第九章 几种工业酶

（二）、糖化
在液化工序中，淀粉经α一淀粉酶水解成糊精 和低聚糖范围的较小分子产物，糖化是利用葡萄 糖淀粉酶进一步将这些产物水解成葡萄糖。纯淀 粉通过完全水解，会增重，每100份淀粉完全水 解能生成lll份葡萄糖，但现在工业生产技术还没 有达到这种水平。双酶法工艺的现在水平，每 100份纯淀粉只能生成105～108份葡萄糖，这是 因为有水解不完全的剩余物和复合产物如低聚糖 和糊精等存在。如果在糖化时采取多酶协同作用 的方法，例如除葡萄糖淀粉酶以外，再加上异淀 粉酶或普鲁蓝酶并用，能使淀粉水解率提高，且 所得糖化液中葡萄糖的百分率可达99％以上。
（二）工业生产
制备方法：以黑曲霉变异菌株经发酵制得 的高效生物催化剂。 1、菌种：黑曲霉变异菌株 2、种子制备 3、发酵 4、提取各制剂 （三）用途
（三）用途 主用作糖化剂
大米→浸泡→水洗→磨浆→调浆（加入淀 粉酶）→液化→压滤→糖化（加入糖化酶） →升温→压滤→精制→浓缩 a. 液体糖浆 b. 葡萄糖异构酶异构化→精制→浓缩→果 葡糖浆 c. 结晶→离心分离→干燥→结晶葡萄糖

达到最高的葡萄糖值以后，应当停止反 应，否则，葡萄糖值趋向降低，这是因为葡 萄糖发生复合反应，一部分葡萄糖又重新结 合生成异麦芽糖等复合糖类。这种反应在较 高的酶浓度和底物浓度的情况下更为显著。 葡萄糖淀粉酶对于葡萄糖的复合反应具有催 化作用。 糖化液在80℃，受热20 min，酶活力全部 消失。实际上不必单独加热，脱色过 程中即达到这种目的。活性炭脱色一般是在 80℃保持30 min，酶活力同时消失。
2 ） 高温液化法
将淀粉乳调节好pH值和钙离子浓度，加入 需要量的液化酶，用泵打经喷淋头引入液化桶中 约90℃的热水中，淀粉受热糊化、液化，由桶的 底部流出，进入保温桶中，于90℃保温约40 min 或更长的时间达到所需的液化程度。此法的设备 和操作都比较简单，效果也不差。缺点是淀粉不 是同时受热，液化欠均匀，酶的利用也不完全， 后加入的部分作用时间较短。对于液化较困难的 谷类淀粉(如玉米)，液化后需要加热处理以凝结 蛋白质类物质，改进过滤性质。在130℃加热液 化5～10 min或在150℃加热1～1．5 min。
第九章 几种工业酶制剂
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第一节 碳水化合物酶（一）
一、α -淀粉酶
(一）性能：无规则地水解淀粉内部的α -1，4糖苷 键，产物为葡萄糖、麦芽糖和糊精的混合物. 因

双酶法生产葡萄糖工艺的现在水平， 糖化2 d葡萄糖值达到95～98。在糖化的初 阶段，速度快，第一天葡萄糖达到90以上， 以后的糖化速度变慢。葡萄糖淀粉酶对于α 一1，6糖苷键的水解速度慢。提高用酶量 能加快糖化速度，但考虑到生产成本和复 合反应，不能增加过多。降低浓度能提高 糖化程度，但考虑到蒸发费用，浓度也不 能降低过多，一般采用浓度约30％。
无菌空气
发酵罐—→ ↓ 补料罐
热处理→粗酶制品 ↓ ← 硫酸铵 盐析 ↓ 硫酸铵废液 压滤 ↓ 干燥 ↓ 粉碎 ↓ 填充料 混粉—→成品 ↓ 标准化—→成品
ห้องสมุดไป่ตู้
二、葡萄糖淀粉酶（糖化酶）
（一）基本性能
又称淀粉葡萄糖苷酶，糖化淀粉酶，糖化酶，
γ-淀粉酶。淀粉酶的一种。可从淀粉分子的非还 原性末端依次切断α-1,4葡萄糖苷键，逐个生成葡 萄糖。也能水解支链淀粉中分支点的α-1,6葡萄糖 苷键，但水解速度较慢。
3 ） 喷射液化法
先通蒸气人喷射器预热到80～90℃，用位移 泵将淀粉乳打入，蒸气喷入淀粉乳的薄层，引起 糊化、液化。蒸气喷射产生的湍流使淀粉受热快 而均匀，黏度降低也快。液化的淀粉乳由喷射器 下方卸出，引入保温桶中在85～90℃保温约40 min，达到需要的液化程度。此法的优点是液化效 果好，蛋白质类杂质的凝结好，糖化液的过滤性 质好，设备少，也适于连续操作。马铃薯淀粉液 化容易，可用40％浓度；玉米淀粉液化较困难， 以27％～33％浓度为宜，若浓度在33 %以上，则 需要提高用酶量两倍。
二、精制和浓缩
淀粉糖化液的糖分组成因糖化程度而不 同，如葡萄糖、低聚糖和糊精等，另外还 有糖的复合和分解反应产物、原存在于原 料淀粉中的各种杂质、水带来的杂质以及 作为催化剂的酸或酶等，成分是很复杂的。 这些杂质对于糖浆的质量和结晶、葡萄糖 的产率和质量都有不利的影响，需要对糖 化液进行精制，以尽可能地除去这些杂质。
一、淀粉的酶液化和酶糖化工艺
淀粉糖的制造工艺
酶液化和酶糖化的工艺称为双酶法或全酶法
（一）酶液化 1 液化机理 液化使用α一淀粉酶，它能水解淀粉和其水解产物分子 中的α一1，4糖苷键，使分子断裂，黏度降低。α一淀粉酶 属于内酶，水解从分子内部进行，不能水解支链淀粉的α 一1，6葡萄糖苷键，当α一淀粉酶水解淀粉切断α一1，4 键时，淀粉分子支叉地位的α一1，6键仍然留在水解产物 中，得到异麦芽糖和含有α一1，6键、聚合度为3～4的低 聚糖和糊精。但α一淀粉酶能越过α一1，6键继续水解α一 1，4键，不过α一1，6键的存在，对于水解速度有降低的 影响，所以α一淀粉酶水解支链淀粉的速度较直链淀粉慢。 国内常用的α一淀粉酶有由芽孢杆菌BF一7658产的液化 型淀粉酶和由枯草杆菌产生的细菌糖化型α一淀粉酶以及 由霉菌产生的α一淀粉酶。因其来源不同，各种酶的性能 和对淀粉的水解效能亦各有差异。
（一）过滤 过滤就是除去糖化液中的不溶性杂质，目前普遍使用 板框过滤机，同时最好用硅藻土为助滤剂，来提高过滤 速度，延长过滤周期，提高滤液澄清度。一般采用预涂 层的办法，以保护滤布的毛细孔不被一些细小的胶体粒 子堵塞。 为了提高过滤速率，糖液过滤时，要保持一定的温 度，使其黏度下降，同时要正确地掌握过滤压力。因为 滤饼具有可压缩性，其过滤速度与过滤压力差密切相关。 但当超过一定的压力差后，继续增加压力，滤速也不会 增加，反而会使滤布表面形成一层紧密的滤饼层，使过 滤速度迅速下降。所以过滤压力应缓慢加大为好。不同 的物料，使用不同的过滤机，其最适压力要通过试验确 定。
二、 β -淀粉酶
（一）基体性能 外淀粉酶，作用于多糖的非还原端α -1， 4糖苷键，产物为麦芽糖（主要产物）和糊 精
四、脱支酶（R酶）
脱支酶是水解支链淀粉、糖原等大分子化合物中α 一1，6糖苷键的酶，脱支酶可分为直接脱支酶和 间接脱支酶两大类，前者可水解未经改性的支链淀 粉或糖原中的α一1，6糖苷键，后者仅可作用于经 酶改性的支链淀粉或糖原，这里仅讨论直接脱支酶。
根据水解底物专一性的不同，直接脱支酶 可分为异淀粉酶和普鲁蓝酶两种。异淀粉 酶只能水解支链结构中的α一1，6糖苷键， 不能水解直链结构中的α—l，6糖苷键；普 鲁蓝酶不仅能水解支链结构中的a一1，6糖 苷键，也能水解直链结构中的α-1，6糖苷 键，因此它能水解含α一1，6糖苷键的葡萄 糖聚合物。 脱支酶在淀粉制糖工业上的主要应用是和β 一淀粉酶或葡萄糖淀粉酶协同糖化，提高 淀粉转化率，提高麦芽糖或葡萄糖得率。
（二）真菌α—淀粉酶生产菌株诱变选育路线图谱 出发菌株～米曲霉2197 产酶148u/g ↓紫外线 突变株～米曲霉ZLA16 产酶324u/g ↓硫酸二乙酯 突变株～米曲霉ZLB35 产酶416u/g ↓钴60γ—射线 突变株～米曲霉ZLC06 产酶685u/g ↓微波 突变株～米曲霉ZLD14 产酶788u/g ↓亚硝酸 突变株～米曲霉ZLE09 产酶801u/g ↓离子束 突变株～米曲霉ZLF13 产酶946u/g
糖化酶是采用现代生物技术生产的生 物制剂。产品最适作用PH4.0-4.2，适宜于 PH范围PH3.5-5.0，最适作用温度58-60℃。 存在于霉菌、细菌、酵母中。常用的生产 菌是霉菌，如根霉、曲霉、拟内孢霉、黑 曲霉、红曲霉等。是一种应用广泛、生产 量最多和酶产品。用途：该产品广泛用于 生产白油、黄酒、酒精、啤酒、乳酸钙作 糖化剂；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。
产物的末端葡萄糖残基中C碳原子为α—构 形，故称为α—淀粉酶
一般α—淀粉酶在pH值为5.5—8.0时活性较 稳定，pH值小于4时，酶易失去活性．但有些 α—淀粉酶是偏酸性或偏碱性的，如黑曲酶生 产的α—淀粉酶最适合的pH值为4，在pH值为 2.5、温度为40℃时，处理30min后仍有一定的 活性，但在pH值为7、温度为55℃，处理 15min，α—淀粉酶几乎失活。而用米曲酶生产 的α—淀粉酶则相反，在pH值为7、温度为 55℃时，处理15min，酶活性无损失，但在pH 值为2.5时，酶的活性完全消失。 目前所用的α—淀粉酶主要有耐中温(60—70℃) 和耐高温(90-95℃)．根据酶反应动力学分析， 温度每升高10℃，反应速度提高1—2倍，故耐 高温。

糖化的温度和pH值决定于所用糖化酶制剂的 性质。曲霉一般用60℃，pH值4．O～4．5，根 霉用55℃，pH值5．O。根据酶的性质选用较高 的温度，可使糖化速度较快，感染杂菌的危险较 小。选用较低的pH值，可使糖化液的色泽浅，易 于脱色。加入糖化酶之前要注意先将温度和pH值 调节好，避免酶与不适当的温度和pH值接触，活 力受影响。在糖化反应过程中，pH值稍有降低， 可以调节pH值，也可将开始的pH值稍高一些。
三、工业生产
1、固体发酵
斜面菌种—→三角瓶种子 ↓ 种曲 ↓ 接种→发酵→麸曲（粗酶）—→烘干→粗酶制品 ↓ 原料→蒸煮→扬凉 超滤浓缩←—稀酶液 ↓ 乙醇沉析 ↓ 过滤—→酶泥（饼） ↓ 低温烘干 ↓ 标准化—→成品
2、液体深层发酵
斜面菌种—→三角瓶种子（孢子悬浮液） ↓ 种子罐 ↓ 接种 ↓
2、 液化方法
液化方法有3种：升温液化法、高温液化法和喷射液化法。 1 ） 升温液化法 这是一种最简单的液化方法。30％～40％的淀粉乳调 节pH值为6．0～6．5，加入CaCl2调节钙离子浓度到 O．01 mol／L，加入需要量的液化酶，在保持剧烈搅拌 的情况下，喷入蒸汽加热到85～90℃，在此温度保持 30～60 min达到需要的液化程度，加热至100℃以终止酶 反应，冷却至糖化温度。此法需要的设备和操作都简单， 但因在升温糊化过程中，黏度增加使搅拌不均匀，料液受 热不均匀，致使液化不完全，液化效果差，并形成难于受 酶作用的不溶性淀粉粒，引起糖化后糖化液的过滤困难， 过滤性质差。为改进这种缺点，液化完后加热煮沸10 min， 谷类淀粉(如玉米)液化较困难，应加热到140℃，保持几 分钟。虽然如此加热处理能改进过滤性质，但仍不及其他 方法好。