第四节 糖化剂生产

1. 第四节 糖化剂生产

2. 淀粉质原料制造酒精，必须经过糖化，把淀粉转变成可发酵性糖的过程，所用的催化剂称为糖化剂。酒精采用的糖化剂主要有谷芽与曲两种。用固体表面培养的曲，称为麸曲；采用液体深层通风培养的，称为液体曲。通常，我国酒精生产时多采用曲作糖化剂，但欧洲各国仍有使用谷芽作糖化剂。淀粉质原料制造酒精，必须经过糖化，把淀粉转变成可发酵性糖的过程，所用的催化剂称为糖化剂。酒精采用的糖化剂主要有谷芽与曲两种。用固体表面培养的曲，称为麸曲；采用液体深层通风培养的，称为液体曲。通常，我国酒精生产时多采用曲作糖化剂，但欧洲各国仍有使用谷芽作糖化剂。 85年我国酒精生产开始推广使用液体糖化酶，且造价低廉。麸曲糖化时，每吨料需糖化剂32.26公斤，造价是25.81元；使用液体糖化酶造价仅为16---20元。

3. 糖化剂生产 一、糖化剂生产的发展历史 二、淀粉酶系统和与糖化有关酶的性质 三、生产上常用的糖化剂生产菌及其酶系特性 四、影响曲霉菌生长和淀粉酶产生的主要因素 五、固体曲生产工艺 六、液体曲生产工艺

4. 一、糖化剂生产的发展历史 糖化剂种类的演变： 麦芽 木盒曲 帘子曲 通风制曲液体曲 糖化酶 微生物菌株的演变： 米曲霉 甘薯曲霉 乌沙米曲霉 轻研二号 东酒一号及白曲 （用于液体曲） UV—11(As.3.4309) UV—11的各个变种

5. 二、淀粉酶系统和与糖化有关酶的性质 1．α-淀粉酶 2．β-淀粉酶 3．淀粉-l，4-葡萄糖苷酶(简称糖化酶) 4．纤维素酶 5、多聚半乳糖醛酸酶（果胶酶） 6、β-半乳糖苷酶 7、转移葡萄糖苷 8、蛋白酶、单宁酶

6. 1．淀粉-1，4糊精酶 (简称α-淀粉酶）耐高温α-淀粉酶 作用：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) 最适pH范围为5.5~7.0，稳定pH范围为5.0~10.0，有效pH范围为5.0~8.0。 最适作用温度在90℃以上。

7. 2. β-淀粉酶 反应：从多糖分子的非还原性末端，每隔2个葡萄糖苷切割α-1，4葡萄糖苷键，生成麦芽糖。 应用：与α-淀粉酶一起用于淀粉水解，常用于面包和酒精生产。也可用于高麦芽糖浆生产。 最适pH为5， pH4～6.5可保持90%活性。 温度为55～57℃时活性最高，60 ℃以上活性急剧下降。

8. 3．淀粉-1，4-葡萄糖苷酶(简糖化酶) 作用于淀粉的α- l，4葡萄糖苷键，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，又称为外切淀粉酶。 糖化酶作用淀粉时，还原糖的增加比α-淀粉酶快，但是碘色消失得慢，淀粉的粘度也不象α-淀粉酶那样迅速下降。 最适pH范围为4.0～4.5，最适温度范围为58～60℃。 主要产生菌：霉菌，特别是黑曲霉。 最适pH是4.0±0.5，而在pH3.0~5.5之间，能保持80%的活性。 60~65℃时活性最高。

9. 4．纤维素酶 反应：水解纤维素，切割β-1，4葡萄糖苷键，生成葡萄糖。 正常作用温度为40～50℃，最适宜的pH值为4～5。

10. 5、多聚半乳糖醛酸酶（果胶酶） 反应：随机分解果胶或其他聚半乳糖醛酸中的1，4-α-D半乳糖醛酸键。 应用：在生粉酒精发酵中添加，可降低醪液粘度，加快发酵进程，提高出酒率。 主要产生菌：曲霉菌属。 最适pH4.0～4.8。 40℃下该酶稳定

11. 6. β-半乳糖苷酶 反应：分解β-半乳糖苷键，从乳糖的非还原性末端将D-半乳糖基团切割下来。 应用：分解乳糖为葡萄糖和半乳糖，可用于乳清酒精发酵。 最适pH7.0，最适温度35℃。

12. 7．转移葡萄糖苷 作用是由麦芽糖上水解下来一分子的葡萄糖，又转移给另一分子的葡萄糖或麦芽糖或潘糖。 由于有转移葡萄糖苷酶的存在，倘若增加了α-淀粉酶，就容易积累非发酵性糖，会影响淀粉的出酒率。

13. 8. 其他 蛋白酶 水解肽键，主要产生菌：曲霉菌属。 单宁酶 由霉菌，如黑曲霉、米曲霉生产。 可用于处理单宁、蛋白质，使其澄清透明，亦可用于除去柿子等食品的涩味，以及用于制造速溶茶，防止发酵茶混浊。

14. 酶制剂成产过程 酶制剂：从生物组织中提取出酶并加以精致的产品称为酶制剂。 酶制剂成产过程： 种子培养 发酵 发酵液预处理 酶的沉淀或吸附 酶的干燥 精制

15. 三、生产上常用的糖化剂生产菌及其酶系特性 • （一）生产常用的糖化菌 • 1、 α-淀粉酶生产菌株 • 早期：黄曲霉 • ——枯草杆菌（Bac.subtilis）

16. 2、糖化剂生产菌株 • 黑曲霉 • 泡盛曲霉 • 乌沙米曲霉及变异菌株 • 毛霉或根霉菌（阿米诺法） • 以根霉作为糖化剂，加酵母作为发酵剂，称为阿米诺根霉酒母法。

18. （二）霉菌淀粉酶的体系与性质 许多研究结果表明，不同菌种产生的淀粉酶系统具有不同的组成。同一种酶也由于来源不同而在性质上有明显的差异。日本学者冈崎对不同菌种淀粉酶的耐酸能力进行了研究，并将淀粉酶系统分成5种类型：Asp.oryzae型、Asp.awamori型、Asp.usamii型、Rh.tonkinesis型和Rh.peka型。

20. 三种曲霉对淀粉糖化的动态

21. 不同PH值对曲霉淀粉酶的影响

22. 四、影响曲霉生长和淀粉酶生成的条件 （一）制曲配料的影响 1．碳源 作用：曲霉菌生长的能量来源，组成细胞结构和贮藏物质的原材料，合成蛋白质和酶的骨架材料。 不同碳源培育曲霉生成淀粉酶活性的顺序：淀粉＞糊精＞麦芽糖＞葡萄糖。 用葡萄糖培养曲霉菌，菌丝生长良好，但不产淀粉酶。 生产固体曲时，淀粉含量以不低于16％为宜。过高，曲霉产酸，物料黏度增大，影响通风；发热量大，温度较难控制。 液体曲培养时，淀粉含量6～8％。

23. 2. 氮源 • 有机氮：麸皮、米糠、豆饼粉。 • 无机氮：硝酸钠、硫酸铵。 • 3．无机盐 • （1）构成菌体的成分； • （2）作为酶活性基团的组成部分或维持酶的活性 • （3）调节渗透压、pH值、氧化还原电位等。 • 主要元素有磷、硫、镁、钾、钙等； • 微量元素如铁、铜、锌、锰、钼、钴、硼等。

24. (二)培养条件的影响 1．空气 2．酸度

25. 3．温度 曲霉形成淀粉酶所需要的温度较其生长菌丝温度稍低。曲霉生长适宜温度为37℃左右，达40℃则生长衰退，超过45℃则生长停止，并且酶也容易被破坏。 根据曲霉发育的规律，宜前温低后温高，即曲料入箱时室温保持30℃左右，以后也不要超过过35℃。品温逐步上升，控制最高温度不超过35-37℃。 前期20小时，品温控制在30—3l℃，后期保持33—34℃，糖化力最高。

26. 4.湿度 一般曲料水分含量为48-50％(入房水分），实际操作时100kg原料加70kg水左右。水分稍大，曲糖化力也较高，但制曲要精心管理，曲房空气的相对湿度为90—100％。 酒精糟水含有丰富的营养分和一定的酸度，若用来代替制曲用水，不仅可降低生产成本还可提高曲的质量。

27. 5．制曲时间 制曲时间过长，不仅影响设备的周转率，且由于生成大量孢子，糖化力反而下降。 制曲时间过短，则产酶减弱，造成损失。 固体制曲一般在接种后4—6h内孢子开始发芽，再过12h后菌丝大量生成并产生酶，此时曲霉呼吸强度很大，要注意通风和降温工作。培养到24—28h，酶的产量达到最高峰，若再延续时间即要形成孢子，而消耗体内大量营养物质，使已形成的酶减少。所以固体制曲培养到开始长孢子时，便应出曲。此时曲块还含有25％左右的水分，如不及时使用，要注意打散曲块，通风冷却，以防曲发热，酶被破坏。 液体曲培养以菌丝大量繁殖，糖化力不再增加，培养液中还原糖所剩无几为止。

28. 五、固体曲生产工艺 (一)生产方法及工艺流程 1．生产方法 曲盘制曲 帘子制曲 机械通风制曲。

29. 生产流程

30. (二)纯种培养 1．试管菌种的培养 (1)米曲制备 大米→蒸煮→冷却→接种384米曲霉→培养28～34h→风干备用 (2)米曲汁培养基 大米洗净→蒸煮（加10倍水，49kPa，1h） →冷却（60℃）→接种米曲→60 ℃保温糖化3～4h→过滤→调糖度12°Bx，pH6左右→加琼脂2%，溶化后注试管49kPa压力灭菌20分钟→取出放成斜面，冷却后备用。 (3)接种培养 在无菌箱内进行，于原菌试管中挑取孢子迅速移入斜面试管，或用无菌水稀释法接种，接种，31 ℃保温培养4～7天

31. 2．曲种培养(二重皿或三角瓶扩大培养) 麸皮，加水70%～80%，润料1h ↓ 包于纱布中，蒸煮，98kPa，30min ↓ 冷却，装皿（10g/皿），灭菌： 98kPa，40min ↓ 冷却，接种 ↓ 培养，31～32℃，16～18h后，扣皿，继续培养3～4天

32. (三)种曲制备(帘子曲) 1．种曲培养过程与条件 (1)配料 麸皮加5％稻皮，加水。堆积1h左右，拌料后要求水分为56～58％。 (3)蒸料: 圆汽后蒸40～60min。 (3)接种 : 蒸料过筛疏松，冷却至32℃～33℃，接种菌种约0.15～0.25％，掺拌均匀。 (4)前期管理培养 : 用室温来维持品温。后阶段温度上升，要控制使其缓慢上升。

33. (5)中期(16 ～ 32h)培养管理 室温28～30℃，品温不超过36～37.5℃。 (6)保潮期(32 ～ 48h)培养管理 控制室温30～34℃，品温37～38℃左右。注意保湿或提湿。 (7)后期干燥 曲外现已结成孢子，间接汽加热并开窗通风进行干燥，室温保持在34～35℃，品温保持在36 ～ 38℃。至种曲颜色完全变好，开窗放潮，干燥4h左右，检查质量，出房保藏。 (8)出房管理:整个制曲过程约48小时，放置阴凉空气流通处备用，勿使受潮。

34. 2．种曲培养过程中若干技术问题的讨论 (1)曲霉的变异性,一般菌株只能使用三代 (2)培养基 营养贫乏的培养基，能维持菌体生长就行，要求能长时间的保持菌特性不变。 (3)传种时间 ：试管菌种保藏时间较长，-般可以3个月后才移接。 (4)培养条件 ① 温度 ：初期应保温34—36℃，中期要压温，让品温缓慢上升。后期要注意保温，后8h最高不超过39℃。 ②空气 ：曲霉生长需充足的空气,，4h后要翻堆一次。 ③水分 ：保持在95 ～ 100％范围内。 ④料层厚度 要求料层薄(约1 ～2厘米高) ；曲房内装料要少些，帘层数也不宜过多，每1平方米曲房面积生产1kg种曲为宜。

35. (5)杂菌污染的预防 培养黑曲易污染青霉菌，控制的办法： ①温度 控制培养中温度不要低于30℃，尤其不能低于28℃。 ②加强工艺卫生 加强环境卫生，注意无菌要求； 二重皿改用三角瓶或大试管，以减少与外界接触机会； 种曲制备要与机械通风曲制备分开，单独一套设备，以防止污染。

36. (四)麸曲生产(机械通风制曲) 1．机械通风制曲工艺过程及条件 (1)配料 谷壳量为麸皮的10～15％。保证料层疏松度。有条件的最好加少许固态法白酒糟。 加水量为原料65—70％，以控制堆积水分50％左右为准。 (2)蒸料 起着糊化与杀菌作用，要求边投料边加汽，加热要均匀，防止蒸汽走短路。圆汽后保持压力蒸40min。

37. (3)扬冷接种 接种时料温不要超过37℃。 接种量一般为原料的0.25～0.4%。 (4)堆积、装箱 曲料接种后堆积50cm高度；时间4～5h左右； 堆积温度33—34℃。 装箱要求硫松均匀，料层不宜太厚，一般不超过25--30厘米 。太厚时上下温差太大，通风不良，不利于曲霉生长。

38. (5)制曲过程的管理 前期(间断通风阶段) 室温32—33℃，不超过34℃。当品温接近34℃时，开始第一次通风，降到30 ～ 32℃时停风。通风时，风量要小，时间要长，要均匀吹透，待曲箱上、中、下层的品温均匀一致再停风。品温再升到34℃进行第二次通风，降到30℃时停风。注意，通风前后温差不能太大，防止品温过低，致使培养时间延长，又不能及时排除二氧化碳，造成窒息现象。 中期(连续通风阶段) 品温最好保持在36—38℃。 “中压”措施，即于曲箱四边用砂袋压边，防止短路跑风，控制品温。 后期 降低湿度，提高室温，把品温提高到37—39℃，以利水分排除。出房水分最好控制25％以下。

39. 2.麸曲生产中的异常现象及预防措施

40. （五）麸曲质量标准 1．外观鉴定 要求菌丝粗壮浓密，无干皮或“夹心”，没有怪味或酸味，曲色米黄，孢子尚未生成，有曲清香味，曲块结实。 2．化学检定 测定曲中所含有淀粉酶活力。 (1)液化力 表示曲对淀粉的液化能力，它实际包括多种酶对淀粉水解的综合能力，主要是α-淀粉酶的作用。 含义：每克曲在35℃，每小时能液化淀粉的克数。单位：克淀粉／克曲·小时。

41. (2)糖化力 表示曲中淀粉1,4， 1,6-葡萄糖苷酶作用可溶性淀粉生成还原糖的能力，当然也包括了其它各种酶对原料作用生成还原性物质的能力。 含义：每克曲在35℃，每小时糖化淀粉生成葡萄糖的mg数，单位：mg葡萄糖／克曲·小时。 (3)界限糊精分解力 它显示糖化剂打开淀粉1，6葡萄糖苷键的能力。 含义：每克曲在35℃，每小时能分解界限糊精生成葡萄糖的mg数。

42. （六）制曲箱尺寸的决定 ①曲箱容积 V＝G/γ 式中 G--每个曲箱盛曲料重量，kg γ--曲料容重，kg／m3 G应取蒸料后的料重；G太大，曲箱亦大，通风不易均匀。一般取G＝500～1000kg即可。 γ 应取进箱曲料的容重．γ＝320～360kg／m3

43. 六、液体曲生产工艺 将曲霉培养在液体基质中，并通空气使它生长和产酶，这种培养方法称深层通风培养，其含酶的培养液称为液体曲。

44. （一）液体曲生产工艺流程

45. (二)液体曲生产工艺过程与条件 1、孢子悬浮液的制备 采用小米麸皮培养基培养As.3.4309,30-32℃，1-2天； 用无菌水将孢子洗下置于接种瓶中备用. 2、液体曲培养基制备 玉米粉4% 米糠3% 薯干粉2.4% 麸皮1% 硫铵0.15% C:N=10:1 135℃灭菌40-50min（时间、温度、培养基成分、pH值、微生物） 冷却至30℃接种

46. 3、液体曲种子罐培养 空消—0.245MPa ，30min 接种—减压法 培养—30-32℃ 24-40h

47. （三）液体曲生产的技术管理与异常现象 1．技术管理 (1)菌种管理 保藏菌种需用贫乏营养基，并定期分离纯化，定期测定菌种的糖化力。最好能建立菌株的档案制度，加强管理。 (2)无菌室的检查 采用平皿暴露法检查，要求在无菌室内的平皿暴露5min，菌落在30个以下，暴露在无菌箱内的平皿无菌落。

48. (3)生产培养 ①种子系统 冷却后的培养液以及培养24小时及成熟使用前种醪的无菌检查。 检验项目为pH、酸度、还原糖(培养液0.15％，种子醪（0.8～1％)、杂菌。 ②液体曲 接种后16、24、32小时进行检查：pH、糖化力、镜检、还原糖。

49. 2．异常现象及防染菌的主要措施 液体曲感染常见的杂菌有：枯草杆菌、马铃薯杆菌乳酸菌及醋酸菌等。 染菌原因及处理措施： (1)空气过滤系统 (2)管路渗漏与死角 (3)原料的灭菌

50. （四）生产中糖化菌种的选择要求： (1)选择那些酶活性强、糖化力高、后糖化力好、具有一定的液化力的糖化菌种。 (2)选择酶系较多，而且耐酸、耐温、抗杂菌能力强，具有一定的分解蛋白、果胶、单宁能力的糖化菌种。 (3)选择那些容易培养、容易保藏，生产性能稳定、变异性小，产品对人体健康无害的糖化菌种。