【正文】 ，能水解分子中的葡萄糖苷鍵。淀粉酶不僅能水解淀粉分子，也能水解淀粉的水解產(chǎn)物，糊精、低聚糖，生成麥芽糖和葡萄糖。酶的特性酶對(duì)于淀粉的催化水解具有高度的專一性，即只能按照一定的方式水解一類和一定地位的葡萄糖苷鍵。Α淀粉酶的水解是由分子內(nèi)部進(jìn)行，不能水解，但能越過而繼續(xù)水解。酶的催化能力強(qiáng)，能在較低溫度進(jìn)行，但時(shí)間長(zhǎng)。酶最重要的性質(zhì)是它的催化能力，通常稱為活力，活力不能測(cè)定，因活力消失后，酶的化學(xué)組成和原先一樣，不發(fā)生改變。酶所作用的物質(zhì)稱為底物，如淀粉、糊精、低聚糖。表示酶活力的方法，用“活力單位”表示酶制劑中含酶量，即用單位時(shí)間內(nèi)底物的減少或產(chǎn)物的增加量來表示。一、 α淀粉酶，生成的產(chǎn)物還原尾端葡萄糖單位C1碳原子為α構(gòu)型，故稱為α淀粉酶。α淀粉酶的來源α淀粉酶廣泛地存在與自然界中，微生物、植物、動(dòng)物中都有α淀粉酶。工業(yè)上應(yīng)用的α淀粉酶主要來源于微生物細(xì)菌和曲霉，特別是枯草桿菌。我國(guó)的液化酶BF7658，丹麥的NDVD，美國(guó)的Tenast，都屬于這一種。由微生物制酶，產(chǎn)量高，易于分離和精制，適用于工業(yè)大量生產(chǎn)使用。酶可以制成粉末狀的固體酶制劑，也可以通過澄清，過濾后直接應(yīng)用，也可以蒸發(fā)濃縮到一定的濃度后制成酶制劑使用，目前工廠應(yīng)用的酶制劑（液體）顏色為棕色，在25℃可以貯存6個(gè)月，但活力下降約1015%，在1520℃時(shí)結(jié)冰，但不影響活力，所以一般將酶存在25℃以下，較干燥避光的地方。酶的性質(zhì)酶是蛋白質(zhì)，有許多氨基酸組成，不同來源的α淀粉酶，氨基酸組成不同。酶基本上是由18種左右的氨基酸組成。，酶的催化作用在分子的表面進(jìn)行，但真正有催化作用的只占一少部分，這部分稱之為“活化中心”。酶與底物分子結(jié)合生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)的活化狀態(tài)，進(jìn)一步水解后生成游離酶產(chǎn)物。在目前，酶的水解反應(yīng)機(jī)理，還不十分明確，有待進(jìn)一步研究，酶的催化活力和活力的穩(wěn)定性受很多因素的影響，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，最重要的是PH值和溫度，在某一特定的溫度，PH值范圍內(nèi)酶具有最高的活力穩(wěn)定性。圖31為α淀粉酶（NDVD）的活力與PH值的關(guān)系。，溫度37℃，底物：可溶性淀粉。，（37℃條件下）溫度升高，在65℃以下應(yīng)用，在較高的溫度下應(yīng)用。如果作用時(shí)間短，反應(yīng)進(jìn)行的速度較快。圖32表示酶與溫度的關(guān)系，，底物：可溶淀粉。，活力最高溫度為78℃。淀粉和糊精有提高活力溫度的作用，在3035%DS濃度的情況下8587℃活力最高，所以工業(yè)上是在8590℃的較高溫度下進(jìn)行，酶的活力最高，也能保證淀粉糊化完全。由于α淀粉酶的液化作用，淀粉溶液的粘度急劇降低。在不同的PH值下進(jìn)行試驗(yàn)，粘度降低的最大。酶的另一個(gè)重要性質(zhì)是活力熱穩(wěn)定性，它受溫度和PH值的影響最大，在較高的溫度受熱，受熱時(shí)間增長(zhǎng)都影響活力降低或消失，受溫度影響的關(guān)系見圖33，NDVD，240，，，是很穩(wěn)定的，85℃加熱20分鐘，活力只降低80%，酶的活力的穩(wěn)定性受PH值影響，以70℃受熱1小時(shí)后的殘余活力的百分率。 圖34中當(dāng)PH為610范圍內(nèi)，穩(wěn)定性高，PH值低于6，穩(wěn)定性降低很快，當(dāng)降到PH5以下時(shí)酶活力迅速消失，圖34，酶：NDVD240，溫度70℃，NDVD。 鈣鹽對(duì)α淀粉酶的熱穩(wěn)定性有很大提高作用，工業(yè)生產(chǎn)中，在液化操作中加入CaCl2或CaSO4調(diào)節(jié)鈣離子濃度到適當(dāng)?shù)姆秶?，（200ppm）同時(shí)鈣離子的存在對(duì)酶活力的PH值范圍有增廣的效果。在酶的水解反應(yīng)中，鈣離子不直接參與酶與底物分子生成的絡(luò)合結(jié)構(gòu)，但鈣離子的存在，使酶分子保持適當(dāng)?shù)臉?gòu)型，具有最高的活力和最高的活力穩(wěn)定性。鈉離子也有提高酶的活力穩(wěn)定性的作用。 酶的水解方式，越過此鍵繼續(xù)水解，水解從分子內(nèi)部開始進(jìn)行，最初的速度很快，淀粉分子急速減少，粉漿的粘度急速降低，但還原性小，說明分子比較大，工業(yè)上稱這種現(xiàn)象為“液化”，同時(shí)因水解產(chǎn)生糊精，也稱為“糊化精”。在快速水解后，水解速度邊慢，分子繼續(xù)斷裂，變小，產(chǎn)物還原性增高，淀粉遇碘變藍(lán)，糊精遇碘生成的顏色因分子的大小而不同，隨著分子的變小呈紫色，紅到棕色。糊精分子小到一定的程度遇碘不再變色，稱為消色點(diǎn)。淀粉水解到消色點(diǎn)時(shí)，主要產(chǎn)物為麥芽糖，麥芽三糖和麥芽六糖及少量的葡萄糖等。α淀粉酶水解淀粉時(shí)，從分子內(nèi)部開始，很雜亂。α淀粉酶水解直鏈和支鏈的淀粉分子方式相同。α淀粉酶水解迅速，因底物分子和分子大小不同而不同，直鏈淀粉的水解速度快于支鏈淀粉和糖原。水解較小的分子低聚糖的速度更快。 二、葡萄糖淀粉酶 葡萄糖淀粉酶水解淀粉，由非還原端進(jìn)行，使一個(gè)葡萄糖單位分離產(chǎn)生葡萄糖，構(gòu)型為β型，分離出來的葡萄糖發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變，水解產(chǎn)物只有葡萄糖，沒有其他糖生成。因?yàn)榇嗣杆獾矸壑苯由善咸烟牵史Q之為葡萄糖淀粉酶，也稱淀粉葡萄糖苷酶，同時(shí)也能水解淀粉的水解產(chǎn)物：糊精、低聚糖、麥芽糖等，產(chǎn)生D葡萄糖。水解由底物分子的尾端進(jìn)行，屬于外酶。在水解過程中，是葡萄單位間的G1OG4中的G1O鍵斷裂。 葡萄糖淀粉酶水解淀粉分子和較大分子的低聚糖屬于單鏈?zhǔn)郊此庖粋€(gè)分子完成以后，再水解另一個(gè)分子，水解較小的低聚糖屬于多鏈?zhǔn)剑此庖粋€(gè)分子幾次后，再水解另一個(gè)分子。 葡萄糖淀粉酶的專一性差，，后兩種鍵的水解速度慢得多。葡萄糖淀粉酶的性質(zhì)決定水解淀粉能全部轉(zhuǎn)化為葡萄糖。 酶的來源 工業(yè)上生產(chǎn)的葡萄糖淀粉酶制劑主要是來自黑曲霉、根霉和擬內(nèi)孢霉。這三種都有水解淀粉生成葡萄糖的功能，三種酶有一定的差別，曲霉的活力穩(wěn)定性高，能在較高的溫度和較低的PH值下應(yīng)用，但混有葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，影響產(chǎn)率，根霉和擬內(nèi)孢霉不產(chǎn)生這種葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，但根霉不適合與深層液體培養(yǎng)，產(chǎn)量低。曲霉和擬內(nèi)孢霉都用深層液體培養(yǎng)，能大量生產(chǎn)。 酶的性質(zhì) 葡萄糖化酶的來源不同，所具有的性質(zhì)就不同，糖化時(shí)所需要的溫度的PH值方面存在著差別。黑曲霉一般為5560℃，根霉一般為5055℃，擬內(nèi)孢霉一般為50℃，糖化時(shí)間一般都是幾十小時(shí)。若在55℃以下的溫度糖化，一感染細(xì)菌，糖化在60℃進(jìn)行，能避免雜菌生長(zhǎng)，較低的PH值下糖化，有色物質(zhì)生成少，顏色淺，易于脫色。圖35為一種黑曲霉葡萄糖淀粉酶制劑的活力與PH值關(guān)系曲線。，過高和過低的PH值都大大影響其活力。工業(yè)上應(yīng)用的PH值，范圍（）比較廣，也是優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)過程中，PH值有所變更，不致降低活力。曲霉葡萄糖淀粉酶在5560℃溫度范圍內(nèi)糖化活力高，溫度再升高，則活力降低很快，80℃以上活力全部消失，圖36表示用30%，用Diazyme酶制劑于不同溫度進(jìn)行糖化96小時(shí)，用所得的糖化液的葡萄糖值表示的糖化活力。酶水解淀粉要求有一定的濃度范圍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，隨淀粉乳濃度的增高，葡萄糖值降低，濃度在30%以上，葡萄糖值降低很快，降低的原因主要是由于復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生生成了異麥芽糖，但采用較低的淀粉濃度，復(fù)合反應(yīng)減少，葡萄糖產(chǎn)率低，但蒸發(fā)費(fèi)用高，成本上升，故工業(yè)上一般采用的淀粉濃度為3040%DS。增加酶的用量，能縮短糖化時(shí)間，較快地達(dá)到需要的糖化程度，如453克玉米淀粉用80活力單位（Diazyme酶制劑）糖化到葡萄糖值為9598，用7296小時(shí)，若用酶量增加到100活力單位則需要4048小時(shí)，可見增加酶用量能提高生產(chǎn)能力。三、 葡萄糖生產(chǎn)工藝在葡萄糖生產(chǎn)工藝中，首先采用的是利用酶作用催化劑，使淀粉水解成葡萄糖的糖化工藝，稱為酸法工藝。隨著科學(xué)的發(fā)展，又采用了酸液法，酶糖化的酸酶法工藝，目前最先進(jìn)的工藝為雙酶法流程，用酶液化淀粉，再用酶糖化，具體的工藝流程如下：加水 NaCo3 α淀粉酶1/3量 α淀粉酶2/3 淀粉 淀粉乳 予液化 液化 糖化 過濾 離子交換 蒸發(fā) 結(jié)晶 分離 干燥 包裝 葡萄糖淀粉酶 活性炭第四章 液化在糖化前，首先將淀粉配成一定濃度的淀粉乳，配成的淀粉乳濃度一般在3040%之間，濃度過高，酶液化不完全，同時(shí)過高的濃度，需要增加酶用量。濃度過低，設(shè)備利用率低，生產(chǎn)投資大，所以工業(yè)上一般采用的淀粉乳濃度為21176。Be（37%DS），在淀粉乳中加入50ppm的鈣離子可以提高酶的熱穩(wěn)定性。，并有助于雜質(zhì)的凝聚，改善過濾性質(zhì)。淀粉顆粒的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)對(duì)于酶的作用抵抗力強(qiáng)。細(xì)菌α淀粉酶水解淀粉顆粒和水解糊化淀粉的速度比約為1：，由于這種原因，不能使淀粉酶直接作用于淀粉，需要先加熱淀粉乳，使淀粉顆粒吸水膨脹，糊化，破壞其結(jié)晶結(jié)構(gòu)。淀粉糊化是酶法工藝的一個(gè)必不可少的步驟。淀粉糊化后，粘度大，流動(dòng)性差，攪拌困難，影響傳熱很難獲得均勻的糊化效果，特別是在較高的流水作業(yè)的情況下，操作困難，但α淀粉酶對(duì)糊化淀粉具有很強(qiáng)的催化水解作用，粘度急劇降低，流動(dòng)性能增強(qiáng)，故工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，將α淀粉酶混入淀粉乳中，加熱湖化后，立即液化雖然淀粉乳濃度高大37%，液化后的流動(dòng)性高，操作無困難。液化的另一個(gè)重要目的是為了下一步的糖化創(chuàng)造條件。糖化使用的葡萄糖淀粉酶是外酶，水解作用是從底物的非還原小程度，底物分子數(shù)量增多，糖化酶作用的機(jī)會(huì)增多，有利于糖化反應(yīng)。但在液化過程中，淀粉糊化，水解成較小的分子，應(yīng)達(dá)到什么程度合適，需要考慮不同影響因素。首先，粘度應(yīng)降低到足夠的程度，適于操作，底物分子多，給葡萄糖淀粉酶更多的作用機(jī)會(huì)，但葡萄糖淀粉酶，先是與底物分子生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，而后發(fā)生水解作用。它要求底物分子的大小有一定的范圍，才有利于生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，過大或過小，都不適宜。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，液化過程中，一般控制葡萄糖值為1520范圍內(nèi)，水解超過這個(gè)范圍，不利于糖化酶生成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，影響催化效率，糖化爺?shù)淖罱K葡萄糖糖化值低。液化方法：液化方法有幾種，其中最簡(jiǎn)單的是升溫液化法，3040%濃度的淀粉乳，加入CaCl2，加入需要量的液化酶，在保持劇烈攪拌時(shí)，加熱到8590℃，在此溫度保持3060分鐘，達(dá)到需要的液化程度。液化方法簡(jiǎn)單，液化效果差，糖化液的過濾性質(zhì)差，葡萄糖含量低，在工業(yè)上一般采用噴射液化法。噴射液化器根據(jù)不同的需要，結(jié)構(gòu)有所不同。要點(diǎn)是蒸汽直接噴射入淀粉乳薄層，使之糊化，液化。見圖41是兩種不同噴射液化器的構(gòu)造示意圖，A為蒸汽入口，B為混有液化酶的淀粉乳進(jìn)口。先通入蒸汽入噴射器，預(yù)熱到8090℃，用位移泵將淀粉乳打入，蒸汽噴入淀粉乳的薄層，引起糊化、液化。蒸汽的使用壓力為46kg/cm2,蒸汽噴射產(chǎn)生的湍流，使淀粉受熱快而均勻，粘度降低也快。液化后的淀粉乳由噴射器的保持管引入保溫桶中。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：液化效果好，蛋白質(zhì)凝結(jié)好，糖化業(yè)的過濾性質(zhì)好，設(shè)備少適于連續(xù)操作。 有30%%的液化酶（Tenase）,分別有升溫法和噴射法進(jìn)行液化，糖化后，比較兩種糖化液的過濾性質(zhì)。噴射前加入CaCl2,NaCl調(diào)節(jié)PH＞，引入予熱90℃的噴射液化器，噴射后，再進(jìn)入保溫桶與8590℃保溫45分鐘，液化完成，降溫到60℃，加入糖化酶，糖化6小時(shí)，用于涂層轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)，比較兩種糖化液的過濾速度，和濾餅不溶物的生成量，結(jié)果見表：噴射液化升溫液化濾液葡萄糖值濾液的比旋光度[α]20 0濾餅不溶物（%） ≥過濾速度[升/時(shí)/米2]630183 無論是酸法工藝還是酶法工藝，液化得到的溶液中，總存在微量的不溶物質(zhì)，且分子特別小，工業(yè)上稱之為不溶淀粉顆粒，也稱之為“醇不溶物”，這種不溶淀粉顆粒在糖化中，不能被糖化酶水解，因而降低葡萄糖產(chǎn)率、糖化液的過濾速度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 根據(jù)目前的研究表明，酶法液化產(chǎn)生的不溶淀粉顆粒，系直鏈淀粉與脂肪酸生成的絡(luò)合物，呈螺旋結(jié)構(gòu)，組織緊密，在糖化過程中，不被水解，直接進(jìn)入結(jié)晶工序，形成晶體，影響產(chǎn)品質(zhì)量，為防止生產(chǎn)不溶淀粉顆粒，需要在液化過程中采取特殊的措施，以保證工藝質(zhì)量。 目前世界比較先進(jìn)的液化流程是二項(xiàng)噴射蒸煮液化工藝流程，在這里主要了解STARCOSA公司的工藝流程，稱STARCOSA流程，具體流程：由淀粉廠來的淀粉乳，濃度為21176。Be，貯存在接受罐中，然后進(jìn)行計(jì)算，溫度為30℃PH5，引入淀粉乳制備罐中，用10%，再由計(jì)量泵加入氯化鈣（10%DS）使鈣離子濃度達(dá)到50ppm。 通過最小流量報(bào)警器，控制鈣的流量，保證耐高溫的α淀粉酶，用噴射系流阻塞的危險(xiǎn)而失效，制備好的淀粉乳（21℃Be，α淀粉酶，CaCl2混合）由離心泵通過流量控制器，輸送到第一效噴射蒸煮系統(tǒng)，流量控制器控制固定流動(dòng)速率。 第一噴射蒸煮系統(tǒng)的組成，由板式換熱器，噴射加熱器，反應(yīng)停留管（保持管），反應(yīng)罐組成。 淀粉乳通過板式換熱器由30℃被加熱到50℃，進(jìn)入專用噴射加熱器噴射蒸煮，淀粉乳在加熱中，使溫度達(dá)到120℃，加熱器內(nèi)的高度湍流，使淀粉顆粒破碎，然后進(jìn)入保持管，在120℃，3bar的壓力下保持30分鐘，進(jìn)入反應(yīng)罐。反應(yīng)罐是帶有攪拌器的特殊容器，它做為閃急冷卻器，通過閃急冷卻，保持在真空下（,90℃），把予液化淀粉乳冷卻到92℃停留20分鐘，在這段反應(yīng)時(shí)間內(nèi)α淀粉酶分解予蒸煮的淀粉乳粘度達(dá)到大約600CP，完成予液化，用碘試，不存在淀粉。為保證工