CN116286747A - 一种去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物技术领域，涉及一种去除β‑淀粉酶中的α‑淀粉酶的生产工艺，包括步骤：S1调浆浸提；S2固液分离；S3超滤；S4换热处理；S5降温处理；S6酸性调节；S7碱液调节；S8精滤；S9再超滤。本发明通过调节pH值以及低温存储的生物技术，使α‑淀粉酶失活达到减少甚至去除大麦β‑淀粉酶中的α‑淀粉酶，同时保护β‑淀粉酶活性并确保料液不会染菌导致β‑淀粉酶酶活损失；提高了大麦β‑淀粉酶纯度及性能，使淀粉糖中的麦芽糖含量提高，麦芽三糖含量降低，可生产出优质的麦芽糖浆以及超高含量麦芽糖浆。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺。
背景技术
β-淀粉酶是一种外切型淀粉酶，能将淀粉转化为麦芽糖广泛应用于糖果、饮料、啤酒发酵甚至医药领域。
β-淀粉酶广泛存在于大麦、小麦、大豆、甘薯等高等植物和一些微生物中。由于微生物发酵法生产的β-淀粉酶活力低，成本高，而且从细菌大规模生产β-淀粉酶是困难的。为此，工业上使用的β-淀粉酶都为植物来源。在植物中，大麦和小麦中的β-淀粉酶含量高，甘薯含量仅为大麦的1/2左右，因而β-淀粉酶通常采用大麦生产获得。可在大麦发芽时，胚会产生赤霉素诱导淀粉酶的合成，生成大量的淀粉酶，其原料酶活力比大麦的原料酶活力高30%；同时，在大麦发芽过程中部分大分子物质被分解，过滤也比较容易。但是大麦发芽中的淀粉酶包括β-淀粉酶和α-淀粉酶，且α-淀粉酶的酶活力也较高，α-淀粉酶的存在会增加三糖含量，影响糖组份以及下游生产如发酵工艺中的发酵度，达不到产品要求。
在现有技术中为了提高β-淀粉酶的纯度，避免α-淀粉酶的影响，大都直接从大麦、小麦、大豆、甘薯等植物源中提取。如中国专利CN1228444C公开的一种提取β-淀粉酶的方法，在纤维素酶存在的条件下在水性介质对谷物进行提取β-淀粉酶；中国专利CN1225943A公开的一种大豆β-淀粉酶的制备工艺，对脱脂豆粉浸提液超滤浓缩、二次沉淀及冻融提取的大豆β-淀粉酶；中国专利CN1015449767A公开的一种食品级高活力β-淀粉酶的生产方法，对红薯粉碎浆液的上清液加絮凝剂沉降、过滤、超滤得红薯β-淀粉酶；以上方法成本高、过滤困难、收率低，β-淀粉酶活力低。
现需要一种在采用大麦芽生产β-淀粉酶时能有效去除α-淀粉酶的方法，来提高采用大麦芽生产β-淀粉酶成品的应用性能。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足问题，提供一种去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，具体的技术方案如下：
一种去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，包括如下步骤：
S1调浆浸提：将大麦芽粉投入装有水的调浆罐中搅拌均匀，浸提1-2h后，再加入珍珠岩和10#硅藻土搅拌均匀，得浸提料液；
S2固液分离：将步骤S1得到的浸提料液进行过滤，收集滤液和清洗液；
S3超滤：将步骤S2收集的滤液和清洗液进行超滤，得超滤液；
S4换热处理：将步骤S3得到的超滤液循环换热至40℃-42℃保温30min；得换热处理液；
S5降温处理：将步骤S3得到的换热处理液进行降温处理，获得温度为4℃-6℃酶液；
S6酸性调节：采用酸液将步骤S5得到酶液的pH值调节到3.7-3.9；并在温度为4-6℃的条件下放置15-26h；
S7碱液调节：酶液低温放置结束后，采用碱液将pH值调节到5.2-5.6；
S8精滤：在步骤S7碱液调节后的酶液中加入300#硅藻土和10#硅藻土，搅匀后进行过滤，滤液浊度为2-5NTU时收集滤液，得精滤液；
S9再超滤：取样测精滤液的pH值，采用碱液将精滤液的pH值调节到5.8-5.9后进行超滤。
本发明经步骤S1调浆浸提，用水将麦芽浸泡后将胞外酶蛋白溶解在水中。经步骤S2固液分离，将酶液与固体不溶物的料渣分离；经步骤S3超滤后获得的超滤液是具有高酶活的酶液。步骤S4换热处理可去除杂蛋白提高产品稳定性。步骤S5降温处理后使得低温条件下酶活力不损失。因为β-淀粉酶最适pH为4.0～5.0，最适温度50～55℃，低温条件下酶活力不损失，其温度对β-淀粉酶的影响大于pH的影响；大麦α-淀粉酶的最适pH值在4.5左右，不耐酸；因此步骤S6酸性调节，让酶液在一定pH值，低温放置一定时间，使α-淀粉酶失活，去除α-淀粉酶的同时保证β-淀粉酶回收率。再经步骤S7碱液调节，保证了β-淀粉酶酶活并可以提高过滤速度。经步骤S8精滤，获得澄清的β-淀粉酶酶液。最后经步骤S9再超滤可进一步提高β-淀粉酶酶活。
进一步地，所述步骤S1中，浸提料液中的大麦芽粉的质量分数为25-35%，加入的珍珠岩的质量分数为0.8-1.5%；加入的10#硅藻土的质量分数为0.4-0.8%。
进一步地，所述步骤S6中的酸液为15-25wt%的柠檬酸溶液。
进一步地，所述步骤S6酸性调节中，酸液流速不超过0.8m³/h，防止加酸过快，而使得酶失活。
进一步地，所述步骤S7和所述步骤S9中的碱液为5-15wt%浓度的氨水溶液。
进一步地，所述步骤S8中，以酶液体积计，加入的300#硅藻土的量为65-75kg/m3，加入的10#硅藻土的量为90-110kg/m3。
进一步地，所述在步骤S9再超滤后的酶液中添加体积分数为8-12%甘油，15-25%麦芽糖浆，15-25%山梨糖醇和0.08-0.12%山梨酸钾进行储存。
甘油、麦芽糖浆、山梨糖醇和、山梨酸钾的加入可提高β-淀粉酶产品的稳定性。
本发明的有益效果为：
本发明通过调节pH值以及低温存储的生物技术，使α-淀粉酶失活达到减少甚至去除大麦β-淀粉酶中的α-淀粉酶的效果，同时保护β-淀粉酶活性并确保料液不会染菌导致β-淀粉酶酶活损失；提高了大麦β-淀粉酶纯度及性能，使淀粉糖中的麦芽糖含量提高，麦芽三糖含量降低，可生产出优质的麦芽糖浆以及超高含量麦芽糖浆。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例：
如图1所示，一种去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，包括如下步骤：
S1调浆浸提：在1#和2#调浆罐分别加入3m³的水，将粉碎好的大麦芽粉投入到1#和2#调浆罐中，其中，1#和2#调浆罐分别投放了1250kg大麦芽粉；大麦芽粉投入调浆罐后进行搅匀，要求无大块或者黏在盘管罐壁的料；在浸提1h之后分别在1#和2#调浆罐加入珍珠岩40kg、10#硅藻土20kg，并搅拌均匀，珍珠岩和硅藻土的加入起到助滤的作用；此步骤可用水将麦芽浸泡后将胞外酶蛋白溶解在水中。其中，为了获得适合后续处理的酶液总量，此步骤进行了6批次的处理。
S2固液分离：开启打料泵将步骤S1得到的浸提料液采用板框压滤机进行过滤，进料压力稳定在0.2MPa，10-12min后再逐渐的将进料阀门开启到最大，回流15分钟后待料液澄清，切换收集阀门收集板框滤液到3#收集罐，收集期间开启制冷阀门，关闭回流阀门；滤液收集完，用自来水清洗板框获得清洗液；此步骤可将酶液与固体不溶物的料渣分离。
S3超滤：将板框滤液和清洗液进行超滤，最终获得体积为3m³的超滤液；将其转至4#暂存罐在5℃以下暂存；此步骤超滤后可获得具有高酶活的酶液。
S4换热处理：将步骤S3得到的超滤液循环换热至40℃-42℃保温30min；目的是去除杂蛋白提高产品稳定性。
S5降温处理：换热处理结束后，连接自来水换热器进行一次自来水降温，再通过自来水换热器进行第二次降温，最后进入冰水换热器进行最后降温，获得温度为4℃-6℃酶液；使酶液在低温条件下保证酶活力不损失。
S6酸性调节：将步骤S5得到的酶液用20%浓度的柠檬酸溶液将pH值缓慢的调到3.9（pH计必须提前校准准确）；在调节pH值期间的柠檬酸溶液流速不能超过0.8m³/h；pH值调完后，酶液在低温4℃条件下放置28小时；将大麦β-淀粉酶中的α-淀粉酶有效去除。
S7碱液调节：酶液低温放置结束后，用10%浓度的氨水溶液将pH值缓慢的调到5.4，准备精滤；此步骤可保证β-淀粉酶酶活并可以提高过滤速度。
S8精滤：pH值调完后，在酶液中加入300#硅藻土200kg、10#硅藻土300kg搅匀，不同孔径的硅藻土的加入可截留不同的杂质，开启打料泵开始精滤，回流压力控制在0.2MPa，回流20分钟-30分钟取板框液取样检测浊度，浊度为2-5NTU时收集滤液至5#储存罐，并取样测pH值，用10wt%浓度的氨水缓慢的将没液的pH值调节到5.8；此步骤可获得澄清的β-淀粉酶酶液。
S9再超滤：5#储存罐中的酶液pH值调到5.8后，开启超滤进行浓缩，超滤至酶活28-30万；此步骤可进一步提高β-淀粉酶酶活。
S10储存：超滤后酶液中按照体积分数添加10%甘油，20%麦芽糖浆，20%山梨糖醇和0.1%山梨酸钾以提高β-淀粉酶产品的稳定性。
其中各步骤获得的滤渣均可作为制备发酵饲料或肥料的辅料进行出售。
本发明的各个步骤可以根据生产需求及所用设备规格等进行分批次生产。
测试：
β-淀粉酶酶活检测方法
1.酶活定义
1ml酶液在pH5.5、40℃条件下，1h水解可溶性淀粉产生1mg还原糖，即为一个酶活力单位，以u/ml表示。
2.试剂和溶液
2.1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即为磷酸缓冲溶液。
2.20.05mol/L硫代硫酸钠标准滴定溶液
按GB/T601配制与标定。
注：每次标定8个平行样，取平均值，需要提前一周配制。
2.30.1mol/L碘标准溶液
按GB/T601配制与标定。
2.40.1mol/L氢氧化钠溶液
按GB/T601配制。
2.52mol/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。
2.6200g/L氢氧化钠溶液
称取氢氧化钠20g，用水溶解，并定容至100ml。
2.720g/L可容性淀粉溶液：
称取烘干至恒重的可溶性淀粉（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。
注：煮沸8-10min至透明，冷却的时候淀粉溶液与空气接触面积要小，防止淀粉溶液起皮，影响后续检测结果。
3.测定步骤
3.1待测酶液的制备
3.1.1液体酶
称取适量酶样质量为m，移入容量瓶中，用磷酸缓冲液（2.1）稀释至刻度，充分摇匀，待测。
例：以18万MU/ml为例，密度为1.19g/ml，称取1.1900g酶液，稀释2500倍待测。
3.1.2固体酶
用50ml烧杯准确称取适量酶样，精确至1mg，用少量磷酸缓冲液（2.1）溶解，并用玻璃棒搅拌均匀，将上清液转入容量瓶中，沉淀用磷酸缓冲液反复洗涤3次~4次，将上清液全部移入容量瓶中，用磷酸缓冲液定容。将试样液磁力搅拌30min充分混匀，取上清液测定。
注：空白和试样数值差控制在2.0~3.3ml之间。
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（2.7）25ml和磷酸缓冲液（2.1）5ml，摇匀。于（40±0.2）℃的恒温水浴中预热5~10min。在B管中加入待测酶液（3.1）2.0ml，摇匀并计时30min，反应结束立即向A、B两管中各加氢氧化钠溶液（2.6）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（2.3）10.0ml，再加氢氧化钠溶液（2.4）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（2.5）2ml，用硫代硫酸钠标准滴定溶液（2.2）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（u/ml）=（VA-VB）×c×90.05×32.2/5×n×2/m×ρ=579.9×（VA-VB）c×n/m
×ρ（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）
m—称取测试酶液的质量；
ρ—测试酶液的密度；
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。
3.4结果的允许差
在重复性条件下获得的两次独立测试结果的绝对差值不大于这两个测定值的算术平均值的10%，以大于这两个测定值的算术平均值10%的情况下不超过5%为前提。
α-淀粉酶酶活检测方法
按照GB1886.174-2016食品安全国家标准进行测试。
本实施例的实验检测结果如表1所示：
表1实施例的实验结果表
注：表中的成品为添加稳定剂之后，酶液酶活被稀释后的最终产品。
本发明在未去除α-淀粉酶的成品中α-淀粉酶酶活为507u/ml，经过本发明的生产工艺，β-淀粉酶收率为84%，损失的β-淀粉酶属于正常生产损失；本发明的生产工艺在保证β-淀粉酶收率的前提下，产品中的α-淀粉酶去除率达到99%，α-淀粉酶的到了有效的去除。通过本发明的生产工艺得到的产品使用后糖化速度快，糖组份中麦芽三糖含量降低，符合啤酒糖浆的产品标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1调浆浸提：将大麦芽粉投入装有水的调浆罐中搅拌均匀，浸提1-2h后，再加入珍珠岩和10#硅藻土搅拌均匀，得浸提料液；
S2固液分离：将步骤S1得到的浸提料液进行过滤，收集滤液和清洗液；
S3超滤：将步骤S2收集的滤液和清洗液进行超滤，得超滤液；
S4换热处理：将步骤S3得到的超滤液循环换热至40℃-42℃保温30min；得换热处理液；
S5降温处理：将步骤S3得到的换热处理液进行降温处理，获得温度为4℃-6℃酶液；
S6酸性调节：采用酸液将步骤S5得到酶液的pH值调节到3.7-3.9；并在温度为4-6℃的条件下放置15-26h；
S7碱液调节：酶液放置结束后，采用碱液将pH值调节到5.2-5.6；
S8精滤：在步骤S7碱液调节后的酶液中加入300#硅藻土和10#硅藻土，搅匀后进行过滤，滤液浊度为2-5NTU时收集滤液，得精滤液；
S9再超滤：取样测精滤液的pH值，采用碱液将精滤液的pH值调节到5.8-5.9后进行超滤。
2.根据权利要求1所述的去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1中，浸提料液中的大麦芽粉的质量分数为25-35%，加入的珍珠岩的质量分数为0.8-1.5%；加入的10#硅藻土的质量分数为0.4-0.8%。
3.根据权利要求1所述的去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，所述步骤S6中的酸液为15-25wt%的柠檬酸溶液。
4.根据权利要求3所述的去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，所述步骤S6的酸性调节中，酸液流速不超过0.8m³/h。
5.根据权利要求1所述的去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，所述步骤S7和所述步骤S9中的碱液为5-15wt%浓度的氨水溶液。
6.根据权利要求1所述的去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，所述步骤S8中，以酶液体积计，加入的300#硅藻土的量为65-75kg/m3，加入的10#硅藻土的量为90-110kg/m3。
7.根据权利要求1所述的去除β-淀粉酶中的α-淀粉酶的生产工艺，其特征在于，在所述步骤S9再超滤后的酶液中添加体积分数为8-12%甘油，15-25%麦芽糖浆，15-25%山梨糖醇和0.08-0.12%山梨酸钾进行储存。
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