棕褐色以致无色,使液化完成。继续升温至100℃,煮沸数分钟灭酶,测DE值达到要求为止。液化所用的α-淀粉酶有两种:一种是普通细菌α-淀粉酶,反应最适宜温度为70~80℃,为了提高其热稳定性,操作时在淀粉浆中加入0.2%~0.3êCl2;另一种是耐热性α-淀粉酶,其最适宜反应温度为90 ℃,加热稳定性好,不必加Ca2+,在使用喷射液化时,能在105~110℃下操作,在此温度下液化可以达到充分“糊化”,液化效果也更好。液化程度是用测量DE值控制的,为了提高麦芽糖的生成量,必须防止葡萄糖的聚合度为奇数的低聚糖的生成,液化后,DE值愈高,则生成奇数低聚糖的机会也愈多,糖化后生成较多的麦芽三糖,使麦芽糖的收率降低。若DE值太低,则糖液粘度太高而难以操作,尤其是采用酸液化时,液化液中残留较多的大分子糊精,在达到“糊化”温度时,部分直链糊精分子发生老化,影响糖化和糖化液的过滤。酸液化时麦芽糖生成量较酶液化的少,而葡萄糖的生成较多。
(三) 糖化
为了提高麦芽糖产率,糖化时可使用脱支酶,将支链淀粉切开,然后用β—淀粉酶糖化 ,将液化液冷至60℃,用盐酸调pH值5.5~6.0,并加入一定量的β-淀粉酶,在55℃保温数小时后,再补加α-淀粉酶,继续保温糖化,直到糖化结束。
(四) 脱色、离子交换、浓缩
糖化液用盐酸调pH=4.8,加入约淀粉重量的5%的糖用活性碳,开动搅拌,升温至80~85 ℃,保温20~30 min,趁热压滤。若第一次脱色糖液的色价在0.4以下,则即可进行离子交换。否则要补加一定量的活性碳进行第二次脱色,第二次脱色回收的碳可用作下一批次第一次脱色。脱色糖液送入离子交换柱进行离子交换,以除去脱色后糖液中的蛋白质、氨基酸、色素和灰份。离子交换床可按阳—阴—阳—阴串联,阳离子多选用001×7(即732强酸性离子交换树脂),阴离子多选用211×4(即711强碱性离子交换树脂),树脂先经处理,糖液自上而下流过树脂,流速每小时为树脂体积的3~4倍,当阳离子柱流出液的pH值上升到3.5左右,阴离子柱流出液pH下降到4.5左右时,树脂交换能力已大大下降,应停止交换,树脂进行再生,此时用温水洗出树脂内残糖,将浓度高的清洗液与离子交换液合并后浓缩成成品。脱色净化液在真空下浓缩,为了节约能源,可采用双效和三效蒸发器,在80kPa进行,当浓缩液的固形物达76%~85%即为成品,为保持产品在贮存中不致变色,可在浓缩液过程中加入少量(≤200 mg/kg)亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠等漂白剂。
(五) 超高麦芽糖浆的生产
超高麦芽糖浆的麦牙糖的含量超过70%,其中发酵性糖的含量达80%或以上,麦芽糖含量超过90%者也称为液体麦芽糖。超高麦芽糖浆的用途不同于一般高麦芽糖浆,主要用于制造纯麦芽糖,将其干燥后制造麦芽糖粉,将其氢化后制造麦芽糖醇。生产超高麦芽糖浆必须并用脱支酶,并严格控制液化程度,DE值
应不超过10%,由于粘度高,因此底物浓度不宜太高,一般控制在30%以下,尤其是制造麦芽糖含量在90%以上的超高麦芽糖浆时,液化液的DE值应在1%以下。
(六) 并用β-淀粉酶和脱支酶的糖化方法
以固形物浓度30%,DE值8%淀粉液化液为底物,加入不同量的β-淀粉酶、支链淀粉酶和异淀粉酶,在50℃水解不同时间,可明显促进麦芽糖的生成。
(七) 并用β-淀粉酶与支链淀粉酶生产超高麦芽糖浆
浓度35%的木薯淀粉粉浆,按70mg/kg加入CaCl2,按干物质计0.06%加入耐热性α-淀粉酶(Termamyl L-120),喷射液化后DE值8.2%,用盐酸调节pH=5.2,加β-淀粉酶(活力9万单位/g)和支淀粉酶(Promzyme 200L),60℃水解20~110 h,麦芽糖生成量由60% 增加到80%。
(八) 并用β-淀粉酶、麦芽糖生成酶和支链淀粉酶生产超高麦芽糖浆
使用同上的液化淀粉为底物,同时加入β—淀粉酶、和麦芽糖生成酶
(maltogenaase 400L)进行糖化麦芽糖生成量并不高,但若加入支链淀粉酶,则麦芽糖生成量明显增加。
四 设计及厂址选择
(一)设计原则:
对年产150000吨高麦芽糖浆生产线设计的原则是:在满足技术、设备先进的要求为前提进行设计,同时也要做到切实可行、节约为原则。
(二)厂址选择:
建厂时最好选择公用设施齐备的厂址,同时公路铁路交通方便,距离电厂最近,可以省去锅炉使用。若扩产,基础设备有保证。
五 原料供应
(一)原辅材料:
原料主要是次玉米淀粉;辅料有以下几种:淀粉酶、糖化酶、酸、碱、活性炭等。国内供应比较充足。
(二)包装材料:
成品包装主要是聚乙烯塑料桶,周转使用,国内均有供应。
六 建设条件
(一)交通运输条件:
尽可能距离铁路近,以便大宗货物大米的运输方便,同时靠近公路运输网,以方便成品运出厂。
(二)公用设施:
建厂时最好选择有:排水、给水、供电、通讯、供热的厂区,以减少资金投入,缩短建设周期,增加经济效益。
(三)厂址选择:
建厂时最好选择公用设施齐备的厂址,同时公路铁路交通方便,距离电厂最近,可以省去锅炉使用。若扩产,基础设备有保证。
第二章 生产方法的设计论证
一 生产技术方法的设计
调浆的工艺描述及其质量要求:
将淀粉调成浓度为20%~30%的淀粉乳。淀粉乳浓度不宜过高或过低。因为浓度过高,淀粉聚合反应加强,使糖液浓度增大。影响麦芽糖的生成量;淀粉浓度过低,将使蒸发浓缩费用增加。调浆时要充分搅拌,使淀粉分散均匀。形成均匀淀粉乳,防止形成淀粉团。待淀粉完全调匀后。加入0.1%左右的纯碱,将pH值调到5.8~6.0,为提高淀粉酶的耐热性,加入0.2~0.5%的氯化钙(以淀粉量汁)搅拌均匀
二 液化酶的选择
目前,国内使用的液化酶主要有两种,即中温淀粉酶和耐高温淀粉酶。
(一)耐高温α-淀粉酶
以无锡星达生物工程有限公司产品为例,对耐高温α-淀粉酶作如下介绍。 1 作用原理
耐高温α-淀粉酶是一种内切淀粉酶,能随机水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的α-1,4葡萄糖苷键。酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低,变成液化淀粉,水解生成糊精及少量葡萄糖和麦芽糖。 2. PH值对酶活力及酶稳定性的影响
耐高温淀粉酶稳定PH范围5.0-10.0,有效PH范围5.0-8.0,最适PH范围5.5-7.0。
3. 温度对耐高温α-淀粉酶活力及酶稳定性的影响
在淀粉的喷射液化过程中,耐高温α-淀粉酶在高温下非常稳定,且该酶热稳定性也相当好,可以用于淀粉的间隙液化和连续液化过程中。其最适作用温度为
90℃以上(连续喷射液化中,温度可至100-105℃)。
4. 钙离子浓度 该酶在钙离子浓度较低时,稳定性相当好,在钙离子浓度为50-70mg/kg时已足够。所以,用自来水配料时已不需加Ca2+
(二) 细菌淀粉酶(中温α-淀粉酶)
以无锡星达生物工程有限公司产品为例,对细菌淀粉酶(中温α-淀粉酶)作如下介绍
1. 作用方式
细菌淀粉酶能水解淀粉分子中的α-1,4葡萄糖苷键,任意切断成长短不一的短链糊精及少量的低分子量糖类、直链淀粉和支链淀粉,均以无规则的形式进行分解,从而使淀粉糊的粘度迅速下降,即“液化”作用,故细菌淀粉酶又称液化酶。
2. PH稳定性
细菌淀粉酶在PH6.0-7.0时较稳定,最适PH6.0,PH5.0以下严重失活。 3. 热稳定性
细菌淀粉酶在60℃以下较为稳定,最适作用温度60-70℃,在70-90℃之间,随着温度的升高,其反应速度加快,但失活也加快,适用于最高达90℃的液化过程。
4. 与淀粉浓度的关系
淀粉和淀粉的水解产物糊精浓度的增加对细菌淀粉酶活力的稳定性有很大的提高作用,即淀粉浓度增加,酶活力稳定性增加
从工艺上看:
采用中温淀粉酶时,液化液的DE值上升速度比采用耐高温酶时快,所以,采用耐高温淀粉酶液化时,应有更多的液化时间保证液化过程的完成。例如,在实际生产中,使用中温淀粉酶液化时,液化时间一般为40-60min,而采用耐高温淀粉酶液化时,液化时间要求在60-100min。 采用耐高温淀粉酶液化时,淀粉分子链的断裂比采用中温淀粉酶时更为均匀,或者说更加有利于糖化酶的糖化作用。所以,当采用耐高温淀粉酶液化时,即使液化液的DE值较低,其最终糖化液的DE值仍要高于采用中温淀粉酶液化的糖化液。
故采用耐高温淀粉液化酶更利于下一步的时行
三 液化方法的选择
(一)间歇液化和半连续液化
间歇液化是酶法液化中工艺最简单、设备最常用的一种,适合中小型工厂采用。缺点是料液与蒸汽混合不均匀,料液内部受热程度不一,所以液化质量不易控制。
(二)连续液化
连续液化的优点是液化操作连续进行,产量大,料液与蒸汽混合均匀,液化质量有保证。特别是喷射式液化,料液与蒸汽的接触、混合是在喷射器内瞬间完成的,并通过在高温下短时间的停留达到彻底糊化的目的。这种糊化液十分有利于淀粉液化的最后完成。
所以选用连续液化方法,同时由于耐高温淀粉酶的出现和喷射器结构的改进,喷射器在发酵工业、淀粉糖工业中的应用开始有了大的发展。喷射式液化,料液与蒸汽的混合是通过喷射器在微湍流的状态下完成的,所以比起其他形式的混合效果就更加完全、更加均匀。特别在采用耐高温淀粉酶后,喷射温度高达105-110℃,在此高温下,淀粉的液化就更加彻底,蛋白质的凝聚更加完全,淀粉的液化技术达到了新的水平。
故选用喷射式连续液化方法
四 糖化方法选择
(一)单酶糖化法
只用β—淀粉酶或真菌α—淀粉酶对液化进行糖化。由于这俩种酶都不能分解淀粉分子的点α—1,6糖苷键,因此,用单酶糖化方法生产麦芽糖浆,麦芽含量的最高极限只有60%,即只能生产普通高麦芽糖浆。
(二)双酶糖化法
用糖化酶和脱支酶协同作用使淀粉分子在糖化过程中降解得更彻底,最终产物中麦芽糖含量能达到70%~90%。本项研究采用的就是双酶糖化方法,即β一淀粉酶和普鲁兰酶的坍同作用糖化法。另外还有介绍不用脱支酶,而是采用真菌α一淀粉酶和麦芽三糖酶的双酶协同糖化方法,据介绍。这种方法也能使麦芽糖浓度达到90%,但目前尚能工业化生产。
(三)三酶糖化法
就是用β一淀粉酶、普鲁兰酶和真菌α一淀粉酶三种酶共同作用于液化波,进行糖化。在其它工艺条件相同的情况下,三酶糖化法比双酶糖化法得到的麦芽糖产率可提高 4%,同时葡萄糖含量也有所提高 糖化时酶的选择
麦芽糖生产过程中,可使用β-淀粉酶或真菌淀粉酶,但它们均没有切开淀粉分子中α-1,6葡萄苷键的能力,单独使用它们时,糖液中的麦芽糖含量一般不会超过55%-60%。所以,如要生产55%以上的高麦芽糖浆,就必须同时使用脱支酶,以能切开淀粉分子中的α-1,6葡萄苷键,达到更深层的水解。
但此外生产的麦芽糖纯度为≥50%,综上,所以需要用β-淀粉酶和脱支酶。
五 脱色剂的选择
麦芽糖生产过程中,可使用β-淀粉酶或真菌淀粉酶,但它们均没有切开淀粉分子中α-1,6葡萄苷键的能力,单独使用它们时,糖液中的麦芽糖含量一般不