果胶酶讲解

葡萄糖异构酶从以下六个方面来了解和认识：1.酶的催化特性和来源2. 酶的功能用途3. 酶的结构和理化性质4. 酶的生产方法和提取纯化工艺5. 酶制剂在生产中的应用6. 该酶制剂的发展趋势一、酶的催化特性和来源•葡萄糖异构酶又称木糖异构酶，它可以催化D-木糖、D-葡萄糖，D-核糖等醛糖转化为相应的酮糖。

•目前为止，发现的产酶菌为细菌和放线菌，还有少量的米曲霉和酵母中。

1、催化特性由于葡萄糖异构化为果糖具有重要的经济意义，因此工业上习惯将D-木糖异构酶称为葡萄糖异构酶。

该酶一般只能催化C2与C4羟基为顺式的戊糖和己糖异构化，即只能催化D-木糖、D-核糖和D-葡萄糖异构化为对应的酮糖大多数微生物该酶是胞内酶，可以直接利用细胞进行异构化反应，但也有一些微生物可以产生胞外酶，因菌种菌龄培养条件而异。

2、来源细菌•主要是乳酸杆菌，如短乳杆菌、发酵乳杆菌、盖氏乳杆菌、李氏乳杆菌、甘露醇乳杆菌、产气气杆菌、阴沟气杆菌、果聚糖气杆菌、凝结芽孢杆菌、嗜热芽胞脂肪杆菌等。

放线菌•主要是链霉菌和诺卡菌，如白色链菌、包氏链霉菌、多毛链霉菌、黄微绿链霉菌、橄榄色链霉菌、秀红链霉菌、委内瑞拉链霉菌、达氏诺卡菌等。

•还有密苏里游动放线菌其他•米曲霉•酵母菌密苏里游动放线菌胞内酶达95%以上，嗜热放线菌M1033的胞外异构酶达99%，我国7号淀粉酶链霉菌M1033菌株也可以产生胞外葡萄糖异构酶。

生产葡萄糖异构酶的微生物分为诱导型需要木糖作为诱导剂组成型不添加木糖，是工业生产发展的方向二、酶的功能用途1. 将葡萄糖异构化为高果糖浆，味道纯正，具有较强保温性、着色性和防腐性，营养价值较高2. 可不经消化直接被肠胃吸收，果糖的代谢不受胰岛素调节，糖尿病人可以利用。

3. 是饮料、糕点等食品工业的理想用糖，在蜂蜜中含量最为丰富，它的甜度约为蔗糖的1.2-1.8倍。

4. 目前在全国范围内各国都大力发展果葡糖浆和结晶果糖的生产三、酶的结构和理化性质•淀粉的浆液经过α-淀粉酶的催化作用，可以形成糊精，糊精经过糖化酶的催化作用形成葡萄糖，葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化作用下，分子的结构变化，这叫做G的异构化，G经异构化就形成了果糖，如果把果葡糖浆中的果糖和葡萄糖分离开来，经分离出来的葡萄糖再次进行异构化，并且如此反复多次，最后的混合物中果糖的含量可以达到70%-90%，这样的混合物就叫做高果糖浆。

葡萄糖异构酶的理化性质1.热稳定性2.底物专一性3.金属离子的影响4.最适pH值和温度该酶能催化D2葡萄糖至D2果糖的异构化反应，它是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆的关键酶，且该酶可将木聚糖异构化为木酮糖，再经微生物发酵生产乙醇。

四、酶的生产方法和提取工艺1、酶的生产菌种的选择2、酶的发酵条件3、主要菌种工艺介绍4、酶的筛选1、生产菌种的选择•产生该酶的异构物很多，但适合于工业生产的菌种并不多。

目前工业上主要采用的菌种有暗色产色链霉菌、凝结芽孢杆菌、橄榄色链霉菌、密苏里游动放线菌以及节杆菌等•多数微生物的葡萄糖异构酶为诱导型，需要木糖的诱导，当有葡萄糖时异构酶的产生受到抑制，可诱变选育抗葡萄糖分解代谢阻遏物的突变株获得组成型突变株，以提高酶产量。

2、发酵条件1.胞内外酶的分布和酶的稳定化2.碳源3.氮源4.金属离子5.pH6.培养温度和时间7.通风量（1）碳源•多数野生型菌株需要木糖诱导产酶。

木二糖的诱导力更强，特别是与木糖共存时，诱导产酶的效果更好。

•G是组成型酶生产菌种常用的碳源，但是G异构酶的产生也受到G分解代谢阻遏物的调节，一般是在G耗尽之后开始产酶。

•此外，可以作为碳源的还有果糖、蔗糖、甜菜糖蜜、淀粉、阿拉伯糖、山梨糖与甘油、乳糖。

（2）氮源•胨、玉米浆、酪蛋白水解物、大豆粉、肉粉等有机氮均是生产G异构酶良好的氮源。

•不同形式的铵盐，对不同菌株的效果不同。

（3）金属离子•不同菌株对金属离子依赖性不同•主要对其有重要作用的离子有：Cu2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Co2+、Mg2+（4）pH•生产异构酶的培养基初始pH在中性附近，当培养基组成不同时，同一菌株的最适pH也不同。

（5）培养基温度和时间•链霉菌为24~30，密苏里游动放线菌29~33，高温放线菌要求45，嗜热脂肪、凝结芽孢杆菌需要50~60,。

•中温菌一般培养24~28h可达到产酶高峰，嗜热菌在较短时间可达到高峰。

（6）通风量•链霉菌发酵时，强烈的通风搅拌能促进生长与产酶，通风强弱可影响链霉菌内外酶的分布。

•凝结芽孢杆菌是碱性微生物，在氧成为限制因子时，可以提高产酶。

•限制断乳杆菌氧的供应可促进产酶，强烈的通风，不利于生长和酶的合成。

（7）胞内外酶的分布和酶的稳定化•不同菌株产生的胞内外酶的比例不同，同时也受培养条件、菌龄的影响。

•可以低温保存，但在-20℃冰冻可使之顷刻失活。

3、主要生产菌种工艺介绍1.密苏里游动放线菌G异构酶生产2.乳酸杆菌G异构酶生产3.嗜热放线菌G异构酶生产4.链霉菌G异构酶生产不同菌对培养基和发酵工艺要求不同，但都有相似的过程。

培养基斜面培养基种子培养基发酵培养基发酵工艺斜面菌种培养种子培养发酵罐培养4、酶的筛选酶的提取：盐溶液提取法、碱溶液提取法、有机溶剂提取法提取首先破碎细胞，然后过滤、离心，逐步逐级分离，浓缩分离纯化分子筛，DEAE-FF，透析固定载体结合，交联法，包埋法五、酶制剂在生产中的应用1.是工业上大规模以淀粉制备高果糖浆的关键酶2.高果糖浆的应用领域主要是食品工业、医药和饮食业3.该酶的另一重要潜在应用在于半纤维素资源的开发六、酶制剂的发展趋势随着人民生活水平提高和国内饮料工业的迅速发展，中国成为高果糖浆发展潜力最大的国家。

目前我国高果糖浆的潜在销售市场为150万吨干基，从长远观点来看，高果糖浆将成为我国一个新的主要糖原，根本解决我国的糖原问题。

基因重组G异构酶的产业化将促进高果糖浆工业的发展并带来极大的经济效益。

若能用葡萄糖异构酶使木糖异构化为木酮糖，则可供酿酒酵母发酵产生酒精，其经济价值不言而喻。

【补充】：一、该酶的应用1、秸秆还田中，水解液中D-木糖约占水解液的30%,不可被普通酵母直接发酵利用,葡萄糖异构酶能使D-木糖异构为木酮糖。

2、血清6-磷酸葡萄糖异构酶应用于类风湿关节炎临床诊断。

3、在鱼体内的GPI能抑制鱼糜的凝胶劣化，其他来源的GPI与RA(类风湿关节炎)、消化道癌症、红斑狼疮诊断指标和药物治疗研究也有紧密的联系。

4、木糖异构酶的另一重要潜在应用在于可再生半纤维素资源的开发。

半纤维素占植物成分的20％～30％，大部分为木糖聚合物，木糖经异构化后得木酮糖，后者能为酿酒酵母发酵产生酒精。

酒精是一种环保燃料，可替代有限的能源石油。

5、木糖是除葡萄糖外自然界中含量最为丰富的单糖之一。

其广泛存在于可再生的木质纤维素材料中，如农副产品及林产业的木质废弃物，以及以农产、林产品为原料的工业如造纸厂废弃物中。

当前随着能源危机和环境污染的日益严重，对再生资源的利用已受到广泛的关注，其中对木糖的利用，也成为热点之一。

二、用嗜热放线菌生产固定化葡萄糖异构酶的方法：第一步：把嗜热放线菌放在含有淀粉、硝酸钾、硫酸镁、氯化钠、磷酸氢二钾、硫酸亚铁的培养基上高温培养。

第二步：把前一步得到的嗜热放线菌放在含有麸皮、豆饼、硫酸镁、磷酸氢二钾、氯化钴的培养基上通气高温培养种子。

第三步：把种子放入发酵罐内，用含有麸皮、豆饼、硫酸镁、磷酸氢二钾、氯化钴的培养基上通气高温发酵。

第四步：把前一步得到的发酵液过滤，得清发酵液。

第五步：使清发酵液中的酶固定在载体上。

三、高果糖浆的生产生产高果糖浆的原料是葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来的。

生产高果糖浆的基本过程是，含淀粉的浆液经过α-淀粉酶的催化作用，可以形成糊精；糊精经过糖化酶的催化作用形成葡萄糖；葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化作用下，分子的结构发生变化，这叫做葡萄糖的异构化。

葡萄糖经过异构化，就形成了果糖。

葡萄糖异构酶在60～70℃时催化效率最高时，葡萄糖的转化率可达到53.5%～56.5%，此反应需经较长时间达到反应平衡，因此在实际的催化反应上一次只能将45%左右的葡萄糖转化为果糖形成果葡糖浆。

生产上为获取甜度更大的高果糖浆，通常会将混合物中的葡萄糖分离出来，反复进行异构化生成果糖从而提高混合糖浆中的果糖含量。

1、生产工艺流程果葡糖浆生产工艺流程如图6—12所示：a-淀粉酶葡萄糖淀粉酶↓↓淀粉→调浆(淀粉乳)→液化(DE值15～20) →液化(DE值96～98) →脱色→压葡萄糖异构酶↓滤→离子交换→初浓缩(42％～45％) →异构化→脱色离子交换→再浓缩→高果糖浆(果糖42％，葡萄糖53％)2、糖化液化液调节pH值4．O～4．5，加入葡萄糖淀粉酶80～100 u／g淀粉，控制温度60℃，糖化48～72 h，DE值达96～98时，加热至90℃10 min，使糖化酶活性破坏，糖化反应终止。

3、脱色、压滤、离子交换、浓缩等工序与前淀粉糖浆同。

4、异构化固定化葡萄糖异构酶制备过程如下：①产酶菌种及培养条件：异构酶属于胞内酶，使葡萄糖进行异构化反应，在温度55～65℃、pH值7．0～8．5的最适条件下，其转化率可达50％，但不同菌种的异构酶性质能力不同，所以须选用产酶量高、转化力强的菌株为优。

日本选用从土壤微生物中分离出白色链霉菌，丹麦NOVO酶制剂公司选用凝结芽孢杆菌，江苏食品发酵研究所选用玫瑰暗色链霉菌，经通气培养均获得高酶量用于生产。

白色链霉菌培养条件：麸皮3％、玉米浆2％、CoCl z·6HzO O．024％，pH 值7．0，30℃下通气培养25～30 h，产酶量最高。

玫瑰暗色链霉菌培养：麸皮4％，玉米粉1％，豆饼粉1．2％，硫酸镁0．1％，磷酸氢二钾0．1％，二氯化钴O．01％，pH值7．O，29～30℃通气培养30 h，产酶高峰。

②固定化异构酶制备：葡萄糖异构酶为水溶性酶，在异构化反应过程中，虽本身基本上不起质量消失作用，但可游离于反应底物中不能回收。

固定化后变成水不溶性酶，称固相酶，可以连续使用直至失活，而且酶的热稳定性及pH值适应性在微环境中均有提高。

固定方法有包埋法、吸附法和共价交联法等等，所用的载体有明胶、树脂、纤维素、多孔陶瓷以及多孔高分子有机化合物等。

③葡萄糖液配制：精制葡萄糖液配成42％～45％(干物质计)，透光率90以上，然后添加MgSO；2．5 x 10。

mol／L(每吨葡萄糖液约用0．62 kg)、NaHSOs 5×10。

mol／L(每吨葡萄糖液约用o．25 kg)，用NaOH调整pH值7．5～8．5，温度60～65℃。

④异构化反应：葡萄糖异构化是在反应器中进行，分分批法与连续法反应。

a．分批法反应：糖液与固相酶混合盛保温反应桶中，控温60C左右，在搅拌条件下使糖液与固定化异构酶充分接触产生反应，一般约经20 h，异构率可达45％。