糖化酶又称葡萄糖淀粉酶, 学名 为α-1,4-葡萄糖 水解酶 ,是由曲霉优良菌种(Aspergilusniger)经深层发酵提炼而成。其成品分为液体、固体两种形态。液体的糖化力在3000~6000u之间,而固体的糖化力规格有20000u、30000u、40000u、50000u等不同规格。
糖化酶呈炒米黄色粉状或棕黄色液体,可作为 糖化剂 用于生产白酒、 黄米酒 、啤酒、 乙醇 、乳酸钙等,同时也可用于以葡萄糖为 培养基 的各种抗生素、 有机酸 、氨基酸、 维生素 的发酵过程。此外,它还可以分解 低聚糖 ,并大量用于生产各种规格的葡萄糖。总之,凡对淀粉、糊精必需进行酶水解的工业上,都可适用。
分子结构
糖化酶 是一种糖蛋白,主要含有 甘露糖 、 葡萄糖 、 半乳糖 和 糖醛酸 。其相对分子质量在60000~1000000之间, 糖类 占4%~18%,其中糖与 蛋白质 主要以N-和O-两种方式连接。
从 黑曲霉 中分离纯化得到的糖化酶包含三个组分,它们都是酸性糖蛋白。但是其含糖量不同,分别是11.68%,8.6%和3.6%。但是糖化酵母产生的糖化酶碳水化合物却高达80%,主要是半乳糖、 葡萄糖 、 氨基葡萄糖 和甘露糖。
理化性质
糖化酶的最适反应温度为60℃,最适反应pH值为3.5-5.0,其中pH 4.5最佳。它具有较低的 底物 特异性,能够从淀粉链的非还原性末端切开α-1.4键,也能切开α-1.6键,能快速将 水解 成 。当作用于 时,它从非还原性末端先分割α-1.6键,再将α-1.4键分割,顺次切下 葡萄糖 单位,使支链淀粉全部水解成葡萄糖。 其密度(g/mL,25℃)为1.2,溶于水,几乎不溶于 乙醇 , 三氯甲烷 和 乙醚 。
来源与分布
来源
虽然 麦芽 和米曲是酶的来源之一,但它们的成本较高,因此目前已经被工业酶制剂所取代。
分布
糖化酶 在许多 曲霉属 和 根霉属 中都有分布,而生 皮等植物中也含有β淀粉酶。在 酱油 、 醋的运用 和酒类的生产中,糖化酶是主要使用的酶之一。
作用原理
糖化酶,又称 葡萄糖 淀粉酶 ,具有将淀粉从非还原性末端 水解 α-1,4 烷基糖苷 键并产生葡萄糖的活性,同时也能缓慢水解α-1,葡萄糖 键,将葡萄糖释放出来。
活力测定原理
糖化酶分布于能直接以淀粉为营养源的生物体中,它 催化 淀粉水解,从淀粉非还原性末端开始,分解α-1,4葡萄糖苷键生成葡萄糖。葡萄糖的醛基被弱氧化剂次 碘酸钠 所氧化,酸化后析出碘,再用 硫代硫酸钠 标准溶液 滴定 过剩的碘,从而计算出酶活力。
制备方法
在工业糖化酶粗粉的原料中加入一定比例的 蒸馏水 ,使其浸出酶, 离心 后再除去杂质,这时所得的滤液为酶浸出液。然后在浸出液中加入70%饱和度的 硫酸铵 ,使 糖化酶 沉淀析出,经离心分离获得的沉淀部分即为糖化酶的粗制品,再进行纯化即可。
生产工艺
糖化酶的生产工艺使用的是中国生产糖化酶活力较高的菌株 黑曲霉 As 3.4309,液体发酵 培养基 的主要成分为10~12%的 玉米粉 、4%的黄豆饼粉、1%的麸皮、2%的 玉米浆 以及a- 淀粉酶 等等。其最高发酵单位在每毫升10000单位左右,发酵周期为 种子罐 48 h, 发酵罐 100h左右。在发酵终止的时候,可在发酵液干燥后得粉剂粗制品。或者可以用 盐酸 调pH至2.0左右,再加入活性 白土 ,这样可以去除 烷基糖苷 转移酶 ,经过发酵液过滤发酵后,采用 絮凝 过滤法去除菌体和培养基残渣,获得澄清的酶液。随后将酶液浓缩约10倍,并调整成具有一定规格酶活力的液体酶,即可得到液体产品。
资料来源:
应用领域
发酵工业
液态法白酒(酒精)
在原料调浆过程中,可以加入了a- 淀粉酶 ,含量为0.05%(针对 玉蜀黍属 原料,酶活力为2000u/g),然后搅拌均匀。之后再将 混合物 升温至45~50℃, 液化 5分钟,然后进行蒸煮糊化处理。原料经蒸煮冷却到60℃,然后使用 工业硫酸 调整pH值至4.2~4.8。接下来,加入糖化酶,参考用量为80-200单位/克原料。糖化的温度设定为58~60℃,保温30-60分钟,期间需要间歇搅拌。酶法糖化醪的还原糖含量比曲法更高,因此需要控制发酵温度不超过34℃。
普通白酒
在以 玉米粉 为原料的酿酒过程中,每班投料1000kg,加入固体糖化酶3kg (糖化酶活力为50000u),经过老五 酿酒工艺进行发酵,发酵期为4天,平均淀粉出酒率达到了72%以上。使用 糖化酶 代替 麸曲 生产的普通白酒,可以将每吨酒的成本可以降低50元以上,而且具有出酒率稳定、班产差距小等优点。此外,这种方法还能够为工厂节省能源,减少半成品车间厂房及设备的投入。
优质白酒
在清香型 大曲 优质酒的酿造过程中,通过减少大曲用量25%,同时增加糖化酶用量1.2%(糖化酶活力为40000u),并配合使用活性干酵母1.2%,可以使 大曲酒 的出酒率提高5%以上,而且酒质与原工艺基本相同。在浓香型 大曲酒 工艺中亦是如此。
食品工业
在味精、抗生素、 柠檬酸 等其他工业中,将淀粉液化后冷却到60℃,调整pH值至4.5左右,然后加入糖化酶,参考用量为100~300u/g原料。
安全事宜
糖化酶在应用时最为适宜的pH值范围是4.0-4.5。在进行 淀粉糖 和味精生产时,应该先调整pH值,然后再添加酶进行糖化过程。酶的用量会因原料和工艺的不同而有所变化,要缩短糖化时间需增加用量。
在糖化过程中,经常需要进行搅拌,搅拌的转速大约为每分钟80转左右。搅拌的目的是增加淀粉颗粒与酶分子之间的接触机会。只有当淀粉颗粒与酶分子有更多的接触碰撞时,酶才能在一定条件下将淀粉转化为糖。
对于间歇糖化过程,需要搅拌充分,对于连续糖化过程,则必须保持流量均匀。温度需要严格控制在60°C-62°C。保持保温时的温度均匀,严禁短期的高温。
储存事宜
糖化酶 对温度、光线、湿度都很敏感,因此,在运输储存过程中,要避免曝晒、高温、潮湿、保持清洁、阴凉和干燥,最适用于低温保存。