淀粉糖工艺培训教材

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第一章淀粉糖概述

第一节淀粉糖发展史

淀粉糖是利用淀粉为原料生产的糖品的总称，产品种类多，生产历史悠久。1811年德国化学家柯乔夫（Kirchoff）用硫酸处理马铃薯淀粉，原意是制造可能替代阿拉伯树胶用胶粘剂，但酸的作用过度，所得产物为粘度很低的液体，澄清，具有甜味。柯乔夫经过研究将其制成一种糖浆，放置一段时间后有结晶析出，用布袋装盛，压榨，除去大部分母液，得固体产品，即较为粗糙的结晶糖产品。

由淀粉制糖的化学反应称为水解反应，完全水解的最终产品与葡萄果汁中的葡萄糖成分完全相同。这个事实被一位法国化学家沙苏里于1815年确定。在19世纪初，法国人曾研究用许多种原料制糖，1801年朴罗斯特试验成功由葡萄汁提制出葡萄糖，葡萄糖的名称便由此得来，一直沿用到现在。

19世纪曾有很多人从事制造结晶葡萄糖的研究，但成就不大，主要是对于葡萄糖的几种异构体的化学及结晶规律缺乏了解的缘故，沿用蔗糖结晶的方法，困难很多。淀粉糖的生产主要为糖浆和包含糖蜜的固体糖，少量的结晶葡萄糖产品是用有机溶剂重复结晶而得，纯度也相当高，但是成本高，不能大量生产。

大约于1920年美国人牛柯克（Newkirk）发现含水α-葡萄糖比无水α-葡萄糖容易结晶，使用25%-30%湿晶种的冷却结晶法容易控制，所得结晶产品易于用离心机分离，产品质量高，被世界各国普遍采用，现在工业基本上还应用此结晶工艺。

应用麦芽生产饴糖虽已有很悠久的酶法技术，但近年来淀粉酶制剂和技术大发展，促进了淀粉制糖工业大发展。约于1940年美国开始采用酸酶合并糖化工艺生产糖浆，能避免葡萄糖的复合和分解反应，产品甜味纯正。约于1960年日本开始用淀粉酶液化和葡萄糖酶糖化的双酶法生产结晶糖工艺，并被各国普遍采用，逐渐淘汰了酸法制糖工艺。这种双酶法所得糖化液纯度高、甜味纯正，能省去结晶工序直接制成全糖，工艺简单，生产成本低，质量虽不及结晶葡萄糖，但适用于若干种食品工业应用。

我国淀粉制糖历史悠久。首先发明了利用麦芽和米制糖的酶法工艺，麦芽中的α-和β-淀粉酶水解淀粉成麦芽糖用作甜味料，产品有糖浆和果糖。由于其温和的甜味和特殊的风味，约3000年来一直为人们所喜爱，现在仍在各地普遍生产。利用酶作用的专一性，麦芽只是水解米中淀粉，这是直接制糖法，不必先制成淀粉，再用作原料。这种工艺也适于少量制作。许多家庭均自行制作，供给食用。有关的科学道理，当时虽不清楚，但是很符合现代的发展。与其它国家对比，这些都是很独特的。

淀粉制糖虽开始于我国，但国外发展较快，产量大，特别是美国、日本等国。美国本是进口蔗糖的国家，自从利用自产玉米发展淀粉糖以来，逐年减少蔗糖的进口量，已达到自给的程度。美国玉米原料丰富，工厂规模大，设备先进，效率高，产品种类多，成本低，促进淀粉糖行业迅速发展。我国淀粉糖行业随着食品行业的发展近年来发展较快，生产规模不断扩大，产品种类齐全，各种淀粉糖价格一直低于蔗糖，在许多行业逐渐替代蔗糖应用，促使淀粉糖行业发展迅速。

?习题

?什么是淀粉糖

?双酶法制糖有何优点

?简述淀粉糖发展史

第二节淀粉糖的分类

淀粉制糖产品主要分为如下几种：

一、结晶葡萄糖

用酸法或酶法完全水解淀粉所得的葡萄糖液含葡萄糖约95-97%，经精制、浓缩、冷却得一水α-葡萄糖，高温结晶得到无水葡萄糖，更高浓度、温度结晶得无水β-葡萄糖。目前市场上一水α-葡萄糖产量大且应用量广泛，为主要结晶糖产品，其按应用又分为工业级一水葡萄糖、食品级一水葡萄糖及药级一水葡萄糖。

二、淀粉糖浆

淀粉的水解反应能控制在一定的程度，所得的水解液包括葡萄糖、麦芽糖、低聚糖和糊精等。不同方法工艺可随意变更这些糖品的组成，使之具有要求的功能特性。这些经不完全转化得到的淀粉水解液称为淀粉糖浆，其种类多，放置后不结晶。

按其转化程度可分为几种。DE值小于20，含低聚糖及糊精较多称之为麦芽糊精，一般喷雾干燥成粉末状，其含葡萄糖和麦芽糖很少，微甜或不甜；DE值在20-38之间称之为低转化糖浆；DE值在38-60之间称之为中转化糖浆；DE值在60以上则为高转化糖浆。一般情况下淀粉糖浆浓缩到一定浓度存放，也可以经干燥得脱水糖浆。

按其组分不同又可将淀粉糖浆分为葡萄糖浆、麦芽糖浆、高麦芽糖浆、超高麦芽糖浆等，其中麦芽糖浆为生产历史最为悠久的淀粉糖品，其主要糖分组成为麦芽糖含量约40-50%。。

目前产量最大的为中转化糖浆，应用范围广泛，近年来随着奶粉行业的发展麦芽糊精需求量也不断增加。

三、异构化糖浆

将高转化糖浆中部分葡萄糖经异构酶催化而得糖浆为异构化糖浆。通常可将葡萄糖液中42%的葡萄糖转化为果糖，得这两种糖的混合糖浆称为果葡糖浆。又经用色谱分离技术将这类产品中的果糖与葡萄糖分离得糖液含果糖90%以上，再与适量的果糖含量为42%的产品混合，生产果糖含量分别为55%和90%的两种产

品。工业上生产的三种果葡糖浆分别称为F-42、F-55、F-90。

四、氢化糖浆

通过氢化反应将糖浆中组分变成相应糖醇所得的糖浆为氢化糖浆，即糖醇。糖醇是一种多元醇，可以用相应的单糖还原生成，如用葡萄糖还原生成山梨醇，用果糖还原生成甘露醇，用麦芽糖还原生成麦芽糖醇等。

?习题

?结晶糖分类有哪些

?淀粉糖浆按其转化程度分为几种

?什么是异构化糖浆及氢化糖浆

第三节淀粉糖的性质

不同淀粉糖品具有不同的甜度及其他功能性质。

一、甜度

不同淀粉糖品具有不同的甜度。甜度为神经感受，没有科学仪器和标准比较不同糖品的甜度。蔗糖为普遍应用的糖品，被选用为标准。蔗糖的甜度设为100，各种淀粉糖品的相对甜度表示于下（见表1-3-1）。

糖品相对甜度

表1-3-1

糖品的甜度受若干因素影响，特别是浓度。糖液浓度增高则甜度增高，但甜度增高的程度不同糖品间存在差异。葡萄糖溶液甜度随浓度增高的程度大于蔗糖。在较低的浓度，葡萄糖的甜度低于蔗糖，但随着浓度的增高，差别则减小。一般讲葡萄糖的甜度毕蔗糖低是指在较低浓度情况下。

淀粉糖浆的甜度随转化程度的增高而增高。麦芽糊精DE值较低，无甜味或带很微弱甜味。果葡糖浆的甜度随异构转化率的增高而增高。

二、溶解度

各种糖品的溶解度不同，果糖最高，其次是蔗糖、葡萄糖。葡萄糖的溶解度较低，室温下葡萄糖溶解度约为50%，过高的浓度则葡萄糖将结晶析出。葡萄糖溶于水的速度比蔗糖慢很多，不同葡萄糖异构体之间也存在差别。设蔗糖的溶解速度为1.0，无水β-葡萄糖、无水α-葡萄糖、一水α-葡萄糖的溶解速度分别

为1.40、0.55、0.35。

三、结晶性

蔗糖易于结晶，晶体能长很大。葡萄糖也非常易于结晶，但晶体细小。果糖难结晶。糖浆则是葡萄糖、低聚糖、糊精的混合物，不能结晶，并能防止蔗糖结晶。这种结晶性质的差别对应用有关系。生产硬糖果不能单独使用蔗糖，单独使用蔗糖生产的硬糖易碎，得不到坚韧、透明的产品。在制作硬糖时加入30-40%的42DE值的糖浆能有效防止蔗糖结晶。

四、吸潮性与保潮性

吸潮性是指在较高的空气湿度下吸收水分的性质。保湿性是指在较高湿度下吸收水分和在较低湿度下散失水分的性质。一水α-葡萄糖在相对湿度60%以上吸收水分，湿度增高，吸收水分增快，水分含量达到15-18%时晶体开始溶化。（见表1-3-2）

含水葡萄糖吸潮性

表1-3-2

无水α-葡萄糖的吸潮性很强，吸收水分后向含水α-葡萄糖转变，若是无水

α-葡萄糖的晶体表面上附着微量的十分细小的含水结晶糖，则其吸收水分的速度更快。此种性质可用于制作干燥剂，如香料工业将香料溶液与快速吸水的葡萄糖混合，葡萄糖吸收水分转变成含水晶体，使产品呈干燥粉末状。

不同种类食品对于糖品吸潮性及保潮性的要求不同。硬糖果需要吸潮性低，避免潮湿天气吸收水分导致溶化，所以用蔗糖或中低转化糖浆为宜，吸潮性强的糖品不易使用。但软糖则需要保持一定的水分，避免在干燥天气变干，应使用高转化糖浆和果葡糖浆为宜。果糖的吸潮性是各种糖品中最高的。

葡萄糖经氢化生成的山梨醇具有良好的保潮性质，作为保湿剂广泛应用于食品、烟草、纺织、日用品等行业，效果好于甘油。

五、渗透压力

较高浓度的糖品能够抑制许多种微生物的生长，糖藏是一种重要的保存食品的方法，如果酱、蜜饯等。这是由于糖液的渗透压力使微生物菌体内的水分被吸走，生长受到抑制。糖液的渗透压力随浓度的增高而增大。单糖的渗透压力高于二糖的两倍，因为在相同浓度下，单糖分子数量等于二糖的两倍。葡萄糖和果糖都是单糖，比蔗糖具有较高的渗透压力和食品保藏效果。

不同微生物受糖液抑制生长的性质存在差别。50%蔗糖溶液能抑制一般酵母生长；抑制细菌和霉菌生长则需要较高的浓度，分别为65%和80%。有几种酵母菌和霉菌能耐高浓度糖液，例如，蜂蜜有时也会败坏，这是由于一种对糖液抵抗力强的酵母作用的结果。

果葡糖浆的糖分组成为葡萄糖和果糖，都是单糖，渗透压力较高，储存性好，不易感染细菌而败坏。

六、粘度

葡萄糖和果糖的粘度较蔗糖低。淀粉糖浆粘度较高，相同浓度的淀粉糖浆粘度随着DE值的降低而升高，应用于多种食品中，可利用其粘度，提高产品的稠度和可口性。水果罐头、果汁饮料中应用淀粉糖浆以增高器稠度。雪糕类冷冻食品中应用糖浆，特别是低转化糖浆及麦芽糊精，提高其粘稠性，使其更为可口。

利用酸法及酶法生产的糖浆因其组分有差异，其粘度也不同，一般说相同DE值的糖浆，利用酸法生产其粘度小于利用酶法生产的糖浆。

七、冰点降低

糖溶液冰点降低的程度决定于其浓度和相对分子质量的大小。浓度高，相对分子质量小，冰点降低多。葡萄糖冰点降低的程度高于蔗糖。淀粉糖浆的冰点降低的程度因转化程度而不同，转化程度增高，冰点降低多。

八、化学稳定性

葡萄糖、果糖和淀粉糖浆都具有还原性，在中性和碱性条件下化学稳定性低，受热易分解生成有色物质，也易与蛋白质类含氮物质起焦化反应产生棕黄色焦糖，具有特有的风味，这种反应称为“焦化”。焦化反应对有些食品是有利的，对有些食品是不利的。糖品的这种性质被称为焦化性质。蔗糖不具有还原性，在中性和微弱碱性情况下化学稳定性高，但在PH值9以上受热易分解成有色物质。蔗糖也不易与含氮物质起反应产生有色物质。食品一般是偏酸的，淀粉糖品在酸性情况下稳定。葡萄糖在PH3最稳定，果糖在PH3.3最稳定。

面包和糕点等烘焙食品应用的果葡糖浆，在烘焙过程中生成焦黄色外壳，风味很为可口。果糖的焦化性比葡萄糖强。

生产硬糖果，颜色愈浅愈好，这就需要使用热稳定性较高的糖品，如中转化糖浆、麦芽糖浆等。麦芽糖的热稳定性较高，高麦芽糖浆更适用于糖果的生产。用中转化糖浆生产硬糖果，熬糖温度一般为130℃，用高麦芽糖浆可提高熬糖温度至155℃。氢化糖浆的热稳定性更高，与含氮物质共热也不变色。与相等转化程度的普通糖浆对比，这种氢化糖浆具有较高的甜度和较低的粘度。

九、发酵性

酵母能发酵葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖等，但不能发酵较大分子的低聚糖和糊精。有的食品需要发酵，如面包、糕点等；有的食品则不需要发酵，如蜜饯、果酱等。糖浆中的发酵成分为葡萄糖和麦芽糖，其量随转化程度的增高而增高。（见表1-3-3）

十、抗氧化性

糖溶液具有抗氧化性，有利于保持水果的风味、颜色和维生素C，不致因氧化反应而发生变化。这是因为氧气在糖溶液中的溶解量较水溶液中低的缘故。应用糖溶液可降低维生素C的氧化反应10-90%，其氧化程度随糖溶液浓度、PH和其他条件而不同。

淀粉糖浆发酵糖分

葡萄糖值发酵糖量/%（干物质）

36 34.8

42 41.5

54 53.4

62 70.0

64 76.0

71 82.0

葡萄糖100

表1-3-3

?课后习题

?淀粉糖有哪些性质

?淀粉糖吸潮性及保潮性对其应用有何意义

?淀粉糖为什么能够抑制微生物生长

?焦化反应对食品生产有何利弊

第二章 CCR淀粉糖概述

CCR淀粉糖车间始建于1997年，引进欧洲先进生产工艺及设备，2001年试车投产，主产品一水结晶葡萄糖、麦芽糊精、葡萄糖粉、葡萄糖浆及麦芽糖浆，副产品母液。一期设计年产结晶糖3万吨；年产麦芽糊精2.5万吨；年产糖浆2万吨。2006年进行二期扩建，结晶糖年产量增加至10万吨；糊精产品年产量增加至5万吨；糖浆产量增加至4万吨。

CCR淀粉糖生产采用双酶法制糖工艺。糊精生产线可生产4-42DE范围内的麦芽糊精及葡萄糖粉，根据客户要求生产不同标准产品，生产过程及食品安全要求严格，产品主要销往国外及高端食品行业；糖浆生产线可生产各种DE值要求的葡萄糖浆及麦芽糖浆并可根据客户要求严格控制产品组分；一水结晶葡萄糖生产线引进欧洲先进技术，采用连续结晶、连续分离工艺，生产产品质量稳定。

CCR淀粉糖生产控制采用西门子公司自控系统PCS7.0，实现生产过程全自动化，其具有集中管理、分散控制、友好的人机界面等特点，并具有高度的稳定性与可靠性。在PCS集散控制系统中集成了欧洲赛力事达公司专利技术PSF控制系统，实现一键启动，生产过程自动顺序控制，极大降低人工成本并保证生产过程稳定、产品质量优良。

结晶糖生产工艺简图：

糖浆生产工艺简图：

麦芽糊精生产工艺简图：

?习题

?CCR淀粉糖有哪些种类

?CCR淀粉糖主产品生产能力是多少

?画出CCR主产品生产工艺简图

第三章液化糖化生产工艺

第一节淀粉的性质

淀粉为葡萄糖的聚合体，即多聚葡萄糖，在适当条件下水解淀粉，通过完全水解反应100份淀粉生成111份D-葡萄糖，没有其它单糖生成，这个事实证明，

淀粉是由D-葡萄糖组成的多糖。葡萄糖分子式为C

，根据水解生成葡萄糖的

化学增重关系，组成淀粉分子的葡萄糖单位是C

，所以淀粉的分子式即为

（C

）n，n为一个不定数，表示淀粉分子是由许多个葡萄糖单位组成。为区

别于游离葡萄糖C

，常称C

为葡萄糖单位，即缩水葡萄糖单位。严格意

义上讲淀粉的分子式应当是（C

）（C

）n，因尾端的一个葡萄糖单位并没

有脱去水，但因为n的数值很大，这个误差很小，为简便起见，用（C

）n

表示淀粉分子。

淀粉通过不完全水解反应生成葡萄糖、麦芽糖和麦芽低聚糖等。根据这些低聚糖的结构能决定淀粉分子中葡萄糖单位间的键结构。用酶法水解淀粉生成麦芽糖的量可高达70-80%，用醋酸酐和硫酸处理淀粉得α-和β-麦芽糖八醋酸酯，产率达40%。这种事实表明，麦芽糖是淀粉分子的组成部分，淀粉分子中葡萄糖单位间的键结构应当与麦芽糖分子的相同。麦芽糖的结构为两个六环葡萄糖单位经由α-1，4键连接而成二糖，为4-O-α-D-六环葡萄糖基-D-六环葡萄糖。所以淀粉分子中的葡萄糖单位也是六环结构，主要经由α-1，4键连接而成。葡萄糖分子中C

碳原子羟基被取代的衍生物称为糖苷，这个键称为糖苷键。在淀粉的水解产物中还有少量的异麦芽糖生成。异麦芽糖是两个葡萄糖单位经由α-1，6糖苷键连接，这表明在淀粉分子中还有少量的α-1，6糖苷键。

淀粉分子中葡萄糖单位是α-或β-型，也可由变旋光现象决定。在D-型糖中，α-糖具有较高的右旋光性，β-糖具有较低的右旋光性。在多糖分子中单糖若为α-型，水解后游离出来的α-型具有较高的右旋光性。α-型逐渐向β-型转变，比旋光度逐渐降低。若单糖为β-型，则水解后游离出来的β-型逐渐向α-型转变，比旋光度逐渐上升。由多糖水解液比旋光度的变化可情况可决定在多糖分子中单糖是α-型或β-型。淀粉水解液的比旋光度逐渐降低，表明葡萄糖是α

-D-型。淀粉分散在若干种介质中具有高右旋光性也表明葡萄糖为α-D-型。

玉米淀粉由直链淀粉及支链淀粉组成，由α葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接形成的链状分子结构为直链淀粉结构（见图3-1-1），由α-1,6糖苷键与主链连接的结构为支链淀粉结构（见图3-1-2）。淀粉中直链淀粉与支链淀粉的含量因品种不同而不相同（见表3-1-1），玉米淀粉中直链淀粉的含量约为26%，而蜡质淀粉中不含直链淀粉，全部为支链淀粉。在淀粉水解工艺中水解直链淀粉与支链淀粉所使用酶制剂也不相同。

图3-1-1 图3-1-2

各种淀粉中直链淀粉含量

表3-1-1

淀粉不溶于冷水，混于冷水中，经搅拌成乳状悬浮液，称为淀粉乳。若停止搅拌，则淀粉颗粒缓慢下沉，经一定时间后，淀粉沉淀于下部，上部为清水。淀粉不溶解于冷水是因为其相对密度较水大的缘故。若将淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。温度继续上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积的几倍到几十倍。由于颗粒的膨胀，晶体结构消失，体积胀大互相接触，变成半透明粘稠状液体，虽停止搅拌，淀粉再也不会沉淀，这种现象称为糊化，生

成的粘稠液体为淀粉糊，发生糊化现象的温度称为糊化温度。

各种淀粉糊化温度不同，是因为其颗粒结构强度不同的缘故。同一种淀粉，颗粒大小不同，其糊化难易程度也不相同，较大的颗粒容易糊化。通常用糊化开始的温度和糊化完成的温度表示糊化温度，玉米淀粉开始糊化温度为64℃，糊化完成温度为72℃。

淀粉颗粒在加热过程中的膨胀，可分为三个阶段。在第一阶段，颗粒吸收少量水分，体积膨胀很小，淀粉乳的粘度增高也少，若冷却、干燥，所得淀粉颗粒的性质与原来无区别。加热到糊化温度，则第二阶段开始，颗粒突然膨胀很多，体积增大数倍，吸收大量水分，很快失去偏光十字，淀粉乳的粘度大为增加，透明度也增高，并且一小部分淀粉溶于水中，淀粉乳变成淀粉糊。继续加热，则开始第三阶段，颗粒膨胀成无定形的袋装结构，更多的淀粉溶于水中。各种淀粉颗粒在糊化过程中膨胀的程度不同，其中玉米淀粉膨胀程度较小。

淀粉糊化后粘度急剧增高，并且随温度的上升增高很快，达到最高值以后，继续加热，保持一定的温度则粘度下降，若停止加热，冷却后粘度又上升。热糊的粘度一般称为淀粉糊的热粘度，其最高值称为最高粘度。在继续加热期间的下降程度称为粘度的热稳定性，下降幅度小，热稳定性高。

淀粉糊放置一定时间后则变混浊，最后沉淀，这种凝结沉淀的现象称为“凝沉”。这种凝结是直链淀粉分子间经由氢键结合成束状结构而使溶解度降低。若加快冷却速度，特别是对较高浓度的淀粉糊，直链淀粉分子来不及排列成束状结构，而结合成凝胶体的结构，有如冷凝的果胶或动物胶溶液。

凝沉现象是由于直链淀粉分子的结合作用产生，粘玉米不含直链淀粉就没有凝沉性质，热糊冷却后仍能保持流动性，既不生成沉淀，也不结成凝胶体。各种淀粉的热淀粉糊冷却后，其凝沉程度和所得凝胶体的强度存在差别，其中玉米淀粉凝沉程度很强，结成高强度的凝胶体。

?习题

?什么是直链淀粉与支链淀粉

?什么是淀粉的糊化

?什么是淀粉的凝沉现象

第二节淀粉酶分类及作用机理