雙酶法制糖工藝流程及控制介紹-2013

雙酶法制糖工藝流程及控制介紹ENZYMES·酶杰能科（中國(guó)）生物工程有限公司12/5/2023安全和健康環(huán)境管理最高的道德行為尊重人杜邦的創(chuàng)立之本核心價(jià)值提綱淀粉制糖過(guò)程概述酶的作用機(jī)理液化過(guò)程介紹糖化過(guò)程介紹復(fù)合糖化酶在葡萄糖生產(chǎn)上的作用杰能科的技術(shù)支持2/5/20233CONFIDENTIALDUPONT生產(chǎn)過(guò)程概述

液化α-淀粉酶糖化糖化酶真菌淀粉酶β-淀粉酶普魯蘭酶異構(gòu)化葡萄糖異構(gòu)酶淀粉過(guò)濾濃縮精制F90高果糖漿F55高果糖漿精制/濃縮色譜分離F42果葡糖漿殘余液谷物2/5/2023淀粉降解酶糖化酶a-淀粉酶普魯蘭酶真菌淀粉酶或

β–淀粉酶葡萄糖異構(gòu)酶什么是酶？是蛋白質(zhì)由氨基酸組成的由活的細(xì)胞生產(chǎn)的具有特殊的具有活性的催化劑，可加速反應(yīng)可降低反應(yīng)所需的能量在反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有改變?cè)跍睾偷臈l件下操作專一性和不穩(wěn)定性協(xié)同因子

酶如何工作:E+S--->E:S--->E+P一個(gè)特殊的酶與一個(gè)特殊的底物相結(jié)合。Enzymeslowerreactionenergyby“catching”orbindingtothesubstrateand“stressing”it淀粉T.reesei

糖化酶酶如何工作:E+S--->E:S--->E+P綁定水解釋放葡萄糖pH和溫度對(duì)酶活力/表現(xiàn)的影響9折疊未折疊圖片源自:NationalHumanGenomeResearch對(duì)于pH和溫度，不同的酶有不同的穩(wěn)定性影響酶性能的因素酶的濃度時(shí)間溫度pH底物有些酶需要金屬離子制11酶是如何被生產(chǎn)出來(lái)的？酶是通過(guò)發(fā)酵過(guò)程被生產(chǎn)出來(lái)的工業(yè)用酶是被從非致病菌生產(chǎn)出來(lái)酶不是活的酶通常被純化、濃縮、穩(wěn)定后出售通常提供給顧客的酶是澄清透明、棕褐色液體酶的典型生產(chǎn)流程典型的原料碳水化合物(玉米糖漿)蛋白質(zhì)(玉米漿,大豆)鹽

(PO4,SO4)不要對(duì)酶做什么？不要儲(chǔ)存在陽(yáng)光下不要長(zhǎng)時(shí)間稀釋和儲(chǔ)存不要和其他酶混合不要加入濃酸或濃堿不要加入氧化劑，如次氯化物或過(guò)氧化氫不要讓蓋子打開(kāi)酶介紹的小結(jié)酶是蛋白質(zhì)脆弱的通常由細(xì)菌、酵母和霉菌產(chǎn)生不是活的生物催化劑酶由它們作用的底物來(lái)命名受pH和溫度的影響酶在淀粉加工中扮演一個(gè)重要角色將淀粉轉(zhuǎn)化成糊精將糊精水解成葡萄糖降低醪液粘度生成氨基酸和多肽，為酵母提供食物Pericarp表皮 5%Bran,Fiber,GlutenFeed麩皮，~87%纖維，麩質(zhì)飼料Germ胚芽12%Solubles,~30%Oil可溶物，~30%油Endosperm胚乳82%~88%Starchand~8%Gluten~88%淀粉和~8%蛋白TipCap頂尖1%~79%纖維Floury,SoftEndosperm粉狀，軟質(zhì)胚乳（絕大多數(shù)是淀粉）Horny,HardEndosperm角狀，硬質(zhì)胚乳（淀粉和麩質(zhì)）玉米由4部分組成（干物質(zhì)百分比）淀粉的分子結(jié)構(gòu)葡萄糖(C6H12O6)MW=180直鏈淀粉占淀粉的20-30%DP:2,000-6,000直鏈淀粉都是由α-1,4葡萄糖苷鍵連接的支鏈淀粉占淀粉的70-80%DP:300,000-3,000,000支鏈淀粉絕大多數(shù)由α-1,4葡萄糖苷鍵連接，但是有5~8%也可以有α-1,6葡萄糖苷鍵連接每個(gè)六邊形代表一個(gè)葡萄糖分子

直鏈淀粉支鏈淀粉玉米28%72%大米17%83%木薯17%83%淀粉的微觀結(jié)構(gòu)上圖(400X)淀粉顆粒(晶體)

尺寸分布(5to40μm)

中心有斑點(diǎn)

不定的形狀

下圖(偏振光)

馬爾他清晰顯示十字晶體結(jié)構(gòu)

用α-淀粉酶使直鏈淀粉和支鏈淀粉降解為寡糖的反應(yīng)機(jī)理基本概念聚合度DP

(DegreeofPolymerization)：結(jié)合在一起的葡萄糖分子的數(shù)量，例如:DP1,DP2,……，DPx。干物濃度DS(DrySolid)：淀粉乳中淀粉的濃度。葡萄糖%DX(Dextrose)：實(shí)際葡萄糖溶液的濃度,例如:95%。還原糖%(DE)：葡萄糖值（DextroseEquivalent)。是通過(guò)測(cè)定溶液中還原糖計(jì)算出來(lái)的。

舉例:如果在溶液中有1000個(gè)葡萄糖分子，所有的分子都是DP1，則DE=100。如果有相同數(shù)量的分子，有500個(gè)是DP2分子,則DE降為50。OD是opticaldensity（光密度）的縮寫(xiě)，表示被檢測(cè)物吸收掉的光密度，計(jì)算公式為OD=log10（入射光/透射光）或OD=log10（1/透光率）或OD＝1og（1／trans），其中trans為檢測(cè)物的透光值。

光密度的定義是：入射光強(qiáng)度與透射光強(qiáng)度之比值的常用對(duì)數(shù)值。專業(yè)書(shū)籍則這樣解釋“吸光度”：入射光和透射光的透過(guò)率之比值的常用對(duì)數(shù)值，也稱光密度。分析可見(jiàn)，兩個(gè)概念其實(shí)是一致的，“光密度”就是“吸光度”，且用“光密度”符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，更規(guī)范。

吸光度,absorbance,是指光線通過(guò)溶液或某一物質(zhì)前的入射光強(qiáng)度與該光線通過(guò)溶液或物質(zhì)后的透射光強(qiáng)度比值的對(duì)數(shù)，影響它的因素有溶劑、濃度、溫度等等吸光系數(shù)與入射光的波長(zhǎng)以及被光通過(guò)的物質(zhì)有關(guān)。只要光的波長(zhǎng)被固定下來(lái)，同一種物質(zhì)，吸光系數(shù)就不變。當(dāng)一束光通過(guò)一個(gè)吸光物質(zhì)（通常為溶液）時(shí)，溶質(zhì)吸收了光能，光的強(qiáng)度減弱。吸光度就是用來(lái)衡量光被吸收程度的一個(gè)物理量。

吸光度用A表示。A＝abc，其中a為吸光系數(shù)，單位L/(g·cm),b為液層厚度（通常為比色皿的厚度），單位cm，c為溶液濃度，單位g/L影響吸光度的因數(shù)是b和c。a是與溶質(zhì)有關(guān)的一個(gè)常量。此外，溫度通過(guò)影響c，而影響A。OD值液化的定義21液化：

是將淀粉水化并水解到一個(gè)可操作的粘度，并將水解物控制在一定分子量，為在糖化過(guò)程中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為葡萄糖而準(zhǔn)備的過(guò)程。

凝膠化:指淀粉顆粒受熱后吸水膨脹。玉米淀粉通常在63°C開(kāi)始，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致粉漿粘度的最大化。糊精化：

在淀粉酶的作用下，隨機(jī)切開(kāi)葡萄糖苷鍵外加釋放一個(gè)水分子。它緊隨著凝膠化的過(guò)程，所產(chǎn)生的短鏈分子被稱為“糊精”。凝膠化

+糊精化

=液化2/5/2023耐高溫α-淀粉酶隨機(jī)水解α-1,4-葡萄糖苷鍵，降低糊化淀粉的粘度，產(chǎn)生可溶糊精和低聚糖。特性:基因工程提高熱穩(wěn)定性來(lái)源自嗜熱地衣芽孢桿菌(B.licheniformis)和/或嗜熱脂肪芽孢桿菌(G.stearothermophilus)。無(wú)需添加鈣離子pH有效范圍5.4-6.0.3D結(jié)構(gòu)催化三元組(D231,D328,E261).2個(gè)鈣結(jié)合點(diǎn)α-淀粉酶2/5/2023典型的液化過(guò)程蒸汽5-10min105-110oCpH5.4–5.9大氣壓初級(jí)液化二級(jí)液化淀粉乳液化酶28-38%DS60-120min95oC滅酶8-15DE2/5/2023配料初級(jí)液化使淀粉顆粒溶解（糊化）。液化溫度>107℃可破壞淀粉和脂肪的復(fù)合體。操控噴射器以保證良好的液化效果（高剪切力、壓差）。獲得聚合度（DP）<45的糊精(DE>2)。酶可以極大地降低所需的能量和反應(yīng)時(shí)間。目的：加熱使淀粉凝膠化或溶解。破壞淀粉顆粒穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。使淀粉的聚合度下降到合理的水平，防止陽(yáng)性反應(yīng)產(chǎn)生。破壞淀粉/脂肪復(fù)合物。2/5/2023二級(jí)液化維持溫度:95oC維持時(shí)間:90-120minutes目的：使淀粉完全溶解進(jìn)一步使蛋白質(zhì)凝聚為糖化提供均勻一致的底物液化液的DE=13~15液化DE值對(duì)糖化的影響2/5/2023噴射溫度對(duì)DE值的影響工藝條件：SPEZYME?FRED-L10LU/g2/5/2023液化pH的重要性2/5/2023無(wú)麥芽酮糖的產(chǎn)生。減少化學(xué)品的消耗。降低離子交換的運(yùn)行成本。減少色素的產(chǎn)生和精制的費(fèi)用。好的液化的標(biāo)準(zhǔn)：合理的DE值控制，糊精的分子量分布均勻。碘試顏色合格，沒(méi)有藍(lán)色和紫色。蛋白凝聚好，結(jié)塊大且緊密。液體澄清透明，透光率高。液化結(jié)束后，及時(shí)殺滅或抑制淀粉酶的殘余活性。2/5/202328CONFIDENTIALDUPONT不好的液化：DE值低，碘試不合格（藍(lán)色和紫色）。糊精分子量分布不均勻。蛋白凝聚差，結(jié)團(tuán)不緊密。不澄清透明，透光率低，冷卻后發(fā)白嚴(yán)重。影響糖化DX值，導(dǎo)致糖化后過(guò)濾困難。液化的改進(jìn)及問(wèn)題解決：調(diào)整噴射溫度。噴射器的調(diào)整：協(xié)調(diào)管開(kāi)度、配件磨損一次噴射改為二次噴射加酶方式：分段加酶增加酶制劑用量調(diào)整干物濃度。檢查工藝參數(shù)（自控校正）：溫度、pH校正、蒸汽壓力淀粉質(zhì)量工藝水中鈣離子濃度典型的糖化過(guò)程96-97+%葡萄糖漿蒸汽8-15DE95oC糖化罐48–96hourspH4.0–4.560-62oC冷卻pH調(diào)節(jié)糖化酶添加DS:28-38%31糖化液化2/5/2023糖化的目的是把液化的淀粉盡可能高的轉(zhuǎn)化為葡萄糖，付出最少的成本。理論上，可把淀粉幾乎全部轉(zhuǎn)化為葡萄糖(>99%)，但鑒于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，實(shí)際上并達(dá)不到。工業(yè)化生產(chǎn)葡萄糖的典型條件2/5/202332CONFIDENTIALDUPONT糖化酶在糖化過(guò)程中的作用水解非常緩慢普魯蘭酶與糖化酶復(fù)合在一起，可以降低糖化酶的添加量，并降低逆反應(yīng)的發(fā)生。糖化酶專一水解a,1-4葡萄糖苷鍵，從非還原性末端依次逐個(gè)釋放葡萄糖。能水解a,1-6葡萄糖苷鍵，但水解速度很慢。是外切酶。2/5/2023普魯蘭酶在糖化過(guò)程中的作用普魯蘭酶糖化酶在支鏈淀粉的支點(diǎn)，專一水解a1-6葡萄糖苷鍵，不能水解a1-4葡萄糖苷鍵，也不導(dǎo)致明顯的逆反應(yīng)。是內(nèi)切酶。普魯蘭酶與糖化酶復(fù)合在一起，可以降低糖化酶的添加量，并降低逆反應(yīng)的發(fā)生。2/5/2023杜邦與梅花集團(tuán)共享資料，僅供內(nèi)部參考，請(qǐng)勿與第三方分享！糖化模式2/5/2023普魯蘭酶的重要性合理的配置比例減少糖化酶用量減輕復(fù)合反應(yīng)濃度的控制糖化速度與成本DX糖化酶添加量對(duì)糖化的影響加酶量過(guò)大會(huì)產(chǎn)生明顯的可逆反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)。復(fù)合糖化酶對(duì)葡萄糖收率的影響糖化時(shí)間

(hr)工藝條件60oC,pH4.232%DSDX值更高。糖化速度加快杰能科公司的普魯蘭酶杰能科普魯蘭酶與糖化酶在溫度和pH上非常匹配和協(xié)調(diào)；杰能科高活力的普魯蘭酶，可以復(fù)配成高比例的復(fù)合糖化酶；

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pH對(duì)酶活力的影響

溫度對(duì)酶活力的影響

糖化酶

糖化酶

普魯蘭酶

普魯蘭酶

對(duì)金屬離子相對(duì)遲鈍pH的范圍4.3±0.2溫度范圍60±1.5℃干物濃度28-36%糖化時(shí)間30-90小時(shí)酶添加量，通常0.08–0.4GAU/gds酶添加量的范圍由PU:GA的比例決定影響糖化酶和普魯蘭酶反應(yīng)的因素40糖化pH：最適pH

4.2-4.441糖化溫度：最適溫度60±1℃普魯蘭酶對(duì)糖化收率的影響43讓葡萄糖收率最大化避免麥芽酮糖減少潘糖替代糖化酶限制濃度提高切枝酶比例44避免麥芽酮糖形成避免麥芽酮糖45麥芽酮糖的形成：pH、時(shí)間和溫度在高pH和高溫下所造成的高度的化學(xué)改性。避免麥芽酮糖46糖化酶的作用:直鏈淀粉vs.支鏈淀粉減少潘糖47淀粉酶的影響：最終DX值和DP332%DSpH4.260°C減少潘糖48減少潘糖

淀粉酶的滅活：溫度和pH的影響溫度49淀粉酶滅活對(duì)糖化后DP3的影響淀粉酶的及時(shí)滅活有利于DX值的最大化。減少潘糖5026%DS液化淀粉，0.12GAU/g，60℃808284868890929496981000102030405060708090100糖化