300吨淀粉酶工厂的初步设计开题报告Word格式.docx

1、大量的需求使部分工厂的淀粉生产供不应求。因此，通过合理的设计淀粉酶生产工艺可以降低淀粉酶生产成本，对淀粉酶生产普及应用及现代社会的可持续发展具有重大的意义。2、淀粉酶的理化性质根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同3，可将其分为-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等。其中，-淀粉酶（-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶）多是胞外酶，其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的-1，4糖苷键4，而生成糊精和还原糖，产物的末端残基碳原子构型为-构型，故称-淀粉酶。-淀粉酶来源广泛，主要存在发芽谷物的糊粉细胞中5，当然，从微生物到高等动、植物均可分离到，是一种重要的淀粉水解酶，也是工业生产中应用最为广泛的

2、酶制剂之一。它可以由微生物发酵制备，也可以从动植物中提取。不同来源的-淀粉酶的性质有一定的区别，工业中主要应用的是真菌和细菌淀粉酶。目前，-淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业，是一种重要工业用酶。如在淀粉加工业中，微生物-淀粉酶已成功取代了化学降解法；在酒精工业中能显著提高出酒率。其应用于各种工业中对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用6,7。3、淀粉酶的研究现状 我们利用基因工程技术构建了耐酸性淀粉酶和糖化酶的融合基因, 并获得了多拷贝此融合基因的白曲霉菌TR12株并加强菌种筛选诱变育

3、种工作。在pH3.0的AP培养基或在pH4.0的酸性酒精废糟液中, 培养液均表现出较高的耐酸性淀粉酶和糖化酶活性8,9 。用于固态制曲及酿酒发酵, 原材料利用率、发酵速度及产酒率等都得到了较大幅度的提高10。为了使耐酸性一淀粉酶的耐酸特性得到充分发挥, 使其优越性能得到更加广泛的利用, 同时也为了探讨通过一次发酵过程, 制备具有两种较高酶活力的新型酶制剂。目前，除开展大量常规诱变育种 T作外，国外已初步搞清产 -淀粉酶的调控基因，探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。将枯草芽孢杆菌重组体的基因引入生产菌株，使 -淀粉酶产量提高710倍，并已应用于食品和制酒工业，给选育高产 -淀粉酶菌株开创了

4、新的途径11。4、-淀粉酶的特性 早在1967年，Jones 和Varner就对小麦中-淀粉酶的活性进行了研究12。不同来源的-淀粉酶的酶学和理化性质有一定的区别，它们的性质对在其工业应用中的应用影响也较大，在工业生产中要根据需要使用合适来源的酶，因此对淀粉酶性质的研究也显得比较重要。 4.1底物特异性 -淀粉酶和其它酶类一样，具有反应底物特异性，不同来源的淀粉酶反应底物也各不相同，通常-淀粉酶显示出对淀粉及其衍生物有最高的特异性，这些淀粉及衍生物包括支链淀粉、直链淀粉、环糊精、糖原质和麦芽三糖等。4.2最适 pH和最适温度 通常情况下-淀粉酶的最适作用pH一般在2到12之间变化。真菌和细菌类

5、-淀粉酶的最适pH在酸性和中性范围内，如芽孢杆菌-淀粉酶的最适pH为3，碱性-淀粉酶的最适pH在912。另外，温度和钙离子对一些-淀粉酶的最适pH有一定的影响，会改变其最适作用范围。不同微生物来源的仅一淀粉酶的最适作用温度存在着较大差异，其中最适作用温度最低的只有2530，而最高的能达到100130。另外，钙离子和钠离子对一些酶的最适作用温度也有一定的影响13。4.3金属离子 -淀粉酶是金属酶，很多金属离子，特别是重金属离子对其有抑制作用；另外，巯基，N-溴琥珀酸亚胺，p-羟基汞苯甲酸，碘乙酸，BSA，EDTA和EGTA等 对 仅一淀粉酶也有抑制作用。4.4电场强度 实验结果表明，不同强度电场

6、导致酶活性增加的效应不同，并且呈非单调性变化。我们认为，不同强度电场对酶蛋白分子的构象产生了不同影响，处理酶所用的电场能量虽然不足以改变酶蛋白氨基酸序列，但可以改变酶蛋白的构象姚占全等14用不同强度电场处理-淀粉酶5min，处理后分别在第1天与第1O天测定电场对-淀粉酶活性的影响。第1天测定结果表明，电场对酶产生明显影响，而且不同强度电场对-淀粉酶活性的影响程度不同，在0.56.0kV/cm范围内，酶活性随场强增加呈非单调性变化，与对照组相比，变化幅度在5.5%26.2%之间。第1O天测定，酶活性变化幅度在0.216.3%之间，表明电场对酶产生的影响经过一定时间后趋于消失。5、-淀粉酶的工业应

7、用 -淀粉酶是淀粉及以淀粉为材料的工业生产中最重要的一种水解酶，其最早的商业化应用在1984年，作为治疗消化紊乱的药物辅助剂。现在，-淀粉酶已广泛应用于食品、清洁剂、啤酒酿造、酒精工业、纺织退浆和造纸工业。5.1在焙烤工业中的应用 各种酶制剂在食品工业中的应用已有上百年的历史，最近几十年-淀粉酶广泛地应用于焙烤工业中焙烤工业中使用的酶制剂有很多，如蛋白酶、脂肪酶、普鲁兰酶、木聚糖酶、纤维素酶、糖化酶等，但没有一种酶能取代-淀粉酶在焙烤食品中的应用。-淀粉酶用于面包加工中可以使面包体积增大，纹理疏松；提高面团的发酵速度；改善面包心的组织结构，增加内部组织的柔软度；产生良好而稳定的面包外表色泽；提

8、高入炉的急胀性；抗老化，改善面包心的弹性和口感；延长面包心储存过程中的保鲜期。 面包等焙烤食品储存一定时间后逐渐变干变硬，易碎，风味变差，这些都是由于面包的陈化造成的，每年由于面包老化造成巨大的损失。在使用-淀粉酶时，对其加入量要求比较严格，稍微过量就会导致面包等焙烤食品粘度的增加。因此，最近人们逐渐使用中温-淀粉酶，由于其最适作用温度在5070左右，所以其在淀粉糊化时具有活性，而在焙烤过程中则会逐渐失活，最终在焙烤完成时活性丧失。而且，在加工过程中-淀粉酶会水解淀粉生成聚合度在49的糊精，这些糊精也具有抗老化性。但是，现在中温-淀粉酶仅能从极少的一些微生物中提取15,16。5.2在啤酒酿造中

9、的应用 啤洒是最早用酶的酿造产品之一，在啤洒酿造中添加-淀粉酶使其较快液化以取代一部分麦芽，使辅料增加，成本降低，特别在麦芽糖化力低，辅助原料使用比例较大的场合，使用-淀粉酶和-淀粉酶协同麦芽糖化，可以弥补麦芽酶系不足，增加可发酵糖含量，提高麦汁率 ，麦汁色泽降低，过滤速度加快，提高了浸出物得率，同时又缩短了整体糊化时间。啤洒酿造中糊化时添加-淀粉酶，在20世纪70年代主要用BF7658-淀粉酶；80年代用食品级枯草杆菌-淀粉酶；80年代末，我国无锡酶制剂厂首先生产出耐高温-淀粉酶，可使副原料比例从原来的30增加到40以上，实现了无麦芽糊化，节粮、节能显著，使啤酒行业的综合经济效益得到进一步提

10、高17。5.3在酒精工业上的应用在玉米为原料生产酒精中添加-淀粉酶低温蒸煮的新工艺，每生产1t酒精可节煤 224.42kg。又可减少冷却用水，提高出酒率8.8%，酒精成品质量也有显著提高。酒精生产应用耐高温-淀粉酶。采用中温95105蒸煮，既可有效地杀死原料中带来的杂菌，降低入池酸度和染菌机率，又可保护原材料中的淀粉组织不被破坏，形成焦糖或其它物质而损失，从而提高原料利用率18。6、淀粉酶的分离提纯 目前酶的分离提纯技术日益成熟，酶的分离纯化一般包括三个基本步骤：即抽提、纯化、结晶或制剂。首先将所需的酶从原料中引入溶液，此时不可避免地夹带着一些杂质，然后再将此酶从溶液中选择性地分离出来，或者从

11、此溶液中选择性地除去杂质，然后制成纯化的酶制剂。以下是一些概括： 细胞破碎：机械破碎法（捣碎、研磨、匀浆等）、物理破碎法（温度差、压力差、超声波等）（多用于微生物）、化学破碎法（使用甲苯、丙酮、氯仿等有机溶剂以及特里顿、吐温等表面活性剂）和酶促破碎法等等。 酶的提取：使用盐溶液、酸溶液、碱溶液、有机溶剂等 沉淀分离：盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、复合沉淀、选择性变性沉淀。 离心分离：离心机、离心方法、离心条件等。 过滤与膜分离：非膜过滤（粗滤、部分微滤）、膜过滤（大部分微滤、反渗透、透析、电渗析）。 层析分离：吸附、分配、离子交换、凝胶、亲和、层析聚焦等。 电泳分离：纸电泳、薄层电泳、薄

12、膜电泳、凝胶电泳、自由电泳、等电聚焦等。 萃取分离：有机溶剂、双水相、超临界、反胶束等。 浓缩结晶：盐析、有机溶剂、透析、等电点、温度差、金属离子等。 干燥成品：真空、冷冻、喷雾、气流、吸附等。197、淀粉酶的发展前景7.1固定化淀粉酶 固定化酶在食品技术，生物技术，生物化学和分析化学中的技术日渐重要。他们比游离酶的优点包括反应物分离容易，产品和反应介质易回收，重复或连续使用。酶可以固定化到多种不同的载体。通过吸附，离子和共价键结合等形式。共价结合法是非常有效的保留酶活性的方法，可以实现固定化20。随着科技的发展，淀粉酶的固定化使用越来越重要，也使大家在这方面的研究更加深入。8、展望 综上所述

13、，各种淀粉酶作为一种重要的工业用酶，已经广泛应用于淀粉及淀粉基工业中，且已经取得了很好的使用效果。对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用。但由于不同来源淀粉酶的性质上 的差异，导致了其应用受到一定的局限，如耐高温淀粉酶在高温条件下才能发挥最大活力，在低温和中温时其利用效率很低，从而限制了其应用范围。另外，不同淀粉酶应用于食品中，其安全性有的尚未完全肯定。因此，在以后的研究中，可以通过化学方法或生物方法对淀粉酶进行改性，扩展其使用的范围，提高使用效率。无论如何，随着科技的发展、研究的深入，淀粉酶将会得到更加广泛的应用。参考文献1钱海丰，赵晓娟

14、，赵心爱-淀粉酶基因表达的调控J西北农业学报，2003，12（4）：87-902张刚，汪天虹，张臻峰，等产低温淀粉酶海洋真菌筛选及研究J海洋科学，2002，26（2）：3-53陈运中淀粉酶的性质和分类J武汉粮食工业学院学报，1990，1：15-224M. Saban Tanyildizia, Dursun Ozer, Murat Elibol. Production of bacterial a-amylase by B. Amyloliquefaciens under solid substrate fermentationJ. Biochemical Engineering Journal, 2007, 37: 269-274.5Shin-ichiro Mitsunaga, Midori Kobayashi, SatoeFukui. a-Amylase production is induced by sulfuric acid in rice aleurone cells J. Plant Physiology and Biochemistry, 2007, 45: 922-925.6Arnubio