课题三：淀粉糖品生产用酶制剂-2课时.ppt

1、课题三、淀粉糖品生产用酶制剂,基本内容: 淀粉糖工业常用酶制剂的种类 淀粉糖工业常用酶制剂的性质 淀粉糖工业常用酶制剂的生产技术 基本要求: 了解淀粉糖工业常用酶制剂的种类,性能及其生产技术,一、酶制剂的定义 酶是细胞原生质合成的一类具有高度催化活性的特殊蛋白质，它是由许多氨基酸组成，成为生物催化剂。 酶制剂是指通过采取适当的物理化学方法，将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来，加工成具有一定纯度标准的生化制品。,二、酶制剂的应用和特性,酶制剂的应用 酶制剂工业发展迅速，应用领域扩大、应用技术提高，生产水平提高。2000年酶制剂产量已经达到24万吨，品种也达到了30个以上。酶制剂再科研和生产

2、中占有重要地位，已经广泛的应用在：蛋白质工业、淀粉糖工业、烘培工业、果蔬加工、奶制品工业、味精、纺织、洗涤剂、饲料、有机酸等方面。 目前中国最大的酶制剂厂家是：天津丹麦诺维信公司合资厂、无锡杰能科酶制剂厂。 酶制剂发展方向：高活性、高纯度、高质量,酶制剂的特点 1、催化效率高：由于酶所催化所需要的活化能较低，所以催化效率远高于化学催化剂，一般来说，催化效率可以提高1081020 倍。 2、专一性强：酶对作用底物有严格的专一性。 3、作用条件温和：能在常温常压下进行酶的催化作用，有利于简化设备、降低成本。 4、收得率高：以淀粉作为原料，酶法水解比酸法水解淀粉转化率高68。,5、纯度高：由于酶的专

3、一性强，与原料中杂质不作用，故不会有副作用，产品纯度高。 6、符合食品要求：食品酶制剂符合联合国等卫生组织的要求，无毒无害，对细菌等有害菌和有害物质要求严格，符合食用标准。 7、操作方便：可以根据各种酶的特性，控制工艺参数，可以生产不同产品。 8、来源广： 酶制剂不仅可利用微生物发酵制得，也可以从动植物中提取，目前已经有300多个品种。 9、费用低：不仅设备投资低，发挥作用块，就是酶的用量，相对于作用的底物来讲也是很少的，因此各项费用都低。,10、综合利用：对于同种原料，可以利用各种酶的作用生产不同产品，使原料得以充分利用，降低成本，增加效益。 11、污染低：一般使用的酶量低，在酶的反应过程中

4、通常不需要别的添加物，而需要调节的酸度pH范围也不大，因此不会因酶制剂使加工废水增加BOD（生物好氧量）和COD（化学好氧量）.,三、酶的化学本质,1、酶是一种蛋白质，主要由氨基酸构成，具有两性电解质的蛋白质性质的一、二、三、四级结构。2、紫外线、热、表面活性剂、重金属盐以及酸碱变形剂等能使蛋白质变形和失活。3、酶本身能被水解蛋白质的蛋白质水解酶分解而丧失活力。4、酶蛋白酶和其他蛋白质处，它有活性中心。活性中心是由蛋白质结构决定的，破坏酶的活性中心和酶蛋白的结构，都会导致酶的失活。酶的活性中心定义p37。,酶的分子量在104106之间，酶与底物只能在一个区域内结合，酶分子中能与底物结合并发生催

5、化作用的局部空间结构称为酶的活性中心。它具有必须、结合和催化基团。,酶的活性中心,四、影响酶反应的因素,1、温度的影响：温度对酶的影响有两个。 1.1 提高温度可以加速催化，一般而言，温度每升高10，反应速度可以提高12倍，温度对酶反应速度的影响通常用温度系数Q10 表示 Q10 （t +10 )时的反应速度/ t 时的反应速度 1.2 当温度升高到酶的变形温度时，完成了酶的变形过程，酶也失活。,问题,如何控制温度？,2、pH的影响 pH对酶的影响非常大，在一定的pH下，酶的反应可以达到最大值，这一pH叫酶的最适pH，高于或低于这一pH，酶的反应速度都会降低，甚至是失活。在实际生产中，要严格控

6、制pH。 pH对酶的变形是不可逆的。 3、激活剂和抑制剂 能增加酶促反应速度的物质都称为激活剂。无机离子K+、Ca+ 和具有蛋白质分子大小的物质等。工业中常用的是CaCl2. 能与部分酶的活性部位结合，引起酶促反应速度下降的物质成为抑制剂。,思考？,绘出酶的pH与活力关系图？,4、蛋白水解酶： 因为很多微生物都能产生蛋白水解酶，能够开裂酶蛋白上的肽链，从而使酶失活。 5、底物浓度： 一般来说，初浓度与底物浓度成正比。食品工业中，为缩短时间，一般用过量的底物在短时间内达到最大的反应速度。 6、酶浓度： 一般来说，反应速度与酶浓度成直线正比关系，但在实际生产中，要考虑成本等综合效益。,问题,底物浓

7、度越高越好吗？为什么？,为什么酶制剂染杂菌后会降低酶活力,7、作用时间： 实际生产中，酶的使用量与酶的作用时间是成反比的，即作用时间越长，酶的相对使用量就少。 8、工艺及设备情况： 酶的作用效果在实际生产中跟与之配套的工艺及设备情况密切相关，要配上合适的工艺及与之配套的设备。,问题 单从成本考虑，酶的使用原则是什么？,复习上节内容,1、依据酶制剂的特性，通常的灭酶方法有哪些？ 2、工业化酶制剂主要来源于动植物提取物？ 3、当酶制剂出现感染杂菌时，有可能出现什么样的现象？ 4、当反应温度越高，酶制剂的反应速度越快吗？如何控制反应温度？ 5、钙离子是酶制剂的激活剂，所以在制糖工业中经常要加入氯化钙

8、？ 6、在淀粉的酶解反应中，如何有效控制底物浓度？ 7、如何控制水解反应的酶制剂使用浓度？ 8、如何控制淀粉水解时间？,综合以上各点，谈谈在生产现场如何贮藏和使用酶制剂？,五、酶制剂工业的发展,世界酶制剂工业发展：p39,我国酶制剂工业发展历史：,1965年无锡酶制剂厂应用BF-7658淀粉酶,1979年进行糖化酶生产，在白酒，酒精行业推广,2709碱性蛋白酶在洗涤剂行业应用，使酶洗衣粉风行,166中性蛋白酶在毛皮制革汗液推广，提高了质量和效率,1993无锡厂引进耐高温淀粉酶，开始了双酶法技术,1998年，国外酶制剂建厂，高质量、高纯度、新型酶,六、酶制剂型号,酶制剂有液体和固体两种，液体酶制

9、剂价格便宜使用也方便。将培养液过滤除去菌体，蒸发到适当浓度即为液体酶制剂。再加0.1的苯甲酸钠防止染菌。在干燥、低温下半年期丢失10活力。,尽量使用液体酶，为什么？,七、采用酶法糖化的意义 淀粉转化为糖的方法主要有：酸法、酸酶法、酶酸法、双酶法、全酶法等。不同方法的比较主要是：,问题,不同方法水解淀粉 其中哪一种较好，为 什么？ 看书几分钟，回答问题,水解方程式,酸法：它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。 酶解法可分为两步：第一步，利用-淀粉酶将淀粉液化；第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖。,缺点,酶解法是在酶的作用下进行的，反应条件较温和，不需要耐高温高压或 而酸腐蚀的设备；

10、 酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉转化率高； 可在较高的淀粉乳浓度下水解。如酸解法一般使用10-12Be（含18%-20%淀粉）的淀粉乳，而酶解法可用2023Be（含34%-40%淀粉）的淀粉乳，并且可以采用粗原料。 用酶解法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液的充分利用。,酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋白质，易引起糖液过滤困难。当然，随着酶制剂生产及应用技术的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法制糖。,优点,酶解法特点：,不同水解方法对比,八、淀粉糖工业用酶制剂的品种、性能及生产技术 淀粉糖工业用酶制剂品种 淀粉糖工业常用的酶制剂有：淀粉

11、酶（液化酶）、淀粉酶（1,4麦芽糖苷酶）、糖化酶、普鲁兰酶（低pH、热稳定脱支酶）、异淀粉酶、异构酶等。基本都属于水解酶，可以水解淀粉分子中的葡萄糖苷键。 淀粉糖工业主要产品及酶制剂品种。,淀粉糖主要酶制剂介绍 1、淀粉酶(-Amylase)： 淀粉酶：是指能够任意从淀粉分子内部切开1，4糖苷键而起液化作用的一类酶。不能水解1，6糖苷键，但能越过而继续水解。示意图为： 淀粉酶水解直链淀粉示意图。,酶的作用示意图,在淀粉酶的作用下，淀粉分子迅速降解，粘度迅速下降，失去碘的成色反应，同时水解物的还原力增强，水解产生糊精及少量葡萄糖和麦芽糖，碘成色反应见下。,液化作用,温度的影响： 淀粉糖工业中应用

12、较多的是由芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌所产的耐热淀粉酶。 在淀粉进行喷射液化时，耐高温淀粉酶在高温下非常稳定，液化迅速快捷、完全彻底。 耐高温淀粉酶的最适温度为95100 pH值的影响： 不同酶有不同的最适pH,一般的淀粉酶在5.2-8.0稳定。耐高温淀粉酶在淀粉糖和味精生产中一般控制在5.4-6.2.pH越低,杂糖越少,糖液透光越高.,a淀粉酶的作用,问题,如何调节pH值？,钙离子浓度的影响 淀粉酶是一种金属酶，1分子芽孢杆菌淀粉酶中含有一个原子钙，钙起着保持酶分子有最适构象的作用，是维持最大活性与稳定性所必须。一般的酶需要150mg/Kg. 目前，已经开发出对钙离子需求很少的新型淀粉酶，只需50

13、70mg/Kg，自来水中残留的钙离子浓度已经足矣。,酶添加量的影响 加酶量将根据原料种类和不同行业、工艺特点、最终目的、底物的浓度等决定的。淀粉糖生产中的用量为0.5-0.7%(58u/g)，而啤酒行业上一般为0.25-0.3%( 2.54u/g).,问题： 加酶量如何确定？,在特定条件下，1分钟内转化1微摩尔底物， 或者底物中1微摩尔有关基团所需的酶量，称为一个国际单位，Iu或u, 淀粉酶的水解产物P 4950 不同种类的淀粉酶的淀粉水解产物是不同的，一般来说，相对分子量越小的底物和分支越多的底物越难水解,水解产物一般是C1C7的系列低聚糖。,耐高温淀粉酶的特殊效果,大多数情况下，不需加入钙

14、离子等而表现良好 热稳定型良好 低pH的稳定性，从而减少了龙胆二糖的生成，且减少了色素物质的形成和精炼的费用 减少整个操作过程费用,一般选用该酶？,二、淀粉葡萄糖苷酶(glucoamylase) 淀粉葡萄糖苷酶通常叫做葡萄糖糖化酶，它是用来从液化淀粉中生产葡萄糖，又称为淀粉酶。 该酶是一种外切型酶，能够从淀粉分子非还原端依次水解1，4键，切下葡萄糖单位。 酶活力：指在40，pH4.6情况下，1小时内分解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖的酶量为1个活力单位（1u）。,酶的作用方式,1.水解过程是C1-O-C4中的C1-O键断裂； 2.该酶也可以水解1，6糖苷键，但速度很慢，所以用该酶 水解淀粉的最终产

15、物是？ 3.工业上生产的酶制剂，还含有少量的其他如葡萄糖转移酶 ，纤维素酶等，这些杂酶如葡萄糖转移酶的存在会作用于麦 芽糖，使其中的一个葡萄糖基转移到另一个麦芽糖分子上， 经过1，6键结合生产潘糖，反应的结果是两个分子麦芽糖生成 一个分子潘糖（C18H32O16)和葡萄糖。同时，它也可以使 葡萄糖发生复合反应生成异麦芽糖，异麦芽糖和潘糖属于不 发酵糖，从而影响收率。转移酶作用速度与糖液浓度成正比， 所以，为了尽量减少这种反应，糖液浓度不宜过高。 4.糖化酶对葡萄糖的复合反应也有催化作用，所以酶量也不 宜过大。,要理解！,酶与温度的关系图,从图可以看出该酶的最适温度是？, 工艺控制 酶添加量：一

16、般添加量为0.5-1.3kg/t干淀粉物质，但与具体的工艺和设备有关系。 pH：一般控制4.0-4.4。 温度：一般控制5862 。,高效糖化酶,1）更高的葡萄糖产量； 2）缩短糖化时间； 3）糖化可在更多的干物质量下进行； 4）减少逆反应； 5）提高操作过程的灵活性； 6）更高的热稳定性。,三、淀粉酶(-Amylase) 定义： 它是一种外切酶，作用于淀粉时，从非还原性末端一次切开1，4键，不能水解1，6糖苷键，也不能越过，所以唯一产物是麦芽糖，与此同时C1从变成了型。主要用于饴糖、啤酒行业中。,淀粉酶水解淀粉示意图, ,1.水解过程中糖苷键C1-O-C4,是C1-O键断裂。 2.遇碘着色反

17、应没有a淀粉酶的快，因为总是从尾端开始， 总有较大分子的淀粉存在。 3.水解过程中粘度下降不快。,水解支链淀粉, 淀粉酶的性质 稳定性：比较差，一般在65上就迅速失活 温度：最适温度5560 PH：作用范围57.5，最适PH为6.8-7.0. 用量：100200u/g 钙离子：对酶的稳定性与a淀粉酶的作用相反,相关知识：工业中来源于发芽的大麦，俗称麦芽酶。常用 作酿酒和饴糖的生产。,四、脱支酶(Debranching enzyme),定义：是水解支链淀粉或糖原大分子化合物的1，6糖苷键的酶。它切开分支点1，6键而使整个侧支切下成为短直链糊精，以利于淀粉酶的作用，又称为R酶。 分类：包括普鲁兰酶

18、和异淀粉酶。,普鲁兰酶(pullulanase)： 是一种低pH值下的热稳定性脱支酶，它能切断支链淀粉的1，6糖苷键和完全切断普鲁兰糖（多聚麦芽三糖），但对于糖原等动物性淀粉则不起作用。它通常与糖化酶一起使用，可由液化淀粉糖浆来生产高葡萄糖浆和高麦芽糖浆。这是一种由基因改造的酶。 工艺参数：pH最优4.05.0；温度最优5565。,异淀粉酶(Isoamylase),该酶可以切开支链淀粉的1，6糖苷键，从而切断整个侧支，形成长短不一的直链糊精，它往往与淀粉酶、淀粉酶、糖化酶一起使用，协同其他酶一起生成麦芽低聚糖和液体葡萄糖等。,复习上节内容,1.葡萄糖甘酶是外切酶吗?它的最终产物是什么? 2.高效耐高温淀粉酶的特点有哪些? 3.一般来说,工业上对于酶制剂的使用原则是什么? 4.在淀粉糖化过程中,为什么要控制酶制剂的用量和底物物浓度? 5.高效糖化酶的特点有哪些? 6.脱支酶的作用是什么? 7. 淀粉酶的最终分解产物是什么?,五、固定化葡萄糖异构酶,该酶是一种经过基因工程改造的酶，可以催化D葡萄糖生成D果糖异构化反应。 工艺参数：,3、典型特征： 活力：140250GIGIC/g（最低） 颗粒粒径：3001200m 外观茶色到棕色，自由流动的颗粒 1个GIGIC是指