生物化学论文

糖化酶在食品工业中的应用

作者：卢钰班级：10食品学号：1002061018

[摘要]:糖化酶是淀粉糖化发酵生产酒精或葡萄糖浆的主要酶类,在食品工业中具有重要的应用价值。文章对糖化酶的结构、分类、分布、性质、酶解机制以及糖化酶在食品工业中的应用进行阐述,并展望糖化酶应用研究的前景。

[关键词]糖化酶;应用;食品工业;研究进展

引言:

糖化酶,全名葡萄糖淀粉酶,又称为淀粉α-1,4葡萄糖苷酶或γ-淀粉酶,是一种单链的酸性糖苷水解酶,具有外切酶活性的胞外酶,因为在发酵行业中主要用作将淀粉转化为葡萄糖,所以习惯上被称为糖化酶。糖化酶是世界上生产量最大、应用范围最广的酶制剂。糖化酶不仅用于酒类和酒精生产,还广泛地应用于葡萄糖、果葡糖浆、有机酸、味精等食品工业的多个领域。

１.糖化酶的结构、分类与分布

糖化酶是一种含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸的糖蛋白,分子量在60～1000kDa之间,其中,碳水化合物占4%～18%。这些碳水化合物主要是半乳糖、葡萄糖、葡萄糖胺和甘露糖,但糖化酵母产生的糖化酶碳水化合物高达80%。

糖化酶是糖苷水解酶的一种,它一般由催化域(catalytic domain, CD)、淀粉结合域(starch-binding domain, SBD)以及连接CD与SBD的O-糖基化连接域(O-glycosylated linker domain) 组成[1](P70~75)。

分离纯化后的糖化酶可分为3类:GⅠ、GⅡ和GⅢ,其中G Ⅰ、GⅡ能水解糊化的淀粉,但不能水解生淀粉或作用能力非常弱;而GⅢ能够水解生淀粉。目前,普遍认为糖化酶的多型性可能由三个原因引起:一是基因调控、转录的方式不同;二是蛋白质合成的修饰作用不同,即结合的糖量不同;三是在发酵过程中受到自身蛋白水解酶和糖苷酶的作用,由糖化酶的原始形式衍变成糖化

酶的。此外,培养基的成分和生长条件也对糖化酶组分多型性有影响[2]。

１.１糖化酶广泛地存在于微生物中。已报道的产糖化酶菌株中真菌有23个属35个种;某些细菌中也可以分离到热稳定的糖化酶。在工业中应用的糖化酶主要是从黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌和酵母中获得的。

２糖化酶的性质及作用机制

２.１糖化酶的性质

糖化酶的热稳定性较高,细菌产生的糖化酶耐高温性能优于真菌。糖化酶是目前已报道的糖化酶中耐热最高的酶,在50%的淀粉溶液中,70℃下酶完全稳定,而且在10%酒精液中仍很稳定。即使在85℃下处理lh其酶活性仍保持50%,而且这种酶不受Ca2+、EDTA和α-, β-, γ-环状糊精的影响[2]。一般糖化酶都具有较窄的pH值适应范围,最适pH一般为4.5～6.5。不同微生物菌株产生的糖化酶由于其结构和功能有一定的差异,其耐热性、pH稳定性也各不相同。

２.２糖化酶的作用机制

糖化酶的主要作用机制是,从淀粉、糊精、糖原等碳链上的非还原性末端依次水解α-1,4糖苷键,切下一个个葡萄糖单元,生成葡萄糖;并像β-淀粉酶一样,使水解下来的葡萄糖发生构型变化,形成β-D-葡萄糖。当遇到支链淀粉的分支点时,糖化酶也可以水解α-1,6糖苷键和α-1,3糖苷键,由此将支链淀粉全部

水解成葡萄糖,但是相对水解速度较慢。

糖化酶对淀粉的分解能力与酶活力、吸附性、解支能力、原料的性质、温度、pH等糖化工艺条件有关。底物的水解速率主要受底物分子的大小及结构的影响,同时也受水解碳链序列中下一个键的影响。其底物亲和性与底物的碳链长度呈线性关系,碳链越长底物亲和力就越大;糖化酶所水解的底物分子越大其水解速度就越快,而且酶的水解速度还受到底物分子排列上的下一个键影响,邻近α-1,4链的α-1,6糖苷键较独立的α-1,6链更易被打开[3]。

３.糖化酶在食品工业中的应用

３.１糖化酶在传统白酒生产中的应用

我国传统白酒的生产一直沿用固态发酵法,大多使用淀粉质原料,一般以曲为糖化剂,成本高、产酒率低是一个普遍存在的问题。据理论分析,高粱原料出酒率可达55%左右,而实际上,从清香型、浓香型到酱香型白酒,随着制曲温度的提高,出酒率只有40%到20%左右,呈明显的下降趋势。影响出酒率的因素虽然是多方面的,但主要原因却是因为淀粉质原料的糖化不完全所致,而糖化是发酵的基础,因而糖化不好就成了影响出酒率的首要问题。随着白酒工业的发展,利用糖化酶代替部分曲,以提高出酒率,降低生产成本,已被众多白酒企业普遍采用。尤其近几年活性干酵母的出现,更使糖化酶在白酒中的用量飞速增长。

赵金松等改进了清香型小曲白酒的传统加工工艺,在不减

或减少小曲用量的情况下,适量添加糖化酶,使淀粉的糖化进行得更加彻底,可以提高出酒率5%,酒质风味不变。经测算,添加糖化酶操作法生产小曲酒,新工艺生产所获得的经济效益要比原传统工艺的经济效益约高出1倍[4]。

覃雪珍等报道,在湘泉浓香型白酒的混蒸混烧工艺中添加耐高温酒用活性干酵母(TH-AADY)和糖化酶,有助于提高出酒率和酒质,提高己酸乙酯的含量,抑制乙酸乙酯的生成,提高己酸乙酯/乙酸乙酯比值,突出湘泉浓香型酒的主体香成分己酸乙酯的特征[5]。

３.２糖化酶在酿制干啤酒中的应用

干啤酒是一种发酵度高的淡爽型啤酒。生产干啤酒与生产普通啤酒的不同之处,在于它提高了啤酒的发酵度。提高发酵度的方法主要有添加发酵性糖法(加糖法)、添加酶制剂法(加酶法)和添加特种酵母法。左永泉报道了一种经过加酶法改进的干啤酒发酵生产工艺,采用多温度段糖化,提高麦汁可发酵性糖的比例,结果显示,应用此工艺酿制干啤酒,能够达到有效地提高啤酒发酵度的目的,生产出的干啤酒具有风味独特、口味干爽纯正等优点[6]。

３.３糖化酶在黄酒酿造中的应用

传统的黄酒酿造主要使用活性干酵母作为糖化发酵剂,依然存在产酒率低的普遍问题。王卫国等首次将糖化酶应用于黄酒生产,由于糖化力高、发酵快,使生产周期大大缩短,并使出酒率

有很大提高。这样,既节约了原料,又降低了成本,提高了经济效益。研究结果表明,糖化酶的加酶量为0.02%,最适温度为32℃,最适pH值为4.6,主发酵期缩短2～3天,后发酵期缩短10～60天,出酒率高达92.07%,是传统法的3.1～4.6倍

３.４糖化酶在食醋酿造中的应用

目前,我国食醋酿造仍以传统工艺为主,具有多菌种低温混合发酵的特点。传统酿醋工艺存在着酒母培养条件差、酒母质量不稳定、原料淀粉利用率低、出醋率低、高温季节生产不稳定等诸多生产技术难题。

王传荣在前液后固发酵工艺和液体深层发酵工艺中应用耐高温酒用活性干酵母(TH-AADY)和糖化酶,TH-AADY具有耐高温、耐酸度、抑制杂菌能力强的特性,能够保证食醋夏季生产的正常进行,不仅降低了原材料的消耗,而且显著提高了淀粉利用率和出醋率,具有较好的经济效益[8]。

张安宁等利用TH-AADY、糖化酶以及耐高温α-淀粉酶提高原料出酒率,进而提高食醋出醋率。试验表明,该方法可平均提高食醋出醋率1.56Kg/Kg主粮[9]。

３.５糖化酶在冰冻食品生产中的应用

一般膨化雪糕中的总固体含量为18%～28%,总固体含量低