1、 第九章 淀粉水解糖的制备 一、淀粉的性状及组成 图1-1，2，3，4表1-1各类淀粉中直链淀粉的含量 二、淀粉的特性 三、粗淀粉的精制 表1-2 粮食原料的成分（%）第二节 淀粉水解糖的制备方法 100%DE还原糖(%)值干物质(%)总之，采用不同的水解制糖工艺，各有其优缺点及存在问题，但从水解糖液的质量及降低粮耗，提高原料利用率方面来考虑则是以双酶法最好，其次是酸酶法（酶酸法）酸水解法最差。见表1-3。表1-3 不同糖化工艺所得糖化液质量比较第三节 淀粉酸水解原理在淀粉糖化过程中，这三种化学反应的关系，可用简单图解表示如下：表1-7 不同糖化程度的复合糖生成量（%）1.淀粉糖化程度与复合反
2、应的关系复合糖的生成量，常随着淀粉酸糖化程度的增加而增加。其变化量见表1-7。表1-8 葡萄糖复合反应与葡萄糖浓度关系 3.酸与复合反应的关系 表1-9 加热时间与葡萄糖分解的关系 l2.葡萄糖分解速度与pH的关系l一定浓度的葡萄糖在不同浓度的盐酸中加热，其降解速度随酸的逍度增高而增大，但它们并不是全呈浅性关系。葡萄糖在pH3时，降解速度最低，也就是说最为稳定，5-羟甲基糠醛的生成量只有在pH1.6时的1/5。有色物质生成量只有pH1.6时的1/13。结果见表1-10。表1-11 葡萄糖溶液的浓度和分解速度的关系 第四节 淀粉酸解法制糖工艺 表1-12 淀粉乳浓度与水解糖液DE值之间的关系 淀
3、粉乳浓度B 1617181920222426DE值 93.01 92.81 92.77 91.3 91.1 89.92 89.27 89.17 表1-13 不同种类酸的相对催化效能 酸的种类 催化效能 盐 酸 100.0 硫 酸 50.35草 酸 20.42亚硫酸 4.82醋 酸 0.8例如：表1-14 淀粉水解反应时间与压力关系 水解压力（表压）（MPa）反应时间（min）0.30 26 0.35 18 0.40 9 表1-15 淀粉原料规格 l四、水解糖液的中和、脱色和压滤l商品淀粉并不是纯淀粉，还含有蛋白质、脂肪、纤维素、无机盐等。见表1-15。第五节 酶酸法制糖工艺 在图1-12中，圆
4、圈表示葡萄糖单位，箭头表示水解作用。图1-16 淀粉酶活力稳定性与钙浓度关系 第六节 以大米为原料的酶酸法制糖工艺 第七节 双酶法制糖工艺 第八节 糖蜜的前处理 一、糖蜜的来源与特点 糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产物,又称桔水。糖蜜可分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。甘蔗糖蜜是以甘蔗为原料的糖厂的一种副产物。我国南方各省位于亚热带,温度、气候温和,适于种植甘蔗,如广东、广西、福建、四川和台湾等省均盛产甘蔗,甘蔗糖厂林立,甘蔗糖蜜的产量也较大,甘蔗糖蜜的产量约为原料甘蔗的2.5%3%。甘蔗糖蜜中含有30%36%的蔗糖与20%的转化糖。甜菜以东北、西北、华北等地区为主,甜菜糖蜜为甜菜糖蜜厂的一种副产物,它的
5、产量约为甜菜的3%4%。目前,我国黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古等省区,都兴建了不少甜菜糖厂。甜菜糖蜜与甘蔗糖蜜的主要区别是甜菜中转化糖含量极少,而蔗糖较多,甘蕉糖蜜中转化糖较多,总糖量则两者较接近,如表2-13所示。甘蔗糖蜜呈微酸性,pH 6.2,而甜菜糖蜜则呈微碱性,pH 7.4。甜菜糖蜜中总氮量较甘蔗糖蜜丰富。从表2-12可见,糖蜜中干物质的浓度很大,约在8090Bu含糖分50%以上,含5%12%的胶体物质,含灰分10%12%?如果不进行预处理则微生物是无法生长和发酵的。近年来,由于制糖技术提高,糖蜜的纯度大大降低,糖蜜中可发酵性糖减少,非发酵性糖增加,胶体物质和灰分也显著增加,因而糖蜜发酵
6、前的处理更显得重要。表2-12 甘蔗糖蜜与甜菜糖密的成分 二、糖蜜前处理的方法必须进行预处理：稀释、酸化、灭菌及澄清等过程,常用的方法有下面几种。1.加酸通风沉淀法又称冷酸通风处理法,将糖蜜加水稀释至5Bx左右,加入0.2%0.3%浓硫酸,通入压缩空气lh,静止澄清8h,取出上清液作为制备糖液用。通风一方面可赶走S02或N02等有害气体以及挥发性酸和其他挥发物质,另一方面可增加糖液中的含氧量,提高糖液的溶氧系数,以利微生物的生长和繁殖。2.加热加酸沉淀法。第一阶段先用60温水将糖蜜稀释至5558Bx同时添加浓硫酸调整酸度56。,进行酸化,然后静止56h;第二阶段则将己酸化的糖液再稀释到培养所需
7、的浓度。此外,我国某厂采用热酸通风沉淀法,其过程如下：糖蜜加水稀释到浓度为40%,然后加入一定量的硫酸,将pH调节重44.5,放入澄清槽加热8090C,通风30min;通风后保温7080C,静止澄清812!h,然后取出表面清液冷却,以后处理可按发酵工艺要求进行z所得沉淀物可再加45倍水搅拌,然后静止澄清45h,所得澄清液可用作下次稀释糖蜜用水,残渣则弃去。3.添加絮凝剂澄清处理法添加聚丙烯酿胶(PAM)絮凝剂来作稀糖液的澄清处理,可大大缩短澄清时间。聚丙烯酷胶是由约4万个丙酌胶单位CH2=CH-CONH2组成的,它的化学结构式为 三、谷氨酸发酵的糖蜜预处理一般谷氨酸发酵培养基以含生物素15g/
8、L为适宜,而糖蜜中的生物素含量为1l0g/g,一般甘煎糖蜜的生物素含量为110g/g,甜菜糖蜜的生物素含量为0.040.06g/g,如配成含糖10%的培养基,每升培养基的生物素含量将达82000g,显然不适于谷氨酸的发酵。解决这个问题的主要方法包括糖蜜预处理法添加化学药剂法追加糖蜜法油酸缺陷型变异株1.糖蜜预处理法此方法是发酵前将糖蜜先经过处理以除去其中过量的生物素,处理方法有活性碳、树脂及亚硝酸等。(1)活性碳处理法单用活性碳处理时,用碳量为糖蜜的30%40%,如果先用漂白粉处理,再经活性碳处理,用碳量为糖蜜的10%20%。具体方法是先将糖蜜适当稀释后,用漂白粉处理(或通入氯气)后用碱调pH
9、 3.0,加入活性碳,60加热lh,进行过滤,即得精制糖蜜。(2)树脂处理法甜菜糖蜜可用非离子型的脱色树脂处理,以吸附生物素。(3)亚硝酸处理法此法是用亚硝酸处理糖蜜以破坏生物素。先将糖蜜稀释至含糖10%30%,再加入亚硝酸盐和矿酸,亚硝酸盐的用量依糖蜜的氨基态氮,氨态氮和生物素浓度而定,一般为糖分的0.5%1.0%,矿酸的用量以能使亚硝酸从亚硝酸盐游离而出为准,但以稍过量为好。一般糖蜜原料中的矿酸浓度为0.030.5mol/L,pH 1.54.O之间,加入亚硝酸盐和矿酸后放置一段时间,使发生反应,一般置于0l(不超过50)，30min至24h,但在酸性条件下时间过长生物素可能复活,因此,适当
10、放置后,用碱调pH 5.56.0,用NH3为中和剂较好。2.添加化学药剂法-根据生物素对谷氨酸发酵的影响,主要是影响菌体细胞对谷氨酸的渗透性,当生物素丰富时,菌体的细胞膜形成完整,使谷氨酸不能渗透出菌体外。同样,可以采用其他的化学药剂改变细胞膜的结构,增加细胞膜对谷氨酸的渗透性,而不必控制生物素的含量,可以添加青霉素或表面活性剂。(1)添加青霉素法在培养初期加入少量青霉素,在培养基中生物素丰富条件下,能大大提高谷氨酸产量。例如使用谷氨酸小球菌N9.560进行转化糖蜜的发酵,lL发酵液中加入无菌青霉素G饵盐400单位,经过48h发酵,产酸达4%,不加青霉素的对照发酵,产酸量仅达0.4%。(2)添
11、加表面活性剂法近年来添加表面活性剂于糖蜜原料发酵生产谷氨酸的研究进展很大,并用流加浓糖液法,可使发酵严酸达8%9%。(3)添加抗氧剂法利用抗氧剂可以保持谷氨酸的生严能力,例如使用乳糖发酵短杆菌.2256进行甘熊糖蜜发酵时,培养5h后,添加0.05mg/mL的硫二甘胆酸(Thiodiglycocholkacid),发酵2030 h,谷氨酸对糖产率为51.2%,而对照仅为45.0%。3.追加糖蜜法1965年发现谷氨酸产生菌细胞生长达到最大值,谷氨酸生成酶系统完全形成时,纵然添加过量生物素也无碍于发酵。4.采用营养缺陷型变异株法根据生物素对谷氨酸发酵的影响的原因,采用人工诱变方法使生物素缺陷型菌株转
12、变为油酸缺陷型或其他营养缺陷型如组氨酸缺陷型第九节 石油代粮发酵的原料 一、石油代粮发酵的特点石油微生物几乎能利用所有的石油成分,或将其同化形成菌体或某些产物。几乎糖发酵的所有产物,都可由微生物发酵石油溜分来得到(如表2-14所示)。利用石油产品醋酸作谷氨酸发酵原料,已在日本全面投产。在我国除进行石油微生物脱蜡,石蜡制造酵母蛋白外,.近年也开展了石油代粮发酵,正在进行谷氨酸、抗生素、酶制剂、拧橡酸、反丁烯二酸的石油发酵,还进行了维生素B2、甘露醇的石油发酵的研究。表2-14 石油代粮发酵产物 用烃类作为基质的特点：1、需氧气量为碳水化合物作基质的几倍2、繁殖时间长3、生长速度慢。4、发酵时产生
13、的热量比碳水化合物发酵时产生的热量要大应当选育适应高温的菌种,这样可以部分地解决发酵热的问题。利用细菌进行石油发酵产品分离较困难的石油代粮发酵除了以上的特点外,作为石油代粮发酵的产物首先要求保证安全而且无毒性。二、石油代粮发酵原料的选择石油代粮发酵所用原料,并非指原油,而是它的溜分,以正链烃、轻油、灯油用的较多。链烃比环烃易同化,直链烃比支链烃易同化,在饱和直链烃中以C1318最易同化,因此,C9以上的石蜡使用最普遍。石油化工产品如甲醇、乙醇、醋酸、乙二醇、丙二醇,甚至反丁烯二酸、安息香酸菜等都可作为发酵原料。由于醋酸容易从石油裂解的乙烯来合成,且发酵工艺、设备条件几乎与糖质发酵无异,因此,首先用在谷氨酸、赖氨酸的发酵生产上。还有石油酵母菌体也可用作发酵生产维生素B2和酶的碳、氮源，这是一种间接的石油发酵。一般认为微生物氧化正烷烃的途径，是经过单末端氧化与双末端氧化生成脂肪酸，然后用-氧化开裂成醋酸，再以乙酰辅酶A的形式投入三羟酸循环而累积有关的有机酸类。对烃类代谢途径与控制的进一步了解，将更有效地提高石油发酵的收率。
