双酶法制糖工艺流程及控制介绍PPT课件.pptx

双酶法制糖工艺流程及控制介绍 ENZYMES 酶 杰能科 中国 生物工程有限公司 1 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 1 安全和健康环境管理最高的道德行为尊重人 杜邦的创立之本 核心价值 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 2 提纲 淀粉制糖过程概述酶的作用机理液化过程介绍糖化过程介绍复合糖化酶在葡萄糖生产上的作用杰能科的技术支持 2 7 2020 3 CONFIDENTIALDUPONT 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 3 生产过程概述 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 4 淀粉降解酶 糖化酶 真菌淀粉酶或 淀粉酶 葡萄糖异构酶 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 5 什么是酶 是蛋白质由氨基酸组成的由活的细胞生产的具有特殊的具有活性的催化剂 可加速反应可降低反应所需的能量在反应过程中没有改变在温和的条件下操作专一性和不稳定性协同因子 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 6 酶如何工作 E S E S E P 一个特殊的酶与一个特殊的底物相结合 Enzymeslowerreactionenergyby catching orbindingtothesubstrateand stressing it 淀粉 T reesei糖化酶 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 7 酶如何工作 E S E S E P 绑定 水解 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 8 pH和温度对酶活力 表现的影响 9 折叠 未折叠 图片源自 NationalHumanGenomeResearch 对于pH和温度 不同的酶有不同的稳定性 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 9 影响酶性能的因素 酶的浓度时间温度pH底物有些酶需要金属离子制 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 10 11 酶是如何被生产出来的 酶是通过发酵过程被生产出来的工业用酶是被从非致病菌生产出来酶不是活的酶通常被纯化 浓缩 稳定后出售通常提供给顾客的酶是澄清透明 棕褐色液体 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 11 酶的典型生产流程 典型的原料碳水化合物 玉米糖浆 蛋白质 玉米浆 大豆 盐 PO4 SO4 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 12 不要对酶做什么 不要储存在阳光下不要长时间稀释和储存不要和其他酶混合不要加入浓酸或浓碱不要加入氧化剂 如次氯化物或过氧化氢不要让盖子打开 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 13 酶介绍的小结 酶是蛋白质脆弱的通常由细菌 酵母和霉菌产生不是活的生物催化剂酶由它们作用的底物来命名受pH和温度的影响酶在淀粉加工中扮演一个重要角色将淀粉转化成糊精将糊精水解成葡萄糖降低醪液粘度生成氨基酸和多肽 为酵母提供食物 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 14 Pericarp表皮5 Bran Fiber GlutenFeed麸皮 87 纤维 麸质饲料 Germ胚芽12 Solubles 30 Oil可溶物 30 油 Endosperm胚乳82 88 Starchand 8 Gluten 88 淀粉和 8 蛋白 TipCap顶尖1 79 纤维 Floury SoftEndosperm粉状 软质胚乳 绝大多数是淀粉 Horny HardEndosperm角状 硬质胚乳 淀粉和麸质 玉米由4部分组成 干物质百分比 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 15 淀粉的分子结构 葡萄糖 C6H12O6 MW 180直链淀粉占淀粉的20 30 DP 2 000 6 000直链淀粉都是由 1 4葡萄糖苷键连接的支链淀粉占淀粉的70 80 DP 300 000 3 000 000支链淀粉绝大多数由 1 4葡萄糖苷键连接 但是有5 8 也可以有 1 6葡萄糖苷键连接 每个六边形代表一个葡萄糖分子 直链淀粉支链淀粉玉米28 72 大米17 83 木薯17 83 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 16 淀粉的微观结构 上图 400X 淀粉颗粒 晶体 尺寸分布 5to40 m 中心有斑点不定的形状下图 偏振光 马尔他清晰显示十字晶体结构 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 17 用 淀粉酶使直链淀粉和支链淀粉降解为寡糖的反应机理 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 18 基本概念 聚合度DP DegreeofPolymerization 结合在一起的葡萄糖分子的数量 例如 DP1 DP2 DPx 干物浓度DS DrySolid 淀粉乳中淀粉的浓度 葡萄糖 DX Dextrose 实际葡萄糖溶液的浓度 例如 95 还原糖 DE 葡萄糖值 DextroseEquivalent 是通过测定溶液中还原糖计算出来的 举例 如果在溶液中有1000个葡萄糖分子 所有的分子都是DP1 则DE 100 如果有相同数量的分子 有500个是DP2分子 则DE降为50 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 19 OD是opticaldensity 光密度 的缩写 表示被检测物吸收掉的光密度 计算公式为OD log10 入射光 透射光 或OD log10 1 透光率 或OD 1og 1 trans 其中trans为检测物的透光值 光密度的定义是 入射光强度与透射光强度之比值的常用对数值 专业书籍则这样解释 吸光度 入射光和透射光的透过率之比值的常用对数值 也称光密度 分析可见 两个概念其实是一致的 光密度 就是 吸光度 且用 光密度 符合国家标准 更规范 吸光度 absorbance 是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数 影响它的因素有溶剂 浓度 温度等等吸光系数与入射光的波长以及被光通过的物质有关 只要光的波长被固定下来 同一种物质 吸光系数就不变 当一束光通过一个吸光物质 通常为溶液 时 溶质吸收了光能 光的强度减弱 吸光度就是用来衡量光被吸收程度的一个物理量 吸光度用A表示 A abc 其中a为吸光系数 单位L g cm b为液层厚度 通常为比色皿的厚度 单位cm c为溶液浓度 单位g L影响吸光度的因数是b和c a是与溶质有关的一个常量 此外 温度通过影响c 而影响A OD值 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 20 液化的定义 21 液化 是将淀粉水化并水解到一个可操作的粘度 并将水解物控制在一定分子量 为在糖化过程中进一步转化为葡萄糖而准备的过程 凝胶化 指淀粉颗粒受热后吸水膨胀 玉米淀粉通常在63 C开始 这一过程会导致粉浆粘度的最大化 糊精化 在淀粉酶的作用下 随机切开葡萄糖苷键外加释放一个水分子 它紧随着凝胶化的过程 所产生的短链分子被称为 糊精 凝胶化 糊精化 液化 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 21 耐高温 淀粉酶 随机水解 1 4 葡萄糖苷键 降低糊化淀粉的粘度 产生可溶糊精和低聚糖 特性 基因工程提高热稳定性来源自嗜热地衣芽孢杆菌 B licheniformis 和 或嗜热脂肪芽孢杆菌 G stearothermophilus 无需添加钙离子pH有效范围5 4 6 0 3D结构催化三元组 D231 D328 E261 2个钙结合点 淀粉酶 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 22 典型的液化过程 2 7 2020 配料 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 23 初级液化 使淀粉颗粒溶解 糊化 液化温度 107 可破坏淀粉和脂肪的复合体 操控喷射器以保证良好的液化效果 高剪切力 压差 获得聚合度 DP 2 酶可以极大地降低所需的能量和反应时间 目的 加热使淀粉凝胶化或溶解 破坏淀粉颗粒稳定的结构 使淀粉的聚合度下降到合理的水平 防止阳性反应产生 破坏淀粉 脂肪复合物 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 24 二级液化 维持温度 95 C维持时间 90 120minutes目的 使淀粉完全溶解进一步使蛋白质凝聚为糖化提供均匀一致的底物液化液的DE 13 15 液化DE值对糖化的影响 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 25 喷射温度对DE值的影响 工艺条件 SPEZYME FRED L10LU g 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 26 液化pH的重要性 2 7 2020 无麦芽酮糖的产生 减少化学品的消耗 降低离子交换的运行成本 减少色素的产生和精制的费用 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 27 好的液化的标准 合理的DE值控制 糊精的分子量分布均匀 碘试颜色合格 没有蓝色和紫色 蛋白凝聚好 结块大且紧密 液体澄清透明 透光率高 液化结束后 及时杀灭或抑制淀粉酶的残余活性 2 7 2020 28 CONFIDENTIALDUPONT 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 28 2020 2 7 29 不好的液化 DE值低 碘试不合格 蓝色和紫色 糊精分子量分布不均匀 蛋白凝聚差 结团不紧密 不澄清透明 透光率低 冷却后发白严重 影响糖化DX值 导致糖化后过滤困难 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 30 液化的改进及问题解决 调整喷射温度 喷射器的调整 协调管开度 配件磨损一次喷射改为二次喷射加酶方式 分段加酶增加酶制剂用量调整干物浓度 检查工艺参数 自控校正 温度 pH校正 蒸汽压力淀粉质量工艺水中钙离子浓度 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 31 典型的糖化过程 32 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 32 糖化的目的是把液化的淀粉尽可能高的转化为葡萄糖 付出最少的成本 理论上 可把淀粉几乎全部转化为葡萄糖 99 但鉴于技术和经济因素 实际上并达不到 工业化生产葡萄糖的典型条件 2 7 2020 33 CONFIDENTIALDUPONT 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 33 糖化酶在糖化过程中的作用 水解非常缓慢 普鲁兰酶与糖化酶复合在一起 可以降低糖化酶的添加量 并降低逆反应的发生 糖化酶 专一水解a 1 4葡萄糖苷键 从非还原性末端依次逐个释放葡萄糖 能水解a 1 6葡萄糖苷键 但水解速度很慢 是外切酶 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 34 普鲁兰酶在糖化过程中的作用 糖化酶 在支链淀粉的支点 专一水解a1 6葡萄糖苷键 不能水解a1 4葡萄糖苷键 也不导致明显的逆反应 是内切酶 普鲁兰酶与糖化酶复合在一起 可以降低糖化酶的添加量 并降低逆反应的发生 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 35 糖化模式 2 7 2020 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 36 糖化酶添加量对糖化的影响 加酶量过大会产生明显的可逆反应和复合反应 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 37 复合糖化酶对葡萄糖收率的影响 工艺条件60 C pH4 232 DS DX值更高 糖化速度加快 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 38 杰能科公司的普鲁兰酶 杰能科普鲁兰酶与糖化酶在温度和pH上非常匹配和协调 杰能科高活力的普鲁兰酶 可以复配成高比例的复合糖化酶 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 39 对金属离子相对迟钝pH的范围4 3 0 2温度范围60 1 5 干物浓度28 36 糖化时间30 90小时酶添加量 通常0 08 0 4GAU gds酶添加量的范围由PU GA的比例决定 影响糖化酶和普鲁兰酶反应的因素 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 40 41 糖化pH 最适pH4 2 4 4 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 42 糖化温度 最适温度60 1 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 普鲁兰酶对糖化收率的影响 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 43 44 让葡萄糖收率最大化 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 45 避免麦芽酮糖形成 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 46 麦芽酮糖的形成 pH 时间和温度 在高pH和高温下所造成的高度的化学改性 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 47 糖化酶的作用 直链淀粉vs 支链淀粉 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 48 淀粉酶的影响 最终DX值和DP3 32 DSpH4 260 C 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 49 淀粉酶的灭活 温度和pH的影响 温度 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 50 淀粉酶灭活对糖化后DP3的影响 淀粉酶的及时灭活有利于DX值的最大化 杜邦与梅花集团共享资料 仅供内部参考 请勿与第三方分享 51 26 DS液化淀粉 0 12GAU g 60 提高切枝酶比例 降低糖化酶比例