糖化酶的固定方法及发酵生产

概述^[1][2]

糖化酶是应用历史悠久的酶类,1500年前,我国已用糖化曲酿酒。糖化酶又名葡萄糖淀粉酶，深色液体，主要用作食品添加剂，作为酶制剂广泛用于食品加工及酿酒、果糖、酒精、葡萄糖等生产。 糖化酶它能把淀粉从非还原性未端水解α‑1.4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解α‑1.6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。同时也能水解糊精，糖原的非还原木端释放β‑D‑葡萄糖。

固定方法^[1]

目前，国内工业生产中都采用游离酶制剂，存在着产物分离困难，造成原料的巨大浪费，同时还增加了生产成本。而固定化糖化酶制品作为固相生物催化剂不但可以将催化剂与产物(或底物)分开，而且还可以实现连续化操作及自动化控制，提高了产物的质量和收率。糖化酶的固定化方法主要有共价键结合法、吸附法、包埋法、共固定化和几种固定化方法联用。目前，有关葡萄糖淀粉酶的固定化报道较多，但以聚乙烯醇为载体的葡萄糖淀粉酶固定化方法较少。

CN200410038809提供一种利用聚乙烯醇复合凝胶固定糖化酶的方法，以应用于酒精工业、食品工业、酿酒、淀粉及淀粉质原料的深加工、分析测定及其它相关发酵工业生产中。利用聚乙烯醇复合凝胶固定化葡萄糖淀粉酶制品有较好的机械性能、操作稳定性和工业应用前景。包括以下步骤，先将8～10g粉状糖化酶溶解于100mLpH4.6～5.0的乙酸-乙酸钠缓冲液中，经4～6层纱布粗滤，然后在室温下将3～15mL10％的糖化酶酶液与50mL聚乙烯醇复合凝胶混合，搅拌均匀(防止产生气泡)，倒入20cm的平皿中，厚度为3-4mm，该聚乙烯醇复合凝胶在-30℃～-10℃的冷冻温度下冷冻交联24～48小时，冷冻交联中优选的冷冻温度为-24℃，优选的冷冻时间为40～48小时。待成型后取出自然解冻，切成(3～6)mm×(3～6)mm×(3～6)mm的小块即可。

热稳定性和pH稳定性^[3]

有关糖化酶的热稳定性报道很多。目前,主要集中在糖化酶的热稳定性机理及筛选热稳定性糖化酶菌株上。工业上应用的糖化酶都是利用它的热稳定性。一般真菌产生的糖化酶热稳定性比酵母高,细菌产生的糖化酶耐高温性能优于真菌。CLostridiumthermohydrosulfuricum糖化酶是目前已报道的糖化酶中耐热最高的酶,在50%的淀粉溶液中,70℃下酶完全稳定,而且在10%酒精液中仍很稳定。即使在85℃下处理lh其酶活性仍保持50%,而且这种酶不受Ca2+,EDTA和α-,β-,γ-环状糊精的影响。陈冠军等报道从黑曲霉As3.4309变异株B-11发酵液中获得的3种类型糖化酶GI,GII,GIII其最适温度均为70℃。

HyunHH等曾报道A.nigerIMDCCNO1203糖化酶活性最高温度均为70℃。α-环状糊精在60℃下可使糖化酶的热稳定性提高。一般糖化酶都具有较窄的pH值适应范围,但最适pH一般为4.5～6.5。Tomoko TAKAHASHI等报道来自于A.saitoi的糖化酶GLUM1其最适pH范围为2.5～7.5,最适pH值为4.5。HyunHH等曾报道A.niger产生的糖化酶pH值稳定范围为2～l1。不同微生物菌株产生的糖化酶其耐热性、pH稳定性各不相同。真菌、细菌产生的糖化酶由于耐热性较高,巴氏灭活处理不能使酶失活,在啤酒生产中易影响终产品的风味。

发酵生产^[3]

1糖化酶产酶菌种

主要是霉菌,我国多用红曲霉、黑曲霉以及根霉。根霉以固体发酵为主,红曲霉和黑曲霉多以深层液体发酵生产。

2生产方法

2.1黑曲霉固体发酵法

工艺流程:试管菌种→三角瓶款曲扩大培养→帘子曲种→通风制曲→成品。

2.2液体深层发酵法

工艺流程:试管斜面种子→种子扩大培养→发酵→过滤→浓缩→干燥→粗酶制剂。

发酵用基质:碳源为玉米粉、甘薯粉等,有机氯源常用玉米浆、豆饼粉和酵母膏等,常用的无机氯源有(NH4)2S04、NH4N03和NH3等,无机盐添加MgS04·7H2O、KH2PO4等。

菌种不同,产生糖化酶的最适pH值也不同,黑曲霉为4.0～5.0,用黑曲霉生产糖化酶一般控制温度在30℃～35℃。

主要参考资料

[1]简明精细化工大辞典

[2][中国发明]CN200410038809.X固定化葡萄糖淀粉酶制品及固定葡萄糖淀粉酶的方法

[3]张秀媛,袁永俊,何扩.糖化酶的研究概况[J].食品研究与开发,2006(09):163-166.