酒精：检验时糊精不溶于酒精，与酒精反应生成白色沉淀。,酸解法: 利用无机酸（盐酸）作为催化剂，通过高温高压经过一段时间将淀粉水解成葡萄糖的过程 。 用盐酸调节PH1.0-1.2，调节浓度10-12B，在水解锅内用蒸汽直接升温至135，压力在0.28-0.30MPa,保压15min，放罐至闪蒸罐后流入中和罐内冷却至70，然后用纯碱溶液中和至PH4.6-4.8，加入活性炭脱色15分钟后过滤即可。此法制糖工艺简单、生产周期短，从收浆到过滤出糖液仅需要几个小时，但制得的糖液质量差，含量、纯度、转化率低，DE值只有88-90%，透光在70左右，粉糖转化率在88%左右，且设备要求耐高温耐腐蚀。随着制糖技术的进步，91年此法已被淘汰。 酸法工艺是以酸作为水解淀粉的催化剂，淀粉是由多个葡萄糖分子缩合而成的碳水化合物，酸水解时，随着淀粉分子中糖苷键断裂，逐渐生成葡萄糖、麦芽糖和各种相对分子质量较低的葡萄糖多聚物。该工艺操作简单，糖化速度快，生产周期短，设备投资少。,优点： 工艺简单，设备较单一 水解时间短，设备周转快 缺点： 需耐高温、高压和耐腐蚀的设备 副产物多，淀粉的转化率低 对原料要求高 废水难处理 过滤困难 透光低,酸解法中常用的酸 盐酸：高效，但中和后产生氯化物，增加糖液灰分，对葡萄糖的结晶，分离及收率会有影响。 硫酸：能力仅次于盐酸，用碳酸钙中和，经脱色，离子交换可除去。 草酸：能力低，用石灰中和生成草酸钙，脱色过滤易除去，非强酸，减少了复合反应。 淀粉酸水解的工艺流程 工艺参数 淀粉浆的pH：1.2左右 水解压力：0.280.30MPa 温度：128 水解时间：15min 一次中和pH：4.64.8,糖化工艺原理,经液化后的料液主要成份为糊精等低分子聚合物，需加入糖化酶继续水解成葡萄糖。 经真空降温后的料液进入PH调节罐，利用真空降温系统调整温度，同时加入盐酸调节PH值，泵入糖化罐进行糖化，在泵入过程中均匀流加规定数量的糖化酶。,糖化主要设备,真空降温罐 PH值调节罐 冷凝水收集罐 列管式间接冷凝器 糖化罐,工艺原理 料液经过糖化后其中的糊精在糖化酶的作用下已彻底水解成了葡萄糖，经板框压滤机过滤去除其中的蛋白质、胶体物质及杂质等得到纯净的葡萄糖液供给谷氨酸发酵使用。 主要设备 板框压滤机 清糖罐 混糖罐 糖贮罐,蒸发的原理：蒸发浓缩是将稀溶液中的部分溶剂，在真空状态下加热使其汽化并不断排除，使溶液浓度增加。 蒸发器的要求：充足的加热热源，1、以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。2、保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排出。3、一定的热交换面积，以保证传热量。 真空蒸发器的优点：在负压状态下进行的称为真空蒸发。1、物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温所产生的质变。2、沸腾温度降低，提高了热交换的温度差，增加了传热强度。3、为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率。4、由于物料沸点降低，蒸发器热损失减少。 蒸发器的特点：是液体沿加热管壁成膜状进行蒸发。按液体流动方向可分为：升膜式、降膜式、升降模式、顺流式、逆流式等。,升膜式：是指在蒸发器中形成的液膜与蒸发的二次蒸汽气流方向相同，由下而上并流上升。 需要注意的事项：温差过大或蒸发强度过高，传热表面产生蒸汽量大于蒸汽离开加热面的量，则蒸汽就会在加热表面积积聚形成大气泡，甚至覆盖加热面，使液体不能浸润管壁，这时传热系数迅速下降，形成“干壁”现象，导致蒸发器非正常运行。 降膜式：物料溶液从加热管子上部进入，经分配器导流管进入加热管。沿管壁成膜状向下流。液体的流动是靠自身的重力和二次蒸汽运动的拖带力的作用，其下降的速度比较快，因此成膜的二次蒸汽流速可以较小，对黏度较高的液体也较易成膜。液料分配要均匀。会出现有的管子液量多，液膜厚，降低蒸发的浓缩比。液量少，浓缩比增大有时会出现管壁现象。物料与加热蒸汽之间的温度差很小。,升降膜式：是在一个加热器内安装两组加热管，一组作升膜式另一组作降膜式，物料溶液先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入汽液分离器，分离后，二次蒸汽从分离器的顶部排入冷凝器，浓缩液从分离器下部排出,糖化液的质量要求 应控制好淀粉的质量，慎用霉烂、变质的玉米或淀粉，因霉变玉米或淀粉酸度较高，甚至有抑制物质，有残留毒素，将会影响谷氨酸菌体的正常生长和产物积累，生产过程中应减少淀粉的污染。 糖液中不应有糊精存在，因为谷氨酸菌不能利用糊精，造成原料浪费。同时，较多的糊精将造成发酵过程中泡沫增加，容易逃液，给发酵生产增大了污染的可能。,要求糖液要清，色泽要浅，透光度要高，透光度在一定程度上反映了糖液质量的高低，透光率低往往是由于淀粉水解过程中发生的葡萄糖复合或分解反应程度高，产生了较多的色素等杂质，这些杂质的存在将影响谷氨酸菌体的生长。 糖液中的蛋白质要尽量减少，蛋白的增加给发酵和提取都会带来很大影响。 确保糖液的存储时间要求不能有酸臭味。,水解糖液的质量要求和控制要点 水解糖液的质量要求 色泽：呈强黄色透明液 糊精反应：无 还原糖含量，18左右 DE值：90以上 透光率：75（420纳米） pH值：4.64.8 淀粉转化率：86%以上（实际产量/理论产量）,淀粉液化、糖化（工艺流程图）,调浆罐,调浆罐,调浆罐,维持罐,层 流 罐,冷 凝 器,层 流 罐,层 流 罐,糖化罐,板 框 压 滤 机,储糖罐,