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葡萄糖生产中液化和糖化的控制

Post on 2024-04-22

01 淀粉转化葡萄糖生产中的液化与糖化

淀粉是葡萄糖的聚合体,是由数百上千个葡萄糖单元组成的,也可以看成是由许多个微小颗粒组成,每个粒子都有较复杂的内部结构 ,在通常情况下,这些颗粒是不溶解的。

淀粉颗粒的结晶性结构对于酶的抵抗力强。例如,α-淀粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的速度比约为1:20000。

因此,不能让淀粉酶直接作用于淀粉 ,需要先加热淀粉乳使淀粉颗粒吸水膨胀、糊化,破坏其结晶结构。

淀粉乳糊化是酶法工艺的第一个必要步骤。淀粉乳糊化,粘度加大,流动性差 ,搅拌困难,也影响传热 ,较难获得均匀的糊化结果 ,特别是在较高浓度和大量物料的情况下操作有一定的困难。

而α-淀粉酶作用于糊化的淀粉具有很强的催化水解作用,能很快水解到糊精和低聚糖范围大小的分子,粘度急速降低,流动性增高,同时增加了大量的非还原性末端,淀粉分子的这一过程在工业上称之为 “液化”。

液化的另一个重要目的是为下一步的糖化创造有利条件。

糖化使用的葡萄糖淀粉酶属于外酶,水解作用从底物分子的非还原尾端进行 。在液化过程中,分子被水解到糊精和低聚糖范围的大小程度,底物分子数量增多,糖化酶作用的机会增多,这有利于糖化反应的进行。

在液化工序中,淀粉经淀粉酶水解成糊精和低聚糖等较小分子的液化液,液化液在葡萄糖淀粉酶的作用下进一步转化成葡萄糖的过程称为糖化。

葡萄糖淀粉酶能催化水解淀粉和寡糖分子中的仅α-1,4糖苷键,它是从分子的非还原性末端切断葡萄糖单元,遇到支链α-1,6键附近葡萄糖单位时停止分解;但可越过α-1,6键继续水解其他的仅α-1,4键。

虽然说葡萄糖淀粉酶也能水解α-1,6键,但水解的速度相比切断α-1,4键慢了约几十倍之多。单独用葡萄糖淀粉酶糖化时,最终糖化液中存在大量的α-1,6键残基,这些残基不能生成葡萄糖 ,最终影响葡萄糖的收率。

为了提高葡萄糖收率,在实际生产中,除了使用葡萄糖淀粉酶外,还添加支链淀粉酶又称普鲁兰酶。该酶可高效的水解α-1,6键,使淀粉链分叉点α-1,6键附近的葡萄糖单元进一步水解成葡萄糖 。

当然,现在大多数工厂实际使用的糖化酶制剂,大多是葡萄糖淀粉酶和支链淀粉酶(又称普鲁兰酶)的复合制剂。

因此在实际生产中,只要按使用要求直接加入就可以正常使用了。

02 简述工艺流程及条件控制

1、工艺流程

淀粉乳→喷射液化→维持→保温层流→降温调ph值→糖化

淀粉乳配料罐内,把淀粉粉浆乳调到Be18左右,用酸或者碱,调节pH至5.4~5.8,加入耐高温α-淀粉酶,接着搅拌均匀后用泵将淀粉浆打入喷射液化器,通过喷射器,粉浆和蒸汽直接接触,控制温度105℃ ~108℃,维持3-5min,接着进入层流罐 ,持续保温90~120min,测定DE值达到12-14%,接着开始降温;降温后的液化液,迅速用酸将pH值调至 4.2~4.4,接着,加入糖化酶,在60℃±2℃保温糖化。

一般控制48h,DE值达到或超过98%(复合糖化酶)后,取样经过HPLC测定达到要求,糖化结束,接着糖化液开始进入精制工序。

2、基本工艺条件控制

淀粉乳:
浓度 :30%~32%。
pH值:5.4~5.8。
淀粉乳蛋白含量:≤0.5%。

液化控制:
浓度 :32%±2%。
pH值:5.4~5.8。
加酶量 :根据酶型号推荐量加入。
喷射温度 :105℃ ~108℃(根据实际情况可微调)
维持时问:3-5min。
液化保持时间:90~120min。
液化终了DE值:12%~14%。
碘试 :棕色或棕红色。

糖化:
pH值 :4.2~4.4。
加酶量 :参考酶推荐量。
保持温度:60℃±2℃。
糖化时间:48h-60h。
糖化终了DE值:≥98%。
糊精检查:合格。(此项不作为必检项)

3、高效液相分析(糖化液):

DP2:高,DP4+低。
可能原因:过度糖化。调整:适当减少糖化酶量或者缩短时间。

DP3高。
可能原因:液化过头或不均匀。调整:微调液化控制条件。

DP2低,DP4+高。
可能原因:糖化不完全 。