双酶法制糖工艺流程及控制介绍ppt课件

1、11/2/2022;平安和安康平安和安康 环境管理环境管理最高的品德行为最高的品德行为尊重人尊重人杜邦的创建之本杜邦的创建之本中心价值中心价值;提纲提纲淀粉制糖过程概述酶的作用机理液化过程引见糖化过程引见复合糖化酶在葡萄糖消费上的作用杰能科的技术支持1/2/20223CONFIDENTIAL DUPONT;消费过程概述消费过程概述液化液化 -淀粉酶糖化糖化糖化酶真菌淀粉酶-淀粉酶普鲁兰酶异构化异构化葡萄糖异构酶淀粉淀粉过滤过滤浓缩浓缩精制精制F90 高果糖浆高果糖浆F55 高果糖浆高果糖浆精制精制/浓缩浓缩色谱分别色谱分别F42 果葡糖浆果葡糖浆剩余液剩余液谷物谷物1/2/2022;淀粉降解酶

2、淀粉降解酶糖化酶糖化酶a- 淀粉酶淀粉酶普鲁兰酶普鲁兰酶真菌淀粉酶真菌淀粉酶或或 淀粉酶淀粉酶葡萄糖异构葡萄糖异构酶酶;什么是酶？什么是酶？是蛋白质是蛋白质由氨基酸组成的由氨基酸组成的由活的细胞消费的由活的细胞消费的具有特殊的具有活性的催化剂，可加速反响具有特殊的具有活性的催化剂，可加速反响可降低反响所需的能量可降低反响所需的能量在反响过程中没有改动在反响过程中没有改动在温暖的条件下操作在温暖的条件下操作专注性和不稳定性专注性和不稳定性协同因子协同因子 ;酶如何任务酶如何任务: E + S - E:S- E + P: E + S - E:S- E + P一个特殊的酶与一个特殊的底物相结合。一个

3、特殊的酶与一个特殊的底物相结合。Enzymes lower reaction energy by “catchingEnzymes lower reaction energy by “catching or binding to the or binding to the substrate and “stressingsubstrate and “stressing it it淀粉淀粉T. reesei 糖化酶糖化酶;酶如何任务酶如何任务: E + S - E:S- E + P: E + S - E:S- E + P绑定绑定水解水解释放释放葡萄糖葡萄糖;pH和温度对酶活力和温度对酶活力/表现

4、的影响表现的影响9折叠折叠未折叠未折叠图片源自图片源自: National Human Genome Research对于对于pH和温度，不同的酶有不同的稳定性和温度，不同的酶有不同的稳定性;影响酶性能的要素影响酶性能的要素酶的浓度时间温度pH底物有些酶需求金属离子制;11酶是如何被消费出来的？酶是如何被消费出来的？酶是经过发酵过程被消费出来的工业用酶是被从非致病菌消费出来酶不是活的酶通常被纯化、浓缩、稳定后出卖通常提供应顾客的酶是廓清透明、棕褐色液体;酶的典型消费流程酶的典型消费流程典型的原料碳水化合物 (玉米糖浆)蛋白质 (玉米浆, 大豆)盐 (PO4, SO4);不要对酶做什么？不要对酶

5、做什么？不要储存在阳光下不要长时间稀释和储存不要和其他酶混合不要参与浓酸或浓碱不要参与氧化剂，如次氯化物或过氧化氢不要让盖子翻开;酶引见的小结酶引见的小结酶是蛋白质酶是蛋白质脆弱的脆弱的通常由细菌、酵母和霉菌产生通常由细菌、酵母和霉菌产生不是活的生物催化剂不是活的生物催化剂酶由它们作用的底物来命名酶由它们作用的底物来命名受受pHpH和温度的影响和温度的影响酶在淀粉加工中扮演一个重要角色酶在淀粉加工中扮演一个重要角色将淀粉转化成糊精将淀粉转化成糊精将糊精水解成葡萄糖将糊精水解成葡萄糖降低醪液粘度降低醪液粘度生成氨基酸和多肽，为酵母提供食物生成氨基酸和多肽，为酵母提供食物;玉米由玉米由 4 4部分

6、组成干物质百分比部分组成干物质百分比;淀粉的分子构造淀粉的分子构造葡萄糖葡萄糖 (C6H12O6) MW = 180直直链链淀粉淀粉占淀粉的占淀粉的20-30%DP : 2,000-6,000直直链链淀粉都是由淀粉都是由- 1,4葡萄糖苷葡萄糖苷键衔键衔接的接的支支链链淀粉淀粉占淀粉的占淀粉的70-80%DP : 300,000-3,000,000支支链链淀粉淀粉绝绝大多数由大多数由- 1,4葡萄糖苷葡萄糖苷键衔键衔接，但是有接，但是有58%也可以有也可以有- 1,6葡萄糖苷葡萄糖苷键衔键衔接接每个六边形代表一个葡萄糖分子每个六边形代表一个葡萄糖分子 直链淀粉 支链淀粉玉米 28% 72%大米

7、 17% 83%木薯 17% 83%;淀粉的微观构造淀粉的微观构造 上图上图 (400X) 淀粉颗粒淀粉颗粒 (晶体晶体)尺寸分布尺寸分布 (5 to 40 m)中心有斑点中心有斑点不定的外形不定的外形 以下图以下图(偏振光偏振光)马尔他明晰显示马尔他明晰显示 十字晶体构造十字晶体构造;用用-淀粉酶使直链淀粉和支链淀粉降解为寡糖的反响机理淀粉酶使直链淀粉和支链淀粉降解为寡糖的反响机理;根本概念根本概念聚合度 DP (Degree of Polymerization)：结合在一同的葡萄糖分子的数量，例如: DP1, DP2, ，DPx。干物浓度DS (Dry Solid)：淀粉乳中淀粉的浓度。葡

8、萄糖%DX (Dextrose) ：实践葡萄糖溶液的浓度, 例如: 95% 。复原糖%(DE)：葡萄糖值Dextrose Equivalent)。是经过测定溶液中复原糖计算出来的。 举例: 假设在溶液中有1000个葡萄糖分子，一切的分子都是 DP1，那么DE=100。假设有一样数量的分子，有500个是DP2分子, 那么DE降为50。;OD是optical density光密度的缩写，表示被检测物吸收掉的光密度，计算公式为OD=log10入射光/透射光或OD=log101/透光率或OD1og1trans，其中trans为检测物的透光值。 光密度的定义是：入射光强度与透射光强度之比值的常用对数值。

9、专业书籍那么这样解释“吸光度：入射光和透射光的透过率之比值的常用对数值，也称光密度。分析可见，两个概念其实是一致的，“光密度就是“吸光度，且用“光密度符合国家规范，更规范。 吸光度,absorbance,是指光线经过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线经过溶液或物质后的透射光强度比值的对数，影响它的要素有溶剂、浓度、 温度等等吸光系数与入射光的波长以及被光经过的物质有关。只需光的波长被固定下来，同一种物质，吸光系数就不变。当一束光经过一个吸光物质通常为溶液 时，溶质吸收了光能，光的强度减弱。吸光度就是用来衡量光被吸收程度的一个物理量。 吸光度用A表示。 Aabc，其中a为吸光系数，单位L/(g

10、cm),b为液层厚度通常为比色皿的厚度，单位cm ， c为溶液浓度，单位g/L 影响吸光度的因数是b和c。a是与溶质有关的一个常量。此外，温度经过影响c，而影响A。 OD值值;液化的定义液化的定义21 液化： 是将淀粉水化并水解到一个可操作的粘度，并将水解物控制在一定分子量，为在糖化过程中进一步转化为葡萄糖而预备的过程。 凝胶化: 指淀粉颗粒受热后吸水膨胀。玉米淀粉通常在63C开场，这一过程会导致粉浆粘度的最大化。 糊精化： 在淀粉酶的作用下，随机切开葡萄糖苷键外加释放一个水分子。它紧随着凝胶化的过程，所产生的短链分子被称为“糊精。凝胶化 + 糊精化 = 液化1/2/2022;耐高温耐高温-淀

11、粉酶淀粉酶随机水解 -1,4-葡萄糖苷键，降低糊化淀粉的粘度，产生可溶糊精和低聚糖。特性: 基因工程提高热稳定性来源自嗜热地衣芽孢杆菌(B. licheniformis)和/或 嗜热脂肪芽孢杆菌(G. stearothermophilus)。无需添加钙离子pH有效范围5.4-6.0.3D构造催化三元组(D231, D328, E261).2个钙结合点- 淀粉酶1/2/2022;典型的液化过程典型的液化过程蒸汽5-10 min 105-110CpH 5.4 5.9大气压初级液化二级液化淀粉乳液化酶28-38% DS60-120 min 95C灭酶8-15 DE1/2/2022配料;初级液化初级液

12、化使淀粉颗粒溶解糊化。液化温度 107 可破坏淀粉和脂肪的复合体。操控放射器以保证良好的液化效果高剪切力、压差。获得聚合度DP 2)。酶可以极大地降低所需的能量和反响时间。目的：加热使淀粉凝胶化或溶解。破坏淀粉颗粒稳定的构造。使淀粉的聚合度下降到合理的程度，防止阳性反响产生。破坏淀粉/脂肪复合物。1/2/2022;二级液化二级液化 维持温度: 95 C 维持时间: 90-120 minutes 目的： 使淀粉完全溶解 进一步使蛋白质凝聚 为糖化提供均匀一致的底物 液化液的DE=13 15液化DE值对糖化的影响1/2/2022;放射温度对放射温度对DEDE值的影响值的影响024681012140

13、0.511.522.5DE（%）二级维持时间二级维持时间(小时小时)103C105C107C110C115C工艺条件：SPEZYME FRED-L 10LU/g1/2/2022;液化液化pHpH的重要性的重要性1/2/2022无麦芽酮糖的产生。减少化学品的耗费。降低离子交换的运转本钱。减少色素的产生和精制的费用。;好的液化的规范：好的液化的规范：合理的DE值控制，糊精的分子量分布均匀。碘试颜色合格，没有蓝色和紫色。蛋白凝聚好，结块大且严密。液体廓清透明，透光率高。液化终了后，及时杀灭或抑制淀粉酶的剩余活性。1/2/202228CONFIDENTIAL DUPONT;不好的液化：不好的液化：DE

14、值低，碘试不合格蓝色和紫色。糊精分子量分布不均匀。蛋白凝聚差，结团不严密。不廓清透明，透光率低，冷却后发白严重。影响糖化DX值，导致糖化后过滤困难。;液化的改良及问题处理：液化的改良及问题处理：调整放射温度。放射器的调整：协调管开度、配件磨损一次放射改为二次放射加酶方式：分段加酶添加酶制剂用量调整干物浓度。检查工艺参数自控校正：温度、pH校正、蒸汽压力淀粉质量工艺水中钙离子浓度;典型的糖化过程典型的糖化过程96-97+% 葡萄糖浆蒸汽8-15 DE95 C 糖化罐48 96 hourspH 4.0 4.560-62 C冷却pH 调理糖化酶添加DS: 28-38%31糖化糖化液化液化1/2/20

15、22; 糖化的目的是把液化的淀粉尽能够高的转化为葡萄糖，付出最少的本钱。实际上，可把淀粉几乎全部转化为葡萄糖(99%)，但鉴于技术和经济要素，实践上并达不到。工业化消费葡萄糖的典型条件工业化消费葡萄糖的典型条件1/2/202232CONFIDENTIAL DUPONT;糖化酶在糖化过程中的作用糖化酶在糖化过程中的作用水解非常缓慢水解非常缓慢普鲁兰酶与糖化酶复合在一同，可以降低糖化酶的添加量，并降低逆反响的发生。糖化酶糖化酶专注水解a,1-4 葡萄糖苷键，从非复原性末端依次逐个释放葡萄糖。能水解a,1-6葡萄糖苷键，但水解速度很慢。是外切酶。1/2/2022;普鲁兰酶在糖化过程中的作用普鲁兰酶在

16、糖化过程中的作用普鲁兰酶糖化酶在支链淀粉的支点，专注水解a 1-6 葡萄糖苷键，不能水解a 1-4 葡萄糖苷键，也不导致明显的逆反响。是内切酶。普鲁兰酶与糖化酶复合在一同，可以降低糖化酶的添加量，并降低逆反响的发生。1/2/2022杜邦与梅花集团共享资料，仅供内部参考，请勿与第三方分享！ ;糖化方式糖化方式1/2/2022普鲁兰酶的重要性合理的配置比例减少糖化酶用量减轻复合反应浓度的控制糖化速度与成本DX;糖化酶添加量对糖化的影响糖化酶添加量对糖化的影响9091929394959601020304050607080% GlucoseTime (hr)反应条件反应条件: 60C, pH 4.2,

17、 and 32%DS0.3650.440.772加酶量过大会产生明显的可逆反响和复合反响。;复合糖化酶对葡萄糖收率的影响复合糖化酶对葡萄糖收率的影响8889909192939495969798010203040506070A. niger GA, 0.550 L/MT75/25 GA/PULL, 0.550 L/MT40/60 GA/PULL, 0.550 L/MT糖化时间糖化时间 (hr)工艺条件60C, pH 4.232% DSDX值更高。糖化速度加快;杰能科公司的普鲁兰酶杰能科公司的普鲁兰酶 杰能科普鲁兰酶与糖化酶在温度和pH上非常匹配和协调； 杰能科高活力的普鲁兰酶，可以复配成高比例的

18、复合糖化酶； 0 20 40 60 80 100 120 2 3 4 5 6 7 pH 相对酶活力 0 20 40 60 80 100 120 30 40 50 60 70 80 温度相对酶活力 pH对酶活力的影响 温度对酶活力的影响 糖化酶 糖化酶 普鲁兰酶 普鲁兰酶 ;对金属离子相对愚钝 pH 的范围 4.30.2温度范围 601.5 干物浓度 28-36%糖化时间 30-90小时酶添加量，通常0.08 0.4 GAU/gds酶添加量的范围由PU:GA的比例决议影响糖化酶和普鲁兰酶反响的要素影响糖化酶和普鲁兰酶反响的要素;40ECHIP Model Saccharification Wit

19、h Optimax 4060 VHP 0.46 kg/to ds , 32%DS, 59C88909294969820406080Hours% GlucosepH 3.8pH 4.0pH 4.2pH 4.4pH 4.6糖化糖化pH：最适：最适pH 4.2-4.4;41Peak Glucose By Saccharification At 32% DS With Optimax 4060 VHP At 0.46 kg/to ds8890929496983.63.84.04.24.44.64.8pH% Glucose59C61C63C65C糖化温度：最适温度糖化温度：最适温度601;9394959

20、69726283032343638% 葡萄糖干物浓度 (% ds)工艺条件: 60, pH 4.2, 0.221 GAU/g0 ASPU/g0.075 ASPU/g普鲁兰酶对糖化收率的影响普鲁兰酶对糖化收率的影响;43让葡萄糖收率最大化让葡萄糖收率最大化避免麦芽酮糖减少潘糖替代糖化酶限制浓度提高切枝酶比例;44防止麦芽酮糖构成防止麦芽酮糖构成防止麦芽酮糖防止麦芽酮糖;45麦芽酮糖的构成：麦芽酮糖的构成：pHpH、时间和温度、时间和温度在高pH和高温下所呵斥的高度的化学改性。防止麦芽酮糖防止麦芽酮糖;460501001502001234Glucoamylase activityNumber of

21、 glucose units(n)糖化酶的作用糖化酶的作用: 直链淀粉直链淀粉 vs. 支链淀粉支链淀粉减少潘糖减少潘糖;47淀粉酶的影响：最终淀粉酶的影响：最终DX DX 值和值和DP3DP332 % DSpH 4.260C减少潘糖减少潘糖;48减少潘糖减少潘糖 淀粉酶的灭活：温度和淀粉酶的灭活：温度和pH的影响的影响0204060801001200210203060120% Retained ActivityTime (Min)SPEZYME FRED-L Inactivation100 ppm Calcium, pH = 4.260C80C90C95C温度温度;49淀粉酶灭活对糖化后淀粉酶灭活对糖化后DP3DP3的影响的影响淀粉酶的及时灭活有利于DX值的最大化。减少潘糖减少潘糖;5026 %DS液化淀粉，0.12 GAU/g，60808284868890929496981000102030405060708090100糖化时间小时% DP1 by LC20/80 0.12 GAU/g10/90 0.12 GAU/g5/95 0.12 GA