液化+糖化

液化，

顧名思義，就是將不可溶於水的澱粉顆粒轉變成溶於水的過程。其原理是生澱粉顆粒在熱力作用下，吸水膨脹，在澱粉酶的作用下，大分子的澱粉顆粒被降解成可溶於水的糊精和小分子的低聚糖。

液化工序是葡萄糖生產的基礎，沒有優質的液化，就不會得到高質量的葡萄糖漿，因此液化工序顯得尤為重要。在液化過程中，酶製劑的選擇對液化的成功起著很重要的作用。

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01

液化條件對

糖化的影響：

麥芽酮糖的形成　澱粉是由葡萄糖單元組成的具有網狀結構的大分子聚合體，在酶的作用下，不斷水解最後產生單個的葡萄糖分子。

澱粉可分為直鏈澱粉和支鏈澱粉，澱粉鏈的一端具有還原性，稱為還原性末端，而另外一端則稱為非還原性末端。

澱粉在高溫及鹼性條件下，澱粉鏈的還原性末端容易發生異構化形成一個果糖，透過糖化酶的外切作用，最終形成一個葡萄糖與果糖以α-1，4-葡萄糖苷鍵連線的雙糖，稱為“麥芽酮糖”（4-α-D-glucopyransoly-D-fructose），其形成機理見圖。

麥芽酮糖的形成機理

G—葡萄糖單元；F—果糖

麥芽酮糖是二糖，由一個葡萄糖與一個果糖透過α-1，4-鍵連線而成。麥芽酮糖不能被糖化酶分解，因此麥芽酮糖的存在對葡萄糖生產有影響。

同時麥芽酮糖還是一種不可發酵性的二糖，這對發酵用糖行業來講，也是非常不利的，不僅會導致發酵產率的下降，同時還影響了原料的利用率。

麥芽酮糖的形成與液化的、溫度、時間、pH都有關。

　液化溫度對麥芽酮糖形成的影響

液化時間對麥芽酮糖形成的影響

玉米澱粉，幹物濃度32%，

液化溫度107℃，維持溫度95℃

液化pH對麥芽酮糖形成的影響

玉米澱粉，幹物濃度32%，液化溫

度107℃，

維持溫度95℃，維持時間90min

在高溫液化過程中，在一定的pH下，在澱粉鏈的還原性末端發生化學異構化，將葡萄糖殘基轉化成果糖殘基，形成麥芽酮糖的前體。

在糖化過程中，由於糖化酶是一種外切酶，只能從澱粉鏈的還原性末端逐一水解葡萄糖，從而會產生大量的麥芽酮糖。

在液化過程中，麥芽酮糖會有很少量的形成，在高溫和高pH的情況下，主要是形成麥芽酮糖的前體。

不同的液化pH也會產生不同的麥芽酮糖含量。

圖示顯示，當液化進行100min時，液化pH 5.3與液化pH 6.2的麥芽酮糖含量基本相當，但都明顯高於液化pH 5.5。

隨著液化時間的延長，麥芽酮糖的含量都在上升，但液化pH 5.5過程中的麥芽酮糖含量與前二者的差距大大拉開，前二者的麥芽酮糖含量上升很快，在液化190min時含量可以達到300mg/L。這說明液化的pH不宜過高或者過低。

在前面提到，液化過程中會形成麥芽酮糖的前體，因此大量的麥芽酮糖是在糖化過程中產生的。將不同液化pH，但

相同液化時間的液化液作為底物，在加相同量的糖化酶的作用下，在相同的糖化時間取樣檢測麥芽酮糖的含量。

資料表明，麥芽酮糖含量的確大大升高，這也印證了之前講到的麥芽酮糖形成機理，同時糖化液中的麥芽酮糖含量與液化的pH是相關的。

液化pH 5.2與液化pH 6.2導致的糖化過程中的麥芽酮糖含量均要高於液化pH 5.6，特別是液化pH 6.2，這也就是為什麼常說液化pH不宜高過6.0的原因。

有一點值得指出，業界流行這樣一種說法，當液化pH低於5.4～5.5時，麥芽酮糖就不會形成，但實驗資料表明液化pH控制得過低，對麥芽酮糖的形成還是有影響的，這可能與以前的認識、知識水平以及當時的分析手段等有關。

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02

糖化酶

的影響：

潘糖的形成　潘糖是三糖，三個葡萄糖一個以α-1，6-鍵連線，另一個以α-1，4-鍵連線。

如果α-澱粉酶在糖化中仍然保持一定活力，就會繼續工作，產生一些短鏈的寡糖，這些寡糖是潘糖的前體，在糖化酶的繼續作用下，最後生成潘糖。

在實際生產中，經常會碰到液化後，液化酶沒有被及時滅活，由於現在的液化酶都經過基因改造而具有更加耐酸的特性，那麼在糖化過程中，液化酶有可能會與糖化酶一起在糖化罐內工作。液化酶存在於糖化過程中，糖譜中的三糖含量明顯升高，其中主要是潘糖的含量升高較多，進而導致葡萄糖值不高。

糖化過程中液化酶的存在對潘糖含量的影響　　

要減少潘糖的產生，首先必須從源頭即液化著手。在液化時，要控制好液化的DE值，即水解度。當液化DE值過高導致液化過頭，糊精的分子片段過小，產生奇數個葡萄糖單元的糊精分子片段將增多，在糖化酶和普魯蘭酶的作用下產生潘糖的機率也將升高。

控制好液化DE值的方法就是在液化結束後及時滅酶將反應終止。

現在液化常規的工藝已經從二次噴射改為一次噴射，澱粉酶的滅活主要是透過糖化前調解pH。

在調酸滅酶的操作上，每個工廠都有各自的操作流程，或受裝置等硬體的影響，也有人為操作習慣的影響。

液化結束後及時將澱粉酶滅活，儘可能做到迅速。

正確的做法是先將pH調解到澱粉酶的有效pH範圍以外，然後再降溫到糖化溫度。這樣做的好處是可以快速抑制和消除澱粉酶的影響。

而降溫雖降低了澱粉酶的反應速率，但並沒有滅活澱粉酶，澱粉酶還會慢慢地水解澱粉，使液化DE值繼續上升。

圖示是澱粉酶殘餘酶活力對糖化DX值的影響，從中可以看出殘餘澱粉酶使DP3升高，而DP3的主要組分就是潘糖。

　澱粉酶活力的殘留對糖化DX值的影響

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03

液化DE值對

後期糖化

的影響　

液化DE值對糖化的結果有影響。液化的DE值不宜過高，否則會導致糖化的DX值偏低。

透過對不同DE值的液化液糖化結果分析發現，隨著起始底物液化液DE值升高，糖化終點時糖化液中異麥芽糖、麥芽酮糖以及潘糖的含量都在升高，而葡萄糖值卻在下降。

這說明在液化過程中，DE值控制得過高，小分子鏈的低聚糖過多，對後續的糖化工序是不利的。

　液化DE值對糖化的影響　　

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液化時間對糖

化的影響　

在液化後期副產物形成加快，因此如果能縮短液化時間，則能降低反應後期的雜糖形成。

糖化過程

目前廠家常用的複合糖化酶基本上是由糖化酶與一種低pH、熱穩定好的普魯蘭酶最佳化複合而成。

其中的普魯蘭酶是由經過基因工程改造的地衣芽孢桿菌發酵製得的，可快速水解液化澱粉中的α-D-1，6-葡萄糖苷鍵而產生直鏈糊精。

其中的糖化酶是由黑麴黴發酵製得的，可快速水解液化澱粉中的α-D-1，4-糖苷鍵，也可緩慢水解α-D-1，6-糖苷鍵而產生葡萄糖。

該酶可以在糖化短時間內，使DX值迅速升高。

真菌澱粉酶在

糖化中的應用　

為了加快反應速度，在複合糖化酶中新增真菌澱粉酶。真菌澱粉酶主要來源於麴黴和木黴，特點、作用方式與細菌澱粉酶作用相似，是內切酶，產生麥芽糖和三糖（部分是潘糖）。

真菌澱粉酶的新增在某種程度上加快反應速度，因為澱粉酶切割長鏈的速度會更快，從表中長鏈糖DPn的量可看出，但是葡萄糖的含量並沒有增加，三糖的含量卻有所增加，而這其中約70%是潘糖。

糖化結束不是製糖結束。

無論對葡萄糖生產還是對發酵製糖的過程來講，糖化放罐時的樣品並不是真正的最終產品，因為糖化終點結束後，還有放罐、過濾、脫色、離交、濃縮等工序，這些操作中，都需要一定的時間來完成，而在此過程中，糖化酶還會繼續發生反應，糖譜也會發生變化。

糖譜顯示出在糖化酶滅酶之後，雖然三糖和長鏈糖含量有所下降，但DX值卻沒有上升，反而下降了，而且二糖含量升高，這說明雜糖的含量還會隨之變化，因此可以說糖化的結束不是製糖的結束。

這在諸多大工廠的實踐資料中不斷被證實，但行業中絕大多數生產商還未引起重視或改變製糖的監控點並做出適當的調整，包括酶種的選擇、糖化時間的控制及後期時間和溫度的控制。

不論是用來生產糖類產品還是去作為發酵的原料，葡萄糖漿的質量是生產中重要的一環，但對任何生產商來講，要看的是綜合的經濟效益，並不是單純追求糖的高質量。能量（蒸汽、電）的投入、化學品的消耗、水的需求和排放及對環境的影響，還有最終產品的

價值等都要考慮。雖然影響因素多，但發展的趨勢是高底物濃度液糖化。

薛道衡

行天下之大道

立天下之正位

居天下之廣居

不