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α-葡聚糖酶制糖工业论文

α-葡聚糖酶制糖工业论文

1α-葡聚糖酶的研究

1.1组成型α-葡聚糖酶工程菌的构建及表达研究

梁达奉等克隆了朱黄青霉(PenicilliumminioluteumHI-4)的α-葡聚糖酶基因dex,构建组成型表达载体pGAPZαA-dex;还以毕赤酵母KM71H为受体菌,构建了组成型表达α-葡聚糖酶的毕赤酵母工程菌KM71H/pGAPZαA-dex。他们的研究结果显示,摇瓶发酵120h,α-葡聚糖酶酶活达到60.4U/mL。且该菌种培养方法简单,遗传特性稳定,在发酵过程中无需诱导,避免了甲醇的使用,这不但提高了安全性,还降低了成本,为大规模工业生产α-葡聚糖酶打下基础。

1.2酶学性质及其稳定性研究

黎志德等研究了KM71H/pGAPZαA-dex所产α-葡聚糖酶的酶学性质。结果表明,α-葡聚糖酶的最适反应温度为50℃,最适反应pH值为5.0;酶的储存稳定性较好,pH值在4.5~5.0时α-葡聚糖酶较稳定,4℃保存,半衰期约为35d。他们发现:采用葡萄糖作保护剂可以最大限度减少酶活损失,以蔗糖作为保护剂时,在室温下酶活基本没有损失;α-葡聚糖酶在pH值5.5时,温度4~25℃保存150h,相对酶活仍有90%以上;但是当贮存温度超过30℃,酶活在较短时间明显下降,且温度越高,酶活下降速度越快;α-葡聚糖酶在pH值4~6,4℃下保存一周,相对酶活仍有80%以上;α-葡聚糖酶液中添加甘油浓度达到30%时,室温下保存56d,相对酶活仍有80%以上。

1.3分离纯化研究

黎志德等研究了α-葡聚糖酶在PEG-(NH4)2SO4双水相体系中的分配行为,并从中寻找该双水相体系中分离纯化的最佳工艺条件。他们以两相比、酶活、蛋白浓度、比活力以及萃取率为参数进行比较,探讨使用不同分子量的PEG、不同的PEG浓度以及不同(NH4)2SO4浓度下对酶分配行为的影响。发现,α-葡聚糖酶在质量分数13%的PEG4000以及13%的(NH4)2SO4双水相系统中,可以获得较高的比活力(2364.97U/mg)以及萃取率(99.94%)。

1.4制糖生产中添加α-葡聚糖酶的工艺条件研究

岑成福等通过响应曲面法优化建立回归模型,得到α-葡聚糖酶催化水解蔗汁中α-葡聚糖的最佳反应条件:酶剂量0.05U/mL蔗汁、pH值5.3、反应时间15min、反应温度51℃。在该条件下使用α-葡聚糖酶可将蔗汁中含量为800~900ppm的α-葡聚糖完全去除。

2α-葡聚糖酶在制糖工业的应用研究

2.1在甘蔗制糖工业的应用

在广东某糖厂压榨车间,蚁细苗等添加α-葡聚糖酶后测定蔗汁及糖浆中α-葡聚糖的含量,发现加酶后中和汁中α-葡聚糖减少约78.9%,粗糖浆中α-葡聚糖减少约64.4%。在广西某糖厂的加酶试验结果表明,混合汁中α-葡聚糖减少约70.2%,中和汁中α-葡聚糖减少54.0%。抽查加酶前后每天两个编号白砂糖样品,发现加酶后白砂糖中α-葡聚糖的清除率达到95%,说明加入α-葡聚糖酶能有效清除白砂糖中的α-葡聚糖,提高糖产品品质。

2.2在原糖炼糖工业过程的应用马步等

在原糖炼糖企业的研究中发现,在煮糖过程加入α-葡聚糖酶有利于糖浆过滤。加酶后压滤机的平均处理时间延长了5.3%,说明过滤流量降至需要卸泥的时间延长了,而且每台机器的处理量也增大了,日总处理量增加了7.6%。这可能是因为加酶后大部分α-葡聚糖在溶糖箱被降解,稀汁黏度下降,令过滤更加顺畅;也可能是因为α-葡聚糖被降解后改变了滤泥的结构,令滤层阻力减少,增加了压滤机处理量。在煮糖过程加入α-葡聚糖酶有利于煮炼收回。本实验所在精炼糖厂采用了七系煮糖法(煮糖罐编号分别为R1、R2、R3、R4、A、B、C。原糖溶解澄清后进入R1煮糖罐,罐里的糖浆称为R1糖浆,煮出来的糖膏称为R1糖膏,分蜜后得出的糖为R1糖,蜜为R1蜜,R1蜜用作R2的糖浆,如此类推)。结果显示,加酶后R1糖浆的简纯度较加酶前上升了0.08%,这可能是因为原糖糖浆中的α-葡聚糖被降解后,原糖糖浆黏度下降,部分含杂质的胶体体系被破坏,从而令过滤和脱色过程中清净效率提高,使R1糖浆简纯度提高。R3、R4、A、B和C糖浆的简纯度均比加酶前下降,且A、B和C糖浆的下降幅度较大,这可能是由于前面两系煮糖的结晶率提高,高纯度物料前移,加酶后糖浆的α-葡聚糖含量明显降低,从而降低了物料的粘度,加速了蔗糖的结晶速率,令糖浆的纯度降低,从而提高了煮炼收回。理论上,α-葡聚糖的存在增加糖浆的粘度,影响蔗糖吸收、结晶速度,延长煮糖时间,α-葡聚糖的除去可缩短煮糖时间。试验结果表明,加酶后R1、R2糖浆纯度提高,R1、R2糖的煮糖时间缩短,R3糖浆以后的煮糖时间也有相同规律,说明加入α-葡聚糖酶还有利于缩短煮糖时间。

3展望

α-葡聚糖酶在糖厂的应用结果表明,α-葡聚糖酶能有效降解蔗汁(或原糖糖浆)中的α-葡聚糖,提高清净效果,提高过滤效率,提高加热与蒸发过程的传热效率,增强煮糖物料循环流动性,改善分蜜效果,降低废蜜重力纯度,提高煮炼收回;使用α-葡聚糖酶后,白砂糖中α-葡聚糖含量降至无法检出,质量和适用性显著提高。目前,解决α-葡聚糖危害的最佳方法是利用α-葡聚糖酶在制糖工艺过程直接去除α-葡聚糖。该方法不仅效果好,而且安全环保,但是其不足在于酶活性不高,且生产成本较高。基因工程技术和蛋白质定向进化技术将在提高α-葡聚糖酶酶活、提高热稳定性、增强底物特异性等方面发挥重要作用,成为今后的研究热点。

作者:梁达奉马步柳颖梁逸曾练强黄曾慰黄玉南林荣珍单位:广西农垦糖业集团股份有限公司广州甘蔗糖业研究所

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