糖化酶的固定化及其在葡萄糖生产中的应用工艺研究实验设计

甘蔗糖化酶在原糖生产中的应用研究甘蔗糖化酶是一种催化甘蔗中的蔗糖分解为葡萄糖和果糖的酶。

在原糖生产中，甘蔗糖化酶起着至关重要的作用。

本文将探讨甘蔗糖化酶在原糖生产中的应用研究。

原糖生产是一项重要的工业过程，旨在从甘蔗中提取出可供食用和工业用途的糖。

而在传统的原糖生产过程中，常常需要通过加热、溶解、过滤等一系列处理步骤来提取糖液，然后再进行结晶、离心等步骤，最终得到结晶糖。

然而，这种传统的原糖生产工艺需要耗费大量能源和时间，且损失较多。

为了提高原糖生产的效率和产量，研究人员开始探索甘蔗糖化酶的应用。

甘蔗糖化酶能够在温和的条件下催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖，从而使得糖分的提取更加高效。

这种酶催化的方法被称为糖化法，可以大大减少原糖生产过程中的耗能和耗时。

近年来，越来越多的研究表明，甘蔗糖化酶在原糖生产中具有广阔的应用前景。

首先，甘蔗糖化酶可以降低糖分的结晶难度。

通过酶催化，蔗糖分子能够更好地被水分吸附，从而形成更大的结晶体积。

这使得结晶过程更加高效，并提高甘蔗糖化酶的利用率。

其次，甘蔗糖化酶可以提高原糖的纯度和质量。

在传统的原糖生产过程中，各类杂质常常难以完全去除，使得原糖的纯度较低。

而使用甘蔗糖化酶进行糖化处理后，脱糖酶能够更好地去除杂质，使得原糖的质量得到了显著提升。

此外，甘蔗糖化酶还具有操作简单、节能环保的优点。

糖化法相比传统的原糖生产工艺，不需要高温加热和多次过滤等复杂步骤，节约了能源消耗。

同时，甘蔗糖化酶催化的原糖生产过程也没有产生二氧化碳等有害物质，对环境更为友好。

然而，甘蔗糖化酶在原糖生产中的应用还面临一些挑战。

首先，酶的稳定性是一个重要的问题。

糖化法需要在较高的温度和酸碱条件下进行，这对酶的稳定性提出了较高的要求。

因此，研究人员需要通过改变酶的结构和改善酶的稳定性，来满足实际生产需求。

此外，酶催化的过程也需要较长的反应时间。

虽然糖化法比传统工艺更加高效，但仍需要较长的时间来实现糖分的完全分解。

固定化酶的制备方法及其在食品工业中的应用酶参与体内各种代谢反应,而且反应后其数量和性质不发生变换。

作为一种生物催化剂,酶可以在常温常压等温和条件下高效地催化反应,一些难以进行的化学反应在酶的催化作用下也可顺利地进行反应,而且反应底物专一性强、副反应少等优点大大促进了人们对酶的应用和酶技术的研究。

近年来,酶被人们广泛应用于食品生产与检测、生物传感器、医药工程、环保技术、生物技术等领域。

但在实际应用中,酶对环境敏感、反应后难以回收等缺点限制了酶制剂产品的开发和应用,在这种情况下,固定化酶应运而生。

酶的固定化是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。

与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。

固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。

一、固定化酶的概念及其性质固定化酶（immobilized enzyme）是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。

酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。

便于运输和贮存，有利于自动化生产。

固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶,用人工方法固定在载体上。

由于固定化酶的运动被化学或物理的方法限制了,能将其从反应介质中回收,所以它原则上能在批量操作或连续操作中重复使用酶。

固定化酶技术是酶工程的核心,它使酶工程提高到一个新水平。

固定化酶具有如下性质:酶的稳定性提高;最适pH值改变;酶的活性和催化底物有所变化;最适温度有所提高。

二、固定化酶制备方法固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。

物理方法包括物理吸附、包埋法等。

利用固定化酶连续糖化生产葡萄糖试验摘要采用再造孔分子筛作为载体制得具有高稳定性的固定化复合糖化酶,在适宜条件下,连续供给DE值13%～17%、浓度30%～33%玉米淀粉液化液,通过控制流速和温度可连续30d生产出DE值95%以上,葡萄糖含量93%以上,达到结晶要求的液体葡萄糖浆。

关键词分子筛;固定化酶;连续糖化目前,国内利用淀粉生产葡萄糖的主要方法为双酶法,随着生产成本的升高和葡萄糖价格的持续走低,大部分淀粉糖企业放弃了葡萄糖的生产,只有少部分以质量为优势的企业仍在生产,其利润已经处于极低的水平。

而采用固定化酶连续生产葡萄糖具有投资少、耗能低、反应时间短、工艺可以连续自动化等优点,很大程度上降低了生产成本,提高了利润。

常用的糖化酶固定化方法有物理及离子吸附法、包埋法和交联法等,以上几种方法制得的固定化葡萄糖淀粉酶皆有报道,但物理吸附法酶与载体结合不牢;包埋法缺点是底物与酶的作用范围有限制,难以获得高比活力的固定化酶。

由于葡萄糖价格低,使用低制备成本和高效的固定化酶对葡萄糖的生产有着重要意义。

本试验采用方法简单、价格低廉、效率高的固定化酶制作方法,即以大孔分子筛为吸附载体,戊二醛作为交联剂,通过吸附及交联制得高稳定性的固定化复合糖化酶。

在适宜条件下,以玉米淀粉液化液为原料连续通过装有固定化酶的反应柱,可生产出达到结晶要求的液体葡萄糖。

本试验主要研究对固定化酶连续糖化有密切影响的各种因素,从而找出适宜工业化生产的糖化条件。

1材料与方法1.1试验材料复合糖化酶DX,诺维信提供;玉米淀粉液化液,财鑫糖业液糖车间提供;再造孔分子筛,复旦大学提供;固定床反应柱,自制。

1.2试验方法1.2.1固定化酶制备方法。

将复合糖化酶循环经过装有分子筛的反应柱使分子筛表面吸附一定量的糖化酶,用少量水洗去多余的酶,取浓度0.5%～1.0%戊二醛做为交联剂对其进行交联,得到吸附有糖化酶的分子筛固定化酶反应柱。

1.2.2连续糖化方法。

一、实验目的1. 了解糖化酶的特性和催化机理。

2. 掌握糖化酶的固定化技术。

3. 学习通过实验测定糖化酶的活力和半衰期。

二、实验原理糖化酶是一种内切酶，能够将淀粉分子水解成葡萄糖。

固定化酶技术是将酶固定在固体载体上，以提高酶的稳定性和重复使用性。

本实验采用戊二醛交联法固定糖化酶，并通过测定固定化酶的活力和半衰期来评估固定化效果。

三、实验材料与仪器材料：1. 马铃薯淀粉2. 葡萄糖3. 戊二醛4. 交联剂5. 硫酸铵6. 碳酸钠7. pH试纸8. 红外测温枪9. 试管10. 烧杯11. 移液器仪器：1. 研钵2. 恒温水浴锅3. 酶标仪4. 分析天平四、实验步骤1. 酶的制备：1.1 称取适量糖化酶粉末，加入适量蒸馏水溶解。

1.2 将溶解后的酶液加入戊二醛，交联剂和硫酸铵，进行固定化处理。

1.3 将固定化酶用碳酸钠溶液洗涤，去除未固定的酶和杂质。

2. 酶活力测定：2.1 准备一定浓度的淀粉溶液，加入固定化酶，在恒温水浴锅中反应。

2.2 定时取样，用碘液检测淀粉浓度，计算酶活力。

2.3 重复实验，求平均值。

3. 半衰期测定：3.1 在恒温水浴锅中，将固定化酶与淀粉溶液混合，定时取样，测定酶活力。

3.2 以酶活力为纵坐标，时间（min）为横坐标，绘制酶活力随时间变化的曲线。

3.3 根据曲线计算半衰期。

五、实验结果与分析1. 酶活力测定结果：实验结果显示，固定化酶的活力与未固定化酶相近，说明固定化过程对酶活力影响较小。

2. 半衰期测定结果：实验结果显示，固定化酶的半衰期为30min，明显高于未固定化酶，说明固定化技术提高了酶的稳定性。

六、结论1. 糖化酶固定化技术是一种提高酶稳定性和重复使用性的有效方法。

2. 本实验中，戊二醛交联法成功固定了糖化酶，固定化酶的活力和稳定性均得到了提高。

七、实验讨论1. 实验过程中，固定化酶的活力和稳定性与固定化条件（如交联剂浓度、交联时间等）密切相关。

2. 在实际应用中，可根据需要选择合适的固定化方法和条件，以获得最佳的固定化效果。

实验1 糖化酶固定化技术1 实验目的(1)熟悉酶的固定化技术和原理。

(2)掌握糖化酶的固定化操作。

2 实验原理在一定pH条件下，带正电荷的明胶与海藻酸根阴离子形成聚合物，同时，海藻酸钠与钙离子在一定条件下结合形成不溶于水的微球，从而使混合于其中的糖化酶通过包埋固定化。

戊二醛含有两个醛基，可与蛋白质中的氨基、酚基、巯基发生反应，相互交联而使固定化酶硬化，由于带正电荷的明胶与海藻酸根阴离子形成聚合物已将绝大部分游离酶包埋起来，因此这种交联主要发生在明胶与戊二醛之间，使固定化酶的使用时间延长、机械强度增大、稳定性提高。

3 仪器和试剂3.1 主要仪器磁力搅拌器，pH计，水浴锅，500mL烧杯，50mL注射器，12号注射器针头，冰箱。

3.2 药品及配制（1）所需药品：糖化酶，明胶，海藻酸钠，氯化钙，戊二醛，生理盐水。

（2）活力单位为70U/mL的糖化酶酶液100ml：用所给糖化酶配制。

（3）浓度为3%的明胶溶液150ml：称取明胶4.5g，放入装有150mL蒸馏水的烧杯中，静止10分钟，水浴加热使明胶溶解，注意水浴的温度不超过70℃。

（4）3%的海藻酸钠溶液150ml：称取海藻酸钠4.5g，放入装有150mL蒸馏水的烧杯中，不断搅拌同时加热煮沸彻底溶解。

（5）1％氯化钙溶液500ml。

（6）5％的戊二醛溶液500ml。

（7）5％稀盐酸：调节pH用。

4 实验操作将15mL糖化酶液与40℃150mL3％的海藻酸钠溶液混合搅拌，加入40℃150mL3％的明胶溶液混合乳化约10min，调pH为4.2~4.6，缓慢搅拌并降温至5～10℃，用12号注射器的针头将上述冷却液从3cm的高度注进1％氯化钙溶液中，立刻形成光滑的微球，然后保持温度为4℃，球在氯化钙溶液中被硬化30min，将球取出置人30℃5％的戊二醛溶液中进一步硬化1h，用生理盐水洗涤后，过滤得固定化糖化酶，贮存在0～5℃冰箱中备用。

5 实验结果观察所得固定化糖化酶的色泽和形状，粗测其粒度大小，测量其体积和沥干水后的重量，把所得各项指标填入下表：表1 所得固定化糖化酶的外观、体积和质量6 思考题1．本实验的固定化方法是所述哪几种酶固定化方法的结合?2．为何固定时乳化液的pH要保持在4.2~4.6？实验二固定化糖化酶活力的测定1 实验目的（1）学习固定化糖化酶活力的测定方法。

中国酿造２００８年第５期总第１８２期研究报告流比为３，酒头提取量为３％，酒尾提取量为１４％。

通过该工艺生产制得的酒精的各项主要指标达到或优于国家食用酒精的标准。

同时，在蒸馏操作过程当中，可以根据实际产品质量要求进行弹性操作。

因此，从啤酒废弃酵母泥中回收优质酒精用于酒类生产具有可行性。

参考文献：［１］明景熙．啤酒废酵母中提取ＳＯＤ的几种工艺方法［Ｊ］．中国酿造，２００３（４）：７－９．［２］王君高．酒精蒸馏甲醇塔设计回流比的确定［Ｊ］．酿酒，１９９９（３）：４８－４９．［３］高允彦．正交及回归试验设计方法［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８８．［４］ＧＢ１０３４３－２００２．国家食用酒精标准［Ｓ］．液体葡萄糖生产工艺及酶作用研究李祥，刘玉婷，冯立庄，戚云鹤，张良，马连青（陕西科技大学化学与化工学院，陕西西安７１００２１）摘要：研究了液化、糖化条件对液体葡萄糖ＤＥ值、过滤性质的影响，考察了液化酶、糖化酶之间的相互作用，确定了液体葡萄糖的最佳生产工艺，淀粉与水比例１：３，温度５０℃，加入３０Ｕ／ｇα－淀粉酶，边加入边搅拌，酶解２０ｍｉｎ后加热至沸保持５ｍｉｎ，冷却至５５℃，调ｐＨ值为４．５，再加入５０Ｕ／ｇ的糖化酶糖化３ｄ￣４ｄ，加入淀粉量０．５％的活性炭，加热至沸保持１０ｍｉｎ，浓缩至固形物含量为８４．１％￣８８．０％，即为ＤＥ值为４２￣４８的液体葡萄糖。

关键词：液体葡萄糖；ＤＥ值；液化；糖化中图分类号：ＴＳ２４５．４文献标识码：Ａ文章编号：０２５４－５０７１（２００８）０５－００５１－０３ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｌｉｑｕｉｄｇｌｕｃｏｓｅａｎｄｔｈｅｍｕｔｕａｌｗｏｒｋｏｆｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇａｎｄｓａｃｃｈａｒｉｆｙｉｎｇｅｎｚｙｍｅｓＬＩＸｉａｎｇ，ＬＩＵＹｕｔｉｎｇ，ＦＥＮＧＬｉｚｈｕａｎｇ，ＱＩＹｕｎｈｅ，ＺＨＡＮＧＬｉａｎｇ，ＭＡＬｉａｎｑｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１２００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇａｎｄｓａｃｃｈａｒｉｆｙｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎＤＥｖａｌｕｅ，ｆｉｌｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｌｉｑｕｉｄｇｌｕｃｏｓｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｍｕｔｕａｌｗｏｒｋｏｆｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇａｎｄｓａｃｃｈａｒｉｆｙｉｎｇｅｎｚｙｍｅｓｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｌｉｑｕｉｄｇｌｕｃｏｓｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ：ｕｓｉｎｇｓｔａｒｃｈａｎｄｗａｔｅｒａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆ１：３，ａｄｄｉｎｇα－ａｍｙｌａｓｅ３０Ｕ／ｇｗｉｔｈｓｔｉｒｒｉｎｇａｔ５０℃，ｅｎｚｙｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ２０ｍｉｎ，ｂｏｉｌｉｎｇ５ｍｉｎ，ｃｏｏｌｉｎｇｔｏ５５℃，ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｐＨｔｏ４．５，ａｄｄｉｎｇｓａｃｃｈａｒｉｆｙｉｎｇｅｎｚｙｍｅａｎｄｓａｃｃｈａｒｉｆｙｉｎｇｆｏｒ３￣４ｄ，ａｍｏｕｎｔｏｆａｄｄｅｄａｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎ０．５％ａｍｏｎｔｏｆｓｔａｒｃｈ，ｂｏｉｌｉｎｇ１０ｍｉｎ，ｆｉｎａｌｌｙｃｏｎｔｒａｓｔｅｄｔｏｌｉｑｕｉｄｇｌｕｃｏｓｅｗｉｔｈｓｏｌｉｄｃｏｎｔｅｎｔ８４．１％￣８８．０％ａｎｄＤＥｖａｌｕｅ４２￣４８．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｑｕｉｄｇｌｕｃｏｓｅ；ＤＥｖａｌｕｅ；ｌｉｑｕｅｆｙｉｎｇ；ｓａｃｃｈａｒｉｆｙｉｎｇ淀粉糖浆按ＤＥ值的不同可分为高、中、低转化糖浆，习惯上将ＤＥ值为３０左右的转化糖浆称为液体葡萄糖，其中ＤＥ值４２￣４８的液体葡萄糖在工业中用途最广［１］。