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1、年产2000吨糖化酶工艺设计论文一、绪言1.1糖化酶简介1.1.1糖化酶特性及性状葡萄糖淀粉酶又称γ一淀粉酶,简称糖化酶，是由一系列微生物分泌的，具有外切酶活性的胞外酶，是一种含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸的糖蛋白。一般真菌产生的糖化酶稳定性比酵母高,细菌产生的糖化酶耐高温性能优于真菌。一般糖化酶都具有较窄的pH值适应范围,但最适pH一般为4.5～6.5，糖化酶最适反应温度为40~60℃，糖化酶的等电点一般范围在pH3.7~7.4，这一性质具有种属特异性。糖化酶对底物的水解速率不仅取决于酶的分子结构,同时也受到底物结构及大小的影响，碳链越长,亲和性越大。糖化酶主要作用于a-1,4糖苷键,
2、对a-1,6和a-1,3糖苷键也具有活性作用。糖化酶对底物的亲和力,除了与酶本身的结构有关外,还与寡糖链本身的长度有关。因此，糖化酶在工业上有广泛的应用。糖化酶为米黄色粉末，液体糖化酶为棕黄色液体。其有效成分为水溶性的酶蛋白分子，在50℃以下较稳定，在50℃下保温2小时酶活性损失3%,60℃半小时以上，酶活性损失显著增加。在液体中，pH为3.5-4.5时，耐热性较强；pH2.5以下时，酶的耐热性最差。糖化酶制品随作用温度升高而活力增大，超过60℃时又随作用温度升高而获刑急剧下降，本品最适合作用温度为60℃，最适合pH在4.5左右。1.1.2糖化酶结构及作用机制糖化酶是一种含甘露糖、葡萄糖、半
3、乳糖和糖醛酸的糖蛋白。它的分子量为60000～100000。糖化酶是糖苷水解酶的一种,它一般由催化域(catalyticdomain,CD)、淀粉结合域(Starch-bindingdomain,SBD)及连接CD与SBD的O-糖基化连接域(O-glycosylatedlinkerdomain)组成。黑曲霉、泡盛曲霉和子囊菌酵母糖化酶的催化域构型类似,都有12股α-螺旋参与折叠成“桶状”结构[6]。淀粉结合域对糖化酶的功能有很大影响,如果缺失会让水解非水溶性底物的速度明显降低,而降解水溶性底物的速度不变。SBD上有两个结合位点,可以结合两分子的底物。SBD扭转了淀粉链的方向,使更多底物向催化
4、域中心靠近。糖化酶的连接域(Linkdomain)起连接CD与SBD的作用,连接域一般被O-糖基化修饰。糖化酶作用于淀粉、糊精、糖原分子的非还原型末端,依次切开α-1,4糖苷键,生成葡萄糖。糖化酶底物专一性较低,除了能从非还原性末端断裂α-1,4糖苷键外,也能水解α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键,但是相对水解速度较慢,水解α-1,6糖苷键的比速率仅为α-1,4糖苷键的0.2%。它们也能作用于支链淀粉的α-1,6键,但是速度也很慢,因此分解产物都是葡萄糖。糖化酶对淀粉的分解能力与酶活力、吸附性、解支能力、原料的性质、温度、pH等糖化工艺条件有关。底物的水解速率主要受底物分子的大小及结构的影响
5、,同时也受水解碳链序列中下一个键的影响。其底物亲和性与底物的碳链长度呈线性关系,碳链越长底物亲和力就越大;糖化酶所水解的底物分子越大其水解速度就越快,而且酶的水解速度还受到底物分子排列上的下一个键影响,邻近α-1,4链的α-1,6糖苷键较独立的α-1,6链更易被打开。1.1.3糖化酶的应用糖化酶用于以葡萄糖作发酵培养基的各种抗生素、有机酸、氨基酸、维生素的发酵；还大量用于生产各种规格的葡萄糖。它在食品生产中有广泛的应用。我国传统酿酒生产大多使用淀粉质原料,以曲为糖化剂,采用固态发酵法,但成本高,出酒率低。糖化酶的应用使粮醅入酵后发酵升温快,幅度大,提高原料的出酒率,缩短发酵周期。在湘泉浓香型
6、白酒的混蒸混烧工艺中添加糖化酶,结果发现有助于提高己酸乙酯的含量,抑制乙酸乙酯的生成,取得了产量与质量的双赢。在混蒸混烧工艺中添加糖化酶,在转型时可以明显缩短转型期,在生产中可以使酒醅发酵更彻底、更充分,提高出酒率。糖化酶应用于黄酒生产，出酒率高达92.06%,感官鉴定也得到了优。传统小曲酒的生产,通常是以传统小曲作为糖化剂,采用先培菌糖化后发酵工艺,有学者用糖化酶代替部分小曲作为发酵剂,同时对培菌糖化的时间、温度、用曲量进行了研究,对提高淀粉的利用率和小曲的产量均有增长。在啤酒生产上可以应用糖化酶,采用多温度段糖化工艺,提高了麦汁可发酵糖的比例,制成了风味独特的干啤酒。在食用醋生产中,应用
7、糖化酶可以解决企业自制酒母质量不稳定和夏季高温等生产难题,使食用醋生产正常进行。糖化酶在天然产物提取中也有一定的作用。因为皂素在植物中大多以糖苷的形式存在,游离的甙元极少,为了提高皂素的收率,可以在酸水解之前先对黄姜原料进行酶解,这样既可以减少酸用量,又能明显地提高皂素的收获率与质量。山药汁容易沉淀并有令人难以接受的臭味。针对这个问题有研究人员将山药干片先用水提取,然后再用酶水解,应用此工艺加工出来的山药汁,
