葡萄糖异构酶

葡萄糖异构酶研究概况摘要：葡萄糖异构酶(glucose isomerase，GI)能催化D—葡萄糖至D—果糖的异构化反应，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆的关键酶，目前国内外众多科研机构和企业正在进行葡萄糖异构酶研究和应用。

葡萄糖异构酶的研究主要包括菌种的筛选、发酵条件的优化以及酶的固定化生产等方面。

关键字：葡萄糖异构酶菌种分离纯化固定化一、葡萄糖异构酶简介葡萄糖异构酶(Gl)又称D-木糖异构酶（D-xylose isomerase），为一种水溶性酶。

1957年在嗜水假单胞菌中最早发现了GI，它能催化D一葡萄糖至D一果糖的异构化反应，特别是在果葡糖浆的生产中，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆(high fructose cord syrup，HFCS)的关键酶，并且该酶还能够将木聚糖异构化为木酮糖，再经微生物发酵后生产乙醇。

应用这种酶可以使葡萄长期以来糖浆中90%以上的糖分转化为果精，使甜度大大提高，因而可用淀粉作原料生产出食用性良好的葡果糖浆。

为了解决食糖供应不足，六十年代末期以来，葡萄糖异构酶的生产与应用的研究引起了人们的重视。

二、产葡萄糖异构酶的微生物产葡萄糖异构酶的菌株很多，主要有沙门氏菌、大肠杆菌、枯草杆菌属、葡萄球菌属、链霉菌属及其他菌属。

大多数是从土壤中分离出来的。

放线菌具有葡萄糖异构酶产量多，酶的热稳定性好等优点，并且在酶反应时不需要添加砷酸盐或锰盐等有毒物质。

分离异构酶产生菌，一般采用木糖作唯一碳源，如吉村贞彦等使用D—木糖1%、酵母膏0.1 %、磷酸氮二钾0.05 %、硫酸镁0.025 %、硫酸锰0.001 %和碳酸钙0.2 %组成培养基，在含有10毫升上述培养基的试管中，接入土样。

45℃培养24小时，连续富集培养三次，然后于加入2 %琼脂的上述培养中，进行平板分离，移入斜面，再进行摇瓶发酵，测定葡萄糖异构酶活力。

除土壤分离新菌种外，另外对原有菌种进行强烈因子处理。

如Bengtson用亚硝基胍或紫外线诱变Streptomyces ATCC 21175能显著提高酶活，经处理的菌种酶活力为518单位/毫升，而不处理的仅有3 18单位/毫升。

葡萄糖异构酶 glucose isomerase又称木糖异构酶或D-木糖乙酮醇异构酶(EC 5.3.1.5)。

一种可转化D-葡萄糖为D-果糖的细胞内酶,但它在活体内的功能主要是把D-果糖转化为D-木酮糖。

葡萄糖异构酶根据国际生化协会的酶分类法,此酶属于E.C.5.3.1.5。

此酶是在1957年才被发现的(Marshall and Kooi,1957)。

然而,在1972年修订酶的分类时,已给了葡萄糖异构酶一个新的酶号,定为 E.C.5.3.1.18。

只是没有阐明它与木糖异构酶在酶化学上的差异。

Marshall等将嗜水假单胞杆菌(Pseudomonas hydrophila)培养在以D-木糖为碳源的培养基上时,发现菌体内积累了葡萄糖异构酶。

此后经多人研究,知道了很多微生物能产生葡萄糖异构酶。

葡萄糖异构酶催化葡萄糖变构为果糖:葡萄糖异构酶在食品工业中的主要应用是生产甜味剂高果糖浆(HFCS)。

葡萄糖异构酶对葡萄糖异构化反应是生物催化剂,在指定的条件下,其反应效率高,专一性强,条件温和。

因而葡萄糖异构酶的发现、研制及固定化技术的开发,为果葡糖浆工业化生产提供了基础。

(果糖的甜度比葡萄糖高。

利用葡萄糖异构酶在60℃下可以把葡萄糖约50%转化为果糖,所得的混合物称果葡糖浆又称木糖异构酶。

本酶能将D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。

由于可使葡萄糖异构化为果糖,故称为葡萄糖异构酶。

根据目前已知的情况,本酶的来源有:①短乳酸杆菌及放线菌等所产生的木糖异构酶;②葡萄糖磷酸化异构酶;③来自大芽孢杆菌的葡萄糖异构酶; ④从大肠杆菌中发现的异构酶。

其中只有木糖异构酶有工业价值。

木糖异构酶耐热性高,酶反应不需任何再生因子。

其最适pH为6～10。

又名木糖异构酶。

能将D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。

可使葡萄糖异构化为果糖。

果糖的甜度比葡萄糖高。

利用葡萄糖异构酶在60℃下可以把葡萄糖约50%转化为果糖,所得的混合物称果葡糖浆(highfructose corn syrup,HFCS),甜度增加,食后不易发胖。

●-糖化异构化葡萄糖向果糖转化的过程。

主要使用葡萄糖异构酶进行转化，此酶制剂要求糖液在一定温度，一定PH，一定催化剂的状态下发挥他的活性。

●（一）异构酶的主要性质：1.PH值对酶的影响，酶活力在PH8.0~8.5时最高，PH7.0降为最高值的70%，PH5.0一下活力全部消失，而且不能恢复，以上是酶蛋白的缘故。

2.镁、钴、钠离子对异构酶有激活作用，而钙对酶的活力有抑制作用，但镁离子能抵消这种作用，保持镁、钙离子的克分子浓度比例，在5~10的范围内酶活力就没有变化。

3、银、汞、铜离子对异构酶有强烈发抑制作用。

4、碳水化合物中的山梨醇，甘露醇也有相当强的抑制作用。

(二)果糖的主要性质1、果糖的稳定性比较差，在浓度70%，温度70℃时开始分解，随温度，浓度的变化而加快，并易于氨基酸物质起反应，生成有色物质。

2、果糖在酸性或碱性的条件下，易分解生成有色物质，果糖在PH4.6趋向稳定，在PH3.3时最稳定。

三、操作过程及要求1、消毒：首先对异构柱进行用高温消毒。

异构柱进入蒸汽，压力保持2Kg/cm，维持30分钟。

装酶；将异构柱视镜打开，用做好的漏斗将异构酶导入导柱酶中，动作要快，尽量减少与空气接触时间。

洗酶；待拄内进行完酶后开是下进上出洗酶，流量按酶量的1~2倍进柱洗柱4~5小时，温度35~45℃浓度42%左右pH7.6~8.0进料；首先先调配好每罐料液，浓度42~45%温度58~60℃pH7.5~8.0硫酸镁0.4~0.6Kg/m3（糖浆）硫代硫酸钠0.4~0.5Kg/m3（糖浆）流量：依异构后果糖含量≥42%来确定，如果有进入半衰期的酶也有新酶在同时使用期间混合后的果糖含量是否≥42%来确定每个柱的流量。

（异构酶的催化活力在使用期间不断呈直线关系下降，新酶活力为100%，下降至50%为第一个半衰期，下降25%为第二个半衰期在下降到12.5%为第三个半衰期。

在60~65℃使用，活力下降到初始流量10%时弃用，使用三个半衰期后换用新酶。

果糖生产工艺生产工艺2010-01-22 15:59:13阅读415评论14 字号：大中小订阅生产果糖的方法是用淀粉做原料，淀粉水解后经固定化葡萄糖异构酶转化为糖，其中含有42%的果糖和58%的葡萄糖，这种混合物称为果葡糖浆或高果糖浆。

一、葡萄糖和果糖异构化反应葡萄糖为醛己糖，果糖为酮己糖，二者互分同分异构体，在一定条件下可以相互转化。

1、碱性异构化反应在碱性条件下，葡萄糖通过1、2烯二醇生成果糖、D、甘露糖，由于碱异构化达到反应平衡点所需时间长，转化率较低，糖的分解反应显著，还原糖损失过多，产生有色物质和酸性物质，影响颜色和味道，精致较困难，故在工业上未曾使用。

通过碱性异构化反应，葡萄糖转化成果糖的转化率一般约达2127%，糖分损失约1015%,采用较高的反应温度，较短的反应时间和较高的糖浓度，碱性催化效果有一定的提高，异构转化率可达到3335%,糖分损失为23%,在碱性催化剂中以氢氧化钠的催化效果较好。

2、葡萄糖异构酶反应葡萄糖在异构酶作用下可转变成果糖的，但这种催化反应是可逆的，即葡萄糖向也可以向果糖的转变，因此异构酶作用在理论上可使50%的葡萄糖转为果糖，达到平衡点。

葡萄糖异构酶在较高下可催化果糖发生异构生成阿洛酮糖和甘露糖，但在7或以下进行，只有微量的产生。

对食品应用无影响。

由于异构化最后阶段反应速度慢，为了抑制和降低糖的分解，减少糖分损失，一般在果糖含量达4243%便终止反应。

由葡萄糖向果糖转变的反应是吸热反应，异构化反应温度升高，平衡点向果糖移动，但超过70 C以上进行反应时，酶易受热活力消失，糖分也会受热分解，产生有色物质，所以实际工业上的反应温度是有一定限制的。

硼酸盐能与果糖生成络和结构，使转化率提高到8090%，且硼酸盐能回收重复使用，可回收率还达不到规模生产的要求，影响实际应用效果。

二、果葡糖浆生产工艺在葡萄糖异构酶的催化作用下，葡萄糖液中的一部分转变为果糖，因为它的糖分组成是果糖和葡萄糖的混合糖浆，故称为果葡糖浆。

葡萄糖异构酶研究概况摘要：葡萄糖异构酶(glucose isomerase，GI)能催化D—葡萄糖至D—果糖的异构化反应，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆的关键酶，目前国内外众多科研机构和企业正在进行葡萄糖异构酶研究和应用。

葡萄糖异构酶的研究主要包括菌种的筛选、发酵条件的优化以及酶的固定化生产等方面。

关键字：葡萄糖异构酶菌种分离纯化固定化一、葡萄糖异构酶简介葡萄糖异构酶(Gl)又称D-木糖异构酶（D-xylose isomerase），为一种水溶性酶。

1957年在嗜水假单胞菌中最早发现了GI，它能催化D一葡萄糖至D一果糖的异构化反应，特别是在果葡糖浆的生产中，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆(high fructose cord syrup，HFCS)的关键酶，并且该酶还能够将木聚糖异构化为木酮糖，再经微生物发酵后生产乙醇。

应用这种酶可以使葡萄长期以来糖浆中90%以上的糖分转化为果精，使甜度大大提高，因而可用淀粉作原料生产出食用性良好的葡果糖浆。

为了解决食糖供应不足，六十年代末期以来，葡萄糖异构酶的生产与应用的研究引起了人们的重视。

二、产葡萄糖异构酶的微生物产葡萄糖异构酶的菌株很多，主要有沙门氏菌、大肠杆菌、枯草杆菌属、葡萄球菌属、链霉菌属及其他菌属。

大多数是从土壤中分离出来的。

放线菌具有葡萄糖异构酶产量多，酶的热稳定性好等优点，并且在酶反应时不需要添加砷酸盐或锰盐等有毒物质。

分离异构酶产生菌，一般采用木糖作唯一碳源，如吉村贞彦等使用D—木糖1%、酵母膏 %、磷酸氮二钾 %、硫酸镁 %、硫酸锰 %和碳酸钙 %组成培养基，在含有10毫升上述培养基的试管中，接入土样。

45℃培养24小时，连续富集培养三次，然后于加入2 %琼脂的上述培养中，进行平板分离，移入斜面，再进行摇瓶发酵，测定葡萄糖异构酶活力。

除土壤分离新菌种外，另外对原有菌种进行强烈因子处理。

如Bengtson用亚硝基胍或紫外线诱变Streptomyces ATCC 21175能显著提高酶活，经处理的菌种酶活力为518单位/毫升，而不处理的仅有3 18单位/毫升。

葡萄糖异构酶glucose isomerase又称木糖异构酶或D-木糖乙酮醇异构酶(EC 5.3.1.5)。

一种可转化D-葡萄糖为D-果糖的细胞内酶,但它在活体内的功能主要是把D-果糖转化为D-木酮糖。

葡萄糖异构酶根据国际生化协会的酶分类法,此酶属于E.C.5.3.1.5。

此酶是在1957年才被发现的(Marshall and Kooi,1957)。

然而,在1972年修订酶的分类时,已给了葡萄糖异构酶一个新的酶号,定为 E.C.5.3.1.18。

只是没有阐明它与木糖异构酶在酶化学上的差异。

Marshall等将嗜水假单胞杆菌(Pseudomonas hydrophila)培养在以D-木糖为碳源的培养基上时,发现菌体内积累了葡萄糖异构酶。

此后经多人研究,知道了很多微生物能产生葡萄糖异构酶。

葡萄糖异构酶催化葡萄糖变构为果糖:葡萄糖异构酶在食品工业中的主要应用是生产甜味剂高果糖浆(HFCS)。

葡萄糖异构酶对葡萄糖异构化反应是生物催化剂,在指定的条件下,其反应效率高,专一性强,条件温和。

因而葡萄糖异构酶的发现、研制及固定化技术的开发,为果葡糖浆工业化生产提供了基础。

(果糖的甜度比葡萄糖高。

利用葡萄糖异构酶在60℃下可以把葡萄糖约50%转化为果糖,所得的混合物称果葡糖浆又称木糖异构酶。

本酶能将D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。

由于可使葡萄糖异构化为果糖,故称为葡萄糖异构酶。

根据目前已知的情况,本酶的来源有:①短乳酸杆菌及放线菌等所产生的木糖异构酶;②葡萄糖磷酸化异构酶;③来自大芽孢杆菌的葡萄糖异构酶; ④从大肠杆菌中发现的异构酶。

其中只有木糖异构酶有工业价值。

木糖异构酶耐热性高,酶反应不需任何再生因子。

其最适pH为6～10。

又名木糖异构酶。

能将D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。

可使葡萄糖异构化为果糖。

果糖的甜度比葡萄糖高。

利用葡萄糖异构酶在60℃下可以把葡萄糖约50%转化为果糖,所得的混合物称果葡糖浆(highfructose corn syrup,HFCS),甜度增加,食后不易发胖。

葡萄糖浆异构酶法制备果葡糖浆的工艺研究徐慧诠;张文森;林舒婷;包小妹;李世明【摘要】文章以高纯葡萄糖浆为主要原料,采用异构酶法制备果葡糖液,后经脱色、精滤、离子交换、真空蒸发浓缩等工序制得果葡糖浆产品.通过单因素试验,并结合二次回归正交旋转组合设计进行异构酶法工艺条件研究,得出其最佳工艺条件.研究结果表明异构酶法的最佳工艺条件为:葡萄糖液浓度为47%(W/W),pH为8.3,温度为60℃,葡萄糖异构酶添加量为10.2mg/g葡萄糖,异构时间为38h,此条件下测得果葡糖浆中的果糖含量为18.52%.【期刊名称】《福建师大福清分校学报》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】11页(P57-67)【关键词】葡萄糖浆;异构酶;果葡糖浆;工艺研究【作者】徐慧诠;张文森;林舒婷;包小妹;李世明【作者单位】福建师范大学福清分校:海洋与生化工程学院、发酵食品应用技术研究所,福建福清 350300;福建师范大学福清分校:海洋与生化工程学院、发酵食品应用技术研究所,福建福清 350300;福建师范大学福清分校:海洋与生化工程学院、发酵食品应用技术研究所,福建福清 350300;福建师范大学福清分校:海洋与生化工程学院、发酵食品应用技术研究所,福建福清 350300;福建师范大学福清分校:海洋与生化工程学院、发酵食品应用技术研究所,福建福清 350300【正文语种】中文【中图分类】TS205果葡糖浆又名高果糖浆、异构糖浆，它是以酶法作用淀粉所得的糖化液通过葡萄糖异构酶的异构作用，将一部分葡萄糖异构为果糖而形成的混合糖浆[1]，是一种以果糖和葡萄糖为主要糖分的健康新型淀粉糖产品[2]。

果葡糖浆自20世纪70年代实现工业化生产以来，因其生产不受地域和时令限制而迅速发展；近年来，在能源短缺、国际国内糖价高居不下的环境中[3]，其被广泛应用于食品行业，特别是软饮料工业[4]。

与蔗糖相比，果葡糖浆以高甜度、风味独特[5]、高溶解度[6]、越冷越甜[7]、低热量[8]、渗透压大[9]等特性，占居世界软饮料行业第一，逐渐取代蔗糖角色，有效降低了成本，由此解决了蔗糖供应量不足的行业现状[10]。

葡萄糖异构酶的特点及应用葡萄糖异构酶（Glucose isomerase，GI）是一种酶，能够催化葡萄糖异构化反应，将葡萄糖转变为异构糖——果糖。

葡萄糖异构酶的特点和应用广泛，下面将详细介绍其特点以及在工业生产和食品加工领域的应用。

一、葡萄糖异构酶的特点：1. 催化反应多样性：葡萄糖异构酶能够催化葡萄糖异构化反应，将葡萄糖转变为异构糖。

此外，葡萄糖异构酶还可以催化其他单糖间的异构化反应，如将木糖异构化为鼠李糖。

2. 催化效率高：葡萄糖异构酶具有高催化效率，能够在相对温和的反应条件下，快速完成葡萄糖到果糖的转化。

这是由于葡萄糖异构酶在酶的活性中心上含有一个金属离子（通常是镍、钴或锌）的存在，该金属离子对于催化反应起到了关键作用。

3. 反应选择性高：葡萄糖异构酶对于底物葡萄糖有高度的选择性，对于葡萄糖以外的其他多糖和蔗糖等底物，酶的活性相对较低，从而保证了催化反应的特异性和产物的纯度。

4. 稳定性强：葡萄糖异构酶具有较强的稳定性，能够在较宽的温度和pH范围内保持催化活性，从而适应不同的工业生产条件。

二、葡萄糖异构酶的应用：1. 果糖生产：葡萄糖异构酶在果糖生产中起到了重要的作用。

将含有葡萄糖的淀粉水解液中，添加葡萄糖异构酶后，可以将葡萄糖转化为果糖。

果糖是一种天然的甜味剂，具有较高的甜度和较低的卡路里含量，因此广泛应用于食品和饮料工业，如饮料、果酱、饼干等。

2. 饲料添加剂：葡萄糖异构酶在畜禽饲料添加剂中的应用越来越广泛。

将葡萄糖异构酶添加到饲料中能够提高畜禽对淀粉的消化吸收率，改善畜禽生长环境，增加饲料的营养价值，提高养殖效益。

3. 高果糖玉米浆生产：葡萄糖异构酶可用于高果糖玉米浆生产。

高果糖玉米浆被广泛应用于食品、饮料、制药等工业中，取代蔗糖和蜂蜜作为天然甜味剂。

葡萄糖异构酶能够通过将葡萄糖异构化为果糖，流程简单、操作方便，从而提高了高果糖玉米浆的生产效率。

4. 工业化学品合成：葡萄糖异构酶可用于合成化学品的生产。

2024年葡萄糖异构酶市场规模分析1. 引言葡萄糖异构酶是一种在生物体内起着重要催化作用的酶。

它能将葡萄糖分子转化为异构型，从而为多种生物代谢过程提供能量。

葡萄糖异构酶在医药、食品、能源等行业具有广泛的应用前景。

本文旨在分析葡萄糖异构酶市场的规模和发展动态。

2. 葡萄糖异构酶市场概述葡萄糖异构酶市场是一个具有巨大潜力的市场。

随着医药、食品、能源等领域不断发展，对葡萄糖异构酶的需求也越来越大。

葡萄糖异构酶的应用领域广泛，包括生物制药、食品加工、生物燃料等。

3. 葡萄糖异构酶市场现状分析目前，葡萄糖异构酶市场呈现出快速增长的趋势。

据市场调研数据显示，葡萄糖异构酶市场规模正在逐年扩大。

主要原因包括以下几个方面：•医药领域需求增加：随着人口老龄化和慢性疾病的增加，对药物研发和生产的需求正在增加。

葡萄糖异构酶作为一种重要催化剂，在制药过程中具有广泛应用，因此对其需求也越来越大。

•食品行业的发展：葡萄糖异构酶在食品加工中具有重要作用，可用于酿造、发酵等过程中的糖转化。

随着食品行业的不断发展和创新，对葡萄糖异构酶的需求也在逐渐增加。

•生物燃料产业的兴起：葡萄糖异构酶在生物燃料的生产中起着重要的催化作用。

随着全球对可再生能源的需求不断增加，生物燃料产业也在迅速发展，从而推动了对葡萄糖异构酶的需求。

4. 葡萄糖异构酶市场未来发展趋势根据市场分析师的预测，葡萄糖异构酶市场在未来几年内将继续保持快速增长的态势。

以下是部分未来发展趋势的预测：•技术革新推动市场发展：随着生物技术的不断进步，相关研究与开发正日益深入。

新的葡萄糖异构酶产品和技术的不断涌现将进一步推动市场的发展。

•可持续发展需求增加：全球对可持续发展的追求将促使更多的企业采用葡萄糖异构酶技术来生产可再生能源和生物材料。

因此，葡萄糖异构酶市场将受到可持续发展需求的推动。

•新兴市场的崛起：亚洲地区的新兴市场正迅速崛起，其中中国是最具潜力的市场之一。

中国的生物医药、食品加工和能源产业的发展将直接带动葡萄糖异构酶市场的增长。

葡萄糖异构酶及其在高果糖浆生产中的应用
葡萄糖异构酶是一种能够将葡萄糖转变为果糖的酶类。

它在高果糖浆生产过程中具有重要的应用价值。

高果糖浆是由葡萄糖和果糖组成的混合糖浆，其甜度高于蔗糖，具有较低的结晶性和高溶解度，广泛应用于食品和饮料工业中。

在传统的高果糖浆生产方法中，主要采用加热和酸性条件下的酶法反应来将葡萄糖转变为果糖。

这种方法虽然可以实现葡萄糖转变，但存在反应时间长、产品产率不高、酶活性易受抑制等问题。

葡萄糖异构酶的出现解决了传统酶法的问题。

该酶能够将葡萄糖异构化为果糖，反应过程更加简单高效。

葡萄糖异构酶有多个来源，如菌类、植物和动物等，其中以菌类来源最为常见。

葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中的应用主要有两个方面。

首先，葡萄糖异构酶可以用于直接转化葡萄糖成果糖的反应。

通过加入适量的葡萄糖异构酶到反应系统中，可以大幅缩短反应时间，并提高产率。

此外，葡萄糖异构酶还具有不受温度和pH值等
因素的较强耐受性，能够在较宽的条件下进行反应，提高了整个反应过程的稳定性和可控性。

其次，葡萄糖异构酶还可以用于酸性条件下的葡萄糖转果糖酶法反应的修饰和优化。

在传统酶法中，葡萄糖转变过程中产生的酸性环境容易导致酶活性的丧失，从而影响反应效率。

而引入葡萄糖异构酶后，通过调节反应条件和酶的用量，可以有效地提高整个反应过程的稳定性和产品产率。

综上所述，葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中具有重要的应用价值。

其高效、稳定的转化效果可以提高高果糖浆的生产效率和品质，对食品和饮料工业的发展具有积极的促进作用。

生物体内葡萄糖代谢的机理葡萄糖是一种重要的碳水化合物，是能量的主要来源之一。

生物体内葡萄糖代谢的过程十分复杂，需要多种酶的参与，通过一系列化学反应逐步将葡萄糖分解成能够为生物体提供能量的化合物。

本文将从能量代谢、糖原合成、糖原分解和葡萄糖同化等方面介绍生物体内葡萄糖代谢的机理。

一、能量代谢生物体内葡萄糖代谢的重要作用之一是提供能量，能量代谢的过程需要多种酶的参与。

首先，葡萄糖在细胞质中被磷酸化成葡萄糖6-磷酸，这个过程由磷酸化酶催化。

接着，葡萄糖6-磷酸被分解成两个三碳分子的糖酸，即磷酸神经酸和丙酮酸。

这个过程由磷酸戊糖激酶和磷酸肌酸路酶催化完成。

然后，磷酸神经酸在乳酸酶的作用下转化成乳酸，丙酮酸在酮酸还原酶的作用下转化成乳酸或乙醇。

最终，这些化合物被氧化成CO2和H2O，产生大量的ATP。

磷酸化过程需要消耗ATP，而ATP的合成也需要消耗葡萄糖分子，这就构成了一个能量循环。

二、糖原合成糖原是一种多聚酰胺，是生物体内储存葡萄糖的主要形式之一。

当食物中葡萄糖分子的含量高于生物体对葡萄糖的需求时，多余的葡萄糖分子会被转化成糖原，储存在肝脏和肌肉细胞中，以备需要时再次转化成葡萄糖。

糖原的合成过程发生在肝细胞和肌肉细胞中，需要多种酶的参与。

首先，葡萄糖通过磷酸化的方式进入细胞质，并被转化成葡萄糖6-磷酸。

然后，葡萄糖6-磷酸通过磷酸肌酸路酶的作用转化成葡萄糖1-磷酸。

接着，葡萄糖1-磷酸被磷酸葡萄糖异构酶催化转化成葡萄糖6-磷酸，再经过磷酸戊糖激酶和糖原合成酶的作用，最终生成糖原。

三、糖原分解糖原的分解是将储存在肝脏和肌肉细胞中的糖原转化成葡萄糖的过程。

这个过程发生在餐后和运动时，需要多种酶的参与。

首先，糖原通过糖原磷酸酶的作用转化成磷酸酯化的葡萄糖，再经过磷酸戊糖激酶和磷酸肌酸路酶的作用，葡萄糖被磷酸化成葡萄糖6-磷酸。

接着，葡萄糖6-磷酸被磷酸葡萄糖异构酶催化转化成葡萄糖1-磷酸，然后通过磷酸酯酶的作用转化成葡萄糖。

葡萄糖异构酶说明
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英文：Glucose isomerase。

CAS:9055-00-9酶活力：80万U/g。

性状近白色或浅棕黄色颗粒，柱状或条状。

最适作用温度60℃，适用温度30～75℃。

最适作用pH7.0～7.5，适用pH6.0～8.0。

最高活性在反应系统中需要有Mg2+及Co2+。

其最适浓度分别为10-2mol/L和10-3mol/L。

可溶于水，但不溶于乙醇、氯仿
用途:酶制剂.
使用方法
1. Co2+、Mg2+对本品有激活作用；山梨醇和甘露醇对本品有强抑制作用。

2. 果葡糖浆生产一般应在60℃下进行，如温度过高，除酶易受热而失活，糖分也可受热分解，产生有色物质。

3. 实际使用参考：底物浓度35～45%DS；葡萄糖含量93%～97%；进口处pH8.2(25℃)；温度61℃；MgSO4•7H2O添加量，每升糖浆0.1g。

用量：用于制造果葡糖浆，可按生产需要适量使用。

葡萄糖异构酶（Glucose Isomerase，GI）是一种酶，它催化葡萄糖分子的异构化反应，将葡萄糖转化为异构糖——果糖。

葡萄糖异构酶的蛋白质合成是通过基因转录和翻译过程进行的。

葡萄糖异构酶基因位于生物体的基因组中，通过基因转录，DNA上的葡萄糖异构酶基因被转录成一条预mRNA（前体mRNA）分子。

然后，预mRNA会经过剪接过程，去除其中的非编码区域，形成成熟的mRNA分子。

成熟的mRNA分子被转运到细胞质中，与核糖体结合进行翻译。

翻译过程中，mRNA的密码子（三个核苷酸的序列）与tRNA（转运RNA）上的对应反密码子匹配，导致氨基酸的连接形成多肽链。

这个过程叫做蛋白质的合成。

在蛋白质合成过程中，葡萄糖异构酶的氨基酸序列被翻译成具体的蛋白质结构。

这个结构具有特定的三维空间构型，使得葡萄糖异构酶具备催化葡萄糖异构化的能力。

最终，合成的葡萄糖异构酶蛋白质会进入到细胞质中或者分泌到细胞外，从而发挥其催化反应的功能。

收稿日期:20050421作者简介:段钢(1966),男,辽宁沈阳人,博士,研究方向为酶工程及动力学.文章编号:16732383(2005)05008504葡萄糖异构化酶对果糖生产的影响段 钢1,刘钟栋2,Jay Shetty 1(1.无锡杰能科生物制品有限公司,江苏无锡214035;21河南工业大学粮油食品学院,河南郑州450052)摘要:对果葡糖浆的生产现状进行了评述,阐述了各种酶制剂,特别是葡萄糖异构化酶对果糖生产的影响,包括葡萄糖异构化酶对生产率的影响、反应器的设计及其操作影响因素.关键词:果糖;酶制剂;葡萄糖异构化酶;酶反应器;生产率中图分类号:TS20112 文献标识码:A0 前言果葡糖浆是高甜度的淀粉糖,口感纯正爽口,吸湿保潮性能好,利用果葡糖加工的食品质地松软,不干涸缩形,保鲜性好;果葡糖冰点温度低,可应用于冰淇淋等冷饮食品;果葡糖浆溶解度高,粘度低,更易发生美拉德反应,故在烘烤上也广泛应用;糖尿病患者摄取果糖仍可进行正常能量代谢,不需要胰岛素辅助.果葡糖浆因其具有以上独特的性能,被消费者所喜爱,已在食品、饮料、糖果、日常生活中广泛应用[1~6].关于果葡糖浆的一个认识误区是:只有F55(果糖含量55%)才可应用于软饮料,其实国内外皆有F42果糖应用于软饮料,只要不是Cola(可乐)系列,不要求那么高的甜度就可应用.事实上,在亚洲,如日本和中国,一些果味饮料、茶饮料,消费者并不喜欢很甜的口味.此外,世界范围内果葡糖浆F42和F55的生产比例基本上是2B 3,因此,F42果糖有很大的发展潜力[7~10].世界市场的果葡糖浆发展速度很快,到2000年已达1334万t.在我国,2001年以来,随着果葡糖浆成本下降,品种结构调整,酶制剂的发展能提供更高的转化率,其价格逐步下降;人们生活习惯的改变,使果葡糖浆显示出很大发展潜力,我国果葡糖浆已走出低谷,进入一个新的发展阶段,2004年果葡糖浆的生产量已超过5万t.其中酶制剂的发展对果糖生产的效率及成本影响很大[11].本文主要从酶制剂的角度讨论其对果糖生产率和成本的影响.1 果葡糖浆的特性葡萄糖和果糖为同分异构体,都属己糖,通过异构反应葡萄糖异构化为果糖[12].葡萄糖和果糖分子结构的差别在C 1和C 2上,葡萄糖C 1为配醛基,果糖C 2为酮基,异构化反应是葡萄糖分子C 2上氢原子转移到C 1上成为果糖,葡萄糖为右旋,旋光度[A ]D 20=+5215b ,果糖为左旋,旋光度[A ]D 20=-9215b .2 葡萄糖异构化的条件与方法2.1 异构化用葡萄糖液的质量要求[13,14]生产葡萄糖的原料是淀粉,工业上用得最多的是玉米淀粉,也可使用木薯淀粉,如在东南亚和台湾省.其具体要求如下:(1)纯度高:目前采用/双酶法0技术生产的葡萄糖DE >97%,糖化液经过精制纯化除去铁、铜和其它重金属杂质,钙离子控制在极低范围,使得葡萄糖异构反应能保持较好的稳定性.(2)浓度高:酶法制糖时,异构化反应前必须再浓缩至42%~50%.(3)需要添加一些对酶有激活作用或对氧有抑制作用的无机盐.(4)糖液pH :一般糖液的pH 调到7.5.第26卷第5期河南工业大学学报(自然科学版)Vol.26,No.52005年10月Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition)Oct.20052.2酶制剂[15]转化淀粉为葡萄糖的酶制剂主要是液化酶和糖化酶.这两种酶的选择对异构化酶的行为有很大影响,因而对果糖的生产成本有很大影响.2.2.1液化酶液化酶是A淀粉酶,钙离子的存在对液化过程是有利的,但钙离子是葡萄糖异构化酶的抑制剂.因此,果葡糖生产所用的液化酶应是低钙、耐热的高温A淀粉酶.2.2.2糖化酶糖化的目标要求不只是达到一定的D X值(葡萄糖含量),长链糖的存在会对糖化酶的活性区有较大影响,长期积累会使糖化酶的效率大大降低.因此,果糖生产皆采用复合糖化酶,这样在糖化后可把长链糖(DP4+)控制在1%或低于1%.2.2.3葡萄糖异构化酶葡萄糖异构化酶的确切名称为木糖异构化酶.它是一种催化D木糖、D葡萄糖、D核糖等醛糖可逆地转化为酮糖的异构酶.2.3异构化酶[16]葡萄糖异构化酶在自然界中广泛存在,至今发现的已有几十种[17~21].如:葡萄糖异构化酶Streptomyces rubiginosus(由聚氮丙啶和戊二醛交联得到),Streptomyces murinus酶(也由交联的方法固定化制得)等.2.3.1异构化酶的固定化异构化酶的固定化有现场固定化法和商品固定化.如要利用液体酶,需将异构化酶在操作现场固定化在载体上,这种操作方式对于底物的纯度要求相当高,这种酶制剂的固定方法只有在美国和日本还少量使用,绝大多数果葡糖生产工艺是利用已商品化的固定化酶.关于固定化方法有上百个专利报道[22~24].其中对于大多固定化的葡萄糖异构化酶,其工艺中的外扩散可忽略,内扩散会对反应速率有影响,对不同的工艺的影响有区别,如对于过小的柱子,内扩散影响异构化效果.酶在全球范围内平均每千克葡萄糖异构化酶生产F42的量从5~25t不等,这与糖液质量操作,管理等因素有关.以前的葡萄糖异构化固定化酶的生产率,基本上每千克酶制剂平均生产10t F42.最近高水平的果葡糖生产厂利用异构化酶,其生产率可超过20t/kg.当然,葡萄糖异构化固定化酶的活力也和果糖产量有关系,如图1所示,底物纯化费用对整个生产成本也有很大影响.图1异构化酶活力的变化和果糖产量的关系图2水化和固定化酶的表观比重2.3.2水化固定化异构酶水化后体积膨胀,因此可根据水化前后的表观密度变化来计算固定化酶的用量,通常酶的装入量不少于整个反应器体积的1/ 3,不超过反应器体积的3/4,如图2所示.2.3.3装柱[25]新型的葡萄糖异构化酶可使装柱与水化同时进行.3大规模生产[26,27]从经济的角度来说,利用现有的商业化异构化酶,最适合生产F42果葡糖浆.3.1果葡糖浆生产流程淀粉乳y淀粉酶液化y糖化y过滤y蒸发y 脱色y压滤y冷却y离交y加热y异构化y精制y蒸发y42%HFS||葡萄糖异构酶42%HFS果葡糖生产是淀粉糖生产中最复杂的,是生产厂家掌握生产技术水平、管理水平及控制水平86河南工业大学学报(自然科学版)第26卷的综合体现.3.2 葡萄糖异构化反应器[28,29]使用固定化酶可采用很多种反应器形式,对果葡糖生产来讲,因其有很好的动力学和近平衡的热力学条件,所以采用活塞流反应器进行连续异构更合适.图3葡萄糖异构化固定化酶反应器简图图4 各种因素对固定化异构化酶生产率的影响3.3 影响酶生产率的反应器操作因素[30,31]影响酶生产率的反应器操作因素很多,而且它们之间互相制约,如图4所示,真正工业生产要把这些因素皆考虑在内,从而使综合的经济指标最佳.4 结论通过选择合适的液化,糖化酶制剂和工艺条件,可有效地把淀粉转化为高质量的葡萄糖溶液,为异构化酶提供理想的底物.合理的反应器设计和操作条件,可大大提高异构化酶的效率和生产率,提高果糖生产的经济性.高活力、高选择性的液化和糖化酶及高热稳定性的异构化酶会是进一步发展的方向.(1)果糖的生产由于酶制剂的进步而获得很大进步.固定化葡萄糖异构化酶仍是固定化酶在工业上最成功的例子之一.(2)酶制剂果糖生产的一个发展方向是制得热稳定性的葡萄糖异构化酶制剂,使得葡萄糖溶液流过固定化反应器后,果糖的浓度达到F55的标准,这样就可大大减少分离的投资与操作成本[33].另外,耐酸性的酶可在低pH 下操作也可减少有颜色物质的形成与副产物的形成.(3)酶制剂果糖生产中有助于过程节能的方法是在高浓度底物条件下进行液化和糖化,以减少异构化前的浓缩,需要高活力、高选择性的液化和糖化酶.参考文献:[1] 2002Corn Annual[R].Washington:Corn Refin 2ers Association,Inc,20031[2] 杰能科产品手册,G EN SWEE T 葡萄糖异构化酶生产果糖[R].2002.[3] Richard L K,Robert K S,Edw ard N B.Thestructure of glucose _fruc tose oxidoreductase fromZ ymomonas mobilis:an osmoprotective periplas 2mic enz yme containing non_dissociable NA DP [J].Structure,1996,4(12):1413~1427.[4] Raman P,Foster S E.Eff ect of troglitazone(Rezulin)on fruciose 2.6_bisphosphate concen 2tration and gluc ose metabolism in isolated rat hepatocytes[J].Life Science,1998,62(8):89~94.[5] Jean F,Ois S,M d,et al.Eff ects of glucagon inthe control of endogenous glucose 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