实验一 淀粉质原料的蒸煮糖化(改)
淀粉质原料酒精发酵（生物工程）
发酵工程综合实验——淀粉质原料酒精发酵一、实验目的：根据发酵工程原理，学习和掌握淀粉质原料酒精发酵生产工艺，熟悉酒精生产的实际操作过程。
二、实验原理：将淀粉质原料经双酶法液化糖化，使其变成可发酵性糖，再接种经活化扩培的活性干酵母菌种进行发酵，使其生成酒精，通过蒸馏分离，最后得到酒精产品。
双酶法液化糖化是新型生产工艺，免去原料高温蒸煮，既可节省蒸煮用汽，又可省去冷却用水，同时降低高温蒸煮过程糖损失，提高原料出酒率。
三、实验材料：玉米粉（颗粒为1.5mm）、耐高温α-淀粉酶、糖化酶、酒精活性干酵母、葡萄糖、1mol/LNa2CO3溶液、1mol/LH2SO4溶液、纱布。
四、实验仪器与设备：250mL、500mL三角烧瓶，100mL、500mL、1000mL 烧杯，糖度计，10L全自动发酵罐，酒精蒸馏装置（500mL蒸馏烧瓶、加热套、冷凝器、100mL容量瓶），酒精计，pH试纸，水浴锅、恒温振荡培养箱、电炉及常规玻璃仪器。
五、实验方法：1.工艺流程水α-淀粉酶糖化酶↓↓↓玉米粉→调浆→液化→糖化→扩培←活化←干酵母水α-淀粉酶糖化酶↓↓↓玉米粉→调浆→液化→糖化→发酵→蒸馏→酒精2.实验操作要点（1）干酵母活化扩培：称玉米粉18g，加水100mL，搅拌调匀，用1mol/L Na2CO3或1mol/L H2SO4溶液调pH在6.0~6.5，加耐高温α-淀粉酶30u/g玉米粉，搅拌加热至85~90℃，液化60min。
冷却液化醪至60℃，用1mol/L H2SO4溶液调pH在4.0~4.5，加糖化酶250u/ g玉米粉，保温糖化60min，即得酒母糖化醪。
用糖度计测糖度。
在35~42℃的20mL 2%葡萄糖液中添加干酵母活化，活化时间20~30min。
酵母添加量为0.2g。
酒母糖化醪冷却至28~30℃,将活化的酵母接入酒母糖化醪，放入恒温振荡培养箱30℃培养，时间12~15h，即得发酵用酒母。
（2）调浆液化：称玉米粉100g，加水400mL，搅拌调匀,用1mol/L Na2CO3或1mol/L H2SO4溶液调pH在6.0~6.5，加耐高温α-淀粉酶30u/g玉米粉，搅拌加热至85~90℃，液化60min 。
淀粉质原料糖化工艺
淀粉质原料糖化工艺一、酶制剂酒精生产过程中，淀粉质原料的糖化过程经历了从大麦芽到曲霉菌，从固体培养曲霉菌到液体培养曲霉菌。
在一百多年的工业生产历程中，酒精企业最关键的问题是把淀粉转变为可发酵性糖。
从1966年日本完成双酶法淀粉工业制糖后，酶制剂生产和活性干酵母一样从酒精企业独立出来。
商品酶制剂不断进步，简捷的糖化工艺使酒精企业可以稳定地扩大生产规模，如今发酵罐的容积已增大到4200m3。
以下介绍酒精生产糖化工艺中两种重要的淀粉酶系和发酵中的酸性蛋白酶。
1．耐高温α-淀粉酶耐高温α-淀粉酶（EC3 .2 .1 .1）是一种淀粉内切酶，可随机水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的α-1，4-葡萄糖苷键。
该酶可使糊化淀粉的黏度迅速降低，故又称淀粉液化酶，水解产物有糊精及少量葡萄糖和麦芽糖。
①pH对酶活力及酶稳定性的影响。
耐高温α-淀粉酶最适pH范围为5.5~7.0，稳定pH 范围为5.0~10.0，有效pH范围为5.0~8.0。
pH对酶活力和酶稳定性的影响如图3-5和图3-6所示。
在液化工艺中，大型酒精企业均采用酒糟清液回用工艺，因酒糟清液酸度较高，需用碱液调整其pH至6左右，以利于保证α-淀粉酶的活性。
②温度对酶活力及酶稳定性的影响。
在淀粉液化喷射过程中，耐高温α--淀粉酶热稳定性好，在高温下活力也相当稳定，可用于淀粉的间歇液化和连续液化过程。
其最适作用温度在90℃以上（连续喷射液化过程中，耐热温度可达100~105℃。
酶是一种蛋白质，一般蛋白质在60℃即失去活性，而耐高温α-淀粉酶却能在高温下保持非常高的活力，这一机理待深入研究）。
温度对酶活力及酶稳定性的影响如图3-7和图3-8所示。
③Ca2 +浓度对酶稳定性的影响。
α-淀粉酶是一种金属酶，Ca2+对酶的稳定性影响很大℃a2+的存在，可以使细菌淀粉酶活力的pH范围扩大；不含Ca2+的酶，pH范围狭窄，但Ca2+浓度不需要很高℃a2+浓度较低时，酶稳定性好，Ca2+浓度为50~ 70mg/kg时已足够。
淀粉质原料的蒸煮详解
第二章 酒精生产工艺与设备
3.2 罐式连续蒸煮法
3.2.1 主要设备 粉浆泵、预煮锅、蒸煮罐、后熟 器、蒸汽分离器、真空冷却器等
第二章 酒精生产工艺与设备
3.2.2 蒸汽分离器作用 a.蒸汽二次利用
b.进一步后熟
c.醪液储存
第二章 酒精生产工艺与设备
甲醇，对淀粉发酵不利。 2.2.3 在预煮时（50-60℃），淀粉酶活力 最强，容易造成淀粉中可发酵糖的流失；
第二章 酒精生产工艺与设备
2.2.4 含氮物质
主要指蛋白质， 100 ℃ 之前蛋白质凝结、变 性，可溶性蛋白减少； 温度继续升高，在胶 溶作用下凝结蛋白分 离，可溶性蛋白增加 。
第二章 酒精生产工艺与设备
第二章 酒精生产工艺与设备
4.2 无蒸煮法（生淀粉发酵工艺）
定义：淀粉不经预先蒸煮，直接加黑曲霉 产出的淀粉酶，利用生淀粉直接进行酒精 发酵。 局限性：高效生淀粉糖化酶的研制；
杂菌污染。
附加目的：灭菌，利于发酵。
第二章 酒精生产工艺与设备
2.蒸煮过程中的物理及化学变化 2.1 物理变化
2.1.1淀粉的膨胀与溶解
淀粉吸水膨胀（ 40-70 ℃），加 热糊化后淀粉颗粒解体（60℃）， 温度继续上升（ 100 ℃）支链淀 粉溶于水形成粘滞液体，温度达 到 120 ℃时，分子动能增大，淀 粉完全溶解，淀粉分子网状结构 被破坏，黏度下降。
第二章 酒精生产工艺与设备
2.1.2 淀粉的糊化 定义：已预煮好的淀粉料浆进入蒸煮设备
后，在高温高压条件下，植物组织和细胞
壁破裂，使淀粉完全溶解出来，这一过程
称为淀粉的糊化。
此时淀粉浆液称为糊化醪，俗称蒸煮醪。
培养基的制备过程与设备
（三）真空冷却器
（三）真空冷却器
1.冷却的目的： 由汽液分离器排出的糊化醪温度为100 ℃ 左右，黏度大，含固形物，需降温 至60 ℃ 左右进行糖化，在糊化醪糖化 之前需要进行冷却。
（3）蒸煮器和后熟器体积的计算
当蒸煮罐和后熟罐采用相同体积时，每 个后熟器所需要的体积计算方法：
V1τ=V2(N-1)+V2Φ 所以： V2=V1 τ/(N+ Φ-1) 其的中糊：化V醪1：量包，括m有3/h加；热蒸气冷凝水在内 τ ：蒸煮时间，h； N：蒸煮罐和后熟器的数目； Φ：最后一个后熟器的充满系数，约为0.5
a.水平式糖蜜稀释器
b.立式糖蜜稀释器
• 圆筒形，高1.5m。下部有3个连接管， 最下方的2个分别为热水和糖蜜进口。 糖蜜和热水进入后流过下边的一个中心 有圆形孔的隔板，又与刚进入的冷水混 合。圆筒部分有7-8块具有半圆形缺口 的隔板交替配置，迫使液体交错呈湍流 运动，使糖蜜和水更好地混合。
b.立式糖蜜稀释器
2.糖蜜的稀释 主要采用间歇式和连续式糖蜜稀释器。
（1）间歇式稀释设备 a.敞口容器：内部安装搅拌装置或用通风代替
搅拌。
b.稀释器的体积：5-20m3; 几何尺寸：D（圆筒部分直径）：H（圆筒部分
高）=1：1.1 c.装满系数： η = V实/ V V：稀释器的总体积，m3 V实：稀释器内稀糖液的体积， m3 η ：装填系数，一般取0.8-0.85
（四）糖化设备
1.连续糖化罐 （3）糖化罐的尺寸 H：圆筒部分高 h:球形底（或罐底）高度 r:球形底曲率半径 H=(0.5-1.0)D h=(0.11-0.25)D r=(D2+4h2)/8h
淀粉的液化实验报告
淀粉的液化实验报告篇一：淀粉液化及糖化实验淀粉液化及糖化实验一、实验目的1. 掌握用酶解法从淀粉原料到水解糖的制备原理及方法；2. 掌握还原糖的测定方法。
二、实验原理在发酵过程中，因有些微生物不能直接利用淀粉，当以淀粉为原料时，必须先将淀粉水解成葡萄糖，才能供发酵使用。
一般将淀粉水解为葡萄糖的过程成为淀粉的糖化，所制得的糖液成为淀粉水解糖。
水解淀粉为葡萄糖的方法包括酸解法、酸酶结合法和酶解法。
实验室常采用酶解法制备淀粉水解糖。
酶解法是指利用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖的过程。
酶解法葡萄糖可分为两步：第一步是利用α-淀粉酶将淀粉转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为液化；第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程，这个过程在生产上成为糖化。
淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的，故该方法也称为双酶法。
1. 酶解法液化原理淀粉的酶解法液化是以α-淀粉酶作为催化剂，该酶作用于淀粉的α-1,4-糖苷键，从内部随机地水解淀粉，从而迅速将淀粉水解为糊精及少量麦芽糖，所以α-淀粉酶也称内切淀粉酶。
淀粉受到α-淀粉酶的作用后，其碘色反应发生以下变化：蓝色→紫色→红色→浅红色→不显色（即显碘原色）。
酶解法液化因生产工艺不同分为间歇法、半连续法和连续法；液化设备分为管式、罐式和喷射式；加酶方法包括一次加酶法、二次加酶法和三次加酶法；根据酶制剂的耐温性分为中温酶法、高温酶法及中温酶和高温酶混合法。
本实验采用：高温酶法，间歇式，罐式，一次加酶法。
2. 酶解法糖化原理淀粉的酶解法糖化是以糖化酶为催化剂，该酶从非还原末端以葡萄糖为单位依次分解淀粉的α-1,4-糖苷键或α-1,6-糖苷键，由于是从链的一端逐渐一个个地切断为葡萄糖，所以糖化酶也成为外切淀粉酶。
淀粉糖化的理论收率：因为在糖化过程中有水的参与反应，故糖化的理论收率为%n +H2O →n C6H12O6三、实验仪器与试剂1. 仪器分光光度计、恒温水浴锅、烘箱、滴定管、酸度计、电炉、离心机、白瓷板、烧杯、试管等。
第五组 淀粉糖化与酒精发酵
糖化：
加入糖化酶60保温 40-60min，用滤 布过滤糖化好的醩
液，弃去滤渣
取糖化液数滴，滴入
无水乙醇中，看是否
生成白色絮状沉淀， 若无絮状沉淀，表明 糖化比较பைடு நூலகம்底
PH值调整：滤液调整至
PH5.0,121灭菌20min。
接种发酵：将酒精活性
干酵母加入2%葡萄糖溶 液中活化20min。封口， 培养。
一的醪液，目前多数厂家开始利用α- 淀粉酶 的液化作用来替代蒸煮过程，这样可大大减少 能源消耗。液化后的醪液能更好地接受糖化酶 的作用，并转化为可发酵性糖，以便酵母进行 酒精发酵。本实验要求依据前次实验测出的结 果，按照α- 淀粉酶反应条件的要求对玉米粉 原料进行前处理。
三、仪器设备
1. 原材料：玉米粉、氧化钙、高温 a-淀粉酶、安 琪干酵母 2. 器 材 ： 刀 片 、 高 压 灭 菌 锅 、 纱 布 、 锥 形 瓶 （ 1000ml ）、试管、漏斗、滤纸、玻璃棒、温度 计、糖度计、酒度计、 PH 试纸、普通天平、水浴 锅、洗耳球、移液管、烧杯（ 50ml 、 1000ml ）、 滴管、铁架台、蝴蝶夹
调浆：
称取玉米粉100g,加水400g、氯化钠0.2g，搅拌均匀成淀粉悬浮液
糊化液化：
向烧杯中加耐高温a-淀
粉酶1g，然后放入恒温
水浴锅加热至90-95℃， 不断搅拌，液化
30min(中途适量补水)
液化30min后煮沸 10min(如图)
冷却到60 ℃
用盐酸调PH到4.04.5之间，然后测定 液化反应终点
淀粉的糖化与酒精发酵
一、目的与要求
1.掌握酒精生产中淀粉质原料的糊化、液化、糖化 早做方法及工艺 2.掌握酵母活化方法及用活性干酵母发酵生产酒精 的方法及工艺条件
发酵生产中玉米淀粉糖化的优化
发酵生产中玉米淀粉糖化的优化玉米淀粉是一种重要的生物质资源，其含有大量的淀粉和酶。
糖化是将淀粉转化为可发酵的糖的过程，是酿酒和啤酒生产的关键步骤之一。
糖化的过程包括淀粉的凝胶化和酶的作用，而糖化的效率直接关系到发酵的产量和质量。
本文以玉米淀粉糖化发酵为研究对象，通过单因素实验和正交试验，对糖化条件进行优化，以提高其产量和效率。
材料和方法实验材料包括玉米淀粉、葡萄糖酸钠、酵母等，实验设备包括恒温器、PH计、离心机等。
实验分为两步：糖化和发酵。
糖化分为淀粉凝胶化和酶水解两个阶段。
具体步骤如下：1. 玉米淀粉的凝胶化将一定量的玉米淀粉加入适量的蒸馏水中，搅拌均匀，彻底混合后加入1%的葡萄糖酸钠，调整pH值至5.5左右，然后将淀粉溶液放入150℃的恒温器中，在持续搅拌的情况下进行加热2小时，待淀粉凝胶化后降温至50℃。
2. 酶水解将相应的酶加入淀粉凝胶中进行酶解。
实验中使用α-淀粉酶和葡萄糖异构酶，α-淀粉酶是用于将淀粉链水解成小分子糖的酶，葡萄糖异构酶是用于将葡萄糖异构成果糖的酶。
实验按照正交试验设计，对糖化条件进行了探究。
选择培养温度、α-淀粉酶浓度、pH值和反应时间这四个因素进行设置，每个因素有三个水平，具体设计如下：因素水平1 水平2 水平3温度50℃ 55℃ 60℃α-淀粉酶 0.1% 0.2% 0.3%pH值 5.5 6.0 6.5反应时间 4小时 6小时 8小时采用文献法确定不同因素的值，并进行正交表的设计。
实验内容如下表所示：试验编号温度α-淀粉酶 pH值反应时间1 50℃ 0.1% 5.5 4小时2 50℃ 0.2% 6.0 6小时3 50℃ 0.3% 6.5 8小时4 55℃ 0.1% 6.0 8小时5 55℃ 0.2% 6.5 4小时6 55℃ 0.3% 5.5 6小时7 60℃ 0.1% 6.5 6小时8 60℃ 0.2% 5.5 8小时9 60℃ 0.3% 6.0 4小时测定反应液的可还原糖含量，其中包括葡萄糖、果糖等可发酵的糖。
什么叫做糖化
什么叫做糖化?其目的是什么3.1 什么叫做糖化?其目的是什么?淀粉质原料通过蒸煮以后，把颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，这时的糊精还不能被酵母直接利用，发酵产生酒精和二氧化碳，还必须采取添加糖化剂(麸曲、液体曲、糖化酶)的办法，把醪液中的淀粉、糊精转化为可发酵性糖等物质后，才能被酵母所利用，发酵产生酒精。
这个将可溶性淀粉、糊精转化为糖的过程，生产中就叫做糖化。
其转化过程可用下列方程式表示：?/P>淀粉糖化的目的，是通过糖化剂中的曲霉菌体里所具有的各种酶系作用，将淀粉、糊精进行水解。
其中所含的α-淀粉酶(又叫做液化酶)能使淀粉液化，醪液粘度下降，有利于醪液输送和酵母的发酵，它还能将淀粉中的直键淀粉最终水解，生成87％的麦芽糖和13％的葡萄糖。
利用菌种中淀粉1，4葡萄糖苷酶(也叫做糖化酶)或者叫做葡萄糖生成酶，作用于淀粉分子中结合的1，4糖苷键，从分子长链的非还原端，一个一个地水解为葡萄糖水子，虽然它不能切断1，6键，但是切到分支点时可绕过1,6键而将1,4键水解，水解后的产物几乎全部生成萄萄糖。
该酶也能分解麦芽糖，生成两分子的葡萄糖。
利用糖化酶中的1，6葡萄糖苷酶，分解醪液中的界限糊精，生成可发酵性糖。
利用菌体中的磷酸糊精酶，使醪液中磷酸与醇式羟基结合成酯的磷酸糊精水解成为葡萄糖，同时释出磷酸。
利用其中的单宁酶、果胶酶分解原料中所含的单宁和果胶质，从而减少生产中的有害物质。
利用蛋白酶分解原料中的蛋白质，生成酵母的营养物质--蛋白陈或肽。
糖化酶系中，还有一种转移葡萄糖苷酶，它的作用是把可发酵糖变成不发酵性糖如异麦芽糖或潘糖，糖化剂中，该酶含量越少越好。
总之，糖化的作用也就是把溶解状态的淀粉、糊精转化为能够被酵母利用的可发酵性物质(当然也有不发酵性物质生成，这主要是由于转移葡萄糖苷酶等的作用)，降低醪液的粘度，有利于酵母的发酵和酵液的输送。
3.2 什么叫做糖化力?糖化力是生产中用来测定液体或固体曲中淀粉1，4葡萄糖苷酶和淀粉1，6萄萄糖苷酶转化可溶性淀粉生成糖的能力。
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实验一淀粉质原料的蒸煮糖化
一、实验目的
1、掌握淀粉质原料蒸煮糖化的原理
2、了解淀粉质原料蒸煮糖化的两种方法：酸解法和酶酸法。
3、掌握还原糖的检测方法
二、实验原理
发酵生产中，部分产生菌不能直接利用淀粉。
也基本上不能利用糊精作为碳源。
因此，当淀粉作为原料时，必须现将淀粉水解成葡萄糖才能共发酵使用。
在工业上将水解淀粉为葡萄糖的过程称为淀粉的“糖化”。
可用来制备淀粉水解糖的原料很多，主要有山芋，玉米，小麦，等含淀粉的原料。
水解淀粉为葡萄糖的方法有三种，即酸解法，酶解法，酶酸法及双酶法。
糖化即以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄糖等可发酵性糖的过程。
糖化剂即糖化过程中所用的催化剂，包括无机酸和酶。
检测是否糖化完全即检测糖化液中还原糖的含量。
糖化主要有酶解法、酸解法和酸酶法。
三、实验试剂和仪器
烧杯玻璃棒恒温水浴锅量筒天平玉米粉α-淀粉酶盐酸
四、实验步骤
（一）还原糖的测定（参照实验书187页——DNS法测定还原糖浓度）
葡萄糖标准溶液：准确称取干燥恒重的葡萄糖0.5g，加蒸馏水定容至50mL，制成10g/L的葡萄糖溶液。
取蒸馏水稀释成葡萄糖标准液，浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0g/L。
水冷却至室温，并加水定容，摇匀。
③于550nm处用分光光计测定吸光度A值，以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制葡萄糖标准曲线。
（二）酸解法
取淀粉7g，加入250mL锥形瓶，加入1%盐酸50ml，用牛皮纸封好口，置于灭菌锅中，在121-125℃水解30min，取出冷却，然后用氢氧化钠中和至pH值4.5-5.0，过滤，得到含葡萄糖的样品溶液。
（三）酶酸法
1、在烧杯或三角瓶中加入60o C的水50ml；称取7g玉米粉加入烧杯或三角
瓶中，边放边搅拌。
2、将三角瓶置于70o C水浴上，加入1g α-淀粉酶，0.15g氯化钙，在70 o C
保温40min液化，并搅拌。
然后将烧杯移至电炉加热到95o C至沸，灭活10分钟。
（用玻璃棒蘸取一滴试液于点滴板上，滴加一滴碘液，每隔1min检测一次，出红棕色即可。
）
3、滤液降温至60-65o C，加浓盐酸，调节pH至2.0-2.5，与酸解法样品溶
液一同入灭菌锅水解。
4、同酸解法，取出冷却，然后用氢氧化钠中和至pH值4.5-5.0，过滤，得
到含葡萄糖的样品溶液。
（四）水解液葡萄糖含量的测定
取1ml待测样品（酶酸法和酸解法制得的样品）2份，分别稀释50倍（即取1ml滤液定容至50ml），取稀释后溶液1ml，加入50mL容量瓶中，再加入3mL DNS 试剂，沸水浴5min，冷却至室温后，加水定容摇匀，于550nm处用分光光计测量吸光度A，根据标准葡萄糖液所得数据建立的标准曲线，测算待测试样的平均还原糖浓度。
淀粉转化率的计算：
淀粉转化率=
五、实验结果
六、思考题
比较两种不同淀粉水解糖的制备方法。