淀粉的液化技术Word格式.docx

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　　2、淀粉糊的重要性质——老化

　　淀粉的老化实际上是分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新氢键的过程，也就是一个复结晶过程。

　　在制糖过程中，淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区，淀粉很难液化，更谈不上进一步糖化。

为此需采取以下几种方法来控制糊化淀粉的老化。

（1）淀粉的成分对老化的影响

　　直链淀粉易老化，支链淀粉难老化。

　　对于天然淀粉分子太大不易老化，分子太小可以用淀粉糊的糊丝长度来表示。

　　老化程度可以通过冷却时结成的凝胶体强度来表示。

　　　　　　　　　　表

（二）淀粉糊老化程度比较

　　由上表可以看出，小麦、玉米淀粉液化困难等现象，都是由于淀粉糊易老化的影响。

（2）液化程度对老化的影响

　　一般情况下，DE值越小，越易老化。

　　因此在分段液化时，一段液化DE值不宜太小，以免造成淀粉糊老化，影响后道的过滤等等。

　　（3）酸碱度对老化的影响

　　一般来说，碱性条件下，有抑制老化的作用。

　　（4）温度及加热方式对老化的影响

　　在高温（大于60℃）条件下，淀粉糊不易老化；

而在2-4℃条件下，极易老化。

　　快速升温及快速降温，淀粉糊不易老化。

　　（5）淀粉糊浓度对老化的影响

　　浓度过高，淀粉糊极易老化。

　　二、液化的方法与选择

　　液化有许多方法，效果不一，这里将逐一介绍并加以讨论。

并且针对不同原料，不同的生产条件（如蒸汽压力高低），液化液不同的用途，推荐好的液化方法，以获得最佳液化效果和糖化结果。

　　1、液化方法

（1）液化方法的分类

　　液化分类方法很多，以水解动力不同可分为酸法、酸酶法、酶法及机械液化法；

以生产工艺不同可分为间歇式、半连续式和连续式；

以设备不同可分为管式、罐式、喷射式；

以加酶方式不同可分为一次加酶、二次加酶、三次加酶液化法；

以酶制剂耐温性不同可分为中温酶法、高温酶法、中温酶与高温酶混合法；

以原料精粗分淀粉质原料直接液化法与精制淀粉液化法等等。

每一种方法又可分为几小类方法，并且各分类方法又存在交叉现象。

（2）各种液化方法介绍

　　①酸液化法

　　这种液化方法的基本条件：

淀粉乳浓度30%，PH1.8-2.0在135℃时，加热10分钟，液化DE值15～18%。

　　此法优点：

此法适合任何精制淀粉，所得到的糖化液过滤性好。

　　此法缺点：

因为酸液化发生葡萄糖的复合分解反应，生成的有色物及复合糖类，降低了淀粉的转化率及糖液质量。

另外此法的液化液用来酶法糖化时，糖化最终会有微量醇不溶性糊精存在。

（此法不适合粗原料液化）

　　②酶法液化

　　1959年，日本葡萄糖生产厂家开始改用细菌淀粉酶进行液化，后来在推广过程中又找到了解决液化中出现不溶性淀粉颗粒的办法，1968年小牧（Komaki）和田治（TaJi）提出了“两次加酶法（two-dose）”工艺，完善了酶法工艺。

生产实际中，酶法液化的方法繁多，现将主要方法介绍如下：

　　1）间歇液化法（又称直接升温液化法）

　　此法为酶法液化中最简单的一种，具体工艺过程为：

将30%浓度的淀粉乳PH值调为6.5，加入所需要的钙离子（0.01mol/L）和液化酶，在剧烈的搅拌下加热到85℃-90℃，并维持30-60min，以达到所需的液化程度（DE值为15-18%），碘试反应呈棕红色（或称碘液本色）。

若搅拌不足，则需要分段液化加热。

如液化玉米淀粉，先加热到约72℃，粘度达到最高程度，保温约15分钟，粘度下降，再继续加温至85℃-90℃。

此法需要的设备简单，操作也容易，但与喷射液化相比液化效果差，经糖化后物料的过滤性差，糖的浓度也低。

　　　　　　表（三）喷射液化与升温液化的糖化液性质比较

说明：

过滤速度是指有预涂层（涂1cm硅藻土）连续真空过滤机过滤的过滤速度。

如果用板框过滤，不加任何助滤剂，连续过滤三小时，一级喷射液化的糖化液平均过滤速度仅为30L/m2.hr左右。

　　为改进此法过滤性差的缺点，液化完成后加热煮沸10分钟。

谷类淀粉（如玉米）液化较为困难，应加热到140℃，保持几分钟，虽然如此处理能改进过滤性质，但仍不及其他方法好。

　　2）半连续液化法（又称高温液化法或称喷淋液化法）

　　在液化同内放入底水并加热到90℃，然后将调配后待液化的淀粉乳，用泵送经喷淋头引入液化桶内，并使桶内物料温度始终保持在90℃±

2℃，淀粉受热糊化、液化，由桶底流入保温桶中，在90℃±

2℃时，维持30min-60min，达到所需的液化程度。

对液化困难的玉米等谷物淀粉，液化后最好再加热处理（140℃加热，3-5分钟），以凝聚蛋白质，改进过滤性能。

　　该液化方法的设备和操作也简单，效果比直接升温法要好，但与喷射液化法相比有如下缺点：

　　a）由于喷淋液化在开口的容器内进行，料液溅出而烫伤操作人员的事故时有发生，安全性差。

　　b）由于喷淋液化在开口容器内进行，蒸汽用量大，与喷射液化相比多用煤15%。

　　c）因为喷淋液化是开口的原因，液化温度无法达到耐高温-α-淀粉酶最佳温度所处的范围（105℃）。

因此喷淋法与喷射法相比，液化效果差，糖化液过滤性能也差。

　　3）喷射液化法

　　喷射液化技术问世，逐步取代了其他液化技术。

喷射液化技术的关键设备-喷射液化器，根据推动力不同，目前国内外喷射器主要分为两大类。

一类是以美国道尔·

澳利沃公司（Dor-OliverC.P）为代表的高压蒸汽喷射液化器；

一类是以国内淮海工学院生物技术研究中心为代表的低压蒸汽喷射液化器。

由于国内蒸汽压力低且不稳定，因此在本节所讲的喷射液化技术主要是指适合中国国情的低压蒸汽喷射液化技术（在以后章节中专门介绍低压蒸汽液化喷射技术）。

耐高温-α淀粉酶相比中温-α淀粉，在高温下喷射液化，蛋白质絮凝效果好，不产生不溶性淀粉颗粒，不发生老化现象，液化液清亮透明；

并且在高温下喷射液化还可阻止小分子（如麦芽二糖、三糖等）前体物质的生成，有利于提高葡萄糖的收率，同时用耐高温-α淀粉酶成本比用中温酶低。

　　因此，我们下面将要讨论的喷射液化技术是指以耐高温-α淀粉酶为催化剂的低压蒸汽喷射液化技术。

　　根据加酶方式不同，喷射液化可分：

　　一次加酶法

　　二次加酶法

　　三次加酶法

　　由于三次加酶法主要用于处理含高蛋白质的次级小麦淀粉，应用机会不多见，在此不加讨论。

下面我们重点讨论一次加酶工艺及二次加酶工艺。

　　A）一次加酶喷射液化

　　a）Novo公司提供的工艺

　　　　　　　　图

（一）Novo公司提供的一次加酶喷射液化工艺

　　其工艺条件如下：

　　（a）浓度30%

　　（b）PH6.5

　　（c）喷射温度105℃

　　（d）高温-α淀粉酶用量0.1%（固形物）

　　（e）在管道保温5-8分钟

　　（f）闪冷至95℃并在隔板式罐保持1-2hr

　　b）由Staley公司提供的工艺

　　　　图

（二）由Staley公司提供的一次加酶喷射液化工艺

　　其工艺条件如下:

　　（b）PH3-4（或PH自然）

　　（c）喷射温度150-160℃

　　（d）管道维持4-8min

　　（e）闪冷至95℃

　　（f）调PH5.6-6.2,加入高温酶0.1%（固形物）

　　（g）在层流罐中维持1-2hr.

　　c）由DOS公司提供的工艺

　　　　　　图（三）DOS公司提供的一次加酶喷射液化工艺

　　（c）耐高温酶用量0.1%（固形物）

　　（d）喷射温度110℃

　　（e）真空闪冷至95℃

　　（f）在层流罐中维持1-2hr.

　　d）其他公司提供的工艺

　　　　　　图（四）由其他公司提供的一次加酶两次喷射的工艺

　　其工艺条件控制如下:

　　（c）耐高温酶用量0.06%（固形物）

　　（d）一次喷射温度95℃-97℃

　　（e）一次喷射温度保温60分钟

　　（f）二次喷射温度110℃

　　（g）高温维持5分钟

　　（h）真空闪冷至95℃

　　（i）在隔板式罐中保持1-2hr.

　　B）二次加酶喷射液化

　　a）由淮海工学院生物技术研究中心提供的工艺

　　　　图（五）淮海工学院生物技术研究中心提供的喷射液化工艺

（此工艺条件视不同原料,不同生产条件而不同）

　　（a）浓度30%-45%

　　（b）PH5.0-PH7.0

　　（c）CaCl20.15%（固形物）-0.30%（固形物）

　（d）一次酶用量0.03%（固形物）-0.08%

　　（e）一次喷射温度95℃-97℃保温时间30分钟-60分钟

　　（f）二次喷射温度120℃-145℃

　　（g）高温维持5-10分钟

　　（h）二次液化温度95℃-97℃,二次酶用量0.02%（固形物）,保温约30分钟

　　b）由DOS公司提供的工艺

　　　　图（六）DOS公司提供的两次加酶工艺

　　（c）一次酶用量0.05%（固形物）

　　（d）一次喷射温度110℃,保温5分钟

　　（e）二次喷射温度136℃,保温5分钟

　　（f）二次液化温度95℃-97℃,二次酶用量0.05%（固形物）保温时间1-2hr.

　　③酸酶液化法

　　为了减少酸法液化中所产生的杂糖,可采取降低DE值的办法,但低DE值的液化液易老化（尤其是DE值低于10%的各类淀粉）,故又有了在DE值5-7（有的为4）酸液化物中添加α-淀粉酶,以分解易老化的成分,使DE值至15-18%,这便是酸酶联合液化法.这种方法兼有酸法液化的过滤性能好和酶法液化的糖化程度高的优点。

　　此法的基本操作为：

30%的淀粉乳，PH2.2在140℃加热5分钟，葡萄糖值达到5%-7%，中和PH至6.5，冷却至90℃±

2℃,加入液化酶,反应30分钟左右，达到需要的反应程度。

　　此法酶用量少，过滤性能也好。

此法最好利用管道设备连续进行液化，以达到最佳液化效果。

不过这种方法工艺过程较为复杂。

　　　　表（四）不同液化方法的DE值及DX值的比较

　　④机械液化法

　　此法不使用任何催化剂，使淀粉浆喷射入一个旋转的蒸汽加热器中，受热淀粉立即糊化，在强烈的机械剪刀的作用下（喷射温度≥160℃），使淀粉分散。

然后急剧冷却，以防淀粉重新结合。

这样得到的糊精分子聚合度为200-300，较高于酶法，有利于葡萄糖淀粉酶结合，糖化后的过滤液DE值可达99%，而且此方法适用于各类淀粉。

但这种方法在工艺上还有待于完善。

　　2、液化方法的选择

（1）淀粉液化效果好坏的标准

　　①液化要均匀；

　　②④蛋白絮凝效果好；

　　③液化要彻底（在60℃时液化液要稳定，不出现老化现象，不含不溶性淀粉颗粒，液化液透明、清亮）

（2）液化原料的特点

　　液化所处理的原料，主要分为两大类，一类是薯类淀粉，如木薯、马铃薯及甘薯，另一类是谷物类淀粉，如玉米、大米、小麦、蚕豆等等。

这两类淀粉组成及性质有如下区别：

　　①蛋白含量

　　薯类淀粉含蛋白量≤0.1%，而谷物类淀粉中蛋白含量一般情况下≥0.5%，一般小型淀粉厂淀粉中的蛋白含量在0.6-1.0%，次级小麦淀粉含量更高。

　　②“不溶性淀粉颗粒”含量

　　酶法“不溶性淀粉颗粒”是直链淀粉与脂肪酸形成的络合物，呈螺旋结构，组织紧密，在糖化过程中不能水解。

它的存在不但降低了糖化率，而且造成过滤困难，滤液混浊。

　　谷物类淀粉能产生约2%的“不溶性淀粉颗粒”（内含脂肪酸约0.4-0.5%，蛋白质0.2-0.4%，其余为淀粉1.2-1.5%）。

而薯类淀粉只会产生0.25%的“不溶性淀粉颗粒”。

　　③淀粉老化产生凝胶体强度见表

（二）

　　谷物类淀粉产生的凝胶强度大，特别是小麦淀粉，淀粉糊冷却时结成的凝胶体强度很强而薯类淀粉的凝胶体强度很弱。

　　④淀粉颗粒大小与坚硬程度，见表（三）

　　谷物类淀粉颗粒小且坚硬，而薯类原料淀粉颗粒大且疏松。

　　（3）液化液的用途：

　　①用途之一是生产葡萄糖及果葡糖浆（产品）。

这种糖液希望葡萄糖含量高、色泽浅，透明度高。

这种高DE值的酶法糖液过滤速度快。

　　②用途之二是生产中转化糖浆，这种糖浆的糖化液过滤性相对较差。

　　③用途之三也是生产葡萄糖，但是这种葡萄糖是作为发酵工业的碳源（如味精、甘油、青霉素等等）来使用，这种糖液的粘度高低，直接决定后道提取的难易，因此这种葡萄糖液的过滤速度要求特别快。

　　（4）生产条件的差异

　　国内个别厂家蒸汽压力高，且稳定，但大多数生产厂家蒸汽压力不高，且不稳定。

　　（5）液化方法的选择

　　从前面介绍的液化方法里我们可以看出喷射液化是目前最为理想的液化方法。

从国内各个厂生产条件来看，选用低压蒸汽喷射液化较为合适。

低压蒸汽喷射液化工艺分为一次加酶工艺与两次加酶工艺。

　　前面我们已经就以上两种液化工艺进行了讨论，并提出了淀粉液化效果好坏的标准，现在我们就针对不同原料的特点，不同的液化用途推荐好的液化方法，以获得最佳液化效果和糖化结果。

　　①如果液化液用来生产中转化糖浆，低压蒸汽喷射液化工艺必须选用两次加酶法，以改善糖浆的过滤性能。

　　②如果生产的葡萄糖是作为中间产品，作为味精、甘油、青霉素等发酵工业的碳源，为了提高后道的提取收率，必须选用两次加酶法，以求降低糖液的粘度。

　　③如果生产葡萄糖及果葡糖浆产品，采用薯类原料当然采用一次加酶工艺。

采用玉米、小麦淀粉，如果淀粉质量好（含蛋白量低≤0.3%），考虑到一次加酶工艺简单，节约蒸汽，糖液色泽浅，可以采用一次加酶工艺。

如果玉米、小麦等淀粉质量差（含蛋白量大于0.6-1.0%），加上此类淀粉易老化，易产生“不溶性淀粉颗粒”，因此选用两次加酶工艺更为可靠。

　　④如果采用谷物（如大米、玉米）直接酶液化，由于原料中蛋白质含量高，且原料颗粒大，必须采用两次加酶法，液化才能彻底。

　　由此可见液化方法主要是以两次加酶为主。

因此下面我们所提供的液化方法是指以耐高温-α-淀粉酶为催化剂，采用低压蒸汽喷射器，两次加酶的液化方法。

　　三、液化过程的控制

　　在液化过程中，淀粉糊化，水解成较小的分子，应从正反两方面考虑。

首先液化程度不能太低，因为：

　　①液化程度低，粘度大，难于操作。

　　②葡萄糖淀粉酶属于外酶，水解只能由底物分子的非还原尾端开始，底物分子越少，水解机会越小，因此影响糖化速度。

　　③液化程度低，易老化，对于糖化，特别是糖化液过滤性相对较差。

　　其次液化过程也不能太高，因为葡萄糖淀粉酶是先与底物分子生成络合结构，而后发生水解催化作用。

液化超过一定程度，不利于糖化酶生成络合结构，影响催化效率，糖化液的最终DE值低。

见图（七）

　　　　　　图（七）液化DE值与糖化DE值的关系

　　液化程度应该是：

在碘试本色的前提下，液化DE值越低越好（一般液化DE值控制在12-15%）

　　　　　　　　第二节低压蒸汽喷射液化工艺流程及工艺条件

　　　　　　　　（以耐高温-α-淀粉酶为催化剂，两次加酶工艺）

　　一、工艺流程

　　1、酶法制糖工艺流程

　　调浆→配料→一次喷射液化→液化保温→二次喷射→高温维持→二次液化→冷却→糖化

　　2、工艺流程简述：

　　在配料罐内，把粉浆乳调到Be’17-Be’25PH用Na2CO3调至PH5.0-PH7.0，并加入0.15%-0.30%氯化钙，作为淀粉酶的保护剂和激活剂，最后加入耐高温-α-淀粉酶，料液搅拌均匀后用泵把粉浆打入喷射液化器，在喷射器中粉浆和蒸汽直接相遇控制，出料温度95℃-105℃。

从喷射器中出来的液料，进入层流罐保温30-60分钟，温度维持在95-97℃，然后进行二次喷射，在第二只喷射器内液料和蒸汽直接相遇温度升至120-145℃以上，并在维持罐内维护5-10分钟左右，把耐高温-α-淀粉酶彻底杀死，同时淀粉会进一步分散，蛋白质会进一步凝固。

然后液料经真空闪急冷却系统进入二次液化罐，温度降低到95-97℃，在二次液化罐内加入耐高温-α-淀粉酶，液化约30分钟，碘试合格，液化结束。

　　二、工艺特点

　　1、连续喷射液化：

此法是利用喷射器将蒸汽直接喷射入淀粉乳薄层，在短时间内达到要求的温度，完成淀粉糊化、液化。

从生产情况可以看出，此法液化效果较好，蛋白质杂质凝结在一起，使糖化液过滤性好，同时该设备简单，便于连续操作。

　　2、层流罐的应用：

众所周知，淀粉液化的目的是为糖化酶作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖时，需要先与底物分子结合生成络合结构，然后才发生水解作用，使葡萄糖单位逐个从糖苷键中裂解出来，这就要求被作用的底物分子具有一定的大小范围，才有利与糖化酶生成这种络合物，为了保证底物分子大小在一定范围内，客观上要求液化要均匀。

传统的液化保温罐，先进入的液料不能保证先出去，造成先进料液液化过头，后进料液液化不完全，如此前后液化不均匀。

为此，设计了一层流罐。

本罐细而高，料液从上部切线进料以防料液走短路，料液从下部排出，从而保证了料液先进先出，最后液化均匀一致。

　　3、快速升温灭酶：

高温处理时，通过喷射器快速升温至120-145℃，快速升温比逐步升温产生的“不溶性淀粉颗粒”少，所得的液化液既透明又易过滤，淀粉出糖率高，同时由于采取快速升温法，缩短了生产周期。

　　4、高温分散：

通过喷射器加热到120-145℃，在维持罐内维持5-10分钟左右，使已形成的“不溶性淀粉颗粒”在高温作用下分散，同时蛋白质进一步凝固。

　　5、真空闪急冷却：

液化液浓度可以增高，同时利用高压差淀粉会进一步分散，出糖率可以增高。

　　三、工艺操作规程

　　1、调浆

　　①粉浆浓度Be’17-Be’25

　　②CaCl2浓度0.15%（固形物）-0.30%

　　③PH5.0-7.0

　　④耐高温淀粉酶用量：

0.4L/t淀粉-0.8L/t淀粉

　　2、喷射液化：

　　首先预热喷射器及层流罐至100℃，然后进行喷射液化，喷射器内温度控制在95-105℃，层流罐内温度控制在95-105℃。

　　3、高温处理：

　　通过第二只喷射器将料液加热至120-145℃以上，并通过维持罐维持5-10分钟，120-145℃热处理可以达到以下三个目的：

　　①灭酶；

②蛋白质凝固；

③淀粉分散。

　　4、真空闪急冷却：

经过真空闪急冷却系统温度从120-145℃降到95-97℃。

　　5、二次液化：

在二次液化罐内首先调整PH值至6.5左右，然后加入耐高温-α-淀粉酶0.2L/t淀粉，液化约30分钟，碘试显本色，液化结束。

　　6、液化结束后，设备、管道、泵等都要清洗干净。

　　　　第三节液化部分的关键设备——低压蒸汽喷射液化器技术

摘要：

采用HYW型低压蒸汽喷射液化器技术进行淀粉质原料液化，不仅淀粉液化效果好，而

　　且适合低压过热蒸汽喷射液化。

关键词：

淀粉低压蒸汽喷射液化

　　一、前言、

　　生产葡萄浆、麦芽糖浆、高麦芽糖浆、异麦芽寡糖、麦芽糊精、焦糖色素、果葡糖浆、结晶葡萄糖及山梨醇等淀粉糖需要液化技术；

对味精、赖氨酸、酒精、啤酒、甘油、柠檬酸、青霉素、乳酸、黄原胶、衣康酸、酵母等以淀粉糖为原料的各种发酵工业也需要液化技术，另外对比以淀粉为原料的其他工业如纺织、造纸等也需要液化技术，因此对液化技术的研究意义深远。

　　间歇液化由于料液受热不均匀，用汽不均衡，不仅蒸汽耗量大，而且液化不均匀，液化效果差，糖化终了有糊精存在，蛋白质难以凝固，这种糖液不仅过滤困难而且蛋白质类、糊精类混在糖液中，导致发酵时泡沫增多，逃液严重，这也必定影响发酵后道的提取及精制。

　　还有部分工厂在双酶法制糖中，采用喷淋式液化，该法不仅液化时间长、效率低、安全性差、浪费蒸汽，而且液化不彻底，影响糖液质量，同时设备占地面积较大。

　　针对以上液化方法的不足，国内外学者纷纷进行液化器技术的研究，开发及应用。

从目前国内外的喷射器应用情况来看，这些喷射器或需要高压蒸汽操作，或易堵塞，或液化不彻底，因此这些喷射器难以应用于工业化生产。

　　上海兆光喷射液化技术有限公司自1988年以来，通过对国内外各类喷射器的研究，开发出适合中国国情的HYW型系列低压蒸汽喷射液化器技术，并且在生产实践中针对出现的各类问题不断总结，不断改进。

现该技术已经推广至河南周口味精厂（味精），湖北江陵果葡糖厂（果葡糖浆），无锡糖果厂（异麦芽寡糖），上海喔喔食品集团有限公司（高麦芽糖），上海饴糖厂（麦芽糖），吉林公主岭甜味剂厂（山梨醇），河南洛阳焦糖色素厂（焦糖色素），山东邹平甘油厂（甘油），安徽蚌埠柠檬酸厂（柠檬酸），江西东风制药厂（青霉素），天津麦特生物食品工程公司（麦芽糊精），河南郸城乳酸厂（乳酸），河南睢县活性干酵母厂（活性干酵母），河北邯郸啤酒饮料总厂（啤酒）等十四个行业三百二十几家厂。

实践证明，该技术除具有连续液化、操作稳定、液化均匀、糖化液过滤速度快等优点以外，还具有对蒸汽压力需要低、省蒸汽（与间歇液化相比省蒸汽≥15%，此数据有上海饴糖厂提供）、无堵塞、无振动特点。

是具有90年代国际水准的高科技技术，目前此项技术被玉米深加工国家工程研究中心采用，并荣获中国轻工科技进步二等奖。

国内淀粉深加工所采用的喷射液化器95%有上海兆光喷射液化技术有限公司提供。

　　二、HYW型喷射液化器的性能特点及分析

　　1、液化效果好

　　采用喷射液化器进行液化，原材料中的淀粉液化是否彻底，蛋白质凝聚效果是否好，淀粉与蛋白质分离效果如何，关键取决于料液在喷射器内能否形成高强度的微湍流，从国内外现有喷射器的结构看，这种微湍流强度较弱。

而新型HYW喷射器能形成高强度的微湍流，淀粉分散效果好（零小时糖化液无不溶性淀粉颗粒），蛋白质类凝聚效果及淀粉与蛋白质分离效果好（通过喷射器后蛋白明显聚在一起漂浮在液面上），糖液过滤速度大大加快。

如以玉米淀粉生产的葡萄糖液过滤速度为180L/M2。

hr-0.2Mp以上（指不加任何助滤剂、活性炭、二小时连续过滤的平均值，采用间歇式板框过滤机）。

过滤问题的解决，不仅解决了酶法制糖的关键