一、淀粉水解原理
淀粉在酸或淀粉酶的作用下发生水解反应，工业上称为“糖化”。淀粉在酸作用下水解的最终产物是葡萄糖，在淀粉酶的作用下，随酶的种类不同产物不同。
（一）淀粉酸糖化原理
1.酸水解反应
淀粉受酸的作用发生分解反应。淀粉乳中加入稀酸后加热，经糊化、溶解，进而葡萄糖苷键裂解形成各种聚合度的糖类的混合溶液。在稀溶液的情况下，最终将全部变成葡萄糖。此间，酸仅起催化作用。
2.影响淀粉酸糖化的因素
（1）淀粉乳的浓度 淀粉经酸水解生成糖的过程中，实际上有三个不同的反应发生，主要反应是淀粉的水解，还有两个副反应，即葡萄糖的复合反应和分解反应，图解表示如下：
为了更好地发挥制造能力和热效率，考虑到淀粉乳的流动性、糊化时的装置问题以及加水分解程度（DE值）等，一般是把淀粉乳调到10～25°Bé。制作低葡萄糖值的糖浆时，为25°Bé左右；制作较高葡萄糖值的葡萄糖浆时，控制在10～12°Bé。
（2）酸的浓度和种类 为了掌握糖化时间适当，一般调节pH在1.5～2.3.工业上常用的催化能力较强的酸有盐酸和硫酸两种，盐酸比硫酸催化能力强，这两种酸各有利弊。若使用硫酸水解，用碳酸钙中和，生成硫酸钙沉淀，在过滤时可除掉，但硫酸钙具有相当的溶解度，过滤时不易全部除掉。溶解的硫酸钙在蒸发时易产生锅垢，影响传热。用活性炭脱色，则沉淀于活性炭上，影响脱色能力和活性炭再生。制成的糖浆在放置期间，硫酸钙会慢慢析出而变混浊，在工业上称为“硫酸钙混浊”。如果使用碳酸钡中和，产生的硫酸钡溶解度很小，对中和、过滤效果较好。若使用盐酸水解，中和用碳酸钠，生成的氯化钠具有咸味，溶解于糖化液中增加产品的灰分，对于制结晶葡萄糖，会影响结晶、分离及收率。但因盐酸的催化效能高，所用的量少，生成的氯化钠的量也少，所以并不影响制品的味道。但盐酸的腐蚀性却比硫酸强。
（3）温度 减少酸的使用量，水解速度降低，可以通过提高温度来补偿。一般生产低葡萄糖值的糖浆时，采用121～133（0.1～0.2MPa）；生产葡萄糖时，采用144～151（0.3～0.4MPa）。
（二）淀粉酶糖化原理
淀粉的酶解工艺包括：淀粉的液化和糖化两个步骤。液化是利用液化酶使淀粉糊化，水解生成糊精和低聚糖，黏度降低；糖化是将糊精和低聚糖彻底水解成葡萄糖。
1.淀粉的液化
淀粉液化作用是在α-淀粉酶作用下完成的，α-淀粉酶能够水解淀粉分子内部的α-1，4糖苷键，生成糊精及低聚糖。随着淀粉糖苷键的断裂，分解物的相对分子质量越来越小，反应液黏度不断下降，流动性增强，这种现象工业生产上称为液化。
α-淀粉酶在自然界中广泛存在于微生物、植物、动物中。工业上应用的α-淀粉酶主要来自微生物。
2.淀粉的糖化
糖化是利用糖化酶将淀粉液化产物糊精及低聚糖进一步水解成葡萄糖的过程。
工业生产使用的糖化酶主要来自曲霉、根霉和拟内孢霉。酶的来源不同，其作用的最适pH和最适温度也不同。曲霉所产糖化酶最适作用温度为55～60，pH3.5～5.0；根霉所产糖化酶最适作用温度为50～55，pH4.5～5.5；拟内孢霉所产糖化酶最适作用温度为50，pH4.5～5.0.
β-淀粉酶也属于糖化型淀粉酶，可以水解淀粉、糊精和低聚糖。从底物的非还原基末端开始，依次水解下一分子麦芽糖。此酶只能切开α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6糖苷键，也不能越过α-1，6糖苷键继续作用。
β-淀粉酶存在于高等植物，特别是谷类，如大麦、小麦等中。动物中不存在。芽孢杆菌属中具有β-淀粉酶，但酶产量不高。工业生产上，普遍采用的是β-淀粉酶含量较高的麦芽。
在酶法生产葡萄糖的工艺中还可以用异淀粉酶。此酶专门水解α-1，6糖苷键。产生异淀粉酶的细菌有：产气杆菌、埃希氏杆菌、小链球菌、假单胞菌和纤维黏菌。前三者能分解聚麦芽三糖，后二者不能分解聚麦芽三糖。
二、糖化方法
（一）曲法
用曲作为糖化剂或作为糖化剂兼发酵剂酿酒，是我国所独创的。我国传统的制曲技术包含着许多的科学道理，例如培养曲种的传代，实际上就是相对纯化微生物并保藏曲种的一种方法。
曲的种类很多，主要有以下几类。
1.大曲
大曲呈砖状，曲块较大，每块重2～3kg，制成后需贮存至少三个月才能使用，所以被称为砖曲、大曲、陈曲。
大曲以大麦、小麦、豌豆为原料，采用生料制曲，有利于保存原料本身含有的水解酶类。制曲过程中由原料中各种成分生成的某些物质，是白酒中一些特殊香味成分的前体，如大麦与豌豆是香兰素和香兰酸的来源。
大曲是自然培养而成的，所以含有霉菌、酵母、细菌等复杂的微生物群。因而，它既是酿制白酒的糖化剂，又是发酵剂，可以同时进行糖化与发酵。
大曲按制曲的温度分为两大类，凡制曲的最高品温为60～65甚至更高者，称为高温曲，适用于酿制茅香型及泸香型白酒；中温曲的最高品温为45～59，适用于酿制泸香型及汾香型白酒。
大曲的糖化力及发酵力均很低，因此用曲量很大。例如茅台酒的用曲量为原料重的100%，泸州大曲酒的用曲量为18%～22%。
高温曲大多为纯小麦曲或小麦、大麦、豌豆混合曲。中温曲以大麦、豌豆或小麦、大麦、豌豆为原料。制曲的基本条件是温度、湿度及通气状况。制曲应根据不同制曲条件及成曲要求决定原料的粉碎度和加水量。曲料拌水要均匀，曲模大小要适当，曲坯松紧要适度。拌料时需加入少量母曲（去年生产的含菌类及菌数较多的白色曲）。
汾香型白酒的中温曲，以散热防潮为主；泸香型白酒的高温曲，以保潮为主；茅香型白酒的高温曲，以保温保潮为主。在曲的培养阶段，品温应逐渐下降。大曲出房后，应贮放在阴凉通风处，不要受阳光直射。
新曲不能立即使用，一般应贮存3个月后使用，也有的名优酒使用的陈曲贮存期在6个月以上。贮存过程中，不形成芽孢的生酸菌大多死灭，但酵母数及酶活力也随着贮存期的延长而下降，因此曲也不是越陈越好。
中温曲的温度越高，曲香味越好，而糖化力、发酵力越低；反之，温度越低，曲香味越小，而糖化力、发酵力越高。高温曲的温度越高，曲香味浓，而糖化力、发酵力低；反之，温度低，曲香味稍差，而糖化力及发酵力较高。使用时，可按质量差别搭配使用。
2.小曲
小曲又名药曲或酒药，在南方使用者较多。小曲的外形比大曲小得多，有球形、饼状、正方及长方块等多种形态，以米粉、米糠、小麦为原料，有的还加入中药材或观音土等。
小曲也是糖化兼发酵剂，以曲种接种，糖化菌主要为根霉，也夹有毛霉等；发酵菌主要为酵母。小曲的用量很少，仅为大曲的1/20左右。小曲可用于白酒、黄酒的生产，酵母含量极少的小曲称为甜酒药，用于制“甜酒酿”。
小曲的种类很多，可按生产地区及传统工艺、原料、加中草药与否及形态分类，例如四川邛崃药曲、桂林酒曲丸等。
桂林酒曲丸的原料配比：大米粉20kg（15kg制坯，5kg细粉用做裹粉），香药草为制坯米粉质量的13%，曲母（上次制小曲时保留的少量酒药种）为裹粉质量的4%，水为坯粉的60%。制作过程：浸米沥干粉碎，筛出1/4细粉用做裹粉。制坯成饼状，切成约2cm见方的小块，筛成圆的坯，裹粉后分装于竹筛内，入曲室培养92h，在40～50的烘房内烘干1d即可。成曲的感官质量：白色或淡黄色，质地疏松，具有特殊香味。理化指标：水分12%～14%，总酸0.6%以下，大米出酒率（以含酒精60%（体积分数）计）在60%以上。
3.麸曲
麸曲以麸皮为主要原料，制曲时间较短，因此也称为快曲。
麸曲是利用人工菌种（黄曲霉、黑曲霉）培养而成的糖化剂，麸曲配以纯种酵母培养的酒母为发酵剂，可酿制白酒。根据大曲含多种菌的原理，也可制成多菌种麸曲，即“多微麸曲”。麸曲除可用于白酒生产以外，也可用于酒精和黄酒的生产。
机械通风制麸曲工艺中，种曲可使用曲盒培养或帘子培养。制作过程：配料500kg（麸皮85%，风干鲜酒糟15%或稻壳15%），加水至含水量为45%～48%，蒸料50min，散冷至40接种0.4%，堆积8h后装箱培养。培养条件的控制，主要是调整风温、风量及风压来达到控制品温及供氧量的目的。
4.液体曲
将曲霉培养在液体基质中并通空气使它生长和产酶，这种培养方法叫做深层通风培养，其含酶的培养液称为液体曲。
液体曲生产工艺要点：
①孢子悬浮液的制备。
②液体曲种子培养：配制培养基（薯干粉5.2%、豆饼粉1.2%、米糠2%、硫酸铵0.16%），灭菌（135，40～50min），冷却至30后进入种子罐或培养罐，接种量为5%～10%。
培养时间需要24～40h，一般培养24h即可，但为了安全起见，培养时间可以延长至36～40h为宜。若留种培养，培养10h即可，但为了安全，一般培养20～30h方可使用。培养温度30～32.
③液体曲培养：培养基的配制同种子培养。
培养条件：温度30～32，时间48～56h，通风培养8～10h，接种量5%～10%，通风量20%，醪液循环周期2.5～3.5min。
成熟液体曲的指标：气味清醇，口尝稍有甜味。pH3.3～3.5，酸度4.9～5.1，糖化力2000u/mL左右。
（二）植物酶法
在啤酒酿造中，是利用发芽的大麦本身所含的酶进行糖化，制备麦芽汁。
大麦中含有大量游离的和以结合状态存在的β-淀粉酶。发芽的大麦β-淀粉酶含量增加2～3倍。大麦本身含α-淀粉酶很少，发芽以后，在赤霉酸的作用下，大量形成α-淀粉酶。大麦芽既有α-淀粉酶的液化作用，又有β-淀粉酶的糖化作用。除此以外，大麦芽还有麦芽糖酶、蔗糖酶、异淀粉酶等，帮助淀粉的糖化。
（三）酸法
酸法又叫做酸糖化法，它是以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。淀粉酸法制糖的工艺流程如下：
淀粉→调浆→过筛→加酸→进料→糖化→放料→冷却→中和→脱色→压滤→糖液
决定淀粉水解速度的主要因素如下。
1.淀粉乳浓度的选择
淀粉乳的浓度越低，水解越容易，水解液中葡萄糖纯度越高；反之，淀粉乳浓度越高，越有利于发生葡萄糖复合、分解的副反应，糖液的纯度降低，色泽加深。一般淀粉乳浓度控制在10.5～12°Bé。
2.酸的种类和浓度
工业上普遍使用催化效能高的盐酸或硫酸。盐酸催化效能最高，但催化葡萄糖复合反应的能力也大，而且对设备的腐蚀性也强。硫酸催化能力次于盐酸，但硫酸浓度大，运输、储存、使用比盐酸方便，而且价格也比盐酸便宜。
酸的用量：盐酸用量越大，淀粉水解速度越快。但随着盐酸用量的增加，糖化过程中的副产物也随着增加，糖液色泽也随着加深。以纯HCl计，盐酸用量为干淀粉的0.5%～0.8%。为了便于操作控制，当采用10～11°Bé的淀粉乳时，控制pH在1.5左右。
加酸的方法对糖液质量也有很大的影响。目前采用的方法是：将底水加盐酸调至pH1.5，泵入水解锅，蒸汽加热至沸腾，再把淀粉乳用盐酸调至pH1.5，泵入糖化锅进行糖化。
3.淀粉糖化的温度和时间
一定的压力反映一定的温度。压力升高，淀粉水解反应速度加快，水解的时间缩短。但是，葡萄糖的复合反应和分解反应也加快，要求设备的耐压性也高，酸对设备的腐蚀性也强，糖化终点难以控制。一般淀粉水解压力控制在蒸汽压力为0.28～0.32MPa（表压），水解时间一般为15min左右。
糖化设备尺寸、管道安装、糖化操作是否合理，对淀粉水解质量也都有很大的影响。
一般采用糖化锅径高比为1：1左右，糖化锅的容积不宜过大，糖化锅的附属管道应保证进出料迅速，物料受热均匀，有利于升压，有利于消灭死角。
由于糖化结束后，放料需一定的时间，所以放料时间不能确定在糖化终点，而应提前放料。如放料需10min，则应在糖化终点前5min放料。
淀粉水解成为葡萄糖后，应加入碱（Na2CO3、NaOH）中和，将HCl除去，中和达到pH为4.6～4.8为止。然后经活性炭脱色处理，再经压滤机滤出，即为糖液。
用酸法生产葡萄糖，设备简单，水解时间短（10°Bé淀粉在350kPa压力下，7～10min即可转化为葡萄糖），设备生产能力大。但是，酸水解作用是在高温、高压及一定酸浓度条件下进行的，所以要求设备耐高温、耐高压、耐腐蚀。另外酸水解过程还伴有副反应发生，造成葡萄糖的损失，降低淀粉的转化率。
酸水解法要求淀粉颗粒不宜过大，大小要均匀，避免水解不彻底。淀粉乳浓度不宜过高，避免转化率低。
（四）双酶法（酶解法）
酶解法是用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖。
酶解法制葡萄糖分为两步：第一步是利用α-淀粉酶将淀粉液化生成糊精和低聚糖，使淀粉的黏度下降，可溶性增加，这个过程称为液化。第二步，利用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解，使生成葡萄糖，这个过程称为糖化。
1.液化
生产上是将α-淀粉酶先加入淀粉乳中加热，淀粉糊化后，立即被液化。原料不同，淀粉结构不同，液化难易程度也不同，薯类比谷类和豆类容易液化。
α-淀粉酶的液化能力与温度、pH、淀粉乳浓度有直接的关系。目前生产上采用的液化酶是耐高温细菌α-淀粉酶，可以在93～97作用于淀粉，酶活力高，可以保证淀粉糊化完全。低浓度的钙离子对于α-淀粉酶的稳定性有很大的提高作用，一般添加氯化钙或硫酸钙，调节钙离子的浓度为0.01mol/L。钠离子对α-淀粉酶的稳定性也有提高作用，适宜浓度在0.01mol/L左右。
酸碱度对酶的催化作用影响很大，过酸、过碱都会降低酶的活性。α-淀粉酶作用的适宜pH范围是6.0～7.0，最适作用pH为6.2～6.4.但酶活力与温度、pH是互相依赖的，温度升高，酶作用的最适pH也提高。在较低温度下（如65以下）液化，最好保持pH6.0左右。
淀粉的浓度对酶活力的稳定性也有影响，淀粉浓度越高，酶活力的稳定性越强。双酶法的淀粉浓度可达30%～40%。
酶的用量应根据酶活力的高低而定，如酶活力为2000u/g，应以5～8u/g淀粉的比例计算用量。
淀粉液化的目的是为下一步的糖化创造有利条件，提高糖化率。淀粉经液化，产物相对分子质量逐渐减小，黏度下降，但液化时间不宜过长。因为淀粉的液化是在较高的温度下进行的，液化时间过长，会使一部分已经液化的淀粉重新结合成硬束状体，使糖化酶难以作用，影响葡萄糖的产率，因此必须控制液化的程度。正常液化条件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值（简称DE值，表示淀粉的水解程度及糖化程度，指的是葡萄糖包括所有的还原糖，占干物质的质量分数）10～20之间较好（即此时保持多量的糊精及低聚糖，少量单糖）。液化终点以碘液显色控制，反应液呈橙黄色或棕红色，即为液化完全（碘液配方：11g碘，22g碘化钾，用蒸馏水定容至500mL。检查方法：在150×15试管中，加水15mL，加碘液2滴，摇匀加入液化液1滴）。
一般液化结束后，升温至100保持5～10min进行灭酶处理，然后降温，供糖化用。
2.糖化
不同来源的葡萄糖淀粉酶对糖化温度和pH的要求是有差别的。在生产中，应根据酶的特性，尽量选用较高的糖化温度，较低的pH。这样糖化速度快，减少杂菌感染，糖化液色浅。
糖化酶用量取决于酶活力的高低，生产上采用30%淀粉浓度时，酶量按80～100u/g淀粉计。糖化初期，糖化进行速度快，葡萄糖值不断增加，迅速达到95%，糖化速度开始减慢，一定时间后，葡萄糖值不再上升，接着开始下降。因此，当葡萄糖值达到最高时，应当停止酶反应（可加热至100，5min灭酶），否则葡萄糖值由于葡萄糖经α-1，6糖苷键起复合反应而降低。复合反应发生的程度与酶的浓度和底物浓度有关，过高的酶浓度和底物浓度，都会增加复合反应，影响葡萄糖的得率。
糖化酶对葡萄糖的复合反应和分解反应有催化作用，致使糖化所生成的葡萄糖又可经α-1，6糖苷键结合为异麦芽糖、潘糖等，影响葡萄糖的得率。为了解决这个问题，在糖化过程中加入能水解α-1，6糖苷键的葡萄糖苷酶，与糖化酶一起糖化，并选用较高的糖化pH（6.0～6.2），抑制糖化酶复合反应的催化作用，这样可提高葡萄糖的产率，所得糖化液含葡萄糖达99%，而单独采用糖化酶时糖化液含葡萄糖一般不超过96%。
糖化时间一般在24h左右，糖液的还原糖含量可达30%左右，DE值可达96%以上。如果加大糖化酶的用量，或糖化中途追加糖化酶，可以缩短糖化时间至6h。
酶解反应条件较温和，不需耐高温、耐高压、耐酸的设备。淀粉水解副反应少，水解糖液纯度高，淀粉转化率高。酶解可使用较高浓度的淀粉乳（20～23°Bé），可采用粗原料。酶解法制得的糖液颜色浅、纯净、无苦味、质量高。但酶解反应时间长，要求设备多，而且酶本身是蛋白质，易引起糖液过滤困难。但是，酶法制糖取代酸法制糖是一个发展趋势。
（五）酸酶法
此法先将淀粉酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖。
有些淀粉（玉米、小麦）颗粒坚实，如果用α-淀粉酶液化，在短时间内作用，往往液化不彻底。因此，采用酸（盐酸）将淀粉水解至葡萄糖值10～15，然后将水解液降温，中和，再加入糖化酶进行糖化。
酸酶法水解淀粉制糖，具有酸液化速度快的优点。因而可采用较高的淀粉乳（18～20°Bé）浓度，提高生产效率。
酸酶法酸用量少，产品颜色浅，糖液质量高。
（六）酶酸法
是将淀粉乳先用α-淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺。
有些淀粉原料（碎米淀粉）颗粒大小不一，如果用酸法水解，会使水解不均匀，出糖率低。故先经α-淀粉酶液化，过滤除去杂质后，再用酸法水解制葡萄糖。
此法可采用粗原料淀粉，淀粉乳浓度13°Bé，生产容易控制，生产时间短（液化30min，糖化20～30min）。酸水解时pH可稍高些（pH2.0～2.5），以减少淀粉水解副反应的发生，使糖液色泽较浅。
总之，淀粉水解制糖的方法，各有其优点和存在的问题。从水解糖液的质量及粮耗、提高原料利用率等方面考虑，以酶解法最好，酸酶结合法次之，酸法最差。从淀粉水解整个过程所需的时间来说，酸法最短，酶解法最长。
