面部过敏症状淀粉的液化技术

2021年2月23日发(作者：南京解放军总医院)
第一章

液化技术










第一节

液化理论




糖化使用的葡 萄糖淀粉属于外酶，水解作用从低物分子的非还原端进行。为
了增加糖化酶作用的机会，加快糖化反应速 度，必须用
α
-
淀粉酶将大分子的淀
粉水解成糊精和低聚糖。但是淀粉颗粒的 结晶性结构对酶作用的抵抗力强。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
：
20
，
000
。由于这
种 原因，
不能使淀粉酶直接作用于淀粉，
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。



一、淀粉的糊化与老化



1
、糊化



若将淀粉乳加热到一定温度，淀 粉颗粒开始膨胀，偏光十字消失。温度继续
上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达原体积的几倍到几十倍。由于 颗粒的膨胀，结晶
结构消失，体积膨胀大，互相接触，变成糊状液体，虽停止搅拌，淀粉也再不会
沉淀，这种现象称为“糊化”。生成的粘状液体成为淀粉糊，发生此现象的温度
称为糊化温度。

（
1
）淀粉的糊化温度



不同淀粉有不同的糊化温度，且糊化温度是一温度范围。












表（一）各种淀粉的糊化温度范围



a
、失去双折射性的温度
,b
、在沸水中亦未能糊化。

（
2
）糊化过程



糊化分成三个阶段



第一阶段：预糊化



淀粉颗粒吸收少量水 分
（水分子仅进入非结晶区）
，体积膨胀很少，淀粉乳的
粘度增加也少，若冷却、干燥 ，所得淀粉颗粒的性质与原来无区别。



第二阶段：糊化



淀粉颗粒突然膨胀很多，体积膨胀几倍到几十倍，吸收大量水分（水分子进
入结晶区）很快失去偏十字，淀粉乳的粘度大为增高，透明度也增高，并且有一
小部分的淀粉溶于水中 ，淀粉乳变成淀粉糊。



第三阶段：溶解



若继续加热，糊化的淀粉溶解于水中。



2
、淀粉糊的重要性质——老化



淀粉的老化实际上是 分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新氢键的
过程，也就是一个复结晶过程。



在制糖过程中，淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区，淀粉很难液化，更谈不
上进一步糖化。为此需采取以下几种方法来控制糊化淀粉的老化。



（
1
）淀粉的成分对老化的影响



直链淀粉易老化，支链淀粉难老化。



对于天然淀粉分子太大不易老化，
分子太小可以用淀粉糊的糊丝长度来表示。



老化程度可以通过冷却时结成的凝胶体强度来表示。











表（二）淀粉糊老化程度比较



由上表可以看出，小麦、玉米淀粉液化困难等现象，都是由于淀粉糊易老化
的影响。



（
2
）液化程度对老化的影响

编辑版
word


一般情况下，
DE
值越小，越易老化。



因此 在分段液化时，
一段液化
DE
值不宜太小，以免造成淀粉糊老化，影响后
道的 过滤等等。



（
3
）酸碱度对老化的影响



一般来说，碱性条件下，有抑制老化的作用。



（
4
）温度及加热方式对老化的影响



在高温
（大于60℃）
条件下，
淀粉糊不易老化；
而在
2-
4℃条 件下，
极易老化。



快速升温及快速降温，淀粉糊不易老化。



（
5
）淀粉糊浓度对老化的影响



浓度过高，淀粉糊极易老化。



二、液化的方法与选择



液化有许多方法，效果不一，这里将逐一介绍并加以讨论。并且针对不同原
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等。每一种方法又可分为几
小类方法，并且 各分类方法又存在交叉现象。



（
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
3 0%
，
PH1.8-2.0
在135℃时，加热
10
分钟，液化DE
值
15
～
18%
。



此法优点：此法适合任何精制淀粉，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，生成的有色物及复合糖
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。
（此法不 适合粗原料液化）



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-
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）



此法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
PH
值调为
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
15
分钟 ，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。








表（三）喷射液化与升温液化的糖化液性质比较

编辑版
word
说明：过滤速度是指有预涂层（涂
1cm
硅藻土）连续真空过滤机过滤的过滤速度。
如 果用板框过滤，不加任何助滤剂，连续过滤三小时，一级喷射液化的糖化液平
均过滤速度仅为
3 0L/
左右。



为改进此法过滤性差的缺点，液化完成后加热煮 沸
10
分钟。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）



在液化同内放入底水并加热到90℃，然后将调配后待液化的淀粉乳，用泵送经喷淋头引入液化桶内，
并使桶内物料温度始终保持在90℃±2℃，
淀粉受热糊化、液化，由桶底流入保温桶中，在90℃±2℃时，维持
30min-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，
3-5
分钟）
，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，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，
蒸汽用量大，
与喷射液化相比多用煤
15%
。< br>


c)
因为喷淋液化是开口的原因，液化温度无法达到耐高温-
α
-
淀粉酶最佳温
度所处的范围（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，目前国内外喷射器主要分为两大类。一类是以美
国道尔·澳利沃公司（
Dor-Oliver
C.P)
为代表的高压蒸汽喷射液化器；一类是以
国内淮海工 学院生物技术研究中心为代表的低压蒸汽喷射液化器。由于国内蒸汽
压力低且不稳定，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，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< br>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：



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)Novo
公司提供的工艺









图（一）
Novo
公司提供的一次加酶喷射液化工艺



其工艺条件如下：



(a)
浓度
30%
编辑版
word




















































































(b)PH6.5
(c)
喷射温度105℃

(d)
高温
-
α
淀粉酶用量
0.1%
（固形物）

(e)
在管道保温
5-8
分钟

(f)
闪冷至95℃并在隔板式罐保持
1-2hr
b)
由
Staley
公司提供的工艺




图
(
二
)
由
Staley
公司提供的一 次加酶喷射液化工艺

其工艺条件如下
:
(a)
浓度
30%
(b)PH3-4(
或
PH
自然
)
(c)
喷射温度
150-
160℃

(d)
管道维持
4-8min
(e)
闪冷至95℃
(f)
调
PH5.6-6.2,
加入高温酶
0.1%(
固形物< br>)
(g)
在层流罐中维持
1-2hr.
c)
由
DOS
公司提供的工艺





图
(
三
)DOS
公司提供的一次加酶喷射液化工艺

其工艺条件如下
:
(a)
浓度
30%
(b)PH6.5
(c)
耐高温酶用量
0.1%(
固形物
)
(d)
喷射温度110℃

(e)
真空闪冷至95℃

(f)
在层流罐中维持
1-2hr.
d)
其他公司提供的工艺





图
(
四
)
由其他公司提供的一次加酶两次喷射的工艺

其工艺条件控制如下
:
(a)
浓度
30%
(b)PH6.5
(c)
耐高温酶用量
0.06%(
固形物
)
(d)
一次喷射温度95℃
-
97℃

(e)
一次喷射温度保温
60
分钟

(f)
二次喷射温度110℃

(g)
高温维持
5
分钟

(h)
真空闪冷至95℃

(i)
在隔板式罐中保持
1-2hr.
B)
二次加酶喷射液化

a)
由淮海工学院生物技术研究中心提供的工艺




图
(
五
)
淮海工学院生物技术研究中心提供的喷射液化工艺

其工艺条件如下
:(
此工艺条件视不同原料
,
不同生产条件而不同< br>)
编辑版
word


(a)
浓度
30%-45%


(b)PH5.0-PH7.0


(c)CaCl20.15%(
固形物
)-0.30%(
固形物
)

(d)
一次酶用量
0.03%(
固形物
)-0.08%


(e)
一次喷射温度95℃
-
97℃保温时间
30
分钟
-60
分钟



(f)
二次喷射温度120℃
-
145℃



(g)
高温维持
5-10
分钟



(h )
二次液化温度95℃
-
97℃,二次酶用量
0.02%(
固形物< br>),
保温约
30
分钟




b)
由
DOS
公司提供的工艺






图
(
六
)DOS
公司提供的两次加酶工艺



其工艺条件如下
:


(a)
浓度
30%


(b)PH6.5


(c)
一次酶用量
0.05%(
固形物
)


(d)
一次喷射温度110℃,保温
5
分钟



(e)
二次喷射温度136℃,保温
5
分钟



(f)
二次液化温度95℃
-
97℃,二次酶用量
0.0 5%(
固形物
)
保温时间
1-2hr.



③酸酶液化法



为了减少酸法液化中所产生的杂糖
,< br>可采取降低
DE
值的办法
,
但低
DE
值的液
化液易老化
(
尤其是
DE
值低于
10%
的各类淀粉
),
故又有了在
DE
值
5-7(
有的为
4)
酸液化物中添加
α
-
淀粉酶
,
以分解易老化的成分
,使
DE
值至
15-18%,
这便是酸酶联
合液化法
.< br>这种方法兼有酸法液化的过滤性能好和酶法液化的糖化程度高的优点。


< br>此法的基本操作为：
30%
的淀粉乳，
PH2.2
在140℃加热5
分钟，葡萄糖值达到
5%-7%
，中和
PH
至
6.5
，冷却至90℃±2℃,加入液化酶
,
反应
30
分钟左右，达到需< br>要的反应程度。



此法酶用量少，过滤性能也好。此法最好利用管 道设备连续进行液化，以达
到最佳液化效果。不过这种方法工艺过程较为复杂。






表（四）不同液化方法的
DE
值及
DX
值的比较



④机械液化法



此法不使用任何催化剂，使淀粉浆喷 射入一个旋转的蒸汽加热器中，受热淀
粉立即糊化，在强烈的机械剪刀的作用下（喷射温度≥160℃）
，使淀粉分散。然
后急剧冷却，以防淀粉重新结合。
这样得到的糊精分子聚合度为200-300
，
较高于
酶法，有利于葡萄糖淀粉酶结合，糖化后的过滤液
DE
值可达
99%
，而且此方法适
用于各类淀粉。但这种方法在工艺上还有 待于完善。



2
、液化方法的选择



（
1
）淀粉液化效果好坏的标准



①液化要均匀；



②④蛋白絮凝效果好；



③液化要彻底（在60℃时液化液要稳定，不出现老化现象，不含不溶性淀粉
颗粒， 液化液透明、清亮）



（
2
）液化原料的特点



液化所处理的原料，主要分为两大类，一类是薯类淀粉，如木薯、马铃薯及
编辑版
word