普鲁兰酶在生产玉米淀粉全糖粉中的应用与研究

普鲁兰酶在生产玉米淀粉全糖粉中的应用与研究 张银志 (江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122 ) 摘要 [目的] 提高产品的转化率。[方法]研究普鲁兰酶在酶法生产玉米淀粉全糖粉过程中的协同作用,探讨最佳的生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 。[结果] 结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,在糖化过程中,加入 0.10 U/ g淀粉的普鲁兰酶后,能缩短糖化时间,提高糖化的程度, 提升产品的 DE值。糖化的最佳工艺参 数为:糖化温度 60 e 、pH值 4. 5、糖化时间 60 h、葡萄糖淀粉酶用量 250 U/ g淀粉、普鲁兰酶用量 0. 13 U/ g淀粉, 产品的 DE值达 98%以 上。[结论] 该研究为玉米淀粉制备高品质的全糖粉生产提供新的理论依据。 关键词 普鲁兰酶;玉米淀粉;全糖 中图分类号 TS210.1 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2009) 01- 00377- 03 Study on Total2sugar Produced by Two2enzymatic Technology from Corn Star ch ZHANG Yin2zhi (The State Key Lab of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214036) Abstract [Objective]The purpose was to enhance translation rate of product. [Method]The cooperation action of promozyme used the process of pro2 ducing whole2sugar were studied, and the optimal production technics were discussed. [Result] The results showed that the promozyme adding glucoamy2 lase of 0. 10 U/ g could shorten cycle time, improve the saccharification extent and increase DE value of product. The optimal technics parameters were the saccharification temperature of 60 e , pH value of 4. 5, saccharification timeof 60 h, glucoamylase dosage of 250 U/ g ( starch) and promozyme dosage of 0.13 U/ g( starch) , DE value of product was over 98%. [Conclusion]This study will provide the new theoretical basis for total2sugar with high quality from corn starch. Key words Glucoamylase; Corn starch; Total2sugar 基金项目 国家科技支撑 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目( 2006BAD05A07)。 作者简介 张银志( 1975- ) ,男,陕西汉中人,工程师,从事食品科学 的研究。 收稿日期 2008210217 全糖粉属于淀粉糖品的一种,是淀粉经过液化、糖化后, 不经过结晶分蜜得到的淀粉糖。采用酶法技术,淀粉糖化转 化率达 98%以上, DE值达 95%以上。但是,生产过程中的一 个主要问题就是在糖化过程中葡萄糖的转化率不高,且糖化 时间较长。葡萄糖淀粉酶是一种外切酶,对A21, 4糖苷键的 分解非常容易,但对于A21, 6糖苷键却分解的很慢[1] ,而玉米 淀粉中 70%的支链淀粉中都具有A21, 6糖苷键。普鲁兰酶是 支链淀酚酶,它对水解支叉结构的 A21, 6糖苷键具有很强的 作用[ 2- 3]。因此,笔者利用普鲁兰酶对 A21, 6糖苷键的专一 性,研究了加入普鲁兰酶后产品的得率和 DE值的变化情况, 以便得到最佳的生产工艺,提高产品的转化率和缩短生产 周期。 1 材料与方法 1. 1 材料 玉米淀粉:购于无锡沃尔玛超市(质量达到国标 一级)。糖化酶(葡萄糖淀粉酶): 100 000U/ml,液体;普鲁兰 酶OPTIMAXL300, 酶活力 250U/ml,以上酶均为杰能科生物 工程有限公司提供。 1. 2 仪器设备 AN2240型电子分析天平,梅特勒公司;数显 恒温水浴锅,常州国华电器有限公司提供; PHS23D型精密 pH 计,梅特勒公司;恒温磁力搅拌器, IKA公司;HQD98 型恒温 摇床,武汉海声达公司。 1. 3 方法[4- 6] 1. 3. 1 调浆。将玉米淀粉配制成 30% ~ 40% (质量比)的淀 粉乳。用Na2CO3 调节粉浆调解 pH 值到 6. 2~ 6. 5。 1. 3. 2 液化。该过程的目的是利用 A2淀粉酶水解淀粉和淀 粉水解物中的A21, 4糖苷键,使分子断裂为糊精和低聚糖,使 底物分子数增加,糖化酶作用的机会增多,有利于下一步糖 化反应。采用二次喷射液化法进行液化,第一次液化温度为 110 e , 45 min;第二次喷射液化温度为 130 e , 15 min,碘呈色 反应成阴性表示液化终点。升温到 140 e钝化酶,然后降温 到 60 e。 1. 3. 3 糖化。糖化是利用葡萄糖淀粉酶进一步将底物 ) ) ) 糊精和低聚糖水解到葡萄糖的程度。用HCl 调节 pH 值为 4. 0~ 4. 5,温度控制在( 60 ? 1) e ,液体按 1 kg淀粉 1 ml 的比 例加入糖化酶(10万单位) ,糖化时间 24~ 36 h, 24 h 后每隔 2. 5 h取样品测 DE值,当 DE值几乎不变时,结束糖化,此时 葡萄糖的含量应该达到 95%~ 97%。 2 结果与分析 2. 1 普鲁兰酶对糖化的协同作用 为了研究普鲁兰酶对糖 化的协同作用,笔者做了 1组对比试验,对同一液化程度的 液化液,通过对比只加糖化酶(X)与同时加普鲁兰酶和糖化 酶(Y),进行了糖化试验。糖化 12 h后每隔 12 h测定一次糖 化DE值(图 1)。由图 1可知,在糖化体系中加入普鲁兰酶 后, 在相同的糖化时间,葡萄糖转化率高于只加葡萄糖淀粉 酶的体系,当糖化到 60 h时,体系中糖化 DE 值已达 97. 3%。 若不加普鲁兰酶,糖化 72 h的最终糖化DE值也只有93. 9%。 这可能是普鲁兰酶能够水解支链淀粉分子中支叉点上 A21, 6 葡萄糖苷键的原因,使糖化酶能够顺利水解糊精成葡萄糖。 图1 普鲁兰酶对糖化的协同作用 Fig. 1 The synergistic r eaction of Pullulanase in glycat ion 2. 2 液化液的DE值对普鲁兰酶协同糖化作用的影响 取 8个不同DE值的液化液,每个浓度的液化液做 2种处理, A 安徽农业科学, Journal of Anhui Agri. Sci. 2009, 37( 1) : 377- 379 责任编辑 李玮 责任校对 张士敏 组只添加糖化酶(300U/ g 淀粉) ;B组加入糖化酶(300U/ g淀 粉) ,再加入普鲁兰酶( 0. 10U/ g淀粉) ,在 pH值为 6. 0时进行 糖化 72 h,测定DE值(表 1)。由表 1可知,液化DE值控制在 15. 0% ~ 23. 2%时,在任意一 DE值条件下,加入普鲁兰酶的 糖化液的 DE值都明显高出未加普鲁兰酶的糖化液。同时, 在DE值为 20. 0%左右时,加入普鲁兰酶糖化液的 DE 值达 到了最大,然后开始逐渐降低,分析其原因,液化液的程度过 高(DE值大)或过低(DE值小)都会影响普鲁兰酶和淀粉底 物的结合速度。DE值过小时,液化程度低,则料液粘度大, 不利于糖化酶与底物的结合,导致糖化效率降低;DE值过高 时,表明液化程度高,葡萄糖淀粉酶的底物变小,这降低了葡 萄糖淀粉酶的作用速度。 表 1 普鲁兰酶液化程度对糖化 DE值的影响 Table 1 The effect of Pullulanase liquefact ion degree on the DE value of glycation % 液化 DE值 Liquefact ion DE value 未加普鲁兰酶糖化 DE值 Glycation DE value without Pullulanase 加普鲁兰酶糖化DE值 Glycation DE value with Pullulanase 15. 8 92. 5 92. 9 16. 4 93. 1 93. 8 17. 8 94. 3 94. 9 18. 6 95. 9 96. 4 19. 3 96. 9 97. 5 20. 2 97. 4 98. 8 21. 7 97. 0 98. 2 23. 2 96. 9 98. 0 2. 3 温度对普鲁兰酶协同糖化作用的影响 试验中所用的 OPTIMAX L2300普鲁兰酶适用范围为温度 55~ 65 e、pH 值 4. 0~ 4. 5,这与葡萄糖淀粉酶的最适温度范围基本一致,该研 究通过试验得到了最适合普鲁兰酶产生协同作用的温度。 用葡萄糖淀粉酶为糖化酶,在一定条件下(DE值为 18. 0%的 液化液,糖化酶用量 300 U/ g淀粉, 0. 10 U/ g淀粉的普鲁兰 酶, pH 值 4. 5,糖化时间 60 h)分别测定 45、50、55、60和 65 e 下的糖化 DE值,研究糖化温度与糖化 DE 值之间的关系(图 2)。由图 2可知,温度在 60 e以下时, DE值随温度升高而增 大; 60 e时达到最高值,为 95. 2%;随着温度的升高,达到 64 e时, DE值反而下降至 86. 8%。这 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 该葡萄糖淀粉酶最 佳作用温度在 60 e左右; 超过 60 e后DE值下降,原因可能 是酶在温度较高时逐步失活[ 7]。因此,该研究选择糖化温度 为 60 e。 2. 4 糖化时间对普鲁兰酶协同糖化作用的影响 以葡萄糖 淀粉酶为糖化酶,在一定条件下(DE值为 18. 0%的液化液,酶 用量300U/ g淀粉,糖化温度60 e , pH值 4. 5),加入 0. 13U/ g淀 粉的普鲁兰酶,分别测定糖化 12、24、36、48、60和72 h的糖化DE 值,研究糖化时间与糖化DE值之间的关系(图 3)。由图 3可 知,糖化时间在 36 h以下时, DE值增长很快, 36 h以后, DE 值 增长非常缓慢。在测试条件下,即使到 72 h也只有97. 4%。导 致DE值达到一定浓度后增长缓慢的原因可能与葡萄糖淀粉 酶的水解方式及玉米淀粉的分子结构有关。葡萄糖淀粉酶是 一种外酶,水解淀粉或糊精时,是从非还原末端的A21, 4糖苷键 开始,使一个葡萄糖单位分离,水解产物只有葡萄糖,葡萄糖淀 粉酶作用于长链比短链活性大。随着水解的进行,糊精链会越 来越小,从而导致水解速度变慢。另外,葡萄糖淀粉酶虽然能 水解A21, 6糖苷键,但水解速度很慢。玉米淀粉中支链淀粉的 含量达 74%,因此,支链淀粉中A21, 6 糖苷键的存在也是导致 玉米淀粉糖化后期速度变慢的原因。考虑到整个生产过程的 成本,选择糖化时间 60 h为宜。 图2 温度对普鲁兰酶协同作用的影响 Fig. 2 The effect of temperature on the synergetic react ion of Pullu2 lanase 图 3 糖化时间对普鲁兰酶协同作用的影响 Fig. 3 The effect of glycation time on the synerget ic reaction of Pul2 lulanase 2. 5 pH 值对普鲁兰酶协同糖化作用的影响 在一定条件 下( DE值为 18. 0%的液化液,糖化酶用量 300U/ g淀粉,糖化 温度 60 e ,糖化时间 60 h),加入 0. 10U/ g淀粉的普鲁兰酶, 分别测定了 pH值为 3. 0、3. 5、4. 0、4. 5、5. 0和 5. 5时的糖化 DE值,研究 pH 值和普鲁兰酶协同糖化作用之间的关系(图 4)。由图 4可知, pH 值为 4. 0~ 4. 5时糖化 DE值较高, pH 值 在3. 5以下及 5. 0 以上时 DE值明显下降。因此,该葡萄糖淀 粉酶的适用 pH值应控制在 4. 0~ 4. 5。 2. 6 普鲁兰酶加入量对它的协同糖化作用的影响 以曲霉 葡萄糖淀粉酶和新型普鲁兰酶为糖化酶,在一定条件下( DE 值为 18. 0%的液化液,葡萄糖淀粉酶用量 300U/ g淀粉,糖化 温度 60 e ,糖化时间 60 h, pH 值 4. 0。分别测定普鲁兰酶用 量为 0、0. 05、0. 10、0. 13、0. 15 和 0. 20U/ g 淀粉时普鲁兰酶用 量对糖化DE值的影响,研究普鲁兰酶用量与糖化 DE值之 间的关系(图 5)。由图 5可知,普鲁兰酶的用量并不是越多 越好。在测试条件下,当用量达到 0. 13U/ g淀粉以后,随着 酶量的增加, DE值变化并不明显,甚至稍有下降,这可能是 因为过多的普鲁兰酶反而会减弱葡萄糖淀粉酶的作用,从而 影响水解的进一步进行。因此,普鲁兰酶用量应控制在 0. 13 U/ g淀粉左右。 378 安徽农业科学 2009年 图 4 pH值对普鲁兰酶协同作用的影响 Fig. 4 The effect of pH value on the synergetic reaction of Pullulanase 图 5 普鲁兰酶用量对协同作用的影响 Fig.5 The effect of Pullulanase dosage on its synergetic reaction 3 小结 在试验过程中,研究了普鲁兰酶在糖化过程中与 pH值、 温度、用量、以及最初液化 DE值之间的相互关系。结果表 明,普鲁兰酶在糖化过程中对糖化酶有协同作用,可以提高 糖化液的DE值,缩短生产周期。在液化液的DE值为20. 0% 左右时,得到了普鲁兰酶使用的最佳工艺参数。 以影响糖化各因素最佳取值范围为依据,通过试验确定 出糖化最佳工艺参数为:糖化温度 60 e、pH值 4. 5、糖化时间 60 h、葡萄糖淀粉酶用量 250 U/ g淀粉、普鲁兰酶用量 0. 13 U/ g淀粉。利用优化参数进行糖化,最终糖化 DE 值达到 98. 8%,该研究为玉米淀粉制备高品质全糖粉生产提供了新 的理论依据。 参考文献 [ 1] JENNYLYNDAJAMES, BYONGH LEE. 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S) 3M Petrifilm count plate 分类 T2test Classificat ion 花生 1 2. 657? 0. 028 2. 666? 0. 008 Peanut 2 2. 602? 0. 000 2. 635? 0. 017 P > 0. 5 3 2. 616? 0. 034 2. 622? 0. 020 小米 1 2. 045? 0. 045 2. 030? 0. 039 Millet 2 1. 971? 0. 073 2. 048? 0. 024 P > 0. 2 3 2. 309? 0. 018 1. 980? 0. 032 玉米 1 2. 598? 0. 004 2. 602? 0. 000 Corn 2 2. 637? 0. 033 2. 643? 0. 000 P > 0. 5 3 2. 479? 0. 039 2. 464? 0. 076 大米 1 2. 758? 0. 036 2. 759? 0. 022 Rice 2 2. 638? 0. 023 2. 643? 0. 000 P > 0. 5 3 2. 808? 0. 018 2. 800? 0. 012 花生油 1 4. 380? 0. 000 4. 380? 0. 000 P > 0. 05 Peanut 2 4. 447? 0. 000 4. 301? 0. 000 oil 3 4. 301? 0. 000 4. 301? 0. 000 大肠菌群快速检验测试片法对样品的检测结果无明显 差异。 (2)快速检测国标法涉及的试验较多、操作繁琐、需要 时间较长、准备和收尾工作繁重, 而且要有大量人员参 与[ 2] ,对试验环境也有一定要求,对试验器材依赖性大; 3M 法操作相对简便、程序简明、基本上无需其他辅助设备、对 操作环境也无过多要求,更适合非实验室单位使用,适合于 食品企业用于产品的现场自测。试验中还发现, 3M纸片法 未出现假阳性现象,证明了 3M纸片法有很强的选择性[ 3] , 同时, 3M纸片法还可区分大肠菌群中的大肠杆菌(蓝色产 气) 和非大肠杆菌(红色产气) [ 4]。另外对此 2种方法的成 本进行了比较, 3M纸片法所需成本略高于快速检测国标 法,但算上各种仪器设备和人力费用两者成本相当。 ( 3)3M纸片法用于食品样品的检测更具优势,易操作、 准确度也高。完全有替代国标进而全面普及的可能,对于 企业用于大肠菌群自测来说,更是很好选择。 参考文献 [ 1] 中华人民共和国国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB/T4789. 3222002,食品卫生微生物学检验 大肠菌群的快速检测[S].北京:中国标准出版社, 2002. 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