课题三 淀粉糖品生产用酶制剂.

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1 课题三 淀粉糖品生产用酶制剂

2 基本内容: 淀粉糖工业常用酶制剂的种类 淀粉糖工业常用酶制剂的性质 淀粉糖工业常用酶制剂的生产技术 基本要求: 了解淀粉糖工业常用酶制剂的种类,性能及其生产技术

3 第一节 酶制剂概述 一、定义 酶是细胞原生质合成的一类具有高度催化活性的特殊蛋白质，它是由许多氨基酸组成，成为生物催化剂。
第一节 酶制剂概述 一、定义 酶是细胞原生质合成的一类具有高度催化活性的特殊蛋白质，它是由许多氨基酸组成，成为生物催化剂。 酶制剂是指通过采取适当的物理化学方法，将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来，加工成具有一定纯度标准的生化制品。

4 二、酶制剂的应用和特性 1、酶制剂的应用 酶制剂工业发展迅速，应用领域扩大、应用技术提高，生产水平提高。2000年酶制剂产量已经达到24万吨，品种也达到了30个以上。酶制剂再科研和生产中占有重要地位，已经广泛的应用在：蛋白质工业、淀粉糖工业、烘培工业、果蔬加工、奶制品工业、味精、纺织、洗涤剂、饲料、有机酸等方面。 目前中国最大的酶制剂厂家是：天津丹麦诺维信公司合资厂、无锡杰能科酶制剂厂。 酶制剂发展方向：高活性、高纯度、高质量

5 3）作用条件温和：能在常温常压下进行酶的催化作用，有利于简化设备、降低成本.
2、酶制剂的特点 1）催化效率高：由于酶所催化所需要的活化能较低，所以催化效率远高于化学催化剂，一般来说，催化效率可以提高108～1020倍. 2）专一性强：酶对作用底物有严格的专一性. 3）作用条件温和：能在常温常压下进行酶的催化作用，有利于简化设备、降低成本. 4）收得率高：以淀粉作为原料，酶法水解比酸法水解淀粉转化率高6～8％.

6 5）纯度高：由于酶的专一性强，与原料中杂质不作用，故不会有副作用，产品纯度高.
6）符合食品要求：食品酶制剂符合联合国等卫生组织的要求，无毒无害，对细菌等有害菌和有害物质要求严格，符合食用标准. 7）操作方便：可以根据各种酶的特性，控制工艺参数，可以生产不同产品. 8）来源广： 酶制剂不仅可利用微生物发酵制得，也可以从动植物中提取，目前已经有300多个品种. 9）费用低：不仅设备投资低，发挥作用块，就是酶的用量，相对于作用的底物来讲也是很少的，因此各项费用都低.

7 10）综合利用：对于同种原料，可以利用各种酶的作用生产不同产品，使原料得以充分利用，降低成本，增加效益
10）综合利用：对于同种原料，可以利用各种酶的作用生产不同产品，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，在酶的反应过程中通常不需要别的添加物，而需要调节的酸度pH范围也不大，因此不会因酶制剂使加工废水增加BOD（生物好氧量）和COD（化学好氧量）.

8 三、酶的化学本质 1、酶是一种蛋白质，主要由氨基酸构成，具有两性电解质的性质蛋白质的一、二、三、四级结构。 2、紫外线、热、表面活性剂、重金属盐以及酸碱变形剂等能使蛋白质变形和失活。 3、酶本身能被水解蛋白质的蛋白质水解酶分解而丧失活力。不同之 4、酶蛋白酶和其他蛋白质处，它有活性中心。活性中心是由蛋白质结构决定的，破坏酶的活性中心和酶蛋白的结构，都会导致酶的失活。

9 四、影响酶反应的因素 1、温度的影响：温度对酶的影响有两个。 1.1提高温度可以加速催化，一般而言，温度每升高10℃，反应速度可以提高1－2倍，温度对酶反应速度的影响通常用温度系数Q10 表示 Q10 ＝（t ℃ +10 ℃ )时的反应速度/ t ℃ 时的反应速度 1.2当温度升高到酶的变形温度时，完成了酶的变形过程。

10 2、pH的影响 pH对酶的影响非常大，在一定的pH下，酶的反应可以达到最大值，这一pH叫酶的最适pH，高于或低于这一pH，酶的反应速度都会降低，甚至是失活。在实际生产中，要严格控制pH。 pH对酶的变形是不可逆的. 3、激活剂和抑制剂 能增加酶促反应速度的物质都称为激活剂。无机离子K+、Ca+ 和具有蛋白质分子大小的物质等。工业中常用的是CaCl2. 能与酶的活性部位结合，引起酶促反应速度下降的物质成为抑制剂.

11 4、蛋白水解酶 因为很多微生物都能产生蛋白水解酶，能够开裂酶蛋白上的肽链，从而使酶失活。 5、底物浓度 一般来说，初浓度与底物浓度成正比。食品工业中，为缩短时间，一般用过量的底物在短时间内达到最大的反应速度。 6、酶浓度 一般来说，反应速度与酶浓度成直线正比关系，但在实际生产中，要考虑成本等综合效益。

12 7、作用时间 实际生产中，酶的使用量与酶的作用时间是成反比的，即作用时间越长，酶的相对使用量就少。 8、工艺及设备情况 酶的作用效果在实际生产中跟与之配套的工艺及设备情况密切相关，要配上合适的工艺及与之配套的设备。

13 五、酶制剂工业的发展 我国酶制剂工业发展历史： 1965年无锡酶制剂厂应用BF-7658淀粉酶
1979年进行糖化酶生产，在白酒，酒精行业推广 我国酶制剂工业发展历史： 2709碱性蛋白酶在洗涤剂行业应用，使酶洗衣粉风行 166中性蛋白酶在毛皮制革汗液推广，提高了质量和效率 1998年，国外酶制剂建厂，高质量、高纯度、新型酶 1993无锡厂引进耐高温淀粉酶，开始了双酶法技术

14 发酵工业：以淀粉或糖质为原料，通过微生物发酵、提取、精制而获得产品的工业.
六、采用酶法糖化的区别 1、定义： 发酵工业：以淀粉或糖质为原料，通过微生物发酵、提取、精制而获得产品的工业. 2、不同水解方法对比： 淀粉转化为糖的方法主要有：酸法、酸酶法、酶酸法、双酶法、全酶法等。不同方法的比较主要是：

15 项目 方法 酶法 酶酸法 酸法 葡萄糖DE值 98 95 90 葡萄糖DX值 97 93 86 糖液透光％ 75 55 淀粉对糖转化率％
项目 方法 酶法 酶酸法 酸法 葡萄糖DE值 98 95 90 葡萄糖DX值 97 93 86 糖液透光％ 75 55 淀粉对糖转化率％ 工艺条件/耗能 温和/少 加压温高/多 副产物 少 中 多 生产周期 长 短 设备要求和规模 大/一般 中/中 小/高 原料使用情况 可使用粗原料 淀粉 是否有否利于下游 有利 不利

16 七、淀粉糖工业用酶制剂的品种、性能及生产技术
1、淀粉糖工业用酶制剂品种 淀粉糖工业常用的酶制剂有：α－淀粉酶（液化酶）、β－淀粉酶（1,4麦芽糖苷酶）、糖化酶、普鲁兰酶（低pH、热稳定脱支酶）、异淀粉酶、异构酶等。 2、淀粉糖工业主要产品及酶制剂品种

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18 第二节 淀粉糖主要酶制剂介绍 一、α－淀粉酶(α-Amylase)：
第二节 淀粉糖主要酶制剂介绍 一、α－淀粉酶(α-Amylase)： α－淀粉酶：是指能够任意从淀粉分子内部切开α－1，4 糖苷键而起液化作用的一类酶，在淀粉酶的作用下，淀粉分子迅速降解，粘度迅速下降，失去碘的成色反应，同时水解物的还原力增强，水解产生糊精及少量葡萄糖和麦芽糖。

19 1、α－淀粉酶的一般性质 1）温度的影响： 淀粉糖工业中应用较多的是由芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌所产的耐热α－淀粉酶。
在淀粉进行喷射液化时，耐高温淀粉酶在高温下非常稳定，液化迅速快捷、完全彻底。 耐高温α－淀粉酶的最适温度为95～100℃ 2）pH值的影响： 不同酶有不同的最适pH,一般的淀粉酶在5.2～8.0稳定。耐高温α－淀粉酶在淀粉糖和味精生产中一般控制在5.4～6.2.

20 3）钙离子浓度的影响 α－淀粉酶是一种金属酶，1分子芽孢杆菌α－淀粉酶中含有一个原子钙，钙起着保持酶分子有最适构象的作用，是维持最大活性与稳定性所必须。一般的酶需要150mg/Kg. 目前，已经开发出对钙离子需求很少的新型α－淀粉酶，只需50～70mg/Kg，自来水中残留的钙离子浓度已经足矣。

21 4）酶添加量的影响 加酶量将根据原料种类和不同行业、工艺特点、最终目的、底物的浓度等决定的。淀粉糖生产中的用量为0.5～0.7%(5~8u/g)，而啤酒行业上一般为0.25～0.3%( 2.5~4u/g).

22 5）α－淀粉酶的水解产物 不同种类的淀粉酶的淀粉水解产物是不同的，一般来说，相对分子量越小的底物和分支越多的底物越难水解,水解产物一般是C1~C7的系列低聚糖。

23 6）耐高温α－淀粉酶的特殊效果 ①大多数情况下，不需加入钙离子等而表现良好。 ②热稳定型良好。 ③低pH的稳定性，从而减少了龙胆二糖的生成，且减少了色素物质的形成和精炼的费用。 ④减少整个操作过程费用。

24 7）a－淀粉酶实图

25 二、淀粉葡萄糖苷酶(glucoamylase)
1、定义： 淀粉葡萄糖苷酶通常叫做葡萄糖糖化酶，它是用来从液化淀粉中生产葡萄糖，又称为Υ－淀粉酶。 2、酶的作用方式： 该酶是一种外切型酶，能够从淀粉分子非还原端依次水解α－1，4键，切下葡萄糖单位。 酶活力：指在40℃，pH4.6情况下，1小时内分解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖的酶量为1个活力单位（1u）。

26 3、糖化活力曲线图

27 酶添加量：一般添加量为0.5～1.3kg/t干淀粉物质，但与具体的工艺和设备有关系。
4、 工艺控制 酶添加量：一般添加量为0.5～1.3kg/t干淀粉物质，但与具体的工艺和设备有关系。 pH：一般控制4.0～4.4。 温度：一般控制58～62 ℃。

28 5、诺维信耐糖化酶实图

29 三、β－淀粉酶(β-Amylase) 1、定义：
它是一种外切酶，作用于淀粉时，从非还原性末端一次切开α－1，4键，生成麦芽糖，与此同时C1从α变成了β型。主要用于饴糖、啤酒行业中。

30 2、β－淀粉酶特性 1）作用方式：从淀粉分子的非还原端依次间隔地切开a－1，4键，而遇到a－1，6键时则受阻。因此作用于直链淀粉时的产物为麦芽糖，作用于支链淀粉时通常只能得到50～65％的麦芽糖，残留下了40％左右的极限糊精。 2） β－淀粉酶纯正，无杂酶作用于可溶性淀粉，经纸上层析，麦芽糖斑十分明显，无葡萄糖痕迹，麦芽三糖仅有微量痕迹。

31 3） β－淀粉酶的工艺要求 热稳定性：比较差，一般在65℃上就迅速失活 温度：最适温度55～60℃ pH：作用范围5～7.5，最适PH为6.8～7.0 用量：100～200u/g 钙离子：对酶的稳定性有减弱作用

32 四、脱支酶(Debranching enzyme)
1、定义：是水解支链淀粉或糖原大分子化合物的1，6糖苷键的酶。它切开分支点1，6键而使整个侧支切下成为短直链糊精，以利于β－淀粉酶的作用。 2、分类：包括普鲁兰酶和异淀粉酶 1）普鲁兰酶普(pullulanase)：是一种低pH值下的热稳定性脱支酶，它能切断支链淀粉的1，6糖苷键和完全切断普鲁兰糖，但对于糖原等动物性淀粉则不起作用。它通常与糖化酶一起使用，可由液化淀粉糖浆来生产高葡萄糖浆和高麦芽糖浆。这是一种由基因改造的酶。 工艺参数：pH最优4.0～5.0；温度最优55～65℃。

33 2）异淀粉酶(Isoamylase) 该酶可以切开支链淀粉的a－1，6糖苷键，从而切断整个侧支，形成长短不一的直链糊精，它往往与α－淀粉酶、β－淀粉酶、糖化酶一起使用，协同其他酶一起生成麦芽低聚糖和液体葡萄糖等。

34 五、固定化葡萄糖异构酶 1、定义：该酶是一种经过基因工程改造的酶，可以催化D－葡萄糖生成D－果糖异构化反应。 2、工艺参数： 底物
葡萄糖浆93％，干物质40～50％ 温度 54～62℃ pH 7.5～8.0 激活因子 Mg2+36mg/kg;so2110mg/kg

35 3、典型特征： 活力：140～250GIGIC/g（最低） 颗粒粒径：300～1200µm 外观茶色到棕色，自由流动的颗粒 1个GIGIC是指在标准条件下，催化速度为每分钟1mmol，把葡萄糖异构化成44％的果糖所需的酶量。条件为40％葡萄糖、温度60℃、Ph7.5。 4、该酶的活力随时间而衰减，速率与底物的pH、温度和底物的浓度等有关。在操作温度下，葡萄糖异构化酶可能发生氧化而导致活力损失。因此，底物要脱氧，一般是采用添加焦亚硫酸钠或二氧化硫来减少氧化。

36 5、异构化的底物葡萄糖浓度应在93％以上，干物量在40～50％。
6、该酶是金属酶，因此需要镁离子来激活，一般添加七水硫酸镁和偏亚硫酸钠。浓度应该在葡萄糖底物的测量值内，即Mg2+36mg/kg、SO2110mg/kg。 7、为方便运输，该酶是以干粒运输的。这些颗粒在使用前必须水化膨胀。

37 六、麦芽低聚糖的生成酶 1、定义： 麦芽低聚糖是低聚糖的一种，以直链分子为主，具有其他低聚糖相同的一些特性，能够提高钙离子的吸收能力等。
2、近年来研究制备麦芽三糖以上的麦芽低聚糖的淀粉酶比较活跃。此类酶作用于淀粉都是α型构型，所以应该规归类于α－淀粉酶。一般都采用耐高温淀粉酶和葡萄糖转苷酶及脱支酶等的交互作用，控制适当的温度和糖化时间来达到麦芽三至十糖的生产。

38 本章思考题 1、酶的定义和酶的特性是什么？ 2、α－淀粉酶和β－淀粉酶的定义是什么？ 3、影响酶反应的因素有哪些？
4、简述酶法糖化的意义是什么？ 5、钙离子对酶活力的作用是什么？ 6、普鲁兰酶的定义是什么？ 7、常用的淀粉糖酶制剂有哪些？