糖化酶又称葡萄糖淀粉酶,学名为α-1,4-葡萄糖水解酶,是由优良菌种黑曲霉菌株经过深层液体提炼而成。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。
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。葡萄糖分子中的醛基能被次碘酸钠氧化,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。糊化处理完成后,可以将液的温度降低到62℃,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,每1g原料所需的酶量为80~100u。糖化的温度设定为58~60C,持续时间为30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,将原料液化后冷却到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。
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。