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β-淀粉酶(β- amylase)别名糖化淀粉酶,系统命名α-1,4-葡聚糖葡萄糖水解酶,是啤酒酿造、饴糖制造的主要糖化剂。β-淀粉酶为米黄色无结块粉末或棕黄色液体。在正常使用浓度下溶于水。最适pH为4~5,最适作用温度为50~60℃,55~60℃范围内酶活力最高,温度再高,则活力降低很快,80℃以上活力全部消失。耐酸性较好,在25℃,pH 3情况下,活力稳定而不降低,在pH 2.0的情况下55 h内稳定,经再长的时间则会降低。在更低的pH情况下,活力降低很快。50℃以下比较稳定,50℃保温2h酶活力损失3%,60℃ 0.5 h以上酶活力损失显著增加。
β-淀粉酶主要存在于大多数高等植物以及少数几种细菌中,其相对分子质量和热稳定性与具体的酶来源有关。相对分子质量一般高于α-淀粉酶,如甘薯β-淀粉酶的相对分子质量高达152 000。β-淀粉酶的最适pH范围是5.0~6.0。结晶的β-淀粉酶是纯粹的蛋白质,不需要钙及氯等辅助因子,但酶蛋白中的-SH是保持活性必需的基团,一旦-SH基被阻抑,酶就失活,若将阻抑剂去除,则活性得以恢复,所以在酶液中加入血清蛋白和还原谷胱甘肽,可防止酶失活。环状糊精和麦芽糖是酶的竞争性抑制剂。
β-淀粉酶作用于淀粉时,是从糖链的非还原端开始,以一个麦芽糖为单位,切断α-l,4-糖苷键,并且使麦芽糖的构型从α型转化为β型,也即得到的是β-麦芽糖。但是,有别于其他糖化酶的是,β-淀粉酶不能绕过α-1,6糖苷键继续作用,所以,当它作用于支链淀粉时,一般只有50%~60%能转化为β-麦芽糖,而其余部分则是β-极限糊精。
目前,β-淀粉酶的研究还不及α-淀粉酶那样深入。对于β淀粉酶的生产,以前主要从植物中提取,自从1 974年发现微生物能产生β-淀粉酶以来。对来源于微生物中的β-淀粉酶的研究也比较活跃,并且在工业生产中得到应用。
我国麦麸、甘薯产量很高.价格低廉,可以从中提取β-淀粉酶代替麦芽用于饴糖制造及啤酒外加酶。但是,如果提取方法不当成本就高,尤其是干酶制剂成本更高。
1.1 从甘薯中提取β-淀粉酶
将甘薯磨浆提取淀粉后的新鲜废水,调节pH为3.7~4.5,可沉淀80%β-淀粉酶。β-淀粉酶也可以用活性白陶土吸附而廉价回收,也可以向滤去淀粉的废水中加入硫酸铵到饱和度50%~60%,盐析物经透析加填料烘干后的收得率为50%。但在浓度低的情况下,上述办法是不经济的。
1.2 麸皮中提取β-淀粉酶
将麸皮加水l:(5~7),在PH 6,45℃浸泡一定时间后,向过滤液中加硫酸铵至饱和度50%~55%进行盐析.分级沉淀经透析加填料进行干燥,酶的收得率达50%。麸皮中的伊淀粉酶与大麦芽中的酶活力相当,不含α一淀粉酶,宜于麦芽糖浆生产。
由于植物β-淀粉酶的生产成本比较高,微生物来源的β-淀粉酶就越来越受到关注。目前对产β-淀粉酶的菌种研究较多的是芽孢杆菌属的多黏芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、环状芽孢杆菌和链霉菌等。
以吸水链霉菌生产β-淀粉酶为例加以介绍。
工艺流程:
步骤:
培养基的配制: 种子培养基、发酵培养基。
培养方法: 将菌种接于9L种子培养基中,于28℃通气并搅拌培养24h,接入发酵罐培养:
在600L发酵罐中加入300L发酵培养基,于121℃灭菌30min,然后使其冷却,接种子罐培养的种子,于28℃通气并搅拌培养85h。
提取:
发酵终了,将发酵液在温度为40℃下减压过滤,使其体积为原来的1/5。然后在浓缩液中加入2倍体积冷乙醇,使酽淀粉酶沉淀,干燥沉淀物即为粗酶制剂,酶活性一般可达40000U/g。
β-淀粉酶在食品工业中作为糖化剂用于麦芽糖浆、啤酒、面包等制造。在医药工业上β-淀粉酶的一个重要用途是制造麦芽糖,麦芽糖的吸收不依赖胰岛索,故即使糖尿病人也可适量摄食。在医学上β-淀粉酶还可和α-淀粉酶一起作为助消化剂。当其与脱枝酶共同作用时,可以使淀粉几乎完全水解;与α淀粉酶、脱枝酶一起,可以生产高麦芽糖浆(含麦芽糖G,65%)和超高麦芽糖浆(含麦芽糖G.83%)。
近年来,利用微生物(如多粘芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌)产生的β一淀粉酶糖化经液化的淀粉原料,可提高饴糖的麦芽糖含量至60一70%。这种产品称高麦芽糖浆(一般用大麦芽糖化淀粉后制成的糖,其麦芽糖含量仅占30-40%,其余为糊精等),适宜生产硬糖。
若该酶与异淀粉酶配合使用。麦芽糖产率达95%左右。将这种糖浆经浓缩至浓度80%,冷却到35℃,以结晶麦芽糖作晶种,降温结晶可获结晶麦芽糖。结晶麦芽糖经氢化处理后制成麦芽糖醇,其甜度接近蔗糖,且耐热性强,高温下不变色、不分解,从而开拓了应用面。
焙烤:加速发酵。改良面包粉,使面包体积增大,改善表皮色泽及面包瓤的结构。淀粉液化:麦芽糖减少-如供喷射液化的液体。含酒精饮料酿造:降低糖化醪的黏度,将淀粉转化为供发酵的糖。果蔬汁:去除淀粉,以改进外观,提高提取率。果泥制作和肉类嫩化大多采用液体。
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