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淀粉糖生产所用的关键用酶

Post on 2024-07-25

淀粉糖是淀粉为原料,通过化学方法或酶法运用生物技术经过液化、糖化、转苷、脱色以及离子交换等精制过程而生产不同种类的糖品。

由于国家的大力扶持和推广,我国的淀粉糖行业取得了重大的发展,技术不断进步,成本大幅下降,市场逐年扩大,正因如此我国淀粉糖企业正朝着多品种,个性化,专一化,规模化发展,产量大幅增加,品种结构日益完善。

近些年淀粉糖行业因为其独特的生物技术特点而迅速发展,新研发的淀粉酶具有技术优点必须和现有的生产方法相匹配,而且可以带来巨大的经济优势,同时酶可提供足够多的数量,以支持大规模工业生产。

它主要依赖于使用的淀粉酶的研制和淀粉酶的大规模生产。常用来生产淀粉糖的酶主要有:液化酶、糖化酶、脱支酶等。

01液化酶

工业生产常用的液化酶就是α-淀粉酶,主要分为耐高温α-淀粉酶、中温α-淀粉酶和真菌α-淀粉酶,α-淀粉酶主要来源于真菌、细菌及霉菌,不同来源的α- 淀粉酶具有不同的热稳定性和最适反应温度,两种液化酶的在pH值6.0-6.5的条件下反应效率最大,但是两种液化酶的最适反应温度有所不同,顾名思义在60-70 ℃条件下中温α-淀粉酶最适宜,但是需要添加Ca2+来提高酶的耐热稳定性,因为酶分子可以与钙离子紧密结合,进而保持其最适空间构象,从而具有最高活力和最大稳定性。

与中温酶相比耐高温α-淀粉酶最适反应温度为 90-100℃,只需添加少量或者不加无水CaCl2。在液化反应过程中向底物中添加0.001mol/L 以上的钙离子,以稳定和促进酶催化反应。

液化酶属于内切水解酶从分子内部酶解淀粉分子,能够快速的水解庞大的淀粉分子形成小分子,此时淀粉浆的粘度也随之急剧降低,这一过程称为淀粉液化反应。

糊精是淀粉液化的主要产物,在起初快速酶解阶段完成后,液化酶对小分子产物的水解效果显著降低,这时候便会进入缓慢酶解过程。

02糖化酶

糖化酶在食品医药领域应用十分广泛,是现代淀粉糖工业应用范围最广的酶类,每年在全世界生产量最大。

糖化酶的种类有很多,其中以真菌α-淀粉酶、 β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶应用最为广泛,糖化酶的酶解原理是与淀粉液化液中的麦芽糊精分子进一步作用生成寡糖、单糖等小分子糖。

葡萄糖淀粉酶酶解位点是是从非还原末端的α-1,4 键开始,使葡萄糖单位逐个分离,产物为β-构型的葡萄糖,没有其它种糖生成,工业上可以用来生产葡萄糖。

葡萄糖苷酶做为一种外切酶,水解淀粉或短链糊精过程中葡萄糖单位之间的碳氧键断裂,与液化酶酶解机理一样,因为碳链越长其亲和性越大,所以酶解长链比短链的活性大,糖化酶的最大反应速度随着碳链延长呈线性增加。

pH和温度是影响葡萄糖淀粉酶作用的两大主要因素,不同来源的葡萄糖淀粉酶在不同的温度和pH上有酶解效率差异较大,例如有的葡萄糖淀粉酶在pH较低的条件下, 糖化反应产物有色物质较少,颜色浅,易于脱色。

β-淀粉酶是一种外切酶,也称为麦芽糖生成酶,是工业生产麦芽糖的关键酶。

真菌α-淀粉酶是一种在真菌体内提取的一种内切酶。

真菌α-淀粉酶因为其可以不但可以作为液化酶也可作为糖化酶,而被广泛应用。尤其适合工业上高品质麦芽糖的生产。但是仅有几家国外的生物技术公司拥有国际上先进的生产技术与产品。

因此,真菌α-淀粉酶在我国的淀粉糖生产过程中具有广阔的研发与应用前景。

在淀粉糖行业,真菌α-淀粉因其到的麦芽糖浆其组成中麦芽糖占40%-60%,麦芽三糖约10%-20%,其他为葡萄糖、低聚糖和糊精等,诸多优良特性已逐渐替代β-淀粉酶而成为生产高品质麦芽糖浆的关键酶。

工业生产中往往与β-淀粉酶和普鲁兰酶等脱枝酶配合使用,用以生产超高麦芽糖浆,其麦芽糖含量超过70% 。

03脱支酶

脱支酶为水解糖原和支链淀粉中α-1,6-葡糖苷键的酶类的总称。

有异淀粉酶与普鲁兰酶(也称极限糊精酶)两种,普鲁兰酶作为脱支酶的一种被广泛应用于糖化反应,它与糖化酶协同反应,能提高麦芽糖等淀粉糖的产品的得率与品质。它不但能水解含有α-1,6糖苷键的支链淀粉使其侧链水解成短的直链糊精,还能水解小分子的以α-1,4糖苷键、α-1,6糖苷键组成的α、β-限制糊精。

而且在高纯度葡萄糖生产中,与糖化酶合用,而不单独使用,可以提高葡萄糖的产量和纯度。

工业上使用的支链淀粉酶大多数是由真菌、细菌等微生物获得。例如由酸性解普鲁兰芽孢杆菌所生产的脱支酶具有耐酸、耐热等良好的稳定性。

所以普鲁兰酶作为一种的辅助酶,在制糖工业有着广泛的应用前景,而且由于普鲁兰酶在在碱性条件下还可作为洗涤剂和去污剂的有效添加成分,可以酶解生物蛋白等,所以也被应用于洗涤工业。