淀粉水解糖和糖蜜模板.ppt

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1、微生物发酵工程微生物发酵工程vv工业上，将淀粉水解成葡萄糖的过程称为淀粉的糖化。工业上，将淀粉水解成葡萄糖的过程称为淀粉的糖化。一、淀粉水解糖的制备一、淀粉水解糖的制备2v 发酵用淀粉水解糖的发酵用淀粉水解糖的要求要求：还原糖含量要高，不：还原糖含量要高，不含糊精；外观要洁净，透明，呈淡黄色；不可变质。含糊精；外观要洁净，透明，呈淡黄色；不可变质。v 制备淀粉水解糖的原料主要有玉米，小麦，大米制备淀粉水解糖的原料主要有玉米，小麦，大米和薯类等。和薯类等。34方法方法酸解法酸解法酶解法酸酶结合法5v水解不完全水解不完全：浪费浪费，逃液逃液，染菌染菌。v水解过度水解过度：产生羟甲基糠醛，进而形成类

2、黑素，不仅产生羟甲基糠醛，进而形成类黑素，不仅浪费浪费，而且而且抑制菌体抑制菌体生长。生长。v淀粉原料中淀粉原料中蛋白蛋白含量含量过多过多，当糖液中和，过滤时除去当糖液中和，过滤时除去不彻底，会引起发酵不彻底，会引起发酵逃液和染菌逃液和染菌。1.淀粉水解糖对发酵的影响淀粉水解糖对发酵的影响6v葡萄糖的理论收率：葡萄糖的理论收率：111%实际实际收率收率葡萄糖值葡萄糖值淀粉淀粉转化率转化率v2.淀粉制糖过程中考察的指标淀粉制糖过程中考察的指标7葡萄糖的理论收率 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 162 18 180 理论收率是111.11%葡萄糖的实际收率 糖液体积(V)糖液葡萄

3、糖含量(c)投入淀粉量(m)淀粉含量(c)100%实际收率=8 淀粉转化率糖液体积(V)糖液葡萄糖含量(c)投入淀粉量(m)淀粉含量(c)1.11100%转化率=9 DE值：葡萄糖值，工业上用DE值表示淀粉的水解程度或糖化程度。还原性糖浓度()干物质浓度()糖液相对浓度(d)100%DE值 =10 DX值：糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。葡萄糖浓度()干物质浓度()糖液相对浓度(d)100%DX值 =DE值和DX值的区别：糖液中葡萄糖的含量稍低于葡萄糖值，因还有少量的还原性低聚糖存在。随糖化程度的升高，二者的差别减少。11（一）淀粉酸水解法（一）淀粉酸水解法v以酸为催化剂，在高温高压下，将淀

4、粉转化为葡萄糖的以酸为催化剂，在高温高压下，将淀粉转化为葡萄糖的方法。方法。v优点优点：生产简单，方便，水解时间短，设备生产能力大。生产简单，方便，水解时间短，设备生产能力大。v缺点缺点：要求特殊设备；易产生副反应；对原料要求高要求特殊设备；易产生副反应；对原料要求高，淀粉颗粒度及浓度均低。淀粉颗粒度及浓度均低。v原理：原理：v淀粉淀粉 各种糊精各种糊精 麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖v 二、不同淀粉水解糖制备方法二、不同淀粉水解糖制备方法12影响水解反应速率的关键因素：影响水解反应速率的关键因素：v13v淀粉淀粉 羟甲基糠醛羟甲基糠醛 乙酰丙酸乙酰丙酸+蚁酸蚁酸+有色物质等。有色物质等。其它副反

5、应其它副反应缩短反应时间，缩短反应时间，控制反应，控制反应，降低葡萄糖的浓度降低葡萄糖的浓度减减少少14v（二）（二）双酶水解法双酶水解法v 条件温和，无需特殊设备条件温和，无需特殊设备无副反应，产品纯度高，无副反应，产品纯度高，淀粉转化率高。淀粉转化率高。可在高淀粉浓度下水解可在高淀粉浓度下水解时间长，时间长，设备多，设备多，过滤难过滤难。15 淀粉双酶法制糖工艺主要包括淀粉双酶法制糖工艺主要包括:淀粉的液化和糖化两个步骤。淀粉的液化和糖化两个步骤。（1 1）液化：利用液化酶即）液化：利用液化酶即-淀粉酶，使淀粉水解到糊精和低淀粉酶，使淀粉水解到糊精和低聚糖的程度，粘度降低。聚糖的程度，粘度

6、降低。-淀粉酶切开淀粉的淀粉酶切开淀粉的-1-1，4 4糖苷键，不能切开支链淀粉糖苷键，不能切开支链淀粉的的-1-1，6 6糖苷键。糖苷键。（2 2）糖化：用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）将液化产物进一步彻底）糖化：用糖化酶（葡萄糖淀粉酶）将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖的过程。水解成葡萄糖的过程。16（三）酸酶结合法（三）酸酶结合法 1、酸酶法：先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，、酸酶法：先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后用糖化酶将其水解为葡糖糖。然后用糖化酶将其水解为葡糖糖。优点：优点：液化快，淀粉乳浓度高，用酸量较少，糖液化快，淀粉乳浓度高，用酸量较少，糖色浅，糖液质量高。色浅，糖液质量高。缺点

7、：缺点：不适合粗淀粉，要求淀粉颗粒小且均匀，不适合粗淀粉，要求淀粉颗粒小且均匀，糖化过程较慢，纯度较双酶法差。糖化过程较慢，纯度较双酶法差。17（三）酸酶结合法（三）酸酶结合法 2、酶酶酸法：先将淀粉用酸法：先将淀粉用-淀粉酶液化到一定程度，淀粉酶液化到一定程度，然后用酸将其水解为葡糖糖。然后用酸将其水解为葡糖糖。优点：优点：可用粗淀粉，淀粉浓度较酸法高，水解副可用粗淀粉，淀粉浓度较酸法高，水解副反应少，糖色较浅。反应少，糖色较浅。缺点：缺点：液化过程较慢，对糖化设备有要求，对质液化过程较慢，对糖化设备有要求，对质地硬的淀粉效果较差地硬的淀粉效果较差。18v根据来源的不同，糖蜜分根据来源的不同

8、，糖蜜分为为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和高甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和高级级糖糖蜜等。蜜等。v甘蔗糖蜜含有甘蔗糖蜜含有30%-36%的蔗糖与的蔗糖与20%的转化糖。的转化糖。v甜菜糖蜜含糖分甜菜糖蜜含糖分50%左右，糖蜜中干物质的浓度大，含左右，糖蜜中干物质的浓度大，含5%-12%的胶体物质以及的胶体物质以及10%-12%的灰分。的灰分。v其中的高其中的高级级糖蜜是指甘蔗榨汁糖蜜是指甘蔗榨汁(糖糖浆浆)加入适量的硫酸或用加入适量的硫酸或用酵母的酵母的转转化化酶酶处处理，制成理，制成转转化糖，化糖，该该蜜由于提高了溶解度，蜜由于提高了溶解度，可使糖可使糖浓浓度提高到度提高到70-85。三、糖蜜的预处理19v此外

9、，此外，还还有两种有两种废废糖蜜：一种是精制粗糖糖蜜：一种是精制粗糖时时所分所分离出的糖蜜，称离出的糖蜜，称为为粗糖蜜，另一种是葡萄糖工粗糖蜜，另一种是葡萄糖工业业上，不能再上，不能再结结晶葡萄糖的母液称晶葡萄糖的母液称为为葡萄糖蜜。葡萄糖蜜。如不进行预处理，则微生物无法生长和发酵，如不进行预处理，则微生物无法生长和发酵，故糖蜜在发酵前的预处理非常重要。故糖蜜在发酵前的预处理非常重要。201、糖蜜的、糖蜜的产产量及利用量及利用v1糖蜜的糖蜜的产产量量v 废废糖蜜，以含糖糖蜜，以含糖(总总糖分）糖分）50为标为标准，准，进进行行计计算。甘蔗糖蜜的算。甘蔗糖蜜的产产量量为为所所处处理甘蔗量的理甘蔗

10、量的3左左右。甜菜糖蜜的右。甜菜糖蜜的产产量量为为所所处处理甜菜量的理甜菜量的3.5左左右。右。v 我国黄河以北等地区出我国黄河以北等地区出产产甜菜，浙、甜菜，浙、闽闽及两广及两广等地区出等地区出产产甘蔗。糖蜜基本是自甘蔗。糖蜜基本是自产产自用。自用。21 2.糖蜜的利用糖蜜的利用v目前国内用糖蜜，以工目前国内用糖蜜，以工业业化化规规模模进进行生行生产产的的产产品品有：酒精、丙有：酒精、丙酮酮丁醇、丁醇、柠柠檬酸、谷氨酸、酵母、檬酸、谷氨酸、酵母、甘油、醋酸、乳酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、葡甘油、醋酸、乳酸、衣康酸、琥珀酸、草酸、葡萄糖酸和抗生素等。另外也用作萄糖酸和抗生素等。另外也用作饲饲料。

11、料。22 3、糖蜜原料的性、糖蜜原料的性质质和和组组成成v糖蜜的外糖蜜的外观观，是一种粘稠、黑褐色、呈半流，是一种粘稠、黑褐色、呈半流动动状状的物体。的物体。PH5.5左右。相左右。相对对密度密度1.43。v 糖蜜的糖蜜的组组成，因制糖原料的种植、成，因制糖原料的种植、贮贮藏及加工方藏及加工方法等条件的不同而有差异。其一般法等条件的不同而有差异。其一般组组成成见见表表8-1。各种糖蜜中的糖各种糖蜜中的糖类组类组成也不相同。成也不相同。23244、糖蜜的、糖蜜的预处预处理理v糖蜜的糖蜜的预处预处理，包括澄清理，包括澄清处处理和脱理和脱钙处钙处理，以及理，以及脱除生物素的脱除生物素的处处理。一般糖

12、蜜原料的谷氨酸理。一般糖蜜原料的谷氨酸发发酵酵生生产产中，所中，所说说的的预处预处理，一般是指前两者理，一般是指前两者(即澄清即澄清处处理或脱理或脱钙处钙处理）而言的。理）而言的。v后者的脱除生物素后者的脱除生物素处处理，可使生物素理，可使生物素过过剩的糖蜜剩的糖蜜原料，做淀粉水解糖一原料，做淀粉水解糖一样样地用于地用于发发酵生酵生产产谷氨酸。谷氨酸。25（1）糖蜜的澄清糖蜜的澄清处处理理v 1糖蜜澄清糖蜜澄清处处理的目的理的目的v 糖蜜中由于含有大量的灰分和胶体，不但影糖蜜中由于含有大量的灰分和胶体，不但影响菌体响菌体营营养，也影响谷氨酸的养，也影响谷氨酸的纯纯度，待度，待别别是胶体是胶体的

13、存在，致使的存在，致使发发酵中酵中产产生大量泡沫，也影响谷氨生大量泡沫，也影响谷氨酸酸结结晶提晶提炼炼。因此，糖蜜在投入谷氨酸。因此，糖蜜在投入谷氨酸发发酵之前，酵之前，要要进进行适当的澄清行适当的澄清处处理。理。26 2.硫酸硫酸处处理法理法v 糖蜜加水（糖蜜加水（1:1)，再加硫酸，再加硫酸，PH2.0，于，于95-100加加热热20Min，以使胶体分解，并促使蔗糖，以使胶体分解，并促使蔗糖转转化，也可以在此化，也可以在此时驱时驱除可能存在的有碍于菌体除可能存在的有碍于菌体的的亚亚硝酸，然后用硝酸，然后用15%右灰乳中和右灰乳中和处处理，由于理，由于生成大量的石膏，以及生成大量的石膏，以及

14、钙钙离子的离子置离子的离子置换换作用，作用，可除去大量的可除去大量的钾钾、钠钠等金属元素，从而得到澄清等金属元素，从而得到澄清糖液。糖液。27 3石灰石灰处处理法理法v 糖蜜加水糖蜜加水(1:1)，加，加15新新鲜鲜石灰乳，石灰乳，调节调节PH7.5-7.2，加，加热热至至100，煮沸，煮沸30min，使，使胶体破坏，然后以硫酸中和，静置澄清数小胶体破坏，然后以硫酸中和，静置澄清数小时时，便得到澄清透明的糖液。便得到澄清透明的糖液。28（2）糖蜜的脱糖蜜的脱钙处钙处理理v 1糖蜜脱糖蜜脱钙处钙处理的目的理的目的v 糖蜜中含有糖蜜中含有较较多的多的钙盐钙盐，影响谷氨酸的，影响谷氨酸的结结晶提晶提

15、取，影响所提取的谷氨酸的取，影响所提取的谷氨酸的纯纯度，故需度，故需进进行脱行脱钙钙处处理。理。29 2脱脱钙处钙处理的常用方法理的常用方法v作作为钙质为钙质的沉淀的沉淀剂剂，通常有，通常有Na2SO3、Na2CO3、Na2SiO3、Na3PO4、草酸和草酸、草酸和草酸钾钾等。目前常等。目前常用用Na2CO3(纯纯碱碱)作作为钙盐为钙盐沉淀沉淀剂进剂进行行处处理。理。30（3）糖蜜中生物素的脱除糖蜜中生物素的脱除处处理理v 1脱除糖蜜中生物素的目的脱除糖蜜中生物素的目的v 由于糖蜜中所含生物素量，由于糖蜜中所含生物素量，远远远远超超过过了谷氨酸了谷氨酸生生产产菌菌发发酵生酵生产产谷氨酸谷氨酸时

16、时，所需要的生物素量，所需要的生物素量(亚亚适量适量)，即所，即所谓谓生物素生物素过过剩。因此，糖蜜原料剩。因此，糖蜜原料发发酵酵生生产产谷氨酸，不能原封不谷氨酸，不能原封不动动地采用淀粉水解糖原地采用淀粉水解糖原料的料的发发酵方法。否酵方法。否则则，由于生物素，由于生物素过过高，会高，会导导致致光光长长菌体，不生菌体，不生产产谷氨酸的后果。谷氨酸的后果。31v 因此，作因此，作为为糖蜜原料糖蜜原料发发酵生酵生产产谷氨酸的一种方法，谷氨酸的一种方法，即糖蜜即糖蜜预处预处理法，即将糖蜜中的理法，即将糖蜜中的过过剩生物素脱除，剩生物素脱除，以便像淀粉水解糖原料一以便像淀粉水解糖原料一样样地投入谷氨

17、酸地投入谷氨酸发发酵。酵。v 脱除糖蜜中的生物素的方法，主要有：脱除糖蜜中的生物素的方法，主要有：活性炭活性炭法、水解活性炭法、水解活性炭处处理法、理法、树树脂脂处处理法、理法、亚亚硝酸硝酸处处理法，以及理法，以及射射线线照射法等。照射法等。322活性炭活性炭处处理法理法v为为了降低糖蜜中的生物素含量，可以用活性炭吸了降低糖蜜中的生物素含量，可以用活性炭吸附除掉生物素。但此法活性炭消耗量大，多达至附除掉生物素。但此法活性炭消耗量大，多达至糖蜜的糖蜜的30-40。为为此，有的在用活性炭吸附之此，有的在用活性炭吸附之前，先加次前，先加次氯氯酸酸钠钠，或通入，或通入氯氯气气处处理糖蜜，耗炭理糖蜜，耗

18、炭量可减至量可减至10-20（对对全糖全糖）。33 3.水解水解-活性炭活性炭处处理法理法v 国内曾采用国内曾采用盐盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处处理的方法，去掉生物素。理的方法，去掉生物素。经经在在5000L罐上罐上进进行多行多批批扩扩大大发发酵酵试验试验，谷氨酸，谷氨酸发发酵酵产产量量稳稳定在定在4以以上。上。34 4.树树脂脂处处理法理法v 甜菜糖蜜可用非离子化脱色甜菜糖蜜可用非离子化脱色树树脂，脱除生物脂，脱除生物素。素。处处理理时时，将糖蜜加水及，将糖蜜加水及盐盐酸，冲淡至酸，冲淡至11.0的糖的糖浓浓度度(PH2.5)，120，灭灭菌菌20min，再，再加

19、加NaoH调调PH4.0，通入脱色，通入脱色树树脂脂(树树脂容脂容积积与与糖重量比例糖重量比例为为1：0.67)交交换换柱柱35v然后，将所得溶液然后，将所得溶液调调PH7.0，用于，用于调调制培养基。制培养基。经经乳糖乳糖发发酵短杆菌酵短杆菌发发酵后，谷氨酸酵后，谷氨酸对对糖的糖的转转化率化率为为51.8。而用不。而用不处处理的糖蜜理的糖蜜发发酵酵时时，谷氨酸，谷氨酸对对糖的糖的转转化率只有化率只有10.3。36 5亚亚硝酸硝酸处处理法理法v用用亚亚硝酸硝酸处处理糖蜜，可以破坏生物素。理糖蜜，可以破坏生物素。处处理理时时先先将糖蜜稀将糖蜜稀释释至含糖至含糖10-30，再加，再加亚亚硝酸硝酸盐盐，添，添加量依原料中的氨基氮、氨加量依原料中的氨基氮、氨态态氮和生物素氮和生物素浓浓度而度而定，一般定，一般为为溶液中糖分的溶液中糖分的0.5-1.0。37v6射射线线法法v在在射射线杀线杀菌的同菌的同时时，发现发现可以降低生物素的含量。可以降低生物素的含量。v例如用例如用2.0Mrad的的剂剂量的射量的射线线照射生物素溶液，照射生物素溶液，可以降低可以降低86的生物素。的生物素。38