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糖化的核心-糖化酶促反应

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啤酒酿造师-V 发表于 2019-10-29 01:14:11 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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酶是作为有机反应催化剂的高分子量蛋白质。催化剂能使反应发生,或者在反应发生时大大加快反应速度。酶是有专一性的,因为一种酶只能催化一种化学反应。即使浓度非常低,它们也能起作用。

酶的化学本质

酶是由生物体产生的一类具有催化作用的物质,它的化学本质是蛋白质。因此酶具有蛋白质的一切特性,如溶解性、两性解离性、可被蛋白酶水解等。

酶的溶解性

大多数酶都溶解于水。与啤酒酿造有关的酶如a-淀粉酶,蛋白水解酶,半纤维素酶,麦芽糖酶等均溶于水。但酶的溶解度受PH、温度及离子强度等因素的影响,在等电点时酶的溶解度最小。

酶的两性解离及等电点

        在酸性条件下,酶分子各基团解离的结果,其正电荷数比负电荷数多,使整个酶分子带上正电荷。若改变溶液PH值,使之由小到大,酶分子上的电荷便产生一个由量变到质变的过程,即由带正电荷变为带负电荷。在一定PH下,酶的正电荷数与负电荷数相等,这个PH值就是该酶的等电点。

        酶分子中由于所含氨基酸种类、数目、空间构型的不同,故不同的酶就有不同的等电点。根据这一性质,各种酶在同一PH值的溶液中,具有不同的带电性,其在电场中的移动方向、速度则各有差别,这是电泳法分离酶的基础。

酶活性的丧失

        酶的催化作用取决于其特殊的空间结构,如果受到外界各种因素的作用,使其构成空间结构的氢键等副价键受到破坏,空间结构解体,将引起理化性质的改变,丧失其催化活性。能以其酶失活得因素有加热、紫外线、超声波、强烈的搅拌振荡等物理因素,及重金属盐、浓酸浓碱、醇、酚、酮、腮等化学试剂。不同的酶对各种外界因素的抗性各不相同,如酿造用细菌a-淀粉酶抗热性较强,而麦芽β-淀粉酶的抗热性则较弱。无疑酶的变性与其分子内部结构有密切关系。

     在发酵工业生产及研究工作中经常涉及到酶活性,一方面在酶制剂的生产和应用中要选择适当的分离方法及工艺操作条件,以保持酶的活性。另一方面折需采用高温等方法使酶失活,使杂菌致死而达到灭菌的目的。

影响酶作用的主要因素

    酶的浓度、底物浓度、反应温度、反应PH、酶作用时间、酶与底物的混合程度酶稳定剂的作用、酶激活剂的作用、酶抑制剂的作用、复合酶的协同作用

外加酶制剂与麦芽酶区别

    外加酶制剂为从大自然中发现,实验室提取出后,扩大培养出来的比较单一性酶,

     麦芽中酶制剂来源于大麦,在发芽过程中产生,其中含有丰富的各种酶。
糖化过程中的主要酶反应

        已知的酶已超过2000种,每种酶都催化了一种特定的有机反应。我们感到幸运的是,有很多的酶对于酿造业非常重要。我们已经提到一些特定的酶和一些酶的分类。在这部分中,我们将介绍对于酿造业至关重要的酶。糖化过程酶的来源主要来自麦芽,有时为了补充酶活力的不足,也外加酶制剂。这些酶以水解酶为主,有淀粉酶(包括包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、界限糊精酶、R-酶、麦芽糖酶、蔗糖酶),蛋白酶(包括内肽酶,羧基肽酶,氨基肽酶、二肽酶),β-葡聚糖酶(内β-1,4葡聚糖酶、内β-1,3葡聚糖酶、β-葡聚糖溶解酶)和磷酸酶等。

酶的分类

前面我们已经提到,酶是根据底物的种类分类的。例如,作用于碳水化合物的酶被称为糖酶。下表列出了主要的大麦酶分类。

酶的分类

底物的分类

糖酶

碳水化合物

蛋白酶

蛋白质

肽酶



脂肪酶

脂类(脂肪)


糖酶

表8列出了大麦生成的三种最重要的糖酶、它们的底物以及它们的产物。这些糖酶非常重要,因此我们将对它们分别介绍。其余的酶分类将分组讨论,这是因为任何一种特定的酶的活性都没有它所属的那一类作为一个整体时的活性重要。

表8大麦糖酶



底物

产物

a淀粉酶

淀粉、低聚糖

低聚糖、葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖

b淀粉酶

淀粉

麦芽糖

b葡聚糖酶

b葡聚糖

由三个或四个
  单体组成的纤
  维素链


a淀粉酶

a淀粉酶作用在直链淀粉和支链淀粉上葡萄糖1→4糖苷键的任意部位。它的产物是较短的直链淀粉和较小的支链淀粉。如果a淀粉酶作用在葡萄糖链上接近末端位置上的一个键,那么它也会产生葡萄糖、麦芽糖或麦芽三糖。随着催化作用的继续,直链淀粉和支链淀粉会被降解为更小的低聚糖。a淀粉酶的一个局限性在于,它不能作用于由少于两个或三个葡萄糖单体形成的支链淀粉的1→6糖苷键。

下图列出了a淀粉酶的主要特性。给出的值必须经过慎重的粗略估计,这是因为一种酶的稳定性取决于它所处的条件。例如,失活温度会受到pH值或糖化时其他参数的影响。由于这些原因,在实验室条件下测量的纯化后的酶参数只能提供在温度稳定时的相关信息。

表9a淀粉酶特性

特性



最适宜的温度

72 – 75°C

失活温度

80°C

最适宜的pH值

5.6 – 5.8


下图说明了a淀粉酶作用于直链淀粉的情形。图中的每个小圆圈代表一个葡萄糖单体。由于a淀粉酶作用于直链淀粉上的任意位点,因此产物没有固定的形式。同样,当酶继续作用时,低聚糖会进一步降解为较小的链。

w1.jpg

下图显示了a淀粉酶作用于支链淀粉的情形。正如作用于直链淀粉那样,由于作用位点任意,因此除了在总尺寸上缩小外,不会产生任何固定的产物形式。回顾一下,a淀粉酶不能作用于少于由两个或三个葡萄糖单体形成的支链淀粉的1→6糖苷键。

w2.jpg

b淀粉酶

       b淀粉酶从葡萄糖链的非还原端将麦芽糖分割下来。回顾一下,支链淀粉有一个还原端和很多个非还原端,因此b淀粉酶能够强烈地作用于支链淀粉。然而,直链淀粉只有一个单独的非还原端,因此b淀粉酶对它的作用就会发生的缓慢一些。如果一条直链淀粉链包含了数千个葡萄糖单体,它降解麦芽糖就要花一些时间。

    与a淀粉酶相似,b淀粉酶也不能作用于由少于两个或三个葡萄糖单体形成的葡萄糖链的1→6糖苷键,也不能水解在1→6糖苷键之间或者1→6糖苷键与长链还原端之间的任何一个1→4糖苷键。这样,b淀粉酶不能降解每条支路最远一端的1→6糖苷键,而且一旦它切割了最远1→6糖苷键前面的所有麦芽糖,它就无法再作用于支链淀粉,下表列出了b淀粉酶的化学特性。

      b淀粉酶特性


特性



最适宜的温度

60 – 65°C

失活温度

70°C

最适宜的pH值

5.4 – 5.5


下图说明了b淀粉酶作用于直链淀粉的情形。由于b淀粉酶只能作用于非还原端,因此它可以继续从直链淀粉链上解离麦芽糖。

w3.jpg

a淀粉酶与b淀粉酶的协同作用

    现在,b淀粉酶和a淀粉酶如果同时作用于淀粉,效果会怎样?a淀粉酶将直链淀粉分解为较小的链,制造出新的非还原端。当它将支链淀粉分解为较小的糊精时,它还会制造出更多的非还原端。每个新的非还原端都是b淀粉酶从长链上分割出麦芽糖的作用位点。直链淀粉完全被降解为可发酵的糖。支链淀粉被降解为越来越小的糊精,直到所有的残余支链都只有两个或三个葡萄糖单体的长度。由于受到酶作用的限制,因此这些残留的糊精被称为“极限糊精”。

这就是糖化的协同制糖。协同作用是两种或多种成分同时作用,以产生比各种成分单独作用更大的作用。b淀粉酶或a淀粉酶的单独作用都不能在一个合理的时间段内将淀粉降解为可发酵的糖。然而,这两种酶在发芽期间自然产生的共同作用能够在几十分钟内将大麦中的所有淀粉完全降解为可发酵的糖和极限糊精。

    下图显示了受到b淀粉酶和a淀粉酶作用的直链淀粉。注意,每个a淀粉酶作用产生的新还原端随后会受到b淀粉酶的作用。

w4.jpg

下图显示了受到b淀粉酶和a淀粉酶同时作用的支链淀粉。注意观察由a淀粉酶作用产生的糊精如何进一步被b淀粉酶降解。

w5.jpg

    这两种淀粉酶被称为淀粉酶,麦芽提供直链淀粉酶的能力被称为淀粉酶活性。淀粉酶将长直链淀粉链上任意位置的a葡萄糖1→4糖苷键水解,从而将其断开为较小的链。它也通过水解a葡萄糖1→6糖苷键之间的(而不是a葡萄糖1→6糖苷键本身)1→4糖苷键,将支链淀粉分子断开为较小的糊精。

b淀粉酶从直链淀粉和支链淀粉链的末端降解出麦芽糖。它在约有3到4个葡萄糖单体时的a葡萄糖1→6糖苷键处停止降解糊精。

麦芽包含了少量的极限糊精酶,这种酶会破坏a葡萄糖1→6糖苷键,但由于含量较少,失活温度也相对较低,它在糖化过程中基本不起作用。

a淀粉酶和b淀粉酶在特定的温度和PH范围内活性很强。在糖化过程中,这些范围很容易控制,因此我们可以直接利用酶的活性来生产出具有特定口味的啤酒。

糖化酶的特性



最适宜的温度

最适宜的pH值

底物

反应产物

b淀粉酶

60°C-65°C

5.4 – 5.5

淀粉

麦芽糖(可发酵)

a淀粉酶

72°C – 75°C

5.6 – 5.8

淀粉

麦芽糖(可发酵)

糊精(不可发酵)


               
——我不是懒,我只是懒得签名而已。PS:汽泡菌
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