第五章 淀粉的酶水解糖化要点

第五章淀粉的酶水解糖化
众所周知,以精制淀粉or其他原料为原料,应用酸水解法制葡萄糖(Glu,由于需要
高温\高压和盐酸催化剂,因此在生产葡萄糖(Glu的同时,伴有葡萄糖(Glu的复合、分
解反应,生产一些不可发酵性糖及其一系列有色物质,这不仅降低淀粉转化率,而且由
于生产的糖液质量差,对后道精制带来不利影响,降低葡萄糖(Glu的收率。

40年代学术界已对酶水解理论取得共识。60年代末期,国外酶水解理论研究的
新发展,促进淀粉酶水解取得重大突破。日本率先实现工业化生产,其他国家也相继
采用这种先进的新工艺。采用酶糖化之前需要先使淀粉液化。液化是利用液化酶使
糊化淀粉水解成糊精和低聚糖等,使粘度大为降低,流动性增高,所以工业上称为液
化。酶液化和酶糖化工艺称为双酶法。双酶法生产Glu工艺,是以作用专一的酶制
剂作为催化剂,反应条件温和,复合分解反应较少,因此采用双酶法生产Glu,提高了淀
粉原料的转化率及糖液浓度,改善了糖液质量,是目前最为理想的制糖方法。

第一节液化
糖化使用的葡萄糖淀粉酶属于外切酶,水解作用从底物分子的非还原末端进
行。为了增加糖化酶作用的机会,加快(因为液化淀粉转化成糊精、低聚糖等,底物分
子数量增大,尾端增多糖化反应速度,必须用α-淀粉酶将大分子的淀粉水解成糊精和
低聚糖。液化的目的是为糖化创造有利条件;淀粉糊黏度大,难于操作。但是淀粉颗
粒的结晶性结构对于酶作用的抵抗力强。例如细菌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。由于这种原因,不能使液化酶直接作用淀粉,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必要步骤。淀粉乳糊化,黏度大,流动性差,搅拌困
难,也影响传热,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
有困难。α-淀粉酶对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,黏度急剧降低,流动性增强.工业上生产将α-淀粉酶混入淀粉乳中,加热,淀粉
糊化后立即液化。虽然淀粉乳浓度30-40%,液化后的流动性高,操作无困难。
一、液化酶
液化使用α-淀粉E,它水解淀粉和其他水解产物分子中的α-1,4糖苷键,使分子
断裂,粘度下降,α-淀粉酶属内酶,水解从分子内部进行,不能水解支淀粉的α-1,6糖苷
键,但能越过此键继续水解。

来源于枯草杆菌的α-淀粉酶最适pH6.0-7.0,在30-40%淀粉乳中,液化T:85-
90℃,Ca++提高其稳定性,0.01mol/L。 Nacl调节Na+到0.02mol/L,也提高其稳定性。
并有助于杂质凝聚,改善过滤性质。

地衣形杆菌的α-淀粉酶(Termamyl其耐温性高于枯草杆菌的α-淀粉酶约
20℃。无须添加Ca++。

液化酶用量:8-10u/g干淀粉(or 1kg/吨干淀粉
二、液化程度
在液化过程中,淀粉糊化,水解成较小的分子,应当达到何种程度合适?因为葡萄
糖淀粉酶属外酶,水解只能由底物分子的非还原尾端开始,底物分子越多,水解生成葡
萄糖Glu的机会越多。但是,葡萄糖淀粉酶是先与底物分子生成络合结构,而后发生
水解催化作用,这需要底物分子的大小具有一定的范围,有利于生成这种络合物,过大
或过小都不适宜。根据生产实践,淀粉在E液化工序中水解到DE15~20范围合适,所
以水解超过这程度,不利于糖化酶生成络合物,影响催化效率,糖化液的最终Glu值较
低。若DE 在15以下,液化淀粉的凝沉性强。对于过滤有不利的影响。影响糖化速
度,粘度大,难于操作。

三、不同淀粉的液化性质
不同品种的淀粉在酶液化性质方面存在差别。薯类淀粉较谷类和豆类淀粉容易
液化。见图5-2和表5-2 P145-6。达到最低粘度的时间少,易液化,及最高粘度高也
不易液化,最低粘度低,易液化。
因为不同品种淀粉的酶液化难易有差别,采用不同淀粉为原料时,有时需要改变
液化工艺条件或液化

方法。不同液化方法应同于不同淀粉的情况见表5-3 P146
四、液化的方法与选择
液化有多种方法,效果不一,这里将逐一介绍并加以讨论。同时针对不同原料,不
同的生产条件(如蒸汽压力高低,液化液不同的用途,推荐好的液化方法,以获得最佳
液化效果和糖化结果。

1.液化方法
(1液化方法的分类液化分类方法很多,以水解动力不同可分为酸法、酸酶法、
酶法及机械液化法;

以生产工艺不同可分为间歇式、半连续式和连续式;以设备不同可分为管式、
罐式、喷射式;以加酶方式不同可分为一次加酶、二次加酶、三次加酶液化法; 以酶
制剂耐温性不同可分为中温酶法、高温酶法、中温酶与高温酶混合法;以原料精粗
分淀粉质原料直接液化法与精制淀粉液化法等。每一种方法又可分为几个类方法,
并且各分类方法又存在交叉现象(见图3一1。

(2各种液化方法介绍
①酸液化法:这种液化方法的基本条件:淀粉乳浓度30%,pH1.8~2.0,在135℃时,
加热l0min,液化DE 值l5%~18%。

此法优点:适合任何精制淀粉,所得到的糖化液过滤性好。
此法缺点:因为酸液化发生葡萄糖的复合分解反应,生成约有色物及复合糖类,降
低了淀粉的转化率及糖液质量。另外,此法的液化液用来酶法糖化时,糖化最终会有
微量醇不溶性糊精存在。
②酶法液化:1959年,日本葡萄糖生产厂家开始改用细菌淀粉酶进行液化,后来在
推广过程中又找到了解决液化中出现不溶性淀粉颗粒的办法,1968年小牧(Komaki
和田治(TaJi提出了”两次加酶法(two一dose”工艺,完善了酶法工艺。生产实际中,酶
法液化的方法繁多,现将主要方法介绍如下:

1间歇液化法(又称直接升温液化法:此为酶法液化中最简单的一种,具体工艺过
程为:将30%浓度的淀粉乳调pH值为6.5,加入所需要的钙离子(0.01mol/L和液化酶,
在剧烈的搅拌下加热到85~90℃,并维持30~60min,以达到所需的液化程度(DE值为
15%~18%,碘试反应呈棕红色(或称碘液本色。若搅拌不足,则需要分段液化加热。
如液化玉米淀粉,先加热到约72℃,粘度达到最高程度,保温约l5min,粘度下降,再继
续加温至85~90℃。此法需要的设备简单,操作也容易,但与喷射液化相比液化效果
差,经糖化后物料的过滤性差,糖的浓度也低(见表3一3。

为改进此法过滤性差的缺点,液化完成后加热煮沸l0min。谷类淀粉(如玉米液
化较为困难,应加热到140℃,保持几分钟,虽然如此处理能改进过滤性质,但仍不及其
他方法好。

2半连续液化法(又称高温液化法或称喷淋液化法:在液化桶内放入底水并加热
到90℃,然后将调配好待液化的淀粉乳,用泵送经喷淋头引入液化桶内,并便桶内物料
温度始终保持在(90土2℃。淀粉受热糊化、液化,由桶底流入保温桶中,在(90土
2℃时,维持30~60min,达到所需的液化程度。对液化困难的玉米等谷物淀粉,液化后
最好再加热处理(140℃加热3~5min,以凝聚蛋白质,改进过滤性能。

该液化方法的设备和操作也简单,效果比直接升温法要好,但与喷射液化法相比
有如下缺点:

a.由于喷淋液化在开口的容器内进行,故料液溅出而烫伤操作人员的事故时有发
生,安全性差。

b.由于喷淋液化在开口容器内进行,故蒸汽用量大;与喷射液化相比多用煤
15%。
c.因为喷淋液化是开口的,故液化温度无法达到耐高温α-淀粉酶作用的最佳温
度(105℃。

因此,喷淋法与喷射法相比,液化效果差,糖化液过滤性能也差。
3喷射液化法:喷射液化技术的问世,逐步取代了其他液化技术。喷射液化技术
的关键设备---- 喷射液化器,根据推动力不同,主要分为两大类。一类是以美国道尔·
澳利沃公司(DorrOli.cerC.P为代表的高压蒸汽喷射液化器;一类是国内开发的低压蒸
汽喷射液化器。由于国内蒸汽压力普遍偏低且不稳定,因此在本节所讲的喷射液化
技术主要是指适合中国国情的低压蒸汽喷射液化技术(在以后章节中专门介绍低压
蒸汽液化喷射技术。

耐高温α-淀粉酶相比中温α-淀粉酶,在高温下喷射液化,蛋白质絮凝效果好,不产
生不溶性淀粉颗粒,不发生老化现象,液化液清亮、透明;并且在高温下喷射液化还可
阻止小分子(如麦芽二糖、三糖等前

体物质的生成,有利于提高葡萄糖的收率,同时用耐高温α-淀粉酶,成本比用中温
酶低。因此,我们下面将要讨论的喷射液化技术是指以耐高温α-淀粉酶为催化剂的
低压蒸汽喷射液化技术。

根据加酶方式不同,喷射液化可分为:一次加酶法,二次加酶法,三次加酶法。
由于三次加酶法主要用于处理含高蛋白质的次级小麦淀粉,应用机会不多见,在
此不加讨论。下面我们重点讨论一次加酶工艺及二次加酶工艺。

a.一次加酶喷射液化
a丹麦Novo公司提供的工艺(见图3一2
其工艺条件如下:
·浓度30% ·在管道保温5~8min
·pH6.5 ·闪冷至95℃并在隔板式罐保持1~2h
·喷射温度105℃
·耐高温α-淀粉酶用量0.1%(固形物
b美国Staley公司提供的工艺(见图3一3其工艺条件如下:
·浓度30%
·pH3一4(或pH自然
·喷射温度150~160℃
·管道维持4~8mi
·闪冷却至95℃
·调pH5.6~6.2,加入高温酶0.1(固形物
·在层流锥中维持1~2h
c丹麦DDS公司提供的工艺(见图3一4其工艺条件如下:
·浓度30%
·pH6.5
·耐高温酶用量0.1%(固形物
·喷射温度110℃
·真空闪冷至95℃
·在层流罐中维持1~2h
d其他公司提供的工艺(见图3一5其工艺条件控制如下: