淀粉原料的預處理第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日目前工業上使用的發酵原料主要有以下幾種：（1）淀粉原料：甘薯、木薯、馬鈴薯等；（2）粗制糖類：粗蔗糖、水解糖（葡萄糖）；（3）制糖工業副產品：糖蜜、葡萄糖母液等；（4）含正烷烴較多的石油餾分；（5）副原料：米糠、麥芽等；第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日淀粉質原料甘薯類甘薯又名甜薯、紅薯、白薯或番薯是高產作物，鮮甘薯含有大量水分和糖份，營養充足，但容易受到微生物的污染而腐爛，鮮薯難以貯藏，檸檬酸生產上一般用干粉或薯干片。化學成分查看有關資料。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日木薯木薯是亞熱帶高產經濟產物，與甘薯一樣，木薯可以制成粉狀，片裝、薯淀粉等加工產品。木薯中含有氰的配糖體，經酶水解可釋放出HCN，對人體有害，但曬干制成薯干后大部分消失，另外在發酵前的蒸煮和液化也基本被除去，不致危害到發酵。馬鈴薯馬鈴薯的含氮量高，是天然的良好培養。第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日糖蜜一原料

糖蜜是制糖工業上的副產品，其中含有大量的可發酵性糖。（1）甜菜糖蜜甜菜糖蜜外觀是稠厚、黑褐色、帶有三甲胺和甲硫醚的氣味。其成分相當復雜，而且變化較大，它與甜菜的生長環境、栽培和收獲方法、保藏條件、制糖工藝等因素有關。成分查看有關資料。甜菜糖蜜平均干物質80%，水分20%。甜菜糖蜜含轉化糖（還原糖）較少，但如果貯藏條件不好，轉化糖含量就會大幅增加。甜菜糖蜜的有機成分包括含氮物質（占0.6-0.8%，主要成分是甜菜堿）），有機酸（甜菜中的有機酸在制糖中被鈣鹽沉淀掉，轉移到糖蜜中的主要是丙二酸、丁二酸、戊二酸等）、糖的分解產物（主要包括脂肪醛是擬制檸檬酸發酵的物質，但在發酵過程中會消失、芳香族化合物質。第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日（2甘糖糖蜜甘糖糖蜜是甘蔗制糖工業的副產品，在我國南方產量很高，它的成分與甜菜糖蜜相差較大，主要在幾個方面：（1）蔗糖少，轉化糖含量高；（2）總氮低，不含甜菜堿和谷氨酸；（3）膠體多，色度高；（4）灰分中Fe、Mn含量較低，Cu、Zn含量較低；

第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日（一）原料預處理

在發酵與釀造過程中，為了加速蒸煮、糖化、發酵的反應速度，對于使用的固體原料，常需將其粉碎。使大塊固體物料破碎成小塊物料的操作，通常稱為粉碎，而使小塊物料進一步粉碎為粉末狀物料，則稱為磨碎或研磨。在生產過程中，粉碎的效果好壞，不僅直接反映出粉碎操作的合理性和經濟性，而且會間接影響到蒸煮、糖化、發酵的效果。第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日粉碎的方法，根據操作作用力的不同可區分為四種：①擠壓；②沖擊；③磨碎；④劈碎。無論是哪一種作用力，假如所施加的外力沒有超過物料的彈性強度，則物料產生彈性變形，外力除掉后，物料恢復到原來情況。加入施加的外力稍超過物料的破碎強度，則物料即被粉碎。物料表面通常具有不規則的形狀，因此外力首先作用在突出點上，產生局部的應力，破碎后應力分散，作用點發生變化。第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日選擇粉碎物料的方法，必須根據物料的物理性質、大小、粉碎的程度等，應特別注意物料的硬度和破裂性。對堅硬和脆性的物料，擠壓和沖擊很有效；對韌性物料剪切力作用較好；對方向性物料則以劈碎為宜。但不論哪一種粉碎，很少單獨使用其中的一種方法，而是幾種方法的組合，使粉碎更加有效。（1）錘式粉碎機錘式粉碎機是利用快速旋轉的錘刀對物料進行沖擊粉碎，廣泛用于各種中等硬度物料的中碎與細碎作業。由于各種脆性物料的抗沖擊性較差。因此，這種粉碎機特別適用于脆性物料。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日錘式粉碎機

篩網2.軸3.錘刀4.沖擊板5.機殼

第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日錘式粉碎機如上圖主軸上有鋼質圓盤或方盤轉子，盤上裝有可拆換的錘刀。錘刀可以自由擺動。當主軸經800～2500r/min在密封的機殼內旋轉時，刀片在各個不同的位置上，能夠以很大的沖擊力將物料粉碎。加入到粉碎機中的物料，首先與鋸齒形的沖擊板撞擊，已經被粉碎的物料，通過機殼上的格柵網孔排出。未被粉碎的物料，被篩網阻截，再次受錘力沖擊粉碎。如遇有堅硬不能粉碎的物料，由于錘刀是活動地懸掛在盤上，可以搖動而讓開，可避免損傷機器，當然錘刀要受到較大的磨損，甚至損壞篩網。如遇有堅硬的物料，可再次或多次沖擊粉碎。粉碎的物料，連續穿過機內的篩網排出。為了避免堵塞，除將篩網孔做成上小下大的錐形孔外，被粉碎的物料含水量不應超過10%～15%。第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日2.輥式粉碎機輥式粉碎機廣泛應用于粉碎顆狀物料的中碎或細碎的作業，主要工作機件是兩個直徑相同的圓柱狀輥筒。第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日二輥式粉碎機

1.彈簧2.物料3.滾筒4.機座

第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日兩個輥筒以相反的方向旋轉，產生擠壓力和剪力將物料粉碎。輥筒表面有光面和帶波紋的兩種，物料從輥筒間的空隙加入。兩輥筒間的距離稱為開度。凡物料顆粒小于開度的，可經空隙漏出。當要求產品較細時，可提高輥筒表面的圓周速度，達8～10r/min，也可使兩輥筒間有15%～20%的轉速差，這樣可增加粉碎度。兩個輥筒，有一個輥筒的軸承是固定的，另一個輥筒是可以移動的，這樣可調節輥筒的開度。另外在可移動的軸承上，還裝有彈簧。因此，當物料中混有較大塊或硬的物料時，彈簧能稍微移動一點，使大塊或硬的物料得以通過，以免使輥筒表面受到損傷。第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日（二）淀粉液化處理工藝2.1淀粉的顆粒的外觀淀粉顆粒呈白色，不溶于冷水和有機溶劑，其內部呈復雜的結晶組織。隨原料品種和種類的不同，淀粉顆粒具有不同的形狀和大小。形狀不規則，大致上可分為圓形、橢圓形和多角形。一般說來，水份含量高，蛋白少的植物，顆粒較大，形狀較整齊，大多為圓形或卵形，如馬鈴薯、甘薯的淀粉。顆粒較大的薯類淀粉較易糊化，顆粒較小的谷物淀粉相對較難糊化。淀粉顆粒的構成如下圖：氫鍵聚集淀粉分子鏈───→針狀晶體───→淀粉顆粒第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日2.2淀粉的分子結構淀粉可分為直鏈和支鏈淀粉兩類。直鏈淀粉通過α-1，4鍵連接。支鏈淀粉的直鏈部分通過α-1，4鍵連接，分支點則有α-1，6鍵連接，支鏈平均有25個葡萄糖基團，因而還原性末端數量較少。一般植物中直鏈淀粉含量為20～25%，支鏈淀粉占75～80%。直鏈淀粉在70～80℃的水中可溶，溶液的粘度較小，遇I2呈純藍色；支鏈淀粉在高溫水中可溶，溶液的粘度大，遇I2呈蘭紫色。第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日CH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOHOOHCH2OHOOHOCH2OHOHOOH第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日淀粉種類及其結構NRERE直鏈淀粉支鏈淀粉或糖原分支點的結構RENRE(16)分支點支鏈淀粉或糖原分子示意圖直鏈淀粉的螺旋結構0.8nm1.4nm6個殘基第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日淀粉的分枝結構開始分枝的殘基非還原端殘基兩個葡萄糖單位之間的1，6-糖苷鍵兩個葡萄糖單位之間的1，4-糖苷鍵第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日2.3淀粉在水-熱處理過程的中變化（1）水-熱處理的目的淀粉原料經過水熱處理，使淀粉從細胞中游離出來，并轉化為溶解狀態，以便淀粉酶系統進行糖化作用，這就是原料水-熱處理的主要目的。（3）淀粉的膨脹和溶解膨脹：淀粉是一種親水膠體，遇水加熱后，水分子滲入淀粉顆粒的內部，使淀粉分子的體積和重量增加，這種現象稱為膨脹。糊化：在溫水中，當淀粉顆粒無限膨脹形成均一的粘稠液體的現象，稱為淀粉的糊化。此時的溫度稱為糊化溫度。第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日溶解或液化：淀粉糊化后，如果提高溫度至130℃，由于支鏈淀粉的全部（幾乎）溶解，網狀結構徹底破壞，淀粉溶液的粘度迅速下降，變為流動性較好的醪液，這種現象稱為淀粉的溶解或液化。第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日2.4淀粉液化的方法（1）按水解動力的不同分為：酸法、酶法、酸酶法、機械液化法（2）按工藝的不同分為：間歇式、半連續式、連續式（3）按設備的不同分為：管式、罐式、噴射式（4）按加酶方式的不同分為：一次加酶、兩次加酶、三次加酶（5）按原料的精粗不同分為：淀粉質原料直接液化、精制淀粉液化第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日水解動力催化劑機械力機械液化法酸酶催化酶催化酸解酸酶法酸法酶法升溫方式不同加酶方法不同酶耐溫性不同原料粗細不同精制淀粉液化法淀粉原料直接液化法中溫酶法高溫-中溫酶法高溫酶法三次加酶液化法兩次加酶液化法一次加酶液化法噴射液化法半連續液化法（高溫液化法、噴淋法）間歇液化法（直接升溫法）噴射器型式高壓蒸汽噴射液化法低壓蒸汽噴射液化法2.4.1液化的方法與選擇

第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日2.4.1酶解法液化、糖化淀粉常用的酶α-淀粉酶：其作用是將淀粉迅速水解為糊精及少量麥芽糖，對淀粉的作用，可將長鏈從內部分裂成若干短鏈的糊精，所以也稱內切淀粉酶。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反應，如下表現：藍→紫→紅→淺紅→不顯色(即碘原色)糖化酶：作用于淀粉的l，4鍵結合，能從葡萄糖鍵的非還原性末端起將葡萄糖單位一個一個的切斷，因為是從鏈的一端逐漸地一個個地切斷為葡萄糖，所以稱為外切淀粉酶。β-淀粉酶：

β-淀粉酶能水解α-1，4糖苷鍵，不能水解α-1，6糖苷鍵，遇此鍵水解停止，也不能越過繼續水解。水解由淀粉分子的非還原末端開始，水解相隔的α-1，4鍵麥芽糖，屆于β-構型。故叫β-淀粉酶，β-淀粉酶屆于外切酶，水解產物只有麥芽糖。第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日淀粉的酶分解淀粉的酶促水解解

α－淀粉酶：在淀粉分子內部任意水解α-1.4糖苷鍵。（內切酶）

β－淀粉酶:從非還原端開始，水解α－１.4糖苷鍵，依次水解下一個β－麥芽糖單位（外切酶）

脫支酶（R酶）:水解α－淀粉酶和β－淀粉酶作用后留下的極限糊精中的1.6－糖苷鍵。α－淀粉酶β－淀粉酶第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日淀粉酶的作用方式酶名稱作用鍵主要生成產物酶特性最適溫度/℃最適pH鈍化溫度/℃α-淀粉酶[E.C.3.2.1.1]α—1，4（內切）糊精為主少量G1、G2、G365~7065~8085~955.8~6.05.8~7.06.5~7.08080以上116β-淀粉酶[E.C.3.2.1.2]α—1，4(非還原末端)以G2為主少量G1、G3和β-界限糊精60~654560~655.4~5.66.55.5~6.0705070異淀粉酶[E.C.3.2.1.9]α—1，6直鏈糊精和少量的G2直鏈糊精G3為主，少量G240~5040~5055~6050~555.35.35.15.1~5.560606565葡萄糖酶（糖化酶）[E.C.3.2.1.3]α—1，4(非還原末端)α—1，6以G1為主50~6050~554.0~5.54.5~5.070第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日2.4.2酶法液化方法(1)間歇（升溫）液化法工藝：將濃度30~40%淀粉乳調整pH到6.5，加入CaCl2(0.01mol/L)和一定量淀粉酶(5~8u/克淀粉)，劇烈攪拌，加熱到85~90℃，保持30~60分鐘，達到液化程度(DE15~18)，升溫到100℃，滅酶10分鐘。優點：此方法簡便缺點：效果較差，能耗大，原料利用率低，過濾性能差。第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日（2）半連續（高溫）液化法（噴淋連續進出料液化法）工藝：將淀粉乳調整到適當pH和Ca2+濃度，加入一定量的液化酶，用泵打給噴淋頭引入液化罐中（其中已有90℃熱水），淀粉糊化后，立即液化，至保溫罐90℃保溫40分鐘，達到液化的程度。優點：設備和操作簡單，效果比間歇液化好。缺點：不安全，蒸汽耗量大，溫度無法達到最佳溫度，液化效果差，糖液過濾性能也差。第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日（3）連續（噴射）液化法利用噴射器將蒸汽直接噴射至淀粉薄層，以在短時間內達到要求的溫度，完成糊化和液化。噴射后，進入保溫罐，85~90℃保溫45分鐘。優點：設備小，便于連續操作，原料利用率高，轉化率高，蛋白質凝聚好。缺點：但要求一定壓力的蒸汽，進出料的速度要穩定第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日噴射液化的幾種流程：③連續出料④多段液化：多次加酶，多次加熱，適用各種原料（特別是難液化的小麥，玉米淀粉）①一段高溫噴射液化工藝②單罐維持第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日工藝控制要點：淀粉乳濃度30%左右pH6.0~6.5噴射器出口溫度（105±3）?C，保溫97~100?C，30~60min。第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日兩次加酶噴射液化工藝酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽配料罐噴射液化器保溫罐95-97℃145℃二次液化罐工藝流程調漿------配料-----一次噴射液化-----液化保溫------二次噴射------高溫維持------二次液化------冷卻------（糖化）第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日酶淀粉+水+酶蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽配料罐噴射液化器保溫罐95-97℃145℃二次液化罐

在配料罐內，將淀粉加水調漿成淀粉乳，用Na2CO3調PH，使PH值處在5.0-7.0之間，加入0.15%的氯化鈣作為淀粉酶的保護劑和激活劑，最后加入耐高溫α-淀粉酶，料液經攪拌均勻后用泵打入噴射液化器，在噴射器中出來的料液和高溫蒸汽直接接觸，料液在很短時間內升溫至95-97℃，此后料液進入保溫罐保溫60min，溫度維持在95-97℃，然后進行二次噴射，在第二只噴射器內料液和蒸汽直接接觸，使溫度迅速升至145℃以上，并在維持罐內維持該溫度3-5min左右，徹底殺死耐高溫α-淀粉酶，然后料液經真空閃急冷卻系統進入二次液化罐，將溫度降低到95-97℃，在二次液化罐內加入耐高溫α-淀粉酶，液化約30min，用碘呈色試驗合格后，結束液化。

第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日工藝的特點：

利用噴射器將蒸汽噴射入淀粉乳薄膜，在短時間內通過噴射器快速升溫145℃，完成糊化、液化，使形成的“不溶性淀粉顆粒”在高溫下分散，數量也大為減少，從而使所得的液化液既透明又易于過濾，淀粉的出糖率也高，同時采用了真空閃急冷卻，增高了液化液的濃度第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日（三）糖化

100糖化是利用糖化酶（也稱葡萄糖淀粉酶）將淀粉液化產物糊精及低聚糖進一步水解成葡萄糖的過程。

酶水解位置水解次序水解產物液化淀粉酶1，4糖苷鍵無先后次序葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖

糖化糖化酶1，4和1，6從非還原性異麥芽糖、低聚糖、葡萄糖糖苷鍵末端開始原則：酶活力低，液化液濃度高，用量則多，反之則少。生產用量：30%淀粉，80-100單位/克淀粉。第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日酸水解糖化工藝流程12345678910水純堿水活性炭排氣排氣冷卻水蒸汽淀粉1，4-調漿槽2-糖化鍋爐3-冷卻罐5-過濾機6-糖液暫貯罐7-糖液貯罐8-鹽酸計量器9-水力噴射器10-水槽針對工藝提問第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日而日本和歐美一些國家的很多工廠已采用連續糖化法

軟水排氣蒸汽淀粉硫酸水淀粉乳貯罐淀粉乳調節槽硫酸稀釋罐粗濾器定量泵蒸汽噴射加熱器維持罐蛇管控制閥分離器分離器貯罐等壓管流量計壓力表溫度計第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日17532蒸汽淀粉堿液氯化鈣a-淀粉酶糖化酶雙酶法制糖工藝流程水回流1465611710891213141516181-調漿配料槽2，8-過濾器3，9，14，17-泵4，10-噴射加熱器5-緩沖器6-液化層流罐7-液化液貯罐11-滅酶罐12-板式換熱器13-糖化罐15-壓濾機16-糖化暫貯槽18-貯糖槽第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日說說酸水解法、酸酶法和酶水解法三種不同水解工藝的優劣？20050溫度（oC）粘度(pas)不同水解工藝與糖化液的粘度的關系全酶酸酶酸從制得的水解糖液的粘度來看，以酶解法為最低，酸解法最高，如圖所示。從水解糖液的質量、原料利用率、糖收得率、耗能及對粗淀粉原料的適應情況來看，以酶解法最好，其次是酸酶法，酸法最差。從淀粉水解的整個過程所需的時間來看，酸法最短，酶法最長。第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日間歇式與連續式糖化方式比較間歇式連續式設備投資對淀粉質量要求操作糖化溫度糖化時間蒸汽量產品質量糖化罐較貴可用不同質量的淀粉簡單134-144度15-30min較多糖化不均勻，易產生分解反應蛇管加熱器及計量器較貴要求淀粉質量較穩定操作條件確定后，比較簡單144-151度10-15min比間歇式少一半產品質量均勻，分解產物少