第四节 糖化剂生产

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。

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

糖化剂生产

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

一、糖化剂生产的发展历史

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

二、淀粉酶系统和与糖化有关酶的性质

( 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。

1 ．淀粉 -1 ， 4 糊精酶

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。

2. β- 淀粉酶

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。

3 ．淀粉 -1 ， 4- 葡萄糖苷酶 ( 简糖化酶 )

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 。

4 ．纤维素酶

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

5 、多聚半乳糖醛酸酶（果胶酶）

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℃ 。

6. β- 半乳糖苷酶

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。

7 ．转移葡萄糖苷

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。

8. 其他

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

（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 ）

三、生产上常用的糖化剂生产菌及其酶系特性

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。

2 、糖化剂生产菌株

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。

（二）霉菌淀粉酶的体系与性质

三种曲霉对淀粉糖化的动态

不同 PH 值对曲霉淀粉酶的影响

（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％。

四、影响曲霉生长和淀粉酶生成的条件

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。

1 ．空气 2 ．酸度

( 二 )培养条件的影响

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。

3 ．温度

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。

4.湿度

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。

5 ．制曲时间

( 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。

五、固体曲生产工艺

生产流程

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

( 二 )纯种培养

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

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。

(三 ) 种曲制备 ( 帘子曲 )

(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。

(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。

2 ．种曲培养过程中若干技术问题的讨论

(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。

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 。

(四 )麸曲生产 ( 机械通风制曲 )

(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。

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。

(5) 制曲过程的管理

2.麸曲生产中的异常现象及预防措施

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。

（五）麸曲质量标准

(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。

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

（六）制曲箱尺寸的决定

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。

六、液体曲生产工艺

（一）液体曲生产工艺流程

( 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

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

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。

（三）液体曲生产的技术管理与异常现象

(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。

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

2 ．异常现象及防染菌的主要措施

(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。

（四）生产中糖化菌种的选择要求：

1 ）选用糖化酶酶制剂 2 ）选育强有力的糖化菌 3 ）改变培养条件来提高液体曲的糖化力。（玉米浆、抗菌素、废菌丝都是提高糖化酶活力的使用物料。）

4 ）生产工艺的连续化和酶提取工艺的改进。 ( 添加一些物质以提高糖化酶的生成量。 )

5 ）改变细胞膜的渗析性（添加表面活性剂以提高糖化力；添加脂肪酸以改变细胞膜的磷脂组成。）

6 ）开发生淀粉发酵（糖化酶、纤维素酶、果胶酶等。）

( 五 ) 糖化剂生产的发展趋势