CN112391369A - 一种显著提升糖化效果的复配糖化酶及制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显著提升糖化效果的复配糖化酶及制备方法和用途，属于淀粉糖制备领域。向糖化酶中添加适宜剂量的含Na+，Ca2+，Mg2+和K+金属阳离子的无机盐，进行复配，利用复配糖化酶水解淀粉液化液或直接水解未经糊化的生料淀粉。有益效果是：采用本发明的复配糖化酶制备方法获得的复配糖化酶，复配原料易得，成本低廉，制备方法简便；利用本发明复配糖化酶水解淀粉液化液，糖化酶催化性能及葡萄糖产量得到了显著提高；用复配糖化酶直接水解淀粉，一步制得淀粉糖，无需高温糊化和液化工艺，既省去高温蒸煮及液化工艺的能量消耗，也减少了生产过程中糖化酶的利用量，简化了工艺流程，减少了能量消耗，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及淀粉糖制备领域，具体涉及一种显著提升糖化效果的复配糖化酶及制备方法和用途。
背景技术
目前，商业化的常规淀粉制糖工艺一般包括淀粉的糊化(蒸煮)、液化以及糖化过程，即先通过高温蒸煮使淀粉由不溶解状态转化为可溶状态，失去晶体结构；然后利用α-淀粉酶将淀粉水解为糊精和低聚糖；最后利用糖化酶水解糊精或低聚糖产生葡萄糖。高温蒸煮条件一般为90-120℃，原料经糊化、液化之后，需要冷却至60～65℃加入糖化酶进行糖化。此外，近年来，未经蒸煮糊化及液化的淀粉颗粒直接作为底物的生料淀粉制糖工艺，因可以减少高温蒸煮环节中的能量消耗，简化生产工艺流程，降低生产成本，而日渐引起了国内外研究者的广泛兴趣，具有良好的应用前景。无论上述哪种方法均属于酶促水解的方法，酶制剂均扮演了关键的角色，其催化性能和效率对淀粉糖产品质量和成本均扮演了重要角色。
糖化酶，全名葡萄糖淀粉酶(Glucoamylase，EC 3.2.1.3)，是淀粉制糖生产中的关键酶制剂，具有外切酶活性。它可以从淀粉或低聚糖的非还原末端水解其α-1，4-糖苷键，部分水解α-1，6-糖苷键和α-1，3-糖苷键，从而产生葡萄糖。显著提高糖化酶活力，可以提高原料的利用率及水解速率，有效降低成本。目前，提高糖化酶酶活的方法主要集中于三个方面：第一，利用物理和化学方法对菌株进行诱变获得高活性高产量的糖化酶。但是，通过诱变使糖化酶基因突变具有随机性，酶活力提高不明显；第二，利用基因工程技术，构建重组菌，增加糖化酶基因的拷贝数或者导入高表达糖化酶基因来提高糖化酶的产量。基因重组技术的应用简化了发酵工艺，提高了原料的利用率，降低了发酵成本。但是基因工程技术安全性仍然不确定；第三，优化菌体产糖化酶条件。例如，有研究表明，添加微量元素可以防止产糖化酶菌体结成球形，保持充分的生长空间，更加有利于分泌糖化酶等产物。
发明内容
本发明提供一种显著提升糖化效果的复配糖化酶及制备方法和用途，目的是提升糖化酶的糖化效果。
本发明采取的技术方案是：一种显著提升糖化效果的复配糖化酶，是由如下步骤得到的：向糖化酶中添加适宜剂量的含Na+，Ca2+，Mg2+和K+金属阳离子的无机盐，进行复配。
本发明所述Ca2+的离子浓度范围是10-250mM，K+的离子浓度范围是10-250mM，Mg2+的离子浓度范围是10-100mM，Na+的离子浓度范围是10-100mM。
本发明所述Ca2+的离子浓度范围是60-100mM，K+的离子浓度范围是20-40mM，Mg2+的离子浓度范围是30-50mM，Na+的离子浓度范围是40-60mM。
一种显著提升糖化效果的复配糖化酶制备方法，向糖化酶中添加适宜剂量的含Na+，Ca2+，Mg2+和K+金属阳离子的无机盐，进行复配。
本发明利用所述复配糖化酶水解淀粉液化液或直接水解未经糊化的生料淀粉。
本发明所述复配糖化酶反应温度是30-80℃。
本发明所述复配糖化酶反应温度是50-60℃。
本发明所述复配糖化酶反应pH值是3.5-7.0。
本发明所述复配糖化酶反应pH值是4.0-5.0。
本发明所述复配糖化酶水解的淀粉包括但不限于可溶性淀粉，玉米淀粉，马铃薯淀粉，红薯淀粉，小麦淀粉，木薯淀粉。
本发明的有益效果是：采用本发明的复配糖化酶制备方法获得的复配糖化酶，复配原料易得，成本低廉，制备方法简便；利用本发明复配糖化酶水解淀粉液化液，糖化酶催化性能及葡萄糖产量得到了显著提高；用复配糖化酶直接水解淀粉，一步制得淀粉糖，无需高温糊化和液化工艺，既省去高温蒸煮及液化工艺的能量消耗，也减少了生产过程中糖化酶的利用量，简化了工艺流程，减少了能量消耗，降低了生产成本。
附图说明
图1是实施例7未复配和复配糖化酶水解淀粉液化液产糖图，a:未复配糖化酶水解淀粉液化液，b:复配糖化酶水解淀粉液化液；
图2是实施例13未复配和复配糖化酶水解玉米淀粉产糖图，a:未复配糖化酶水解玉米淀粉，b:复配糖化酶水解玉米淀粉。
具体实施方式
下面结合说明书附图介绍本发明的较佳实施例，举例证明本发明可以实施。通过向本领域中的技术人员完整介绍本发明，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本发明。
实施例1
向超滤离心管中加入1.5mL的杰能科糖化酶，4000rpm，4℃，离心40min，以除去糖化酶中的金属离子；向去离子杰能科糖化酶中添加四种无机盐CaCl2，MgCl2，KCl和NaCl，使Ca2+的离子浓度为10mM，Mg2+的离子浓度为10mM，K+的离子浓度为10mM，Na+的离子浓度为10mM，混合均匀，4℃过夜即得复配糖化酶。
实施例2
向超滤离心管中加入1.5mL的杰能科糖化酶，4000rpm，4℃，离心40min，以除去糖化酶中的金属离子；向去离子杰能科糖化酶中添加四种无机盐CaCl2，MgCl2，KCl和NaCl，使Ca2+的离子浓度为130mM，Mg2+的离子浓度为55mM，K+的离子浓度为130mM，Na+的离子浓度为55mM，混合均匀，4℃过夜即得复配糖化酶。
实施例3
向超滤离心管中加入1.5mL的杰能科糖化酶，4000rpm，4℃，离心40min，以除去糖化酶中的金属离子；向去离子杰能科糖化酶中添加四种无机盐CaCl2，MgCl2，KCl和NaCl，使Ca2+的离子浓度为250mM，Mg2+的离子浓度为100mM，K+的离子浓度为250mM，Na+的离子浓度为100mM，混合均匀，4℃过夜即得复配糖化酶。
实施例4
向超滤离心管中加入1.5mL的杰能科糖化酶，4000rpm，4℃，离心40min，以除去糖化酶中的金属离子；向去离子杰能科糖化酶中添加四种无机盐CaCl2，MgCl2，KCl和NaCl，使Ca2+的离子浓度为60mM，Mg2+的离子浓度为30mM，K+的离子浓度为20mM，Na+的离子浓度为40mM，混合均匀，4℃过夜即得复配糖化酶。
实施例5
向超滤离心管中加入1.5mL的杰能科糖化酶，4000rpm，4℃，离心40min，以除去糖化酶中的金属离子；向去离子杰能科糖化酶中添加四种无机盐CaCl2，MgCl2，KCl和NaCl，使Ca2+的离子浓度为100mM，Mg2+的离子浓度为50mM，K+的离子浓度为40mM，Na+的离子浓度为60mM，混合均匀，4℃过夜即得复配糖化酶。
实施例6
向超滤离心管中加入1.5mL的杰能科糖化酶，4000rpm，4℃，离心40min，以除去糖化酶中的金属离子；向去离子杰能科糖化酶中添加四种无机盐CaCl2，MgCl2，KCl和NaCl，使Ca2+的离子浓度为80mM，Mg2+的离子浓度为40mM，K+的离子浓度为30mM，Na+的离子浓度为50mM，混合均匀，4℃过夜即得复配糖化酶。
实施例7：利用复配糖化酶水解淀粉液化液
(1)、向5L的发酵罐中加入4L的淀粉液化液，用1M的HCl将淀粉液化液pH调节到4.5，搅拌混匀；
(2)、加入1.6ml实施例4中所得复配杰能科糖化酶，在50℃条件下，糖化48h；
对照实验：
1)对照组采用未加无机盐复配的杰能科糖化酶，其他试验条件均相同；
2)每隔12h一取样；
3)用葡萄糖试剂盒法测定糖化产生的葡萄糖含量。具体操作方法见葡萄糖测定试剂盒(汇力)说明书；
葡萄糖试剂盒法结果见图1，未复配糖化酶水解淀粉液化液在48h产生1489.12g/L的葡萄糖；而复配糖化酶水解淀粉液化液在48h产生1978.10g/L的葡萄糖，最终，葡萄糖产量增加了32.84％，复配糖化酶催化性能显著提高。
实施例8：利用复配糖化酶水解淀粉液化液
(1)、向5L的发酵罐中加入4L的淀粉液化液，用1M的HCl将淀粉液化液pH调节到4.0，搅拌混匀；
(2)、加入1.6ml实施例1中所得复配杰能科糖化酶，在55℃条件下，糖化48h；
实施例9：利用复配糖化酶水解淀粉液化液
(1)、向5L的发酵罐中加入4L的淀粉液化液，用1M的HCl将淀粉液化液pH调节到5.0，搅拌混匀；
(2)、加入1.6ml实施例1中所得复配杰能科糖化酶，在60℃条件下，糖化48h；
实施例10：利用复配糖化酶水解淀粉液化液
(1)、向5L的发酵罐中加入4L的淀粉液化液，用1M的HCl将淀粉液化液pH调节到3.5，搅拌混匀；
(2)、加入1.6ml实施例3中所得复配杰能科糖化酶，在30℃条件下，糖化48h；
实施例11：利用复配糖化酶水解淀粉液化液
(1)、向5L的发酵罐中加入4L的淀粉液化液，用1M的HCl将淀粉液化液pH调节到5.5，搅拌混匀；
(2)、加入1.6ml实施例5中所得复配杰能科糖化酶，在55℃条件下，糖化48h；
实施例12：利用复配糖化酶水解淀粉液化液
(1)、向5L的发酵罐中加入4L的淀粉液化液，用1M的HCl将淀粉液化液pH调节到7.0，搅拌混匀；
(2)、加入1.6ml实施例6中所得复配杰能科糖化酶，在80℃条件下，糖化48h；
实施例13：利用复配糖化酶直接水解玉米淀粉
(1)向5L的发酵罐中加入1.5kg的玉米淀粉，4L的pH5.0 Tris-HCl缓冲液，搅拌混匀；
(2)加入6ml实施例5中所述复配杰能科糖化酶，在50℃条件下，糖化48h；
对照实验：
1)对照组采用未加无机盐复配的杰能科糖化酶，其他试验条件均相同。
2)每隔12h一取样；
3)用葡萄糖试剂盒法测定糖化产生的葡萄糖含量。具体操作方法见葡萄糖测定试剂盒(汇力)说明书；
葡萄糖试剂盒法结果见图2，未复配糖化酶直接水解玉米淀粉在48h产生132.28g/L的葡萄糖；而复配糖化酶在48h产生160.34g/L的葡萄糖。最终，葡萄糖产量增加了21.22％，复配糖化酶催化性能显著提高。
实施例14：利用复配糖化酶直接水解玉米淀粉
(1)向5L的发酵罐中加入1.5kg的玉米淀粉，4L的pH4.0 Tris-HCl缓冲液，搅拌混匀；
(2)加入6ml实施例1中所述复配杰能科糖化酶，在60℃条件下，糖化48h；
实施例15：利用复配糖化酶直接水解玉米淀粉
(1)向5L的发酵罐中加入1.5kg的玉米淀粉，4L的pH4.5 Tris-HCl缓冲液，搅拌混匀；
(2)加入6ml实施例1中所述复配杰能科糖化酶，在55℃条件下，糖化48h。
实施例16：利用复配糖化酶直接水解玉米淀粉
(1)向5L的发酵罐中加入1.5kg的玉米淀粉，4L的pH3.5 Tris-HCl缓冲液，搅拌混匀；
(2)加入6ml实施例3中所述复配杰能科糖化酶，在30℃条件下，糖化48h。
实施例17：利用复配糖化酶直接水解玉米淀粉
(1)向5L的发酵罐中加入1.5kg的玉米淀粉，4L的pH5.3 Tris-HCl缓冲液，搅拌混匀；
(2)加入6ml实施例4中所述复配杰能科糖化酶，在55℃条件下，糖化48h。
实施例18：利用复配糖化酶直接水解玉米淀粉
(1)向5L的发酵罐中加入1.5kg的玉米淀粉，4L的pH7.0 Tris-HCl缓冲液，搅拌混匀；
(2)加入6ml实施例6中所述复配杰能科糖化酶，在80℃条件下，糖化48h。
Claims (10)
1.一种显著提升糖化效果的复配糖化酶，其特征在于，是由如下步骤得到的：向糖化酶中添加适宜剂量的含Na+，Ca2+，Mg2+和K+金属阳离子的无机盐，进行复配。
2.根据权利要求1所述的一种显著提升糖化效果的复配糖化酶，其特征在于：Ca2+的离子浓度范围是10-250mM，K+的离子浓度范围是10-250mM，Mg2+的离子浓度范围是10-100mM，Na+的离子浓度范围是10-100mM。
3.根据权利要求2所述的一种显著提升糖化效果的复配糖化酶，其特征在于：Ca2+的离子浓度范围是60-100mM，K+的离子浓度范围是20-40mM，Mg2+的离子浓度范围是30-50mM，Na+的离子浓度范围是40-60mM。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶制备方法，其特征在于：向糖化酶中添加适宜剂量的含Na+，Ca2+，Mg2+和K+金属阳离子的无机盐，进行复配。
5.如权利要求1～3任一项所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶的用途，其特征在于：利用所述复配糖化酶水解淀粉液化液或直接水解未经糊化的生料淀粉。
6.如权利要求5所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶的用途，其特征在于：所述复配糖化酶反应温度是30-80℃。
7.如权利要求6所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶的用途，其特征在于：所述复配糖化酶反应温度是50-60℃。
8.如权利要求5所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶的用途，其特征在于：所述复配糖化酶反应pH值是3.5-7.0。
9.如权利要求8所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶的用途，其特征在于：所述复配糖化酶反应pH值是4.0-5.0。
10.如权利要求5所述的显著提升糖化效果的复配糖化酶的用途，其特征在于：所述复配糖化酶水解的淀粉包括但不限于可溶性淀粉，玉米淀粉，马铃薯淀粉，红薯淀粉，小麦淀粉，木薯淀粉。
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