提取β-淀粉酶的方法技术

本发明专利技术涉及通过纤维素酶提取β－淀粉酶的方法。本发明专利技术进一步涉及β－淀粉酶提取过程中纤维素酶的使用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术和酶技术相关。更准确的说，本专利技术和从谷类植物中以及所述提取过程中酶的使用相关。
技术介绍
β-淀粉酶是一种淀粉降解酶，能够水解α-1，4键。它存在于如细菌和植物中，能够从淀粉链的非还原端将淀粉主要分解成麦芽糖。如在谷粒中含有丰富的β-淀粉酶，在需要时它将谷物中的营养贮备，即淀粉转化成糖。谷类中的淀粉主要以直链淀粉和支链淀粉的形式贮存。β-淀粉酶将所有的直链淀粉转变为麦芽糖而将大约60％的支链淀粉转变成麦芽糖而将剩下的转变成糊精。β-淀粉酶是商业上重要的酶，如在淀粉工业中它可用来生产麦芽糖。含大量麦芽糖的产品可以用于如糖果和食品工业。人们已经从细菌和植物中分离出β-淀粉酶。如已经从芽孢杆菌属(Bacillus)细菌(US 4 970 158和JP 60 126 080)和耐热梭状芽孢杆菌属(Clostridium)(US 4 647 538)中得到了β-淀粉酶。从细菌中得到的β-淀粉酶除了将淀粉转化成麦芽糖之外，还产生相当大量的麦芽三糖，而来自植物的β-淀粉酶产生相对较多的麦芽糖，因此更适于用在目的为得到尽可能甜的和\或可发酵的产品的方法里。而且，从细菌大规模生产β-淀粉酶是很困难的。工业上的β-淀粉酶是植物来源的，通常谷物，特别是大麦或小麦，以及大豆都可用作酶源。生长的过程中β-淀粉酶在谷粒中形成并贮藏于其中。谷粒由胚芽和含有淀粉的胚乳(即，核)组成，它们被盾片隔开。胚乳由一个糊粉层包围着，整个谷粒被果皮层、种皮层和真实外壳包围。小麦没有严格意义上的外壳，但果皮和种皮形成了坚固的外壳层。β-淀粉酶主要积累在胚乳和盾片中。人们发现在紧贴糊粉层下面的胚乳最外部分中β-淀粉酶最多。对大麦β-淀粉酶已经进行详尽的研究。该β-淀粉酶及其生产的描述参见如以下出版物D.E.Briggs，Barley，Chapman & Hall，London，1978；Cook，Barley and Malt，Academic Press，London，1962；J.R.A.Pollock，Brewing Science，Academic Press，London，1979。该酶的系统名为1，4-α-D-葡聚糖麦芽糖水解酶(E.C 3.2.1.2)。过去分离谷类β-淀粉酶时首先将谷粒磨碎或碾碎，然后对β-淀粉酶用水或缓冲液进行提取。从这种提取物中进行酶的纯化自然很困难且费力，因为除了所要的酶，提取物中还含有谷粒中一些其他的可溶性成分。人们尝试改进溶液中β-淀粉酶的分离，如在硫酸铵的存在下用多聚体吸附酶(US 5 294 341)。有人试验用蛋白酶将β-淀粉酶从面筋中释放出来(JP 63 079 590)。通过往小麦淀粉生产的废液中加入藻酸钠然后回收凝聚的酶(JP 60027 383)或者通过形成磷酸钙凝胶吸附该酶然后将其回收(JP 63 248 389)的方法也可分离出β-淀粉酶。来自淀粉生产的废液并不是好的β-淀粉酶来源，因为废液非常稀而且含有大量别的成分，这使纯化和浓缩难于进行，而导致低产率。为了得到更纯的粗提物并避免艰难的下游处理，有人建议从完全或部分脱壳的谷粒中提取β-淀粉酶。如当大麦粒以不破损胚乳的方式去掉外壳时，胚乳最外层起一种过滤的作用而防止不溶物质进入浸渍水中并限制了可溶性物质的进入。最好是在还原性物质的存在下进行提取，还原性物质可以将β-淀粉酶从谷粒的其他蛋白中释放出来(FI 61 516和US 4 675296)。现在已经专利技术了从谷物中，该方法可以缩短谷物提取时间并提高酶的产量。该方法实施简单并特别适于处理脱壳的谷物，而这又方便了酶的进一步纯化。专利技术简述本专利技术β-淀粉酶提取方法的特征是在纤维素酶存在的条件下在水性介质中对谷物进行提取以得到含β-淀粉酶的提取物。本专利技术进一步和从谷物提取β-淀粉酶时纤维素酶的使用相关。纤维素酶用于例如从磨碎的谷物进行的淀粉生产中以减少浆的粘度以及从蛋白质中分离淀粉。现在令人惊讶的发现，在β-淀粉酶的提取水中加入纤维素酶能提高β-淀粉酶的产率并缩短提取时间。本专利技术优选的实施方案见相关的权利要求。附图简述附图说明图1描述温度随时间对β-淀粉酶产率的影响。专利技术详述本专利技术方法适用于提取含β-淀粉酶的不同谷物，如小麦、大麦、黑麦和大豆。优选用于提取小麦和黑麦，特别是大麦的β-淀粉酶。没发芽的谷粒除了β-淀粉酶不含大量的酶类，因此值得从这种谷粒中提取β-淀粉酶。该酶可以从没去壳的谷粒中提取但优选从去壳的、磨碎、碾碎或精加工的谷粒中提取。适宜的是去壳的黑麦和大麦。对去壳大麦粒的抽提效果是最好的。为了防止淀粉从谷粒胚乳中进入提取物中，必须去壳以便不破坏真的活谷粒。然而，必须尽可能小心的去掉真壳。这样做的原因是外壳太厚以致其会阻挡β-淀粉酶的透过。因此，去壳的大麦是指谷粒真壳被去除但胚乳仍完好无损的大麦。实践中，这意味着通过去壳最多除去带壳麦粒重量的约20％。通常10％到20％的重量作为外壳物质被除去。在此情况下，胚乳的最外层(果皮、种皮和糊粉层)作为一种超滤器不仅防止不溶性物质还基本上防止了可溶性物质进入提取水中。用这种方法处理谷物而获得的提取物相对较纯，从而方便了进一步的处理，如酶的纯化和浓缩。酶工业中的公知方法如加压过滤和超滤可用于进一步的处理中。谷物在水性介质如水或可能地在缓冲液中进行提取。提取过程中pH通常在6.0和6.5之间。提取最好在还原条件下进行。使用的还原活性的量将使和谷粒中结构蛋白结合的β-淀粉酶被释放出来。还原条件根据本身已知的方式而定，实践中时常用二氧化硫，如加入偏亚硫酸氢钠和/或亚硫酸钠。去壳谷粒和水性介质的比例最好在5∶8和2∶3(重量/体积)之间。本专利技术方法适用于提取在钢仓中进行的工业规模的处理，如向其中加入19吨去壳大麦和含有0.5％偏亚硫酸氢钠和0.5％亚硫酸钠的29m3水。用上述方式提取大麦，如不分离留在谷粒中的水分，提取产量为大麦中β-淀粉酶总含量的约45％到50％。在此情况下，提取时间为约72小时。当在提取水中加入纤维素酶时，多达总量65％的谷物β-淀粉酶可以被提取出来而提取时间缩短到约60小时。纤维素是一种线性葡萄糖多糖，其葡萄糖单元之间通过β-1，4-糖苷键相连。在植物细胞壁中发现纤维素通常与木质素和半纤维素在一起。参与纤维素降解反应的酶被认为是纤维素酶。纤维素酶在工业上被用于如淀粉生产、纸的大规模加工、纺织品加工、酿酒厂中β-葡聚糖的降解和面包房中提高面粉的质量。本专利技术方法中，纤维素酶能降解任何活谷粒外壳下的表面结构。商品化纤维素酶产品或者来自细菌如芽孢杆菌属或者来自真菌如酵母(比如酵母属(Saccharomyces))或霉菌。特别是，已经从霉菌中分离出了大量的纤维素酶。最通常用的纤维素酶生产霉菌属于腐质霉属(Humicola)、镰孢霉属(Fusarium)、毁丝霉属(Myceliopthora)、曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)和木霉属(Trichoderma)。有些生产菌株已经进行了遗传改良。本专利技术优选使用来自霉菌，特别是木霉属的纤维素酶。商业用的酶制剂含有几种酶活性并且它们的量和比例可以因为生产商的不同而有轻微差别。本专利技术中酶产品必需至少含有纤维素酶、半纤维素酶和β-葡聚糖本文档来自技高网...

【技术保护点】
从谷物中提取β－淀粉酶的方法，其特征是在纤维素酶存在的条件下在水性介质中提取谷物以得到含有β－淀粉酶的提取物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P凯基，
申请(专利权)人：达尼斯科制糖公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]