第二篇 发酵过程及相关设备 第二篇 发酵过程及相关设备.

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1 第二篇 发酵过程及相关设备 第二篇 发酵过程及相关设备

2 第四章 培养基及其制备

3 本章教学内容 第一节 原料 第二节 原料的预处理 第三节 淀粉的水解糖的制备 第四节 糖蜜原料的处理 第五节 前体物质、促进剂

4 一、原料的定义及选择原则 第一节 原料 从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。
第一节 原料 一、原料的定义及选择原则 1，原料的定义： 从工艺角度来看，凡是能被生物细胞利用并转化成所需的代谢产物或菌体的物料，都可作为发酵工业生产的原料。

5 2，原料选择的原则 原料价格低廉； 因地制宜，就地取材； 原料资源要丰富，容易收集； 原料要容易贮藏；
对人体无害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含； 适合微生物的需要和吸收利用。 对生产中除发酵以外的其他方面，如通气、搅拌、精制、废弃物的处理等所带来的困难最少。

6 在确定原料选择原则时需注意的问题 所选用的培养基与所使用的发酵器的结构有关。
例如ICI公司因指定用甲醇和氨生产单细胞蛋白质而另行设计新的发酵罐。 同样的理由，在一个巳设定的发酵罐中，发酵必然会受到培养基组份改变的影响。 从实验室规模放大到实验工厂规模，以至于放大到工业生产规模，都要考虑培养基的组份的变化。 培养基的组成，除了考虑到菌体生长和产物的形成的需要外，还要考虑到培养基的pH变化、泡沫的形成、氧化还原电位和微生物的形态等，而且还有前体和代谢抑制剂的需要。

7 二、常用主要原料及其化学组成 1，常用原料种类 薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。
粮谷类：高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍和稷等。 野生植物：橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等。 农产品加工副产物：米粞、米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。 其它原料：石油化工产品、无机盐类等。

8 碳水化学物：主要是单糖和双糖，发酵微生物的碳源和能源。一些多糖则需转化为单糖或双糖后才被利用。
2，常用原料的化学组成 碳水化学物：主要是单糖和双糖，发酵微生物的碳源和能源。一些多糖则需转化为单糖或双糖后才被利用。 蛋白质：蛋白质经蛋白酶分解后产生的多肽或氨基酸，是糖化菌和酵母菌生长繁殖的氮源。 脂肪：针对不同的发酵产品其作用有较大差别 灰分：主要是P、Mg、K、S、Ca等元素，是微生物生长和代谢所必需的。

9 完善的培养基设计是实验室的试验、实验工厂和生产规模的放大中的一个重要步骤。
三、工业发酵培养基的设计 1，为何要进行培养基的设计？ 完善的培养基设计是实验室的试验、实验工厂和生产规模的放大中的一个重要步骤。 在发酵过程中，我们的目的产品是菌体或代谢产物。而发酵培养基是否适合于菌体的生长或积累代谢产物，对最终产品的得率具有非常大的影响。

10 培养基的组成必需满足细胞的生长和代谢产物所需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所需要的能量。
2，培养基设计的基本原则 培养基的组成必需满足细胞的生长和代谢产物所需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所需要的能量。

11 3，如何进行培养基的设计 （1）作出细胞生长和产物形成的化学计算的平衡 碳源和能源+氮源+其他需要→细胞+产物+CO2+H2O+热量 通过计算可以获得生产一定数量的细胞时所需的营养物的最低数量。在了解一定数量的生物体所能产生的产物数量后；就有可能计算出形成产物时所需的底物数量。 这些培养基的组份的数量仅仅是供给细胞形成产物，而不包括生成细胞所需的营养。所有上述各项数量，是不易获得其精确的数字。

12 （2）组成微生物的元素包括C、H、O、N、S、P、Mg和K（见下表），这些元素都要在方程式中予以平衡
在培养基中有些元素的含量往往超过需要量，如P和K。而其它元素含量则接近最低值(如Zn，Cu等)。在许多培养基中增加磷酸盐浓度，其用意是增加培养基的缓冲容量，这一点，在设计培养基时要引起注意。

13 细菌、酵母和真菌的元素组成(按干重％计)

14 （3）有些微生物无法合成的特定营养物，如氨基酸、维生素或核苷酸。一旦测出其中一种是生长因子，就要在培养基中加入适量的纯净的化合物或含有该物质的混合物。

15 （4）碳源具有生物合成的底物和能源的双重作用，在需氧条件下，对碳源的需要量可以从菌体对底物的产率系数(Yx/s)推算而得。
该系数的定义是：细胞干物质的产量／碳源底物的被利用量

16 下表中列出了一些Yx/s值。如以葡萄糖为底物时，其Y值为0. 5g即表示每1g葡萄糖能生成0
下表中列出了一些Yx/s值。如以葡萄糖为底物时，其Y值为0.5g即表示每1g葡萄糖能生成0.5g细胞干物质。为要获得30gdm-3浓度的细胞，需要葡萄糖30／0.5＝60gdm-3。 在发酵过程中，适当地补充碳源是必要的。将碳源转化成产物的观察值与理论上最大值之间进行比较，才能进行深入的研究。但由于对生物合成的知识的限制而难以作出精密的分析。

17 Cooney(1979)以青霉素生物合成的途径为基础，通过物质和能量平衡，计算出青霉素生物合成的理论值。总的化学计算式为
方程式中的a2、b2、c2、d2、e2、nz、p2和q2都是化学计算中的系数，PAA代表苯乙酸。解方程式．得： 按上述方程式计算每1g葡萄糖能产生0.11g苄青霉素的理论值。在青霉素分批发酵的一个简单模型中，用于合成细胞、维持生命活力和转化成青霉素的葡萄糖，分别占总糖耗量的28、61和11％。在分批补料发酵时，则26％的葡萄糖用于生长、70％用于维持生命、6％用于合成青霉素。每克葡萄糖的最大青霉素转化产量为0.0538，这个理论值数倍于实验值。

18 4，发酵培养基的组成成分 水 碳源 氮源 无机盐 维生素 缓冲剂 前体和代谢调节剂 消沫剂

19 影响选择碳源的因素 原料成本占生产总成本 的比例； 在某些发酵过程中，必须除去碳源中的杂质； 对碳源的选择，往往还受到政府政策的影响；
当地的法律条例指定了许多饮料业所使用的底物； 培养基的配制方法，特别是灭菌方法。

20 缓 冲 剂 控制pH时对获得最佳生产能力是十分重要的。在培养基中加入一种化合物作为缓冲剂或同时可作为营养源。许多种培养基多加入碳酸钙作为缓冲剂，以达到pH7.0左右。如果pH下降，则碳酸钙分解，如果是pH上升，可以自然地校正微生物的产酸量。在许多培养基中，也用磷酸盐作为重要的缓冲剂。 碳源和氮源的平衡，也是控制pH的一种方式。在玉米浆中的蛋白质、肽、氨基酸等也具有缓冲容量。滴加氨，氢氧化钠和硫酸，可以严格地控制pH值。

21 第二节 原料的预处理 1，发酵工厂在进行生产前，必须先将原料中混杂的小铁钉、杂草、泥快和石头等杂质除去，保证后续工序生产的正常和顺利进行。
第二节 原料的预处理 一、预处理的必要性 1，发酵工厂在进行生产前，必须先将原料中混杂的小铁钉、杂草、泥快和石头等杂质除去，保证后续工序生产的正常和顺利进行。 2，为保证后续工序生产的正常和顺利进行，还需对原料进行适当加工。 3，为保证生产环境的清洁，必须采用适当的输送方式将原料从仓库运送至配料罐或反应器。

22 二、预处理的方法 1，原料除杂 筛选 风选 磁力除铁

23 （1）筛选、风选 气流-筛式分离机 这类分离机主要用于谷物原料除杂用。凡是厚度和宽度或空气动力学性质(悬浮速度)与所用谷物不同的杂质，都可用气流-筛式分离机将其分离。

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25 （2）磁力除铁器 永久性磁力除铁器 电磁除铁器

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27 2，原料的粉碎 （1）粉碎的目的： 增加原料受热面积 粉末状原料加水混合后容易流动输送

28 对于一些带壳的原料，如高粱、大麦，在粉碎前，则要求先把皮壳破碎
皮壳本身毫无营养价值，在发酵过程中对微生物没有好处，皮壳在醪液中会引起阻碍液体的流动。 皮壳在生产过程中，不发生变化，而大量皮壳汇集起来会占据一定的有效容积，无形中降低了设备的生产能力。 原料糖化后进行发酵时，皮壳会聚集在液面上，而引起较厚的醪盖，醪盖的形成会妨碍热量的逸散和CO2的放出，致使液体温度升高，细菌容易繁殖，特别是醋酸菌，出现这些现象，都会对发酵带来不利。 皮壳会使蒸馏塔及冷却器等设备发生阻塞。皮壳渐多，需要停机清理，会给生产带来损失。

29 （2）原料粉碎的力学分析 固体物料的粉碎按其受力情况可分为： 挤压粉碎 冲击粉碎 研磨粉碎 剪切粉碎 劈裂粉碎

30 （3）粉碎方法 干粉碎 湿粉碎

31 干式粉碎 粗碎：原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎。粗碎后的物料应能通过6~10mm的筛孔，然后再送去进行细粉碎。 粗砰常用的设备是轴向滚筒式粗碎机，也有用锤式粉碎机进行粗碎的例子 细碎：经过粗碎的原料进入细碎机，细碎后的原料颗粒一般应通过1.2~1.5mm的筛孔。也有采用1.8~2.0mm筛孔的。常用的细碎设备是锤式粉碎机

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33 湿法破碎工艺流程 湿法除尘部分 风选送料部分 预热部分 破碎部分

34 湿法粉碎工艺的优点 彻底消除了粉尘的危害，改善了劳动条件，降低了原料的损耗 提高了原料的粉碎细度 节省了蒸煮时所消耗的蒸气 粉碎机部件（特别是刀片）的磨损减少 设备简单，对厂房要求不高

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36 （4）常用的粉碎机械 锤式粉碎机（瓜干、高粱、玉米） 辊式粉碎机（麦芽、大米） 两辊式 四辊式 五辊式 六辊式

37 锤式粉碎机的结构

38 锤式粉碎机的计算

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41 双辊式粉碎机结构示意图

42 辊式粉碎机的计算 生产能力的计算 G=60πD1nbLρφ （kg/h） D1：扎辊直径（m） n：辊子转速（r/min）
b：两辊间距（m） L：扎辊长度（m） ρ ：被粉碎物料的视密度（容重，kg/m3） φ：松散系数，麦芽可取0.5~0.7 根据生产实践，扎辊长度为100mm的双辊粉碎机每小时可粉碎麦芽150~200kg，四辊式可达200~300kg。

43 功率估算：辊式粉碎机的功率可按下列经验公式估算
根据生产实践，一般每小时粉碎1000kg的生产量功率消耗约为2kW。

44 3，原料的输送 机械的输送：为了是物料能起到混合搅拌和输送作用，固体输送主要是采用机械输送 气流输送：是在输送管道中，空气以高速流动，借助气流的动能，使物料在气流中被悬浮输送

45 （1）机械的输送 皮带输送机 斗式提升机 螺旋输送机

46 （2）气流输送 优点 设备简单 占地面积小 费用少 连续化自动化改善了劳动条件 输送能力和距离有较大的变动范围
在气流输送的同时，还可对物料进行加热、冷却、干燥等操作

47 原理： 气流输送方法，是借助气流的动能，使管道中的物料被悬浮输送。可见物料在气流中的悬浮问题是很重要的。颗粒在垂直管中和水平管中的悬浮机理及运动状态是不一样的。

48 垂直管中的悬浮输送机理 设物料小颗粒，在静止的空气中自由降落，颗粒上作用力有三：颗粒重力Ws，浮力Wa，及空气阻力fs。
当Ws = Wa + fs时颗粒在空气中以不变的速度μt作匀速降落，称为颗粒的自由沉降。 根据相对运动的原理， 当空气以颗粒的沉降速度自下而上流过颗粒时，颗粒必将自由悬浮在气流中。这时的气流速度称为颗粒的悬浮速度。 如果气流速度大于颗粒的悬浮速度，则在气流中悬浮的颗粒，必将为气流带走，而发生了气流输送。这时的气流速度又称气流的输送速度。

49 水平管中的悬浮输送机理 颗粒在水平管中的悬浮，较为复杂。颗粒所以能克服重力而悬浮在气流中，是由于下列几种力作用的结果 气流为湍流运动状态
湍流状态的气流，沿管截面上的气速分布 颗粒在气流中，除随同气流一道运动外，还有颗粒的自身旋转运动 由于颗粒形态不规则而产生的气流推力的垂直分力 由于颗粒间的碰撞或颗粒与管壁间碰撞而产生的垂直方向的反作用分力

50 颗粒在垂直管中的运动状态 气流速度=粒子的悬浮速度时，颗粒在气流中呈流态化状态，自由悬浮在气流中； 气速大于悬浮速度，进行气流输送，颗粒基本上是均匀分布于气流中。

51 颗粒在水平管中的运动状态 当气流速度很大时，颗粒全部悬浮，均匀分布于气演中，呈现所谓悬浮流状态。
当气流速度降低时，一部分颗粒沉积管下部，但没有降落在管壁上，整个管截面上出现上部颗粒稀薄，下部颗粒密集的所谓两相流动状态，这种状态为悬浮输送的极限状态。 当气速进一步降低，将有颗粒从气流中分离出来沉于管底，沿管底滑动或停止移动产生堆积。而上部悬浮的颗粒愈来愈少，大部颗粒堆积底部，形成“小砂丘”向前推移，产生所谓团块流

52 气流输送的流程 吸引式流程（真空输送） 压送式流程（压力输送） 混合式气流输送流程（真空、压力输送）

53 吸引（真空）输送 真空输送方式是将空气和物料吸入输料管中，在负压下输送到指定的地点，然后将物料从气流中分离出来，再经过排料器将物料卸出来。从分离器分离出来的空气，再经过净化除尘之后，用真空泵抽出。 真空输送设备出口装有分离器和能封闭空气的卸料器。 由于输送系统为真空，消除了物料的外漏，保持了室内的清洁。

54 压力输送流程 这种输送方式是将空气和物料压送入输料管中， 物料被送到指定位置之后，经分离器物料自动排出，分离出来的空气净化后放空。在加料处要用封闭较好的加料器，防止物料反吹，空气用鼓风机送入系统中。

55 混合流程 兼有吸引式和压送式的特点，可以从数点吸入物料和压送至较远、较高的地方。

56 流程的比较 吸引式流程，不需加料器，但要有封闭较好的排料器； 压送式流程，不需排料器，但要有封闭较好的加料器； 对相同输送量，压送式流程较吸引式流程采用较细的管道； 从几个不同的地方，向一个卸料点时，吸引式流程较适合；从一个加料点向几个不同地方送料时，压送式流程较适合； 具体到流程选择时，必须对输送物料的性质，形状、尺寸、输送量、输送距离等进行详细了解，结合实际综合考虑。

57 采用气流输送时应注意的问题 水分含量超过16％的粉末原料，特别是鲜原料，不宜采用气流输送。 所选用风机型号一般要选择比实际需用量大 倍风机，风压也要比全系统压力损失的总和更大一些。 选择输送管道的直径时，要保证空气通气量有 ％的富余量。 所用落料器性能要好，要保证既能较快分料，又能有一定的密封程度，防止落料器落料慢而引起旋风分离器出现粉料阻塞现象。 整个输送原料的管道中，要尽量减少90°的弯角和阀门。

58 气流输送系统的组成设备 进料装置 吸嘴 旋转加料器 输料管道 卸料装置 离心式卸料器 沉降式卸料器 闭风器 风机 空气除尘装置 空气管道

59 进料装置 吸嘴 单管形吸嘴 带二次空气进口的单管形吸嘴 喇叭形双简吸嘴 固定式吸嘴

60 进料装置 旋转加料器 旋转加料器在真空输送系统中可用作卸料器，在压力输送系统中可用作加料器。因此，旋转加料器在气流输送中得到广泛应用。
旋转加料器的供料量，由下式计算：

61 卸料装置 离心式卸料器 离心式卸料器实质就是旋风分离器，利用气流作旋转运动、使物料颗粒产生离心力，将悬浮于气流中的物料分离出。离心式卸料器上部为带有切线方向气流入口的圆柱壳体，下部连有倒圆锥形的壳体。

62 卸料装置 沉降式卸料器 沉降式卸料器实质上就是重力式分离器。带有悬浮物料的气流，进入一个较大的圆柱形空间里，气流速度大大降低，悬浮的颗粒由于自身的重力而沉降，气体由上部排出。

63 空气除尘装置 常用的除尘器 离心式除尘器 袋滤器 湿式除尘器

64 气流输送系统的设计 流程的选择和确定 工艺流程图和设备流程图 管网系统的计算 确定输送空气量 确定输送管径 确定风机

65 气流速度与输送距离 总距离/m 气流速度/（m/s） 60 150 360 20 25 30 对大约90%的气流输送，25米/秒的气流速度是足够的。对物料不超过880kg/m3和颗粒体积不大于2.0cm3时，表中的气流速度是可用的。物料密度超过880，但小于1360时，表中气流速度值增加5米/秒。对密度在1360~1840时，表中增加10米秒。物料密度超过1840或颗粒尺寸大于2.0cm3时，气流速度应由实验测定。

66 各类谷物的输送气流速度的经验值 名 称 密度/ （kg/m3） 气流速度v气/（m/s） 大 麦 小 麦 玉 米 糙 米 高 粱 麦 芽
名 称 密度/ （kg/m3） 气流速度v气/（m/s） 大 麦 小 麦 玉 米 糙 米 高 粱 麦 芽 瓜干片 1300~1350 1240~1380 1300~1400 1120~1220 1250~1350 700~800 800~900 15~25 15~24 25~30 20~22

67 一、淀粉的水解的理论基础 1,淀粉的颗粒的外观 第三节 淀粉的水解糖的制备
第三节 淀粉的水解糖的制备 一、淀粉的水解的理论基础 1,淀粉的颗粒的外观 淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，其内部呈复杂的结晶组织。随原料品种和种类的不同，淀粉颗粒具有不同的形状和大小。形状不规则，大致上可分为圆形、椭圆形和多角形。 一般说来，水份含量高，蛋白少的植物，颗粒较大，形状较整齐，大多为圆形或卵形，如马铃薯、甘薯的淀粉。 颗粒较大的薯类淀粉较易糊化，颗粒较小的谷物淀粉相对较难糊化。 淀粉颗粒的构成如下图： 氢键 聚集 淀粉分子链 ───→ 针状晶体 ───→ 淀粉颗粒

68 2，淀粉的分子结构 淀粉可分为直链和支链淀粉两类。 直链淀粉通过α-1，4键连接 。
支链淀粉的直链部分通过α-1，4键连接，分支点则有α-1，6键连接，支链平均有25个葡萄糖基团，因而还原性末端数量较少。 一般植物中直链淀粉含量为20～25%，支链淀粉占75～80%。 直链淀粉在70～80℃的水中可溶，溶液的粘度较小，遇I2呈纯蓝色；支链淀粉在高温水中可溶，溶液的粘度大,遇I2呈兰紫色。

69 3，淀粉在水-热处理过程的中变化 （1）水-热处理的概念 将淀粉质原料与水一起，在高温高压或低温低压的条件下进行处理的过程。
（2）水-热处理的目的 淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用，这就是原料水-热处理的主要目的。

70 （3）淀粉的膨胀和溶解 膨胀：淀粉是一种亲水胶体，遇水加热后，水分子渗入淀粉颗粒的内部，使淀粉分子的体积和重量增加，这种现象称为膨胀。 糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。

71 溶解或液化：淀粉糊化后，如果提高温度至 130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液化。

72 （4）淀粉质原料的各个组分在水-热处理过程中的变化
淀粉的变化 自糖化：在50～60℃预煮时，原料自身的淀粉酶系统活化，并分解淀粉生成糖和糊精 酸水解：在微酸条件（pH5.6～6.3），淀粉的局部酸水解现象 在70℃以下，水解的产物是糖，75～80℃产物是糊精。

73 糖的变化 ①己糖的变化（葡萄糖和果糖）：果糖在酸性介质中不稳定，由于容易开链，所以较易分解。部分的 5-羟甲基糖醛缩合生成黄棕色色素。
葡萄糖在 pH2～4 内稳定性最佳。

74 ② 戊糖的变化：蒸煮过程中戊糖和己糖一样脱水生产糠醛，但是后者比羟甲基糠醛稳定。

75 ③ 焦糖化：当温度达到糖的熔点时（185℃）， 糖分脱水形成黑色无定形物，统称焦糖。焦糖不仅不能被发酵利用，而且还会阻碍糖化酶对淀粉的糖化作用，影响微生物的生长。焦糖化反应在高浓度醪液中比低浓度中较易进行。在不易与溶液接触的地方（如蒸煮锅的死角），或锅壁局部过热处都容易发生。

76 ④ 氨基糖反应：还原糖与氨基酸之间产生的呈色反应称为氨基糖反应。氨基糖反应不是一个简单的聚合反应，而是一个过程相当复杂的反应。
NH2 己糖 糖醛 ↓ 聚合 戊糖 → 羟甲基糖醛 ─→──→ 氨基糖 其他醛酮类 缩合 中间产物

77 淀粉的糊化、液化和糖化 发酵过程中，有些微生物不能直接利用淀粉，因此，当以淀粉为原料时，必须先将淀粉水解成葡萄糖，才能供发酵使用。一般将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。发酵生产中，淀粉水解糖液的质量，与生产菌的生长速度及产物的积累直接相关。 可以用来制备淀粉水解糖的原料主要有薯类(木薯、甘薯)淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉等，根据原料淀粉的性质及采用的水解催化剂的不同，水解淀粉为葡萄糖的方法可分为酸解法、酸酶结合法和酶解法。 水温至53℃以上时淀粉会在在高温下溶液中溶胀、分裂而形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化。

78 第l步是利用α-淀粉酶将淀粉液化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为液化；
酶解法是指利用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖的过程。酶解法制葡萄糖可分为两步： 第l步是利用α-淀粉酶将淀粉液化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为液化； 第2步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程，在生产上称为糖化。 淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的，故也称为双酶水解法。

79 果葡糖浆是以食用精制淀粉为原料，以酶法糖化淀粉所得葡萄糖液经葡萄糖异构化

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82 二、淀粉的液化（糊化） 1，淀粉液化的方法 水解动力的不同 酸法、酶法、酸酶法、机械液化法 工艺的不同 间歇式、半连续式、连续式 设备的不同
管式、罐式、喷射式 加酶方式的不同 一次加酶、两次加酶、三次加酶 原料的精粗不同 淀粉质原料直接液化、精制淀粉液化

83 2，酶法液化 （1）酶解法液化、糖化淀粉常用的酶
α-淀粉酶：其作用是将淀粉迅速水解为糊精及少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内切淀粉酶。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现： 蓝→紫→红→浅红→不显色(即碘原色) 糖化酶：作用于淀粉的l,4键结合，能从葡萄糖键的非还原性末端起将葡萄糖单位一个一个的切断，因为是从链的一端逐渐地一个个地切断为葡萄糖，所以称为外切淀粉酶。

84 β-淀粉酶： β-淀粉酶能水解α-1，4糖苷键，不能水解α- 1，6糖苷键，遇此键水解停止，也不能越过继续水解。水解由淀粉分子的非还原末端开始，水解相隔的α- 1，4键麦芽糖，届于β-构型。故叫β-淀粉酶，β-淀粉酶届于外切酶，水解产物只有麦芽糖。 异淀粉酶： 异淀粉酶能水解支链淀粉和糖原分子中支叉地位的α- 1，6糖苷键，使支叉结构断裂。但对于直链结构中的α- 1，6糖苷键却不能水解。

85 普鲁蓝酶 能水解支叉结构和直链结构的α- 1，6糖苷键、支链淀粉、糖原和其β-极限糊精及普鲁蓝分子中的β- 1，6键。异淀粉酶或普鲁蓝酶与β-淀粉酶合并水解，能使支叉开裂，使β-淀粉酶继续水解，大大提高麦芽糖的产率。

86 （2）酶法液化方法 间歇（升温）液化法 半连续（高温、喷淋）液化法 连续（喷射）液化法

87 升温液化法 工艺：将浓度30~40%淀粉乳调整pH到6.5，加入CaCl2 (0.01mol/L)和一定量淀粉酶(5~8u/克淀粉)，剧烈搅拌，加热到85~90℃，保持30~60分钟，达到液化程度( DE 15~18 )，升温到100℃，灭酶10分钟。 此方法简便，但效果较差，能耗大，原料利用率低，过滤性能差。

88 高温液化法（喷淋连续进出料液化法） 工艺：将淀粉乳调整到适当pH和Ca2+浓度，加入一定量的液化酶，用泵打给喷淋头引入液化罐中（其中已有90℃热水），淀粉糊化后，立即液化，至保温罐90℃保温40分钟，达到液化的程度。 优点：设备和操作简单，效果比间歇液化好。 缺点：不安全，蒸汽耗量大，温度无法达到最佳温度，液化效果差，糖液过滤性能也差。

89 连续（喷射）液化法 利用喷射器将蒸汽直接喷射至淀粉薄层，以在短时间内达到要求的温度，完成糊化和液化。喷射后，进入保温罐，85~90℃保温45分钟。 优点：设备小，便于连续操作，原料利用率高，转化率高，蛋白质凝聚好。但要求一定压力的蒸汽，进出料的速度要稳定。

90 喷射液化的几种流程： 一段高温喷射液化 单罐维持; 连续出料. 多段液化：多次加酶，多次加热，适用各种原料（特别是难液化的小麦，玉米淀粉）.

91 一段高温喷射液化工艺 控制要点： 淀粉乳浓度30%左右; pH6.0~6.5;
喷射器出口温度（105±3）˚C，保温97~100 ˚C，30~60min。

92 单罐维持

93 连续出料

94 多段液化工艺

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96 喷射液化器的结构

97 液化程度的控制 I2试 测定DE值 DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影响催化效率，终点DE值低。
透光率和澄清度 工业上用DE值（也称葡萄糖值）表示淀粉的水解程度或糖化程度。 糖化液中还原性糖全部当作葡萄糖计算，占干物质的百分比称为DE值。

98 液化彻底（60˚C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）
液化效果的标准 液化要均匀 蛋白絮凝效果好 液化彻底（60˚C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）

99 酶法液化方法比较 直接升温法：设备简单，操作简便，投资少，见效快。缺点是能耗大，原料利用率低，液化液过滤性能较差 喷射液化法：原料利用率高，液化液过滤性能好。缺点是设备复杂，操作要求高，要求有一定的压力蒸汽，稳定的进出料速度。

100 三、淀粉的糖化 1，糖化理论 糖化：以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄糖等可发酵性糖的过程。 糖化剂 ：糖化过程中所用的催化剂。包括无机酸和酶。 糖化的目的：将淀粉转化为可发酵性糖。

101 理论收率（111.11%) （C6H10O5)n+H2O nC6H12O6 实际收率（105%~108%） 淀粉转化率

102 DE值：糖化液中还原糖含量（以葡萄糖计）占干物质的百分率，用以表示淀粉糖的糖组成。
还原糖用斐林法或碘量法测定，干物质用阿贝折光仪测定。

103 淀粉的水解反应过程 淀粉分子内α-1，4和α-1，6葡萄糖苷键的断裂，相对分子质量逐渐变小，依次变为糊精，低聚糖，麦芽糖和葡萄糖。 糊精是若干种分子大于低聚糖的碳水化合物，一般含2~10葡萄糖单位的为低聚糖。糊精具有旋光性，还原性，能溶于水，不溶于酒精。 与碘作用，聚合度不同颜色不同。

104 葡萄糖聚合度与碘液的呈色表 葡萄糖聚合度 与碘液呈色 最高吸收波长（nm) 7~8 无色 16 淡红色 480 21 红色 510 28
红紫色 540 34 紫色 560 41 兰紫色 580 61 兰色 600 120 620 330 630

105 糖化的过程检测 检验液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈兰色； 检验糖化：是否水解完全 测定还原糖； 用无水酒精。

106 淀粉水解过程的反应 主反应：糖化（水解作用） 副反应： 复合反应（在酸和热作用下，部分葡萄糖经1，6键结合成龙胆二糖，异麦芽糖和其他低聚糖。） 分解反应（葡萄糖分解为羟甲基糠醛，有机酸和有色物质等非糖产物）

107 2，淀粉糖化的方法 酸解法 酶解法

108 （1）酸解法（酸糖化法） 定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。 优点： 工艺简单，设备较单一 水解时间短，设备周转快 缺点： 需耐高温、高压和耐腐蚀的设备 副产物多，淀粉的转化率低 对原料要求高 废水难处理

109 酸解法中常用的酸 盐酸：高效，但中和后产生氯化物，增加糖液灰分，对葡萄糖的结晶，分离及收率会有影响。 硫酸：能力仅次于盐酸，用碳酸钙中和，经脱色，离子交换可除去。 草酸：能力低，用石灰中和生成草酸钙，脱色过滤易除去，非强酸，减少了复合反应。

110 淀粉酸解的工艺流程 工艺参数 淀粉浆的pH：1.5左右 水解压力：2.5~2.6大气压 水解时间：30min 一次中和pH：4.8~5.0

111 影响淀粉酸解速度因素 酸的种类与用量 水解的温度与压力 淀粉乳浓度的高低

112 （2）酶解法 定义：以酶为催化剂，在常温常压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。包括液化和糖化两个过程，故又称双酶水解法。 优点： 反应条件温和
副反应少，淀粉质量高 可在较高淀粉浓度下水解，对预料要求不高 糖液的质量高、营养物质较丰富 缺点： 水解时间长，夏天糖液容易变质 设备较多

113 酶法糖化的工艺流程 液化→糖化→灭酶→过滤→贮糖计量→发酵 工艺要点： 糖化pH 温度60C左右 糖化酶用量150U/g淀粉 糖化时间32小时，用无水酒精检验无糊精存在时，糖化结束，然后将pH调整至 ，维持20分钟灭酶

114 3，糖化方法的比较 水解时间：酸法短，酶法长 水解程度：酶法高 糖液杂质：酶法低，酸法高 综合

115 4，水解糖液的质量要求和控制要点 （1）水解糖液的质量要求 色泽：呈强黄色透明液 糊精反应：无 还原糖含量，18％左右 DE值：90％以上
透光率：60~80％左右（650纳米） pH值：4.6~4.8 淀粉转化率：92%以上（实际产量/理论产量）

116 （2）水解糖液质量的控制要点 合理控制淀粉乳浓度 糖液要清 溶液中不含糊精 糖液要新鲜 糖液贮存容器一定要保持清洁，定期清理和清洗，防止酵母菌等浸入

117 6，啤酒酿造中的糊化、糖化 在啤酒酿造中，糖化过程是指辅料的糊化醪和麦芽中淀粉受到麦芽中淀粉酶的分解，形成低聚糊精和以麦芽糖为主的可发酵性糖的全过程。

118 糊化锅是用于加热煮沸大米或其他辅料粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化的设备。我国行业标准ZBY99030
7，啤酒酿造的糖化设备 （1）糊化锅的结构与计算 糊化锅是用于加热煮沸大米或其他辅料粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化的设备。我国行业标准ZBY99030 锅体型式 由圆柱形锅身，球形底或圆锥形底，和弧形顶盖或锥形顶盖组成。锅身直径与高度之比1.5:1~2:1，有效容量系数58％一60％，锥底角度以α＜120 ˚ 为宜。

119 （2）糖化锅型式与结构 以不锈钢制造成圆筒形的锅身，以球形、椭球形或锥形夹套式底，以弧形或锥形顶盖组合。夹套内用直接蒸汽加热，夹套能耐0.15~0.25MPa压力，锅内夹底为了强化传热，较多采用紫铜板。锅底部设有浆叶式搅拌器，搅拌器由电机通过立式涡轮减速箱，直接带动搅拌浆叶旋转。锅顶有一排汽升气管，锅顶盖设有移门或密封人孔。

120 啤酒生产分为制麦、糖化、发酵和包装四道工序

121 1、原料贮仓    2、麦芽筛选机     3、提升机     4、麦芽粉碎机     5、糖化锅     6、大米筛选机    7、大米粉碎机    8、糊化锅     9、过滤槽    10、麦糟输送    11、麦糟贮罐    12、煮沸锅/回旋槽    13、外加热器    14、酒花添加罐    15、麦汁冷却器    16、空气过滤器    17、酵母培养及添加罐    18、发酵罐     19、啤酒稳定剂添加罐    20、缓冲罐    21、硅藻土添加罐    22、硅藻土过滤机    23、啤酒精滤机    24、清酒罐    25、洗瓶机    26、灌装机    27、杀菌机    28、贴标机    29、装箱机

122 制麦工序 1、大麦必须通过发芽过程将内含的难溶性淀料转变为用于酿造工序的可溶性糖类。大麦在收获后先贮存2-3月，才能进入麦芽车间开始制造麦芽。 2、为了得到干净、一致的优良麦芽，制麦前，大麦需先经风选或筛选除杂，永磁筒去铁，比重去石机除石，精选机分级。 3、制麦的主要过程为：大麦进入浸麦槽洗麦、吸水后，进入发芽箱发芽，成为绿麦芽。绿麦芽进入干燥塔/炉烘干，经除根机去根，制成成品麦芽。从大麦到制成麦芽需要10天左右时间。

123 糖化工序 糊化锅：首先将一部分麦芽、大米、玉米及淀粉等辅料放入糊化锅中煮沸。 糖化槽：往剩余的麦芽中加入适当的温水，并加入在糊化锅中煮沸过的辅料。此时，液体中的淀粉将转变成麦芽糖。 麦汁过滤槽：将糖化槽中的原浆过滤后，即得到透明的麦汁（糖浆）。 煮沸锅：向麦汁中加入啤酒花并煮沸，散发出啤酒特有的芳香与苦味。

124 发酵工序 发酵罐成熟罐：在冷却的麦汁中加入啤酒酵母使其发酵。麦汁中的糖分分解为酒精和二氧化碳，大约一星期后，即可生成"嫩啤酒"，然后再经过几十天使其成熟。

125 啤酒过滤 将成熟的啤酒过滤后，即得到琥珀色的生啤酒。

126 End!