制糖工艺学- 教案10 - 图文

教 案

课 程 名 称 制糖工艺学 授 课 教 师 陈国忠 职 称 讲师 院（系、部） 生命科学学院 教 研 室 工程教研室 授 课 对 象 生物工程本0901-0905 学 年 学 期 2011年第1学期

2011年 10月16日

鲁 东 大 学 教 务 处

编 写 说 明

1、每项内容都要填写，“教学过程”部分要详细填写，空格不够用时可自行扩充；

2、A4纸双面打印（或手写）；

3、一次课为一个教案，每门课按学期统一用一个封面左侧装订，封面和本说明双面打印；

4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、习题课等； 5、所授课程教案每轮次必须更新。

授课题目 首次授课时间 教学目标 葡萄糖生产工艺技术 2011 年 10 月 26 日 授课类型 学时 理论 2 掌握葡萄糖生产的技术原理与工艺流程 重点与难点 葡萄糖水溶液的平衡体系 教学模式：启发讲解与学生讨论相结合。 教学手段与方法 教学手段：板书。 教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等） 授课过程： 葡萄糖生产工艺技术 工业上生产的结晶葡萄糖有含水α-葡萄糖、无水α-葡萄糖和无水β-葡萄糖。第一种的生产最为普遍，产量最大，后两种的产量较小，β-葡萄糖现在很少生产。三者的性质存在差异P118表6-1。 ? 含水α-葡萄糖含有一个水分子，理论含水量为9.1%，工业上生产一般干燥到含水量约8.5%。 ? 无水α-葡萄糖在25℃，空气相对湿度约80%以下时稳定，相对湿度在85%~89%时向含水α-葡萄糖异构体转变，相对湿度90%以上时，吸水量超过含水α-葡萄糖。 ? 无水β-葡萄糖对水分最敏感，很少量水分存在（1%以下）即转变成α-葡萄糖。 工业上生产的葡萄糖产品除了这三种外，还有“全糖”，为省掉结晶工序由酶法糖浆直接制成的产品。 葡萄糖的生产因糖化方法不同在工艺和产品方面都存在差别。酶法糖化所得淀粉糖化液纯度高，除适于生产含水α-结晶葡萄糖、无水α-结晶葡萄糖、无水β-结晶葡萄糖以外，也适于生产全糖。酸法糖化所得淀粉糖化液的纯度较低，只适于生产含水α-葡萄糖，需要重新溶解含水α-葡萄糖，精制后生产无水α-葡萄糖或β-葡萄糖。酶法糖化液结晶以后所剩母液的纯度仍高，甜味纯正，适于食品工业应用。酸法母液的纯度差，甜味不正，只能当作废糖蜜处理。 酶法葡萄糖生产工艺流程： 一、葡萄糖水溶液的平衡体系 在淀粉分子中，葡萄糖单位是呈α-构型存在，酸法水解生成α-葡萄糖，但在水溶液中，向β-异构体转变，最后达到平衡。这两种异构体呈动态平衡状态存在。酶法糖化工艺中，葡萄糖淀粉酶催化水解生成β-葡萄糖，在水溶液中向α-构型转变，最后两种异构体达到动态平衡。也就是说，无论采用酸法糖化或酶法糖化工艺，所得淀粉糖化液中的葡萄糖都是不同异构体的平衡体系。 在水溶液中，葡萄糖主要以六环结构存在，但也有微量（0.024% 摩尔分数）的开链异构体，它是α-异构体和β-异构体相互转变的中间体。α-异构体和β-异构体的比例为36%和64%。这种平衡比例受浓度和温度的影响不大，但异构体转变的速度受温度、pH影响：温度上升则速度快，pH3~7转变速度低，高于或低于这个范围则转变速度很快。工业生产所得淀粉糖化液中，葡萄糖异构体间的转变都已达到动态平衡。 α-葡萄糖异构体的比旋光度为+112.2°，β-葡萄糖异构体的比旋光度为+18.7°。随着异构体的转变，比旋光度也随着转变，这种现象称为“变旋光”现象。达到平衡状态时，比旋光度为+52.5°，这个平衡比旋光度是两种异构体旋光度的总和。 不同异构体具有不同的水溶解度，在25℃，含水α-葡萄糖、无水α-葡萄糖和无水β-葡萄糖的溶解度分别为30%、62%和72%。但是结晶葡萄糖溶解于水后，立即发生异构体的转变，达到动态平衡后，溶解度为51%。 葡萄糖的溶解度随温度的升高而增加。 在饱和状态下，固体相的葡萄糖随温度的不同，以不同的异构体存在。在50℃以下，固体相是含水α-葡萄糖，50~115℃是无水α-葡萄糖，115℃以上是无水β-葡萄糖。由此确定了不同葡萄糖异构体的生产工艺：生产含水α-葡萄糖在50℃以下冷却结晶，生产无水α-葡萄糖和无水β-葡萄糖在较高温度用真空罐蒸发结晶。 二、含水α-葡萄糖 工业上生产含水α-葡萄糖采用冷却结晶法，在20~40℃进行。含水α-葡萄糖从溶液中结晶出来，异构体间的平衡被破坏，部分β-葡萄糖向α-葡萄糖转变，达到新的平衡，α-葡萄糖继续结晶出来。异构体转变速度受温度的影响最大，较低的温度转变速度慢，因此葡萄糖的结晶操作很慢，一般需要3~5d时间。 （一）影响结晶的因素 糖浆的纯度、温度等都影响葡萄糖的结晶。如表7-3所示。糖浆纯度降低，结晶速度降低很多，纯度在60%以下，葡萄糖不能结晶出来。 葡萄糖的结晶需要保持一定的过饱和度，过饱和度较高，结晶速度快。但工业生产却不能用过高的过饱和度，因为结晶速度快，易产生伪晶，颗粒细小，分蜜困难，影响产品质量。酸法糖化液结晶，一般保持过饱和度1.15~1.25，母液再结晶，因为纯度较低一般保持稍高的过饱和度1.20~1.40. 温度对葡萄糖结晶的影响是多方面的。温度较高，糖浆的扩散速度高，异构体转变的速度快，能促进结晶。但是葡萄糖溶解度随温度上升增加很多，在较高温度的浓度高，饱和状态或过饱和状态糖浆的黏度较高，黏度高则扩散速度低，降低晶体的生长速度。不过，总的来说，温度较高，结晶速度快，40℃结晶速度约为20℃的2.3倍。 适当的搅拌能助长结晶颗粒脱离晶体面上饱和状态薄层糖浆的包围，而与过饱和状态的糖浆接触，有利于晶体的继续生长。但过快的搅拌并不能促进结晶。 葡萄糖由糖浆析出放热，此热量需要循环冷却水排除，以避免糖膏温度增加，降低过饱和度，影响结晶速度。 （二）结晶形状 完美的含水α-葡萄糖晶体为单斜、半面晶形的薄片，六角形。工业上生产很难获得这样完美的晶体，除生长较好的薄片晶体以外，还有生长未完成的较小晶体、结合在一起的复合晶体和伪晶等。 （三）结晶操作 葡萄糖的结晶需要保持适当的搅动，称为运动结晶，静止结晶则易于产生复合晶体和伪晶。

葡萄糖的结晶罐为卧式圆筒形，罐壁具有冷水夹层，中心为一空心轴，与搅拌器相连，每2~4min一转的速度旋转，使晶体在糖浆中移动，与不同部分的过饱和状态的糖浆接触，使已有晶体生长，减少伪晶生成的可能。 结晶含水α-葡萄糖是采用大量湿晶种的方法，将上一批结晶完成的糖膏的25~30%留在结晶罐中，作为下一批的晶种。此法的优点是易于糖浆混合均匀，可减少伪晶生成，有利于晶体的生成和生长。而且如此使用大量晶种，使其他影响结晶的因素如过饱和度、温度、纯度等降到次要的地位。缺点是降低结晶罐的生产能力25%~30%。 在开始生产时，没有湿晶种，可以用结晶葡萄糖为晶种，用量为糖浆量的10~15%。 结晶完成时，葡萄糖结晶达糖液中干物质的60%。 （四）分蜜 吊篮式离心机 葡萄糖与糖蜜分离，但结晶颗粒上仍附有一薄层糖蜜，水洗除去，得到洗蜜（纯度高，浓度低）。 葡萄糖的结晶较小，分蜜比蔗糖困难，所需时间较长。 （五）干燥 由分蜜离心机而得的湿葡萄糖含水分12~14%，其中9.1%为结晶水，其余为游离水，干燥的目的是将游离水除掉，而保留结晶水。 结合水：与主体以化学键即主价键（往往是配位键）方式结合，难以体现出水的性质，较难以脱去 结晶水：往往与主体（通常是盐）以氢键方式结合，也有其他键合方式，加热后或其他简单化学方式往往就能脱去 游离水：与主体以物理键即次价键（如范德华力），能通过干燥剂或物理方式脱去 工业上一般干燥到8.5%，这样在储存期吸潮也不致超过结晶水量，以避免发生结块现象。干燥的要点，保持葡萄糖受热60℃以下，若达到或超过此温度则葡萄糖将熔化。 （六）糖蜜处理 分蜜所剩的糖蜜再经结晶得到葡萄糖，纯度90~95%，低于由淀粉糖化液所得葡萄糖（Ⅰ号糖）。为了区别起见，工业上常称这种葡萄糖为回溶糖，也称Ⅱ号糖。 糖蜜中的糖分，除主要为葡萄糖以外，还有复合糖类，是葡萄糖复合反应生成。复合反应是可逆的，复合糖仍能水解生成葡萄糖，工业上利用这种性质将糖蜜再糖化一次，使复合糖水解成葡萄糖，提高葡萄糖的产率和质量。 （七）葡萄糖的精制 由淀粉糖化液制得的葡萄糖纯度很高，但若需要纯度更高的产品，如医药注射用，则需要溶解、重新结晶。 （八）立式连续结晶罐 （九）复盐法工艺 在适当条件下，葡萄糖与氯化钠能生成复盐结晶——(C6H12O6)·NaCl·H2O。这种复盐结晶容易，晶体颗粒大，强度高，易离心与母液分离。用适量的水将其溶解则重新分解成葡萄糖和氯化钠，含水α-葡萄糖很快结晶出来，氯化钠留在母液中。利用这种性质生产葡萄糖，工业上称为复盐法。 此法的优点是复盐结晶容易，速度快，葡萄糖的产率高；缺点是工艺复杂，对设备的腐蚀较强。虽曾有不少研究，但工业上未采用。 三、无水α-葡萄糖 生产无水α-葡萄糖采用蒸发结晶方法。 酸法糖化液不能直接作为生产无水α-葡萄糖的原料。原因：（1）酸法糖化液葡萄糖值90~92%，葡萄糖含量较低（约86%），不易达到无水α-葡萄糖结晶需要的过饱和度；（2）低聚糖含量较高，黏度较大，蒸发到需要的过饱和度时黏度更大，影响无水α-葡萄糖结晶，晶体细小，分蜜困难；（3）酸法糖化在高温情况下进行，溶解了一些金属离子，蒸发过程中形成无定形沉淀，阻碍无水α-葡萄糖的结晶。 酶法糖化液葡萄糖值97~98，低聚糖较少，金属离子少，能直接用于生产无水α-葡萄糖。 四、无水β-葡萄糖 生产无水β-葡萄糖需要在85~110℃的高温下结晶，糖浆浓度85~95%，操作困难，葡萄糖的热稳定性又差，曾一度认为工业上不易生产这种产品，后来研究成功，大量生产。此产品的唯一优点是溶解快，但生产较困难，现在工业上基本无生产。 五、全糖 将淀粉糖化液全部制成的产品统称为全糖，因为没有糖蜜分离出来。全糖的生产因为省掉了费时的结晶工序，工艺简单，生产成本低，虽然质量略低于结晶葡萄糖，但适于许多食品工业和化学工业应用，比如皮革、人造纤维等。皮革工业使用粗葡萄糖处理重革，提高其柔软性和做铬鞣料的还原剂。 思考题、讨论题、作业 讨论： 葡萄糖水溶液的平衡体系对于制取葡萄糖晶体有何影响？ 教学后记

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uvfw.html