淀粉糖工業(yè)用酶制劑的品種

基本內(nèi)容:

淀粉糖工業(yè)常用酶制劑的種類淀粉糖工業(yè)常用酶制劑的性質(zhì)淀粉糖工業(yè)常用酶制劑的生產(chǎn)技術(shù)基本要求:

了解淀粉糖工業(yè)常用酶制劑的種類,性能及其生產(chǎn)技術(shù)第一節(jié)酶制劑概述一、定義

酶是細(xì)胞原生質(zhì)合成的一類具有高度催化活性的特殊蛋白質(zhì)，它是由許多氨基酸組成，成為生物催化劑。

酶制劑是指通過采取適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)方法，將酶從生物組織或細(xì)胞以及發(fā)酵液中提取出來，加工成具有一定純度標(biāo)準(zhǔn)的生化制品。二、酶制劑的應(yīng)用和特性1、酶制劑的應(yīng)用酶制劑工業(yè)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大、應(yīng)用技術(shù)提高，生產(chǎn)水平提高。2000年酶制劑產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到24萬(wàn)噸，品種也達(dá)到了30個(gè)以上。酶制劑再科研和生產(chǎn)中占有重要地位，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在：蛋白質(zhì)工業(yè)、淀粉糖工業(yè)、烘培工業(yè)、果蔬加工、奶制品工業(yè)、味精、紡織、洗滌劑、飼料、有機(jī)酸等方面。目前中國(guó)最大的酶制劑廠家是：天津丹麥諾維信公司合資廠、無錫杰能科酶制劑廠。酶制劑發(fā)展方向：高活性、高純度、高質(zhì)量

2、酶制劑的特點(diǎn)1）催化效率高：由于酶所催化所需要的活化能較低，所以催化效率遠(yuǎn)高于化學(xué)催化劑，一般來說，催化效率可以提高108～1020倍.2）專一性強(qiáng)：酶對(duì)作用底物有嚴(yán)格的專一性.3）作用條件溫和：能在常溫常壓下進(jìn)行酶的催化作用，有利于簡(jiǎn)化設(shè)備、降低成本.4）收得率高：以淀粉作為原料，酶法水解比酸法水解淀粉轉(zhuǎn)化率高6～8％.5）純度高：由于酶的專一性強(qiáng)，與原料中雜質(zhì)不作用，故不會(huì)有副作用，產(chǎn)品純度高.6）符合食品要求：食品酶制劑符合聯(lián)合國(guó)等衛(wèi)生組織的要求，無毒無害，對(duì)細(xì)菌等有害菌和有害物質(zhì)要求嚴(yán)格，符合食用標(biāo)準(zhǔn).7）操作方便：可以根據(jù)各種酶的特性，控制工藝參數(shù)，可以生產(chǎn)不同產(chǎn)品.8）來源廣：酶制劑不僅可利用微生物發(fā)酵制得，也可以從動(dòng)植物中提取，目前已經(jīng)有300多個(gè)品種.9）費(fèi)用低：不僅設(shè)備投資低，發(fā)揮作用塊，就是酶的用量，相對(duì)于作用的底物來講也是很少的，因此各項(xiàng)費(fèi)用都低.10）綜合利用：對(duì)于同種原料，可以利用各種酶的作用生產(chǎn)不同產(chǎn)品，使原料得以充分利用，降低成本，增加效益.11）污染低：一般使用的酶量低，在酶的反應(yīng)過程中通常不需要?jiǎng)e的添加物，而需要調(diào)節(jié)的酸度pH范圍也不大，因此不會(huì)因酶制劑使加工廢水增加BOD（生物好氧量）和COD（化學(xué)好氧量）.三、酶的化學(xué)本質(zhì)

1、酶是一種蛋白質(zhì)，主要由氨基酸構(gòu)成，具有兩性電解質(zhì)的性質(zhì)蛋白質(zhì)的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。

2、紫外線、熱、表面活性劑、重金屬鹽以及酸堿變形劑等能使蛋白質(zhì)變形和失活。

3、酶本身能被水解蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)水解酶分解而喪失活力。不同之

4、酶蛋白酶和其他蛋白質(zhì)處，它有活性中心?；钚灾行氖怯傻鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)決定的，破壞酶的活性中心和酶蛋白的結(jié)構(gòu)，都會(huì)導(dǎo)致酶的失活。

四、影響酶反應(yīng)的因素1、溫度的影響：溫度對(duì)酶的影響有兩個(gè)。1.1提高溫度可以加速催化，一般而言，溫度每升高10℃，反應(yīng)速度可以提高1－2倍，溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響通常用溫度系數(shù)Q10表示

Q10

＝（t℃+10℃)時(shí)的反應(yīng)速度/t℃時(shí)的反應(yīng)速度1.2當(dāng)溫度升高到酶的變形溫度時(shí)，完成了酶的變形過程。2、pH的影響

pH對(duì)酶的影響非常大，在一定的pH下，酶的反應(yīng)可以達(dá)到最大值，這一pH叫酶的最適pH，高于或低于這一pH，酶的反應(yīng)速度都會(huì)降低，甚至是失活。在實(shí)際生產(chǎn)中，要嚴(yán)格控制pH。pH對(duì)酶的變形是不可逆的.3、激活劑和抑制劑能增加酶促反應(yīng)速度的物質(zhì)都稱為激活劑。無機(jī)離子K+、Ca+和具有蛋白質(zhì)分子大小的物質(zhì)等。工業(yè)中常用的是CaCl2.

能與酶的活性部位結(jié)合，引起酶促反應(yīng)速度下降的物質(zhì)成為抑制劑.4、蛋白水解酶因?yàn)楹芏辔⑸锒寄墚a(chǎn)生蛋白水解酶，能夠開裂酶蛋白上的肽鏈，從而使酶失活。5、底物濃度一般來說，初濃度與底物濃度成正比。食品工業(yè)中，為縮短時(shí)間，一般用過量的底物在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的反應(yīng)速度。6、酶濃度一般來說，反應(yīng)速度與酶濃度成直線正比關(guān)系，但在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮成本等綜合效益。7、作用時(shí)間實(shí)際生產(chǎn)中，酶的使用量與酶的作用時(shí)間是成反比的，即作用時(shí)間越長(zhǎng)，酶的相對(duì)使用量就少。8、工藝及設(shè)備情況酶的作用效果在實(shí)際生產(chǎn)中跟與之配套的工藝及設(shè)備情況密切相關(guān)，要配上合適的工藝及與之配套的設(shè)備。五、酶制劑工業(yè)的發(fā)展我國(guó)酶制劑工業(yè)發(fā)展歷史：1965年無錫酶制劑廠應(yīng)用BF-7658淀粉酶1979年進(jìn)行糖化酶生產(chǎn)，在白酒，酒精行業(yè)推廣2709堿性蛋白酶在洗滌劑行業(yè)應(yīng)用，使酶洗衣粉風(fēng)行166中性蛋白酶在毛皮制革汗液推廣，提高了質(zhì)量和效率1993無錫廠引進(jìn)耐高溫淀粉酶，開始了雙酶法技術(shù)1998年，國(guó)外酶制劑建廠，高質(zhì)量、高純度、新型酶六、采用酶法糖化的區(qū)別

1、定義：

發(fā)酵工業(yè)：以淀粉或糖質(zhì)為原料，通過微生物發(fā)酵、提取、精制而獲得產(chǎn)品的工業(yè).2、不同水解方法對(duì)比：淀粉轉(zhuǎn)化為糖的方法主要有：酸法、酸酶法、酶酸法、雙酶法、全酶法等。不同方法的比較主要是：

項(xiàng)目方法酶法酶酸法酸法葡萄糖DE值989590葡萄糖DX值979386糖液透光％957555淀粉對(duì)糖轉(zhuǎn)化率％989590工藝條件/耗能溫和/少加壓溫高/多加壓溫高/多副產(chǎn)物少中多生產(chǎn)周期長(zhǎng)中短設(shè)備要求和規(guī)模大/一般中/中小/高原料使用情況可使用粗原料中淀粉是否有否利于下游有利中不利七、淀粉糖工業(yè)用酶制劑的品種、性能及生產(chǎn)技術(shù)1、淀粉糖工業(yè)用酶制劑品種淀粉糖工業(yè)常用的酶制劑有：α－淀粉酶（液化酶）、β－淀粉酶（1,4麥芽糖苷酶）、糖化酶、普魯蘭酶（低pH、熱穩(wěn)定脫支酶）、異淀粉酶、異構(gòu)酶等。2、淀粉糖工業(yè)主要產(chǎn)品及酶制劑品種第二節(jié)淀粉糖主要酶制劑介紹一、α－淀粉酶(α-Amylase)：

α－淀粉酶：是指能夠任意從淀粉分子內(nèi)部切開α－1，4糖苷鍵而起液化作用的一類酶，在淀粉酶的作用下，淀粉分子迅速降解，粘度迅速下降，失去碘的成色反應(yīng)，同時(shí)水解物的還原力增強(qiáng)，水解產(chǎn)生糊精及少量葡萄糖和麥芽糖。

1、α－淀粉酶的一般性質(zhì)1）溫度的影響：淀粉糖工業(yè)中應(yīng)用較多的是由芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌所產(chǎn)的耐熱α－淀粉酶。在淀粉進(jìn)行噴射液化時(shí)，耐高溫淀粉酶在高溫下非常穩(wěn)定，液化迅速快捷、完全徹底。耐高溫α－淀粉酶的最適溫度為95～100℃2）pH值的影響：不同酶有不同的最適pH,一般的淀粉酶在5.2～8.0穩(wěn)定。耐高溫α－淀粉酶在淀粉糖和味精生產(chǎn)中一般控制在5.4～6.2.3）鈣離子濃度的影響α－淀粉酶是一種金屬酶，1分子芽孢桿菌α－淀粉酶中含有一個(gè)原子鈣，鈣起著保持酶分子有最適構(gòu)象的作用，是維持最大活性與穩(wěn)定性所必須。一般的酶需要150mg/Kg.

目前，已經(jīng)開發(fā)出對(duì)鈣離子需求很少的新型α－淀粉酶，只需50～70mg/Kg，自來水中殘留的鈣離子濃度已經(jīng)足矣。4）酶添加量的影響

加酶量將根據(jù)原料種類和不同行業(yè)、工藝特點(diǎn)、最終目的、底物的濃度等決定的。淀粉糖生產(chǎn)中的用量為0.5～0.7%(5~8u/g)，而啤酒行業(yè)上一般為0.25～0.3%(2.5~4u/g).5）α－淀粉酶的水解產(chǎn)物

不同種類的淀粉酶的淀粉水解產(chǎn)物是不同的，一般來說，相對(duì)分子量越小的底物和分支越多的底物越難水解,水解產(chǎn)物一般是C1~C7的系列低聚糖。

6）耐高溫α－淀粉酶的特殊效果①大多數(shù)情況下，不需加入鈣離子等而表現(xiàn)良好。②熱穩(wěn)定型良好。③低pH的穩(wěn)定性，從而減少了龍膽二糖的生成，且減少了色素物質(zhì)的形成和精煉的費(fèi)用。④減少整個(gè)操作過程費(fèi)用。7）a－淀粉酶實(shí)圖二、淀粉葡萄糖苷酶(glucoamylase)

1、定義：淀粉葡萄糖苷酶通常叫做葡萄糖糖化酶，它是用來從液化淀粉中生產(chǎn)葡萄糖，又稱為Υ－淀粉酶。

2、酶的作用方式：該酶是一種外切型酶，能夠從淀粉分子非還原端依次水解α－1，4鍵，切下葡萄糖單位。酶活力：指在40℃，pH4.6情況下，1小時(shí)內(nèi)分解可溶性淀粉產(chǎn)生1mg葡萄糖的酶量為1個(gè)活力單位（1u）。3、糖化活力曲線圖4、工藝控制

酶添加量：一般添加量為0.5～1.3kg/t干淀粉物質(zhì)，但與具體的工藝和設(shè)備有關(guān)系。

pH：一般控制4.0～4.4。

溫度：一般控制58～62℃。5、諾維信耐糖化酶實(shí)圖三、β－淀粉酶(β-Amylase)

1、定義：

它是一種外切酶，作用于淀粉時(shí)，從非還原性末端一次切開α－1，4鍵，生成麥芽糖，與此同時(shí)C1從α變成了β型。主要用于飴糖、啤酒行業(yè)中。

2、β－淀粉酶特性1）作用方式：從淀粉分子的非還原端依次間隔地切開a－1，4鍵，而遇到a－1，6鍵時(shí)則受阻。因此作用于直鏈淀粉時(shí)的產(chǎn)物為麥芽糖，作用于支鏈淀粉時(shí)通常只能得到50～65％的麥芽糖，殘留下了40％左右的極限糊精。2）β－淀粉酶純正，無雜酶作用于可溶性淀粉，經(jīng)紙上層析，麥芽糖斑十分明顯，無葡萄糖痕跡，麥芽三糖僅有微量痕跡。3）β－淀粉酶的工藝要求熱穩(wěn)定性：比較差，一般在65℃上就迅速失活溫度：最適溫度55～60℃pH：作用范圍5～7.5，最適PH為6.8～7.0用量：100～200u/g鈣離子：對(duì)酶的穩(wěn)定性有減弱作用四、脫支酶(Debranchingenzyme)1、定義：是水解支鏈淀粉或糖原大分子化合物的1，6糖苷鍵的酶。它切開分支點(diǎn)1，6鍵而使整個(gè)側(cè)支切下成為短直鏈糊精，以利于β－淀粉酶的作用。2、分類：包括普魯蘭酶和異淀粉酶1）普魯蘭酶普(pullulanase)：是一種低pH值下的熱穩(wěn)定性脫支酶，它能切斷支鏈淀粉的1，6糖苷鍵和完全切斷普魯蘭糖，但對(duì)于糖原等動(dòng)物性淀粉則不起作用。它通常與糖化酶一起使用，可由液化淀粉糖漿來生產(chǎn)高葡萄糖漿和高麥芽糖漿。這是一種由基因改造的酶。工藝參數(shù)：pH最優(yōu)4.0～5.0；溫度最優(yōu)55～65℃。2）異淀粉酶(Isoamylase)

該酶可以切開支鏈淀粉的a－1，6糖苷鍵，從而切斷整個(gè)側(cè)支，形成長(zhǎng)短不一的直鏈糊精，它往往與α－淀粉酶、β－淀粉酶、糖化酶一起使用，協(xié)同其他酶一起生成麥芽低聚糖和液體葡萄糖等。五、固定化葡萄糖異構(gòu)酶1、定義：該酶是一種經(jīng)過基因工程改造的酶，可以催化D－葡萄糖生成D－果糖異構(gòu)化反應(yīng)。2、工藝參數(shù)：底物葡萄糖漿93％，干物質(zhì)40～50％溫度54～62℃pH7.5～8.0激活因子Mg2+36mg/kg;so2110mg/kg3、典型特征：活力：140～250GIGIC/g（最低）顆粒粒徑：300～1200μm

外觀茶色到棕色，自由流動(dòng)的顆粒

1個(gè)GIGIC是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，催化速度為每分鐘1mmol，把葡萄糖異構(gòu)化成44％的果糖所需的酶量。條件為40％葡萄糖、溫度60℃、Ph7.5。4、該酶的活力隨時(shí)間而衰減，速率與底物的pH、溫度和底物的濃度等有關(guān)。在操作溫度下，葡萄糖異構(gòu)化酶可能發(fā)生氧化而導(dǎo)致活力損失。因此，底物要脫氧，一般是采用添加焦亞硫酸鈉或二氧化硫來減少氧化。5、異構(gòu)化的底物葡萄糖濃度應(yīng)在93％以上，干物量在40～50％。6、該酶是金屬酶，因此需要鎂離子來激活，一般添加七水硫酸鎂和偏亞硫酸鈉。濃度應(yīng)該在葡萄糖底物的測(cè)量值內(nèi)，即Mg2+36mg/kg、SO2110mg/kg。7、為方便運(yùn)輸，該酶是以干粒運(yùn)輸?shù)?。這些顆粒在使用前必須水化膨脹。六、麥芽低聚糖的生成酶1、定義：麥芽低聚糖是低聚糖的一種，