一、黏度分析
在以澱粉質原料為底物的澱粉糖生產過程中，黏度在液化階段是個常見的問題。這是由澱粉質原料本身所決定的。澱粉顆粒受熱達到一定溫度後，澱粉顆粒會吸水膨脹，可達原體積的幾倍到幾十倍。由於顆粒的膨脹，結晶結構消失，體積膨脹大，互相接觸，此時料液變得十分黏稠。對於過於黏稠的料液，料液的輸送將成為困難，同時還會影響熱量的交換。因此在生產過程中，對黏度的監控是非常必要的。由於黏度受濃度、溫度、攪拌速度、加熱速度和時間等因素影響，因此業內通常采用黏度儀對黏度進行監測。
常見的黏度儀有Brookfield、Brabender、HAAKE等。傳統的黏度儀（計）隻能測定一點，而新型的黏度儀則能監控整個工程黏度的變化，特別是峰值黏度和最終黏度隨各種條件的變化。
在以澱粉質原料為底物的酒精生產過程中，在液化階段，醪液的黏度過大會使得料液的輸送變得非常困難，從而影響後道工序的進行。過高的醪液黏度還會影響熱量的傳遞以及酶製劑的使用效果，因此實時監控酒精生產液化階段醪液黏度的變化非常重要。通過對溫度、攪拌速度以及加熱時間等因素的考察，從而找出如何更好地使用酶製劑來降低醪液黏度的液化參數，進而為實際大生產提供參考性條件。
快速黏度儀（RVA）是一種快速測定黏度的分析儀，具有操作簡單、分析時間短、所需樣品量少等特性，因此RVA在澱粉及變性澱粉等行業中使用較為廣泛。RVA可對衰減度、回生值、最終黏度、糊化溫度、攪拌值等進行測定。
HAAKE在線黏度儀主要應用在酒精行業。該黏度儀相對前麵提到的RVA具有處理量大，且對底物顆粒的要求不是那麼嚴格等特點。因此HAAKE黏度儀對酒精行業，特別是液化工序的指導意義尤為重要。
二、高效液相色譜法（HPLC）在過程檢測及產品分析中的應用
（一）HPLC分析糖類的方法
在穀物加工行業中，無論是以不同種類的糖為最終產品的製糖企業，還是以糖為中間產物為下一道工序提供原料的發酵企業，在生產過程中糖類的分析都是非常重要的。雖然糖類分析方法很多，如菲林滴定由於方法簡單快捷、費用低而成為生產現場檢測的常用方法之一，但從此滴定法得到的關於糖的組成的信息十分有限。色譜法由於能夠實現不同糖類的檢測，分析準確而迅速，大的加工企業基本上使用該法進行生產過程和產品的控製。由於糖屬於高沸點化合物，因此在色譜法中主要采用高效液相色譜法（HPLC）進行分析。HPLC分析糖的方法主要有空間排斥色譜法、分配色譜法、配位體交換色譜法和離子色譜法。空間排斥色譜法主要是基於被分離物質相對分子質量的差異，可分為適合於有機溶劑的凝膠滲透色譜和適合於水溶性的物質分離的凝膠過濾色譜。這兩種分離方法主要適合於大相對分子質量物質的分離，如澱粉分子可使用凝膠過濾色譜測定。分配色譜法是基於糖在固定相和流動相中的分配係數不同，目前市場上的色譜柱主要是以矽膠鍵和氨丙基填充劑為固定相，流動相為乙腈-水混合液。此種方法流動相中乙腈和水的比例對於分離有重要影響，通常減小流動相中的水比例，二糖、三糖中的同分異構體可以獲得較好的分離效果，但分離時間較長；而增加水的比例可以縮短分析時間，並可分離更高相對分子質量的糖，但會犧牲二糖、三糖同分異構體之間的分離。此種方法可以分離麥芽糖、異麥芽糖、潘糖、麥芽三糖、異麥芽三糖，同時還可以分離麥芽四糖、五糖，因此在國標中采用此方法分析低聚異麥芽糖。該法的缺點是流動相中使用有毒且昂貴的乙腈。配位體交換法是基於負載在樹脂基質上的金屬離子與糖所形成的配合物的穩定性不同而實現不同糖類的分離，常用的金屬抗衡離子有Ca2+、Na+、Pb2+、Ag+等，適合於單糖及糖醇的分離。此種方法使用水作為流動相，同時為了避免對映體的幹擾，分離須在高溫下進行（通常80℃）。陰離子交換色譜法分析糖類主要有兩種方式，一是基於弱電解質的糖可在pH12以上的溶液中電離，可通過梯度洗脫進行分離，此種方式已成為糖分析中非常有力的一種方法，有專門的色譜設備；另一種則是通過糖與硼酸形成配合物，此配合物在不同pH的溶液中電離度不同，通常采用pH梯度洗脫進行分離。此種方法適合不同結構的單糖及二糖分析。這幾種分離方法並不是完全獨立的，目前市場上推出的很多色譜柱綜合了多種分離方式，例如，在果糖行業中使用較多的Bio-rad Aminex色譜柱對於單糖到多糖的分離依靠空間排斥法（通常可分離的最大聚合度為4），而對果糖和葡萄糖的分離則依賴於配位體交換。
HPLC分析中可使用的檢測器很多，如紫外吸收檢測器、示差折光檢測器、質譜檢測器及電化學檢測器等。然而大多數糖本身並沒有紫外吸收，隻有在190nm處有因電子軌道躍遷轉移產生的紫外吸收，但很多物質在此波長均有此吸收，非常容易受到流動相及雜質的幹擾，因此紫外吸收檢測器並不適合。糖分析最常使用的檢測器是示差折光檢測器，它是通過比較含有樣品的流動相與流動相本身之間的折射率來反應樣品在流動相中的濃度，因此並不適合梯度洗脫的方法。由於物質的折射率與溫度相關，溫度的波動會對檢測產生較大影響，因此在使用示差折光檢測器時通常需使檢測單元的溫度高於環境溫度5～10℃。其存在的主要問題有對被分析物質無選擇性、靈敏度較紫外檢測器低。但近年推出的高靈敏度型可將糖類檢測限降至100ng。蒸發光散射檢測器是另一種可用於糖類檢測的高靈敏度通用型檢測器，它對葡萄糖的檢測限可達2ng，適合於任何揮發性低於流動相的樣品檢測，並且可檢測梯度洗脫樣品。它的原理是含有樣品的流動相進入檢測器的霧化室，在載氣壓力作用下形成細小液滴，這些液滴由載氣繼續運送至加熱的漂移管中，在此之中流動相被蒸發，樣品顆粒則進入光檢測池，在穿過激光光束時所形成的散射光被光電倍增管收集。但與示差折光檢測器相比價格昂貴，並且需要使用氣體，且在檢測過程中會產生廢氣，因此此種檢測方法使用也不普遍。
（二）HPLC應用於製糖行業
在製糖過程中液化非常重要，液化液的質量也與最終糖液的質量有關。液化過程主要是澱粉在液化酶的作用下降解成低相對分子質量的糊精及少量葡萄糖，在現場生產中通常采用測定液化液DE值和碘試來判斷液化終點及質量。糊精屬於多糖，可以采用空間排斥色譜法，例如，采用Bio-Gel P2凝膠可以分離聚合度到達15的糊精。但這種聚丙烯酰胺凝膠通常不耐壓，並不適合快速分析。在HPLC分析中通常采用Aminex 42A（Bio-rad）或類似色譜柱分析液化液，其典型圖譜所示。采用此色譜柱可分離聚合度10以內的糖，聚合度10以上的糖則以全排阻峰的形式出現。
非發酵性的麥芽酮糖含量也是液化液質量的重要指標之一。它主要產生於液化pH較高時。其檢測可以使用氨基糖柱和單糖分析柱（如Bio-rad Aminex 87C或Phenomenex Rezex RCM）。氨基糖柱對於二糖同分異構的分離優於單糖分析柱，但對聚合度較高的糖有吸附作用。大部分製糖企業使用的是Bio-rad Aminex 87C或Phenomenex Rezex RCM或其他類似色譜柱，這種類型的色譜柱使用的填料通常能夠實現多種分離機製，能夠實現聚合度4以內糖的分離，同時對不同種類的單糖也能實現良好的分離，此外隻需使用水或稀酸就可以在20min內完成分析，因此很多企業用它進行液化液和糖化液的分析。Aminex 87C或是Rezex ROM色譜柱能夠分析液化液和糖化液中的麥芽酮糖，但由於其與其他二糖如麥芽糖/異麥芽糖不能實現基線分離，分析結果的準確性受到一定影響。在糖化過程中HPLC可以很方便直觀地判斷糖化終點及糖化液質量。糖化過程通常長達36～48h，前期糖化速度很快，通常24h，糖化液中葡萄糖的含量就可以達到90%以上，此後糖化速度下降，但由於糖液中葡萄糖濃度很高，使得逆反應速度加快，在HPLC圖譜上就會表現為二糖、三糖峰麵積的增加。因此通過HPLC檢測可以準確地獲得反應信息，調整工藝過程，如反應時間和糖化酶的添加量等。
果葡糖漿是近年來澱粉糖深加工一個很重要的方向。其發展契機主要來源於自2006年起，可口可樂公司在中國開始用F55型果葡糖漿部分替代白砂糖，果糖的產能也由當年的54萬噸迅速增至2012年的300萬噸。然而可口可樂公司對於F55果葡糖漿的質量要求也非常嚴格，檢測項目多達32項。在分析客戶樣品的過程中發現，在一些果葡糖漿中存在一定量的甘露糖，所占比例從0.2%～1.5%不等。根據可口可樂公司對於F55型果葡糖漿的質量要求，即果糖最小含量為55%，果糖與葡萄糖含量不小於95%，發現在客戶的一些F55果糖樣品中，由於存在甘露糖，雖然果糖含量滿足要求，單糖含量也在95%以上，但果糖與葡萄糖含量之和小於95%。由於可口可樂的要求並不是單糖含量，因此這種產品實際上是不符合要求的。由於F55的果糖是由F90果糖和F42果糖混配而成的，為了滿足要求，需要提高F90的比例。糖漿中的甘露糖主要是果糖通過Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein 轉化反應生成的，此反應是經典的糖轉化反應，主要在堿性條件下發生。在果葡糖漿生產中，需要使用酸堿對離子交換樹脂進行再生，而再生後清洗不徹底，容易造成局部過堿或過酸，易使果糖部分轉化生成甘露糖。因此當樣品中檢測到甘露糖時，應注意在生產過程中是否存在局部過堿的環節。
萃餘液來自於模擬移動床步驟。F42果糖經過模擬移動床後分為兩項，一項是果糖富集項F90果糖，一項則以葡萄糖為主，即所謂的萃餘液。在大部分果葡糖漿生產廠家中，萃餘液會回配使用重新進入異構係統，因此萃餘液的組成會對實際進入異構柱的糖液質量產生一定影響。列舉了幾個萃餘液樣品的組成，從表中可以看出葡萄糖的含量在80%～87%不等，果糖含量在5%～10%，同時還含有較多的二糖及二糖以上的糖。通常糖化後的葡萄糖含量可以達到95%以上，但加入萃餘液後會降低葡萄糖含量，從而也會對異構的效率產生一定影響。因此控製好模擬移動床的分離，可以減少果糖損失，提高葡萄糖在萃餘液的比例，減少萃餘液回用對葡萄糖液品質的降低。
（三）HPLC應用於發酵產品過程及終產品監測
發酵行業是穀物應用的另一大領域。大宗發酵產品主要有乙醇、檸檬酸、味精等。使用HPLC對發酵過程監測可以幫助控製發酵進程及產品質量。發酵過程既有使用葡萄糖為碳源的過程，也有使用澱粉質原料或是液化液的同步糖化發酵過程，在這兩種過程中主要監測糖的消耗及發酵主、副產物的生成。在乙醇發酵中，除了主產物乙醇外，酵母代謝還會產生丙酮酸、琥珀酸等有機酸及甘油等副產物。目前市場上有很多公司推出了針對乙醇發酵液快速分析的專用色譜柱，可以10min內實現多糖、三糖、二糖、葡萄糖、琥珀酸、乳酸、甘油及乙醇的分析，適合於發酵過程中的監控。由於氨基酸缺乏紫外吸收能力，在味精發酵HPLC分析中通常采用鄰苯二甲醛或氯甲酸-9-芴基甲酯進行衍生化。由於HPLC分析氨基酸的分析方法與糖分析方法相差較大，需要使用不同的色譜柱完成氨基酸和糖的分析。
三、離子色譜在過程檢測及產品分析中的應用
（一）離子色譜分離原理
離子色譜是高效液相色譜的一種。商品化的離子色譜最早出現於1975年，最初隻是應用於無機陰離子的分析，隨後分析範圍擴展到在所用洗脫液中能電離的物質。離子色譜的分離原理主要有離子交換、離子排斥及離子對，其中離子交換是最主要的分離機製。在離子交換過程中涉及色譜柱平衡、樣品吸附、樣品洗脫及色譜柱再生這一過程。在分離的開始階段需采用弱離子強度的流動相對色譜柱進行平衡，當樣品隨著流動相進入色譜柱，由於樣品的離子強度大於流動相，與固定相離子交換基團電荷相反的樣品被吸附在固定相上，離子強度不同的樣品與固定相吸附的強度也不同，隨著分離的進行流動相的離子強度不斷增加，取代樣品離子，樣品按照與固定相吸附由弱到強的順序被先後洗脫，繼續增加流動相的離子強度，吸附在固定相上的離子被完全洗脫，色譜柱得到再生。此方式主要應用於有機和無機陰離子及陽離子的分離。離子排斥的分離機製涉及Donnan排斥、空間排阻和吸附過程，適用於有機酸、無機弱酸及醇類的分離。離子對的分離機理主要是“離子對萃取”，將一種或數種與樣品電荷相反的離子（稱為對離子）加入流動相中，使其與樣品離子生成弱極性的離子對，此離子對不易在水中電離而迅速進入有機相中，固定相對於離子對的容量因子與其濃度有關，因此調節離子對濃度可以改變樣品離子的保留時間。適合於表麵活性劑和金屬配合物的分離。由於離子色譜的流動相主要為酸堿，因此色譜係統為耐腐蝕的全塑料係統。
離子色譜的檢測器主要有電化學檢測器和光學檢測器兩大類，近年質譜也開始應用到離子色譜中。電化學檢測器是離子色譜主要的檢測器，包括電導檢測器和安培檢測器。電導檢測器可分為抑製型和非抑製型，其中抑製型由於使用了抑製器顯著提高了檢測器的靈敏度和選擇性。安培檢測器可分為直流安培和脈衝安培兩種，與直流安培檢測器相比，脈衝安培檢測器多加了兩個清洗電位，因此用於檢測易使直流安培檢測器電極中毒的化合物，如碳水化合物和醇類。
（二）離子色譜應用於澱粉糖分析
大部分糖屬於中性糖，pKa在12～14，在中性溶液中其並不會電離，但在堿性溶液中，當pH大於糖的pKa時，糖會部分或全部解離，以陰離子形式存在於溶液中，可吸附在陰離子交換樹脂上。洗脫液中的NaOH扮演著雙重角色，既為糖的電離提供堿性環境，同時也是洗脫劑，當溶液pH未達到糖的pKa時，增加NaOH的濃度，糖不斷解離，從而與陽離子交換樹脂的絡合能力增加，使保留時間增加，同時增加NaOH濃度，對糖的洗脫能力也在增加。表現為保留時間減少，當糖未完全解離時，這兩種作用互相影響，當糖完全解離時，增加NaOH濃度，保留時間減少。在流動相中加入乙酸鈉（NaAc ），由於Ac-對固定相的親和力大於OH-，因此可以提高對強吸附糖的洗脫能力。由於糖隻能在堿性條件電離，並且需要梯度洗脫，配備金電極的脈衝安培檢測器能夠實現這一分離過程中糖的檢測。由於糖分子中的羥基易被氧化，可以在金電極表麵施加電位使其氧化產生氧化電流作為檢測信號，這種方法又被稱為高效陰離子交換色譜-脈衝安培法（HPAEC-PAD）。采用HPAEC-PAD分析糖類，單糖和二糖在色譜柱上的保留行為與其結構相關，而多糖在色譜柱上的保留行為與聚合度及糖苷鍵類型有關，隨著聚合度的增加，分子中羥基數目增多，其在色譜柱上的保留也越強，因此需要較高濃度的NaAc進行洗脫。