糖化酶在食品工业中的应用研究进展_黎卫强

2010年第04期(总第119期)
沿海企业与科技
COASTAL ENTERPRISES AND SCIENCE&TECHNOLOGY
NO.04,2010
(Cumulatively NO.119)
糖化酶在食品工业中的应用研究进展
黎卫强
［摘要］糖化酶是淀粉糖化发酵生产酒精或葡萄糖浆的主要酶类，在食品工业中具有重要的应用价值。

文章对糖化酶的结构、分类、分布、性质、酶解机制以及糖化酶在食品工业中的应用进行阐述，并展望糖化酶应用研究的前景。

［关键词］糖化酶；应用；食品工业；研究进展
［作者简介］黎卫强，广西壮族自治区产品质量监督检验院，广西南宁，530022
［中图分类号］TQ925［文献标识码］A［文章编号］1007-7723（2010）04-0065-0002
糖化酶，全名葡萄糖淀粉酶(Glucoamylase EC.
3.2.1.3)，又称为淀粉α-1，4葡萄糖苷酶或γ-淀粉酶，是一种单链的酸性糖苷水解酶，具有外切酶活性的胞外酶，因为在发酵行业中主要用作将淀粉转化为葡萄糖，所以习惯上被称为糖化酶。

糖化酶是世界上生产量最大、应用范围最广的酶制剂。

糖化酶不仅用于酒类和酒精生产，还广泛地应用于葡萄糖、果葡糖浆、有机酸、味精等食品工业的多个领域。

一、糖化酶的结构、分类与分布
糖化酶是一种含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸的糖蛋白，分子量在60～1000kDa之间，其中，碳水化合物占4%～18%。

这些碳水化合物主要是半乳糖、葡萄糖、葡萄糖胺和甘露糖，但糖化酵母产生的糖化酶碳水化合物高达80%。

糖化酶是糖苷水解酶的一种，它一般由催化域(catalytic domain，CD)、淀粉结合域(starch-bind-ing domain，SBD)以及连接CD与SBD的O-糖基化连接域(O-glycosylated linker domain)组成[1](P70~75)。

分离纯化后的糖化酶可分为3类：GⅠ、GⅡ和GⅢ，其中GⅠ、GⅡ能水解糊化的淀粉，但不能水解生淀粉或作用能力非常弱；而GⅢ能够水解生淀粉。

目前，普遍认为糖化酶的多型性可能由三个原因引起：一是基因调控、转录的方式不同；二是蛋白质合成的修饰作用不同，即结合的糖量不同；三是在发酵过程中受到自身蛋白水解酶和糖苷酶的作用，由糖化酶的原始形式衍变成糖化酶的。

此外，培养基的成分和生长条件也对糖化酶组分多型性有影响[2]。

糖化酶广泛地存在于微生物中。

已报道的产糖化酶菌株中真菌有23个属35个种；某些细菌中也可以分离到热稳定的糖化酶。

在工业中应用的糖化酶主要是从黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌和酵母中获得的。

二、糖化酶的性质及作用机制
（一）糖化酶的性质
糖化酶的热稳定性较高，细菌产生的糖化酶耐高温性能优于真菌。

CLostridium thermohydro-sul-furicum糖化酶是目前已报道的糖化酶中耐热最高的酶，在50%的淀粉溶液中，70℃下酶完全稳定，而且在10%酒精液中仍很稳定。

即使在85℃下处理lh其酶活性仍保持50%，而且这种酶不受Ca2+、EDTA和α-，β-，γ-环状糊精的影响[2]。

一般糖化酶都具有较窄的pH值适应范围，最适pH一般为4.5～6.5。

不同微生物菌株产生的糖化酶由于其结构和功能有一定的差异，其耐热性、pH稳定性也各不相同。

（二）糖化酶的作用机制
糖化酶的主要作用机制是，从淀粉、糊精、糖原等碳链上的非还原性末端依次水解α-1，4糖苷键，切下一个个葡萄糖单元，生成葡萄糖；并像β-淀粉酶一样，使水解下来的葡萄糖发生构型变化，形成β-D-葡萄糖。

当遇到支链淀粉的分支点时，糖化酶也可以水解α-1，6糖苷键和α-1，3糖苷键，由此将支链淀粉全部水解成葡萄糖，但是相对水解速度较慢。

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，同时也受水解碳链序列中下一个键
65
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[3]。

三、糖化酶在食品工业中的应用
（一）糖化酶在传统白酒生产中的应用
我国传统白酒的生产一直沿用固态发酵法，大多使用淀粉质原料，一般以曲为糖化剂，成本高、产酒率低是一个普遍存在的问题。

据理论分析，高粱原料出酒率可达55%左右，而实际上，从清香型、浓香型到酱香型白酒，随着制曲温度的提高，出酒率只有40%到20%左右，呈明显的下降趋势。

影响出酒率的因素虽然是多方面的，但主要原因却是因为淀粉质原料的糖化不完全所致，而糖化是发酵的基础，因而糖化不好就成了影响出酒率的首要问题。

随着白酒工业的发展，利用糖化酶代替部分曲，以提高出酒率，降低生产成本，已被众多白酒企业普遍采用。

尤其近几年活性干酵母的出现，更使糖化酶在白酒中的用量飞速增长。

赵金松等改进了清香型小曲白酒的传统加工工艺，在不减或减少小曲用量的情况下，适量添加糖化酶，使淀粉的糖化进行得更加彻底，可以提高出酒率5%，酒质风味不变。

经测算，添加糖化酶操作法生产小曲酒，新工艺生产所获得的经济效益要比原传统工艺的经济效益约高出1倍[4]。

覃雪珍等报道，在湘泉浓香型白酒的混蒸混烧工艺中添加耐高温酒用活性干酵母（TH-AADY）和糖化酶，有助于提高出酒率和酒质，提高己酸乙酯的含量，抑制乙酸乙酯的生成，提高己酸乙酯/乙酸乙酯比值，突出湘泉浓香型酒的主体香成分己酸乙酯的特征[5]。

（二）糖化酶在酿制干啤酒中的应用
干啤酒是一种发酵度高的淡爽型啤酒。

生产干啤酒与生产普通啤酒的不同之处，在于它提高了啤酒的发酵度。

提高发酵度的方法主要有添加发酵性糖法（加糖法）、添加酶制剂法（加酶法）和添加特种酵母法。

左永泉报道了一种经过加酶法改进的干啤酒发酵生产工艺，采用多温度段糖化，提高麦汁可发酵性糖的比例，结果显示，应用此工艺酿制干啤酒，能够达到有效地提高啤酒发酵度的目的，生产出的干啤酒具有风味独特、口味干爽纯正等优点[6]。

（三）糖化酶在黄酒酿造中的应用
传统的黄酒酿造主要使用活性干酵母作为糖化发酵剂，依然存在产酒率低的普遍问题。

王卫国等首次将糖化酶应用于黄酒生产，由于糖化力高、发酵快，使生产周期大大缩短，并使出酒率有很大提高。

这样，既节约了原料，又降低了成本，提高了经济效益。

研究结果表明，糖化酶的加酶量为0.02%，最适温度为32℃，最适pH值为4.6，主发酵期缩短2～3天，后发酵期缩短10～60天，出酒率高达92.07%，是传统法的3.1～4.6倍[7]。

（四）糖化酶在食醋酿造中的应用
目前，我国食醋酿造仍以传统工艺为主，具有多菌种低温混合发酵的特点。

传统酿醋工艺存在着酒母培养条件差、酒母质量不稳定、原料淀粉利用率低、出醋率低、高温季节生产不稳定等诸多生产技术难题。

王传荣在前液后固发酵工艺和液体深层发酵工艺中应用耐高温酒用活性干酵母（TH-AADY）和糖化酶，TH-AADY具有耐高温、耐酸度、抑制杂菌能力强的特性，能够保证食醋夏季生产的正常进行，不仅降低了原材料的消耗，而且显著提高了淀粉利用率和出醋率，具有较好的经济效益[8]。

张安宁等利用TH-AADY、糖化酶以及耐高温α-淀粉酶提高原料出酒率，进而提高食醋出醋率。

试验表明，该方法可平均提高食醋出醋率1.56Kg/Kg主粮[9]。

（五）糖化酶在冰冻食品生产中的应用
一般膨化雪糕中的总固体含量为18%～28%，总固体含量低会影响膨化雪糕的膨胀率，产品口感变差。

要提高冷食品中的总固体含量就势必增加白砂糖、奶粉、淀粉、奶油等的用量，从而导致原料成本增加。

而只有增加淀粉的用量，才不至于使原料成本增加太多。

但当淀粉的含量超过3%时，冷冻食品贮藏一段时间后，淀粉易发生老化返生现象，出现生淀粉味，这也限制了淀粉在冷冻食品中的用量。

刘爱国等采用α-淀粉酶对冷冻食品中的淀粉进行水解，并用糖化酶糖化使其生成葡萄糖。

由于葡萄糖的增加降低了浆料的冰点，使冷冻食品组织状态更加完善；同时由于改变淀粉的分子结构，可以防止淀粉老化返生，消除淀粉味感。

这种方法可以适当降低白砂糖、奶粉、奶油的用量，并增加淀粉的用量，从而降低了产品的生产成本；同时可使产品的口感细腻、柔软，质量得到改善[10]。

四、展望
糖化酶在食品工业中具有重要（下转第64页）
66
塞棒控制由液面检测子系统和塞棒控制机构两部分组成。

液面高度信号检测由液面检测子系统来完成，提供实时的、准确的液面高度信号；塞棒控制机构由工控机、PLC 、驱动器、数字电动缸、执行机构等部分构成，主要完成塞棒开度调节，从而达到稳定液面的目的。

该控制方式的特点是能够实
现恒拉速、
恒液面，而拉速可根据生产工艺要求现场设定，二冷配水和结晶器振动可根据拉速自动（三）存在的问题及改进措施
1.铯-137放射源的安装。

对放射性的物体，
为最大限度地降低对人的危害，要求安装、
拆卸时要快速、准确。

尽管设备提供方做了防装反措施，但不可靠，出现了装反的现象，经及时发现，没有造成严重后果，但射线对人的危害还是不可以轻视的。

事后对铯源装置进行定位改造，彻底解决了这一安全隐患。

2.接收器线路防护。

因现场环境恶劣，虽使用
了耐高温电缆，但经常出现烧电缆、控制线绝缘低
等故障。

在改进线路走向，并用石棉布防护后情况有改善，但费时费力。

为实现电缆的快速更换，以适应快节奏的生产需要，将耐高温、防水的液压管
套在电缆外面，解决了电缆防护、
更换难题。

3.液面不稳、不能自动。

在自动控制下，对液面不稳、
不能自动等难题，进行跟踪、分析、研究，找到由于接收器内部晶体与光电管接触不良从而引起液面不稳、不能自动的根本原因，从而解决了这一少见的技术问题。

4.数字电动缸动作不灵活。

电动缸在使用10个月后就出现动作不灵、甚至卡死现象，打开电动缸后发现滚珠丝杠悬臂端轴承磨损严重，更换后问题解决。

为防止类似问题再次发生，对所有电动缸进行检查，轴承都有不同程度的问题，为此定期
检查、
加强润滑，每9个月更换一个轴承。

此后此类问题再无发生。

五、结语
小方坯连铸机上运用液面控制系统后，铸坯质
量较手动拉钢显著提高，结疤、夹渣等铸坯表面缺陷降低40％以上，基本实现无卷渣、粘结漏钢事故发生；在减轻浇钢工和设备维护人员的劳动强度的同时，机前P3箱操作人员由5个减少到2个，生产效率成倍提高，年综合效益在370万元以上。

（上接第66页）的应用价值，国内外越来越多的研
究者正在将目光投向糖化酶的基础研究和工业应用中。

目前的应用研究热点，一方面是利用基因诱
变、DNA 重组技术或其他生物学方法获得优良菌株，进一步提高糖化酶的活力；另一方面，通过诱变筛选耐热糖化酶产生菌或克隆耐热糖化酶基因并转入受体菌进行表达与纯化，耐热糖化酶在发酵业的应用将会大大降低能源消耗，从而降低生产成本，将给糖化酶在工业中的应用开辟更为广阔的前景。

［参考文献］
［1］洪坚平,来航线.应用微生物［M ］.北京:中国林业出版社,
2005.
［2］张秀媛,袁永俊,何扩.糖化酶的研究概况［J ］.食品研究与
开发,2006,27(9).
［3］钟浩,谭兴和,熊兴耀,等.糖化酶研究进展及其在食品工
业中的应用［J ］.保鲜与加工,2008,8(3).
［4］赵金松,罗惠波,吴士业.糖化酶在清香型小曲酒生产中的
应用［J ］.食品科技,2006,(3).
［5］覃雪珍,向宗府,张学英.TH-AADY 和糖化酶在湘泉浓
香型白酒工艺中的应用研究［J ］.酿酒科技,2006,(6).［6］左永泉.应用糖化酶酿制干啤酒的技术研究［J ］.四川食
品与发酵,1997,(4).
［7］王卫国,张广林,曾明.糖化酶在黄酒酿造中的应用探讨
［J
］.酿酒科技,1996,(1).［8］王传荣.TH-AADY 和糖化酶在食醋生产中的应用试验
［J ］.中国酿造,2001,(1).
［9］张安宁,王传荣,夏如柏.应用TH_AADY 和糖化酶提高
食醋出醋率［J ］.酿酒科技,2005,(11).
［10］刘爱国,陈庆森,祁兵,等.淀粉酶和糖化酶在冷冻食品中
的应用研究［J ］.食品科学,2004,25(4).
64。