淀粉酶类的生产

2026/1/25 0:50:45

粗原料生产时,α-淀粉酶在静止期内大量形成,酶的活性随菌体自溶而增加。枯草杆菌BF-7658α-淀粉酶的活性,在对死亡期最高。

(6)温度对产酶的影响 枯草柑菌一般在35~37℃下培养为合适。芽孢杆菌生产α-淀粉酶的最适温度范围很小,在35℃与37.5℃下静止培养淀粉液化芽孢杆菌,α-淀粉酶的产量有明显的差别,35℃下培养的远比37。5℃为好。但是在摇瓶培养下,两种培养温度的最终产酶活性无明显区别。

液化深层培养与固体培养对温度的敏感性不同,液体培养时,一旦温度升到40℃以上,对产酶就不利。

BF-7658静止培养时,37℃的α-淀粉酶到达高峰时间比35℃的要短24h,而用30℃培养则酶活性仅为前者的一半。

霉菌液体深层培养生产,淀粉酶的最适温度较低,一般在30℃左右。降低后期培养温度,有利于黑曲霉耐酸性α-淀粉酶的生产。

(7)pH对产酶的影响 福本报道,用淀粉乳酸铵,磷酸盐培养基培养产淀粉液化酶的芽孢杆菌时,最适pH范围在6.8~7.2,而用洗涤细胞做试验时,其最适pH在6.2~6.5,pH超过7.0时,α-淀粉酶生成量明显较低。枯草杆菌BF-7658以豆饼麸皮培养基发酵时,最适pH5.5~6.5,超过此范围,酶活基低。谷草杆菌TUD-127以玉米和豆饼粉为原料,最适pH范围很宽,为5.5~8.0,以6~7.5最佳。

用曲霉素生产α-淀粉酶时,培养基原始pH以中性为佳。但最适pH也因培养基组成与浓度而异,碳源浓度高时,采用微碱性最佳。培养基PH越低,黑曲霉生产的α-淀粉酶抗酸性越强。山田等指出黑曲霉产生耐酸性α-淀粉酶的最适PH为4.0,若使培养初期PH为4.0,后期将PH升至5.5,并将温度有28℃降到20℃,可的最高产量。黑曲霉NRRL-337固体培养时,耐酸性α-淀粉酶在较低的温度(25℃)和酸性环境下形成,摇瓶培养时,最适PH4.0.耐酸性α-淀粉酶的出现迟于非耐酸性α-淀粉酶和糖化酶。当培养基中添加CaCO3时,则大量生成耐酸性α-淀粉酶,但降低培养基PH并不算黑曲霉NRRL330生产耐酸性α-淀粉酶所必需的。

培养过程的H也可借培养成分来调节。Mevrath认为用米曲霉产生α-淀粉酶时,如以醋酸铵作氮源,可使培养过程中的PH升高或保持中性,硝酸盐与蛋白质也有类似作用。醋酸盐、柠檬酸盐、葡萄糖酸盐等有机酸的盐类,具有调节PH的功用,其用量视所用的碳氮源而异,在5-15g/L范围内。例如初PH为6.8,氮源是1.6%硫酸铵,由于同时添加了醋酸钠(或钾),在培养过程中随着菌体生长,PH逐渐上升,到静止期、自溶期以后能将PH保持8.3.培养基PH也可以通过补充养料来调节,枯草杆菌BF7658在产酶期间,多次补加培养基能将PH保持在6.3-6.6,而促进产酶。

(8)其他因素 影响α-淀粉酶产量的其他因素还很多,例如深层培养中的通风量、搅拌强度、接种量、种龄等。

工业上生产α-淀粉酶的微生物都是好气性菌。用深层培养时,在一定培养基中,酶的生产量主要为通风搅拌所左右。很早就发现,用500ML三角瓶装不同量培养基,摇瓶培养淀粉液化芽孢杆菌,当装液量为200ML时,它的α-淀粉酶生成量只及40mL时的1/5.使用玉米、豆饼培养基(总固体物11%-12%),摇瓶培养BF-7658和TUD-127的结果同样表明,通风量能够影响α-淀粉酶的合成。用500mL发酵罐试验,在搅拌185r/min下培养枯草杆菌BF-7658,通风量由1:0.53VVm降到0.34VVm时,α-淀粉酶活性降低1/2。培养时降低前期通风量,则促进米曲霉生长而减少产酶。枯草杆菌在对数期末,降低通风量,确可促进α-淀粉酶生产。CO2对细胞增殖与产酶有影响,当通入空气含有CO2 8%时,枯草杆菌α-淀粉酶活性可增加3倍。

在固体培养时,气体的交换比较差,但α-淀粉酶的产量并不低。

芽孢杆菌以使用对数生长期的种子最适合,接种量为发酵液量0.2%-1%,对产酶无太大影响。

培养基的灭菌对产酶有影响。Meyrath的发现,糖与其他成分合并灭菌,由于生产焦糖,有利于霉菌α-淀粉酶生产。焦糖具有螯合微量重金元素的作用,能除去碍于产酶的微量金属,特别是铜离子。向培养基添加焦糖(0.2%)可使α-淀粉酶增产6%-10%。

培养基中添加植酸钙、赤霉素、单宁酸、乙醇、聚丙烯酸Carbopol以及Tween80、TritonX和SDS等表面活性剂对产酶具有促进作用。用乳糖为碳源时,酶的产量比用淀粉的高1倍,而拟内孢霉的培养基中添加麻油等油脂,可提高产酶活性。

5、固体培养法生产α-淀粉酶

(1)固体培养枯草杆菌JD-32产生α-淀粉酶

菌种移植在豆饼3%、麸皮5%、蛋白胨0.25%、琼脂2%(pH7.1)斜面,35℃培养48h,在接种入种子培养基(豆饼粉1%、酵母膏、蛋白胨各0.4%、Nacl0.05%,PH7.1-7.2),35℃摇瓶培养一定时间后,用发酵罐扩大培养,然后按接种量0.5%接种入固体培养基(麸皮70g、小麦糠2g、木薯粉10g,烧碱0.5g混合物,加水使含水量60%左右,常压蒸汽一小时后,冷却到38-40℃),在厚层通风制曲箱内通风保持品温38-41℃下,培养20h左右出曲风干。

麸曲用1%食盐水3-4倍浸泡3h后过滤,调节滤液PH5.5-6,加10℃酒精使终浓度为70%沉淀酶,沉淀经离心,浓酒精洗涤脱水后,25℃下风干粉碎即为成品。 (2)固体培养米曲霉生产α-淀粉酶

我国现用的菌种属于米曲霉的曲霉602与2120,经鉴定认为不生产黄曲霉素,制法如下: 500mL三角瓶,装麸皮5、玉米粉1混合物30g,加水1:1及盐酸3滴,拌匀后,120℃灭菌30min,冷却后接种斜面菌种(菌种培养于麦芽汁或曲汁斜面)置32-34℃下培养三天,没24h扣瓶一次以防结块,待菌丝体大量生长及孢子转为黄绿色,即可作为种子用于制备种曲。种曲配料同上,原料蒸熟后冷却到30℃,接种种子0.5-1%,拌匀后盛于曲盘,摊厚1cm左右,盘上盖以湿布,置30℃曲房培养。盖布应每隔8-12h用水浸湿,以防培养物干结而影响菌种繁殖,没24h扣盘1次,经3天后,种曲成熟,布满黄绿色孢子。 厚层通风制曲:原料是麦麸、谷壳的比例为100:5,混合,加75%-80%稀盐酸(浓度0.1%),拌匀后,常压气蒸1h,扬凉后接入种曲0.5%,置曲箱中保持前期品温30℃左右,每两小时通风30min,当品温升到36℃以上,则连续通风,保持品温在34-36℃,约28h,品温开始下降,乃通冷风时使品温降至20℃左右后出箱。

提取方法:1、直接把麸曲在低温下烘干,作为酿造工业上使用的粗制酶制剂,特点是得率高,制造工艺简单,但酶活性单位低,含杂质较多;2、把麸皮用水或稀食盐水浸出后,经过过滤或离心除去麸皮或不溶物,然后用酒精沉淀或硫酸铵盐析,酶泥滤出后低温烘干,粉碎后加乳糖填料,最后制成供作助消化药,酿造等用的酶制剂。它的特点是酶活性单位高,含杂质少,但得率较低,成本较高。 耐高温α-淀粉酶的生产

普通的细菌α-淀粉酶在水解谷物淀粉时,由于液化温度只能在80-90℃,经常残留聚合度为30-40的不溶性淀粉,妨碍了过滤并影响下一步糖化的DE值。为此,在液化时须添加相当量的钙离子以提高酶的耐热性,并采用三段法进行液化。因此工艺发杂,而且产品中含有大量无机盐。耐热性α-淀粉酶适合于高温(105-110℃)下液化淀粉,不仅反应快,淀粉不易形成难溶性颗粒,且杂质容易过滤去除,液化淀粉一步即可完成,钙离子用量少,有利于糖化精制。

耐高温α-淀粉酶的生产工艺流程与枯草杆菌α-淀粉酶生产的流程相同。高温α-淀粉酶产品均是液体,国内外生产厂家有美国的Mils公司(产品Takahern)、荷兰的Gistg公司(产品Maaxamyl)、丹麦的NOVO公司(产品Thermamy 120)和我国无锡酶制剂厂。

(1) 菌种 耐高温α-淀粉酶产生菌几乎都是地衣芽孢杆菌及其突变菌株,主要原因

是该菌株耐热性好和产酶活力高,因此适合于工业化生产。其他研究的菌株还有嗜热脂肪芽孢杆菌、枯草杆菌、凝结芽孢杆菌、酸热芽孢杆菌和高温放线菌等。

丹麦NOVO公司Outtrup等将地衣芽孢杆菌ATCC9798为出发菌株,经物理与化学处理多次,使产酶活力提高20-30倍。上海微生物研究所胡学智等亦以ATCC9798为出发菌株,相继用UV、Co60和DES等反复诱变选育,突变株A4041产酶活力提高了100-200倍,该菌株具有无芽孢、利福霉素抗性、甲硫氨酸缺陷型以及精氨酸缺陷型的标记,并部分解除了葡萄糖代谢阻遏,可在含葡萄糖培养基中产生高温α-淀粉酶。日本丸尾等人以地衣芽孢杆菌NYK24为出发菌株,采用NTG诱变,挑选环丝氨酸抗性突变菌株,产酶活力为2000u/mL。

(2) 发酵 几种耐高温α-淀粉酶产生菌的培养基和培养条件见表5-11

表5-11 国内外高温α-淀粉酶的培养条件

国名 菌株 培养基和培养条件/%

我国上海 地衣芽孢杆菌A4041 玉米粉2.5、豆粉2.5、玉米浆1、CaCl20.4、

Na2HPO40.3、柠檬酸0.3、PH6.8-7.0,通风

0.5-0.8VVm,40℃培养96h(种子罐配方同发酵罐,培养24h)

美国Mils公司 地衣芽胞杆菌 玉米粉、大豆粉、棉子粉、柠檬酸钠、CaCl2、K2HPO4 、

Therm340 玉米浆为原料,接种种龄40h,种量5%,通风

0.5VVm,中途补料,培养100h (3)提取 因为该产品为液体,提取方法较简便。

A4041的发酵液于PH4.5时加入1%碱式氯化铝为助凝剂,絮凝剂为0.1%壳聚糖,缓慢搅拌,使菌体。培养基杂质絮凝,压滤后得到清液,真空薄膜蒸发器或超滤浓缩10倍,加入食盐18%,以0.1%苯甲酸钠为稳定剂。酶收得率为70%-75%,在室温保存1年失活低于10%。作用温度90℃,最适ph为5.0-7.0。

Therm340的发酵液在15℃进行压滤,滤液在10℃以下超滤浓缩到50%,再在32℃真空蒸发浓缩到20%,然后在10℃以下精滤除菌,接着加入Na2S2O3、山梨酸钾。对羟基苯甲酸甲酯为防腐剂,以醋酸钙为稳定剂,制成液体酶产品。总收得率为72%。该液体酶最适PH5.5-7.0,最适温度90-95℃。应用时用量为颠簸量的0.04%-0.06%,作用温度在30%-40%淀粉浆时为90-100℃,液化20min,其DE值为14%-20%。


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