CN110184257B - 一种大麦β-淀粉酶提取工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大麦β‑淀粉酶提取工艺，包括原料调浆，酶解浸提，板框过滤，板框清洗，液体超滤，酶液换热，酶液除杂，酶液精滤，酶液稳定等。还可以包括料渣酶解，料液过滤，滤液浓缩和糖化料渣处理。原料浆液搅拌升温过程中添加中温α‑淀粉酶、β‑葡聚糖酶和中性蛋白酶,可以水解原料中的大分子物质，提高目标大麦β‑淀粉酶的释放，原料利用率高，提高产品收率；产品为植物提取获得，不含转基因成分，产品纯度高；产品稳定性好，室温保存12个月酶活保存率达97%以上；可经过酶解用于生产麦芽汁产品，用于酿造、食品、发酵等行业。生产麦芽汁后的滤渣用作发酵饲料，整个生产过程环保无污染，废渣得到充分利用。

Description

一种大麦β-淀粉酶提取工艺
技术领域
本发明涉及一种大麦β-淀粉酶提取工艺，属于生物酶制剂技术领域。
背景技术
β-淀粉酶又称淀粉β-1,4-麦芽糖苷酶，是淀粉酶类中的一种，广泛存在于大麦、小麦、甘薯、大豆等高等植物以及芽孢杆菌属等微生物中。是啤酒酿造、饴糖(麦芽糖浆)制造的主要糖化剂。大麦β-淀粉酶是存在于大麦中的主要水解酶之一，是以大麦为主要原料提取出来的一种胞外酶。
大麦β-淀粉酶作为一种外切淀粉酶，主要用于生产高品质麦芽糖浆。目前，β-淀粉酶主要以小麦、大麦、大豆、红薯等植物为原料，也可以通过微生物发酵获得β-淀粉酶，市场上对大麦提取的β-淀粉酶使用广泛。但是传统生产方法中使用工程菌，涉及到转基因敏感成分，转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可能致癌和其他遗传病，产品原料成本高，收率低，原料残渣得不到综合利用，生产过程中容易造成环境污染。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种大麦β-淀粉酶提取工艺，实现大麦β-淀粉酶大批量生产，提高原料利用率，可以获得高酶活的大麦β-淀粉酶，浓缩麦芽汁以及发酵饲料，原料利用率大大提高。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大麦β-淀粉酶提取工艺，包括以下步骤：
（1）原料调浆：将大麦粉与水按比例混合，搅拌均匀并升温至50～60℃获取原料浆液；
（2）酶解浸提：原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶、β-葡聚糖酶和中性蛋白酶，酶解浸提0.5～3h；
（3）板框过滤：向料液中添加硅藻土，通过板框压滤机过滤获得清澈的酶液；
（4）板框清洗：用纯净水清洗板框收集清洗液；
（5）液体超滤：将所述酶液及清洗液使用超滤膜进行分级超滤浓缩，获得浓缩酶液；
（6）酶液换热：将所述浓缩酶液升温至30～40℃，保温维持0.5～1h，除去浓缩酶液中的热凝物；
（7）酶液除杂：调节所述浓缩酶液pH值至3.8～4.5，通过等电点法去除浓缩酶液中的杂蛋白；
（8）酶液精滤：对所述浓缩酶液进行精滤处理，获得纯度高的酶液产品；
（9）酶液稳定：向所述酶液产品中添加食用盐、甘油和山梨酸钾进行稳定性处理。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，还包括以下步骤：
（10）料渣酶解：将所述步骤（3）中利用板框压滤机过滤后的大麦渣和所述步骤（5）中超滤后的透过液混合，搅拌均匀，升温至50～60℃，维持1～2h，添加30～60u/g糖化酶糖化1～1.5h；
（11）料液过滤：糖化后的料液经过升温灭酶进行板框过滤获得麦芽汁滤液；
（12）滤液浓缩：将所述麦芽汁滤液经过三效蒸发后获得浓缩麦芽汁产品。提取大麦β-淀粉酶后的料渣可经过酶解用于生产麦芽汁产品，用于酿造、食品、发酵等行业。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，还包括以下步骤：
（13）糖化料渣处理：将步骤（11）的料渣经过枯草芽孢杆菌及乳酸菌发酵获得发酵饲料。生产麦芽汁后的滤渣用作发酵饲料，整个生产过程环保无污染，废渣得到充分利用。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，所述步骤（1）中，大麦粉与水的混合比例为1:3。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，所述步骤（2）中，所述中温α-淀粉酶的添加量为5～50u/g；β-葡聚糖酶的添加量为50～150u/g，中性蛋白酶的添加量为0.1～20u/g。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，所述步骤（3）中，向料液中添加3%～10%的10#硅藻土和0.5%～1.51%的300#硅藻土。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，所述步骤（5）中，先使用60000分子量的超滤膜进行超滤，再使用20000分子量的超滤膜浓缩。
作为大麦β-淀粉酶提取工艺的优选方案，所述步骤（9）中，向所述酶液产品中添加10%食用盐、20%甘油和0.1%山梨酸钾。
本发明的有益效果是：原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶、β-葡聚糖酶和中性蛋白酶,可以水解原料中的大分子物质，提高目标大麦β-淀粉酶的释放，原料利用率高，提高产品收率；大麦β-淀粉酶提取过滤速度快1至3倍；产品为植物提取获得，不含转基因成分，产品纯度高；产品稳定性好，室温保存12个月酶活保存率达97%以上；用于提取大麦β-淀粉酶后的料渣可经过酶解用于生产麦芽汁产品，用于酿造、食品、发酵等行业。生产麦芽汁后的滤渣用作发酵饲料，整个生产过程环保无污染，废渣得到充分利用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附表对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
S11：原料调浆：将大麦粉与水按1:3比例混合，搅拌均匀并升温至50℃获取原料浆液；
S12：酶解浸提：原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶5u/g、β-葡聚糖酶50u/g和中性蛋白酶0.1u/g，酶解浸提0.5h；
S13：板框过滤：向料液中添加3%的10#硅藻土和0.5%的300#硅藻土，通过板框压滤机过滤获得清澈的酶液；
S14：板框清洗：用纯净水清洗板框收集清洗液；
S15：液体超滤：将所述酶液及清洗液使用超滤膜进行分级超滤浓缩，先使用60000分子量的超滤膜进行超滤，再使用20000分子量的超滤膜浓缩，获得浓缩酶液；
S16：酶液换热：将所述浓缩酶液升温至30℃，保温维持0.5h，除去浓缩酶液中的热凝物；
S17：酶液除杂：调节所述浓缩酶液pH值至3.8，通过等电点法去除浓缩酶液中的杂蛋白；
S18：酶液精滤：对所述浓缩酶液进行精滤处理，获得纯度高的酶液产品；
S19：酶液稳定：向所述酶液产品中添加10%食用盐、20%甘油和0.1%山梨酸钾进行稳定性处理；
S110：料渣酶解：将所述步骤S3中利用板框压滤机过滤后的大麦渣和所述步骤S5中超滤后的透过液混合，搅拌均匀，升温至50℃，维持1h，添加30u/g糖化酶糖化1h；
S111：料液过滤：糖化后的料液经过升温灭酶进行板框过滤获得麦芽汁滤液；
S112：滤液浓缩：将所述麦芽汁滤液经过三效蒸发后获得浓缩麦芽汁产品。
S113：糖化料渣处理：将步骤S11的料渣经过枯草芽孢杆菌及乳酸菌发酵获得发酵饲料。
实施例2
S21：原料调浆：将大麦粉与水按1:3比例混合，搅拌均匀并升温至55℃获取原料浆液；
S22：酶解浸提：原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶27.5u/g、β-葡聚糖酶100u/g和中性蛋白酶10u/g，酶解浸提1.5h；
S23：板框过滤：向料液中添加7%的10#硅藻土和1%的300#硅藻土，通过板框压滤机过滤获得清澈的酶液；
S24：板框清洗：用纯净水清洗板框收集清洗液；
S25：液体超滤：将所述酶液及清洗液使用超滤膜进行分级超滤浓缩，先使用60000分子量的超滤膜进行超滤，再使用20000分子量的超滤膜浓缩，获得浓缩酶液；
S26：酶液换热：将所述浓缩酶液升温至35℃，保温维持0.7h，除去浓缩酶液中的热凝物；
S27：酶液除杂：调节所述浓缩酶液pH值至4.2，通过等电点法去除浓缩酶液中的杂蛋白；
S28：酶液精滤：对所述浓缩酶液进行精滤处理，获得纯度高的酶液产品；
S29：酶液稳定：向所述酶液产品中添加10%食用盐、20%甘油和0.1%山梨酸钾进行稳定性处理；
S210：料渣酶解：将所述步骤S3中利用板框压滤机过滤后的大麦渣和所述步骤S5中超滤后的透过液混合，搅拌均匀，升温至55℃，维持1.5h，添加45u/g糖化酶糖化1.2h；
S211：料液过滤：糖化后的料液经过升温灭酶进行板框过滤获得麦芽汁滤液；
S212：滤液浓缩：将所述麦芽汁滤液经过三效蒸发后获得浓缩麦芽汁产品。
S213：糖化料渣处理：将步骤S11的料渣经过枯草芽孢杆菌及乳酸菌发酵获得发酵饲料。
实施例3
S31：原料调浆：将大麦粉与水按1:3比例混合，搅拌均匀并升温至55℃获取原料浆液；
S32：酶解浸提：原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶50u/g、β-葡聚糖酶150u/g和中性蛋白酶20u/g，酶解浸提3h；
S33：板框过滤：向料液中添加10%的10#硅藻土和1.51%的300#硅藻土，通过板框压滤机过滤获得清澈的酶液；
S34：板框清洗：用纯净水清洗板框收集清洗液；
S35：液体超滤：将所述酶液及清洗液使用超滤膜进行分级超滤浓缩，先使用60000分子量的超滤膜进行超滤，再使用20000分子量的超滤膜浓缩，获得浓缩酶液；
S36：酶液换热：将所述浓缩酶液升温至40℃，保温维持1h，除去浓缩酶液中的热凝物；
S37：酶液除杂：调节所述浓缩酶液pH值至4.5，通过等电点法去除浓缩酶液中的杂蛋白；
S38：酶液精滤：对所述浓缩酶液进行精滤处理，获得纯度高的酶液产品；
S39：酶液稳定：向所述酶液产品中添加10%食用盐、20%甘油和0.1%山梨酸钾进行稳定性处理；
S310：料渣酶解：将所述步骤S3中利用板框压滤机过滤后的大麦渣和所述步骤S5中超滤后的透过液混合，搅拌均匀，升温至60℃，维持2h，添加60u/g糖化酶糖化1.5h；
S311：料液过滤：糖化后的料液经过升温灭酶进行板框过滤获得麦芽汁滤液；
S312：滤液浓缩：将所述麦芽汁滤液经过三效蒸发后获得浓缩麦芽汁产品。
S313：糖化料渣处理：将步骤S11的料渣经过枯草芽孢杆菌及乳酸菌发酵获得发酵饲料。
对照例中采用如下原料：（1）大麦粉（酶活9368u/g）；
（2）酶制剂：中温α-淀粉酶（4000u/g）、β-葡聚糖酶（28000u/g）、中性蛋白酶（10万u/g）；
（3）纯净水。
对照例1
料水比1:3（100g大麦粉，300g水），搅拌均匀，不加酶，常温浸提1h，过滤检测滤液酶活。其他步骤采用传统工艺。
对照例2
料水比1:3（100g大麦粉，300g水），搅拌均匀，不加酶，55℃浸提1h后添加10%硅藻土抽滤。其他步骤采用传统工艺。
实验组1的测试样品取自于实施例1中的料液、滤液和收集的清洗液，实验组2的测试样品取自于实施例2中的料液、滤液和收集的清洗液，实验组3的测试样品取自于实施例3中的料液、滤液和收集的清洗液，对照组1的测试样品取自于对照例1中的料液、滤液和收集的清洗液，对照组2的测试样品取自于对照例2中的料液、滤液和收集的清洗液，对实验组1、实验组2、实验组3、对照组1和对照组2的样品通过以下方法进行检测：
一、料液干物质的测定：用阿贝折光仪检测，取一滴料液放在阿贝折光仪上直接读数。
二、滤液pH测定：使用酸度计检测。用蒸馏水清洗电极探头，用滤纸轻轻擦干，将电极插入料液中，调节温度调节器，使仪器指示温度与溶液温度相同，稳定后读数。
三、酶活力检测：
（1）试剂和溶液
1.1、配制pH5.5磷酸缓冲液：
甲液：称取磷酸氢二钠53.65g，用蒸馏水定容1000mL；
乙液：称取磷酸二氢钠27.80g，用蒸馏水定容1000mL；
取甲液6.5mL、乙液93.5mL混合后用酸度计校正pH5.5即为浓磷酸缓冲溶液，取100ml定容至1L即为稀缓冲溶液，待检测使用。
1.2、0.05mol/L硫代硫酸钠标准滴定溶液：
按GB/T601配制与标定。
1.3、0.1mol/L碘标准溶液
按GB/T601配制与标定。
1.4、0.1mol/L氢氧化钠溶液
按GB/T601配制。
1.5、2mol/L硫酸溶液
吸取分析纯浓硫酸（相对密度1.84）5.6mL缓缓加入适量水中，冷却后，用水定容至100mL，摇匀。
1.6、200g/L氢氧化钠溶液
称取氢氧化钠20g，用水溶解，并定容至100mL。
1.7、20g/L可溶性淀粉溶液（可溶性淀粉应符合HG/T2759的要求）
称取可溶性淀粉（2±0.001）g，然后用少量水调匀，缓缓倾入已沸腾的水中，煮沸、搅拌直至透明，冷却，用水定容至100mL。此溶液需当天配制。
（2）仪器
2.1、分析天平：精度0.2mg。
2.2、酸度计：精度0.01pH。
2.3、恒温水浴：（40±0.1）℃。
2.4、连续多档分配器（移液枪）。
2.5、磁力搅拌器。
（3）测定程序
3.1、待测酶液的制备：
a）液体酶：使用连续多档分配器准确吸取适量酶样，移入容量瓶中，用磷酸缓冲液（1.1）稀释至刻度，充分摇匀，待测。
b）固体酶：用50mL小烧杯准确称取适量酶样，精确至1mg，用少量磷酸缓冲液（1.1）溶解，并用玻璃棒仔细捣研，将上层清液小心倾入适当的容量瓶中，在沉渣中再加入少量磷酸缓冲液（1.1），如此反复捣研3次~4次，取上清液，最后全部移入容量瓶中，用磷酸缓冲液（1.1）定容，磁力搅拌30min以充分混匀，取上清液测定。
注：测定大麦β-淀粉酶空白和样液差控制在2.0-3.3ml之间（经验值）。
3.2、酶活力测定：
取A、B两支50mL比色管，分别加入可溶性淀粉溶液（1.7）25mL和磷酸缓冲液（1.1）5mL，摇匀。于（40±0.2）℃的恒温水浴中预热5min~10min。在B管中加入待测酶液（5.3.3.1）2.0mL，立即记时，摇匀。在此温度下准确反应30min后，立即向A、B两管中各加氢氧化钠溶液（1.6）0.2mL，摇匀，同时将两管取出，迅速用水冷却，并于A管中补加待测酶液2.0mL（作为空白对照）。
吸取上述A、B两管中的反应液各5.0mL，分别于两个碘量瓶中，准确加入碘标准溶液（1.3）10.0mL，再加氢氧化钠溶液（1.4）15mL，边加边摇匀，并于暗处放置15min，取出。用水淋洗瓶盖，加入硫酸溶液（1.5）2mL，用硫代硫酸钠标准滴定溶液（1.2）滴定蓝紫色溶液，直至刚好无色为其终点，分别记录空白和样品消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积（VA、VB）。
3.3、结果计算：
酶活力单位按式（1）计算：
X=（VA-VB）×c×90.05×32.2/5×n×2=579.9×（VA-VB）c×n……（1）
式中：
X—样品的酶活力单位，单位为酶活力单位每毫升（U/mL）或酶活力单位每克（U/g）；
VA—滴定空白时，消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积，单位为毫升（mL）；
VB—滴定样品时，消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积，单位为毫升（mL）；
c—硫代硫酸钠标准滴定溶液的准确浓度，单位为摩尔每升（mol/L）；
90.05—葡萄糖的摩尔质量，单位为克每摩尔（g/mol）；
32.2—反应液的总体积，单位为毫升（mL）；
5—吸取反应液的体积，单位为毫升（mL）；
1/2—折算成1mL酶液的量；
n—稀释倍数；
2—反应30min，换算成1h的酶活力系数。
以样品测定结果的算术平均值表示，修约至三位有效数字。
实验组1、实验组2、实验组3、对照组1和对照组2中产物测试数据参见表1：
表1实验组和对照组的相关检测数据
在常规的提取工艺中只使用水提，未添加任何其他酶的情况下常温提取，酶活收率达到95%，但是升高温度提取，收率增加14个百分点，通过升温加酶辅助提取，酶活收率提高69个百分点，大大提高了大麦β-淀粉酶的提取率以及原料利用率，节省原料成本。采用本发明技术方案添加酶辅助提取后的料液过滤速度比传统只用水提的料液过滤速度明显加快，缩短了生产周期，节约人工及设备成本。本发明通过在原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶、β-葡聚糖酶和中性蛋白酶,可以水解原料中的大分子物质，提高目标大麦β-淀粉酶的释放，原料利用率高，提高产品收率；大麦β-淀粉酶提取过滤速度快1至3倍；产品为植物提取获得，不含转基因成分，产品纯度高。
基于本发明方法，产品稳定性好，室温保存12个月酶活保存率达97%以上，提取大麦β-淀粉酶后的料渣可经过酶解用于生产麦芽汁产品，用于酿造、食品、发酵等行业。生产麦芽汁后的滤渣用作发酵饲料，整个生产过程环保无污染，废渣得到充分利用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种大麦β-淀粉酶提取工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原料调浆：将大麦粉与水按比例混合，搅拌均匀并升温至 50～60℃获取原料浆液；
（2）酶解浸提：原料浆液搅拌升温过程中添加中温α-淀粉酶、β-葡聚糖酶和中性蛋白酶，酶解浸提 0.5～3h；
（3）板框过滤：向料液中添加硅藻土，通过板框压滤机过滤获得清澈的酶液；
（4）板框清洗：用纯净水清洗板框收集清洗液；
（5）液体超滤：将所述酶液及清洗液使用超滤膜进行分级超滤浓缩，获得浓缩酶液；
（6）酶液换热：将所述浓缩酶液升温至 30～40℃，保温维持 0.5～1h，除去浓缩酶液中的热凝物；
（7）酶液除杂：调节所述浓缩酶液 pH 值至 3.8～4.5，通过等电点法去除浓缩酶液中的杂蛋白；
（8）酶液精滤：对所述浓缩酶液进行精滤处理，获得纯度高的酶液产品；
（9）酶液稳定：向所述酶液产品中添加食用盐、甘油和山梨酸钾进行稳定性处理；
（10）料渣酶解：将所述步骤（3）中利用板框压滤机过滤后的大麦渣和所述步骤（5）中超滤后的透过液混合，搅拌均匀，升温至 50～60℃，维持 1～2h，添加 30～60u/g 糖化酶糖化 1～1.5h；
（11）料液过滤：糖化后的料液经过升温灭酶进行板框过滤获得麦芽汁滤液；
（12）滤液浓缩：将所述麦芽汁滤液经过三效蒸发后获得浓缩麦芽汁产品；
（13）糖化料渣处理：将步骤（11）的料渣经过枯草芽孢杆菌及乳酸菌发酵获得发酵饲料；
所述步骤（1）中，大麦粉与水的混合比例为 1:3；
所述步骤（2）中，所述中温α-淀粉酶的添加量为 5～50u/g；β-葡聚糖酶的添加量为 50～150u/g，中性蛋白酶的添加量为 0.1～20u/g；
所述步骤（3）中，向料液中添加 3%～10%的 10#硅藻土和 0.5%～1.51%的 300#硅藻土；
所述步骤（5）中，先使用 60000 分子量的超滤膜进行超滤，再使用 20000分子量的超滤膜浓缩；
所述步骤（9）中，向所述酶液产品中添加 10%食用盐、20%甘油和 0.1%山梨酸钾。
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