葡萄糖异构酶
葡萄糖异构酶及其在高果糖浆生产中的应用
葡萄糖异构酶及其在高果糖浆生产中的应用
葡萄糖异构酶是一种能够将葡萄糖转变为果糖的酶类。
它在高果糖浆生产过程中具有重要的应用价值。
高果糖浆是由葡萄糖和果糖组成的混合糖浆，其甜度高于蔗糖，具有较低的结晶性和高溶解度，广泛应用于食品和饮料工业中。
在传统的高果糖浆生产方法中，主要采用加热和酸性条件下的酶法反应来将葡萄糖转变为果糖。
这种方法虽然可以实现葡萄糖转变，但存在反应时间长、产品产率不高、酶活性易受抑制等问题。
葡萄糖异构酶的出现解决了传统酶法的问题。
该酶能够将葡萄糖异构化为果糖，反应过程更加简单高效。
葡萄糖异构酶有多个来源，如菌类、植物和动物等，其中以菌类来源最为常见。
葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中的应用主要有两个方面。
首先，葡萄糖异构酶可以用于直接转化葡萄糖成果糖的反应。
通过加入适量的葡萄糖异构酶到反应系统中，可以大幅缩短反应时间，并提高产率。
此外，葡萄糖异构酶还具有不受温度和pH值等
因素的较强耐受性，能够在较宽的条件下进行反应，提高了整个反应过程的稳定性和可控性。
其次，葡萄糖异构酶还可以用于酸性条件下的葡萄糖转果糖酶法反应的修饰和优化。
在传统酶法中，葡萄糖转变过程中产生的酸性环境容易导致酶活性的丧失，从而影响反应效率。
而引入葡萄糖异构酶后，通过调节反应条件和酶的用量，可以有效地提高整个反应过程的稳定性和产品产率。
综上所述，葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中具有重要的应用价值。
其高效、稳定的转化效果可以提高高果糖浆的生产效率和品质，对食品和饮料工业的发展具有积极的促进作用。
葡萄糖异构酶
葡萄糖异构酶 glucose isomerase又称木糖异构酶或D-木糖乙酮醇异构酶(EC 5.3.1.5)。
一种可转化D-葡萄糖为D-果糖的细胞内酶,但它在活体内的功能主要是把D-果糖转化为D-木酮糖。
葡萄糖异构酶根据国际生化协会的酶分类法,此酶属于E.C.5.3.1.5。
此酶是在1957年才被发现的(Marshall and Kooi,1957)。
然而,在1972年修订酶的分类时,已给了葡萄糖异构酶一个新的酶号,定为 E.C.5.3.1.18。
只是没有阐明它与木糖异构酶在酶化学上的差异。
Marshall等将嗜水假单胞杆菌(Pseudomonas hydrophila)培养在以D-木糖为碳源的培养基上时,发现菌体内积累了葡萄糖异构酶。
此后经多人研究,知道了很多微生物能产生葡萄糖异构酶。
葡萄糖异构酶催化葡萄糖变构为果糖:葡萄糖异构酶在食品工业中的主要应用是生产甜味剂高果糖浆(HFCS)。
葡萄糖异构酶对葡萄糖异构化反应是生物催化剂,在指定的条件下,其反应效率高,专一性强,条件温和。
因而葡萄糖异构酶的发现、研制及固定化技术的开发,为果葡糖浆工业化生产提供了基础。
(果糖的甜度比葡萄糖高。
利用葡萄糖异构酶在60℃下可以把葡萄糖约50%转化为果糖,所得的混合物称果葡糖浆又称木糖异构酶。
本酶能将D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。
由于可使葡萄糖异构化为果糖,故称为葡萄糖异构酶。
根据目前已知的情况,本酶的来源有:①短乳酸杆菌及放线菌等所产生的木糖异构酶;②葡萄糖磷酸化异构酶;③来自大芽孢杆菌的葡萄糖异构酶; ④从大肠杆菌中发现的异构酶。
其中只有木糖异构酶有工业价值。
木糖异构酶耐热性高,酶反应不需任何再生因子。
其最适pH为6～10。
又名木糖异构酶。
能将D-木糖、D-葡萄糖、D-核糖等醛糖可逆地转化为相应的酮糖。
可使葡萄糖异构化为果糖。
果糖的甜度比葡萄糖高。
利用葡萄糖异构酶在60℃下可以把葡萄糖约50%转化为果糖,所得的混合物称果葡糖浆(highfructose corn syrup,HFCS),甜度增加,食后不易发胖。
《葡萄糖异构酶》课件
葡萄糖异构酶结构和功能
结构
葡萄糖异构酶由多个蛋白质亚基组成，其中包含活 性位点，与葡萄糖结合并催化反应。
功能
葡萄糖异构酶能够将葡萄糖的环状结构重新排列， 通过转化反应实现葡萄糖异构体的生成。
葡萄糖异构酶的分类和特点
分类
根据催化反应的方式和产生的异构体类型，葡萄糖 异构酶可以分为多个不同的类别。
特点
葡萄糖异构酶在各种生物体中普遍存在，具有高效、 特异性和反应条件适应性等特点。
葡萄糖异构酶的生物学功能
代谢途径
葡萄糖异构酶参与多种代谢 途径，拓宽了生物体对能量 的获取和利用方式。
生理调节
葡萄糖异构酶在调节葡萄糖 代谢平衡、维持能量供应等 方面发挥着重要作用。
生物合成
葡萄糖异构酶参与多种生物 合成过程，如多糖和其他有 机物的合成。
葡萄糖异构酶的应用领域
1 食品工业
葡萄糖异构酶用于食品加工中，能够改善食品口感和质地。
2 生物燃料
葡萄糖异构酶可以将葡萄糖转化为可用于生物燃料生产的异构体。
3 医药领域
葡萄糖异构酶在医药领域中有广泛应用，能够改善药物稳定性和活性。
葡萄糖异构ห้องสมุดไป่ตู้相关的研究进展
1
基础研究
对葡萄糖异构酶的结构和催化机制进行深入研究，揭示其反应路径和关键功能位 点。
《葡萄糖异构酶》PPT课 件
本课程将介绍葡萄糖异构酶的定义和作用，其结构和功能，以及分类和特点。 探讨葡萄糖异构酶在生物学中的重要功能，应用领域以及相关研究进展。最 后进行总结并展望未来。
葡萄糖异构酶的定义和作用
1 定义
葡萄糖异构酶是一种酶类，能够将葡萄糖分 子在结构上进行异构转换。
2 作用
葡萄糖异构酶在链霉菌的发酵生产概况
高产菌株选育及GI的改造 高产菌株选育及 的改造
美国 ：嗜水假单胞杆菌、短乳杆菌、 戊糖乳酸菌 日本 ：暗色链霉菌 、白色链霉菌 中国 ：玫瑰暗黄链霉菌、玫瑰红链霉菌、 高温放线菌M1033、密苏里游动放线菌 • 目前普遍葡萄糖异构酶生产菌种酶活低、 胞外酶含量较高
• 通过定点突变对葡萄糖异构酶进行改造， 改善其热稳定性，如Mrabet构建的密苏 里游动放线菌GI突变酶体K253R的半衰 期增为野生型的3倍。而AM GI突变体 E186Q的最适pH比野生型下降一个单位， 且活性提高两倍。 • 通过改变GI底物专一性，提高其催化效 率，如嗜热产硫梭状芽孢杆菌GI的定点 突变体W139F的催化效率大大提高
异构化机理
• 高果糖浆是自60年代崛起的新食糖资源， 味道纯正，具有较强的保温性、着色性 和防腐性，营养价值较高，可不经消化 直接被肠胃吸收，果糖的代谢不受胰岛 素调节，糖尿病人可以利用，是饮料、 糕点等食品工业的理想用糖。
• 高果糖浆的工业制造在全世界范围内尤其是在 发达国家发展极快，现美国的高果糖浆消费量 已与蔗糖持平。果葡糖浆的应用领域主要是食 品工业，还有医药和饮食业，根据商业部对蔗 糖消费的预测和果葡糖浆在各行业中的代用量 推算， 目前我国果葡糖浆的潜在销售市场为 150万吨干基。从长远观点看，果葡糖浆将成 为我国一个新的主要糖源，它将从根本上解决 我国糖源短缺问题。
• 木糖异构化以及发酵的同步性
反应平衡时木酮糖与木糖的比率只有1：5，所以木糖的同步异构 及发酵更优先考虑异构化条件。木酮糖由酵母发酵为乙醇的同时， 也更易于木糖向木酮糖的转化平衡。适宜于木糖的同步异构以及 发酵的pH为5.5或6.0，乙醇是最终产物。木糖同步异构及发酵中 若得率不高可能与酶量不足及木糖、木酮糖、乙醇的抑制有关
葡萄糖异构酶
葡萄糖异构酶说明
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英文：Glucose isomerase。
CAS:9055-00-9酶活力：80万U/g。
性状近白色或浅棕黄色颗粒，柱状或条状。
最适作用温度60℃，适用温度30～75℃。
最适作用pH7.0～7.5，适用pH6.0～8.0。
最高活性在反应系统中需要有Mg2+及Co2+。
其最适浓度分别为10-2mol/L和10-3mol/L。
可溶于水，但不溶于乙醇、氯仿
用途:酶制剂.
使用方法
1. Co2+、Mg2+对本品有激活作用；山梨醇和甘露醇对本品有强抑制作用。
2. 果葡糖浆生产一般应在60℃下进行，如温度过高，除酶易受热而失活，糖分也可受热分解，产生有色物质。
3. 实际使用参考：底物浓度35～45%DS；葡萄糖含量93%～97%；进口处pH8.2(25℃)；温度61℃；MgSO4•7H2O添加量，每升糖浆0.1g。
用量：用于制造果葡糖浆，可按生产需要适量使用。
葡萄糖异构酶
葡萄糖异构酶研究概况摘要：葡萄糖异构酶(glucose isomerase，GI)能催化D—葡萄糖至D—果糖的异构化反应，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆的关键酶，目前国内外众多科研机构和企业正在进行葡萄糖异构酶研究和应用。
葡萄糖异构酶的研究主要包括菌种的筛选、发酵条件的优化以及酶的固定化生产等方面。
关键字：葡萄糖异构酶菌种分离纯化固定化一、葡萄糖异构酶简介葡萄糖异构酶(Gl)又称D-木糖异构酶（D-xylose isomerase），为一种水溶性酶。
1957年在嗜水假单胞菌中最早发现了GI，它能催化D一葡萄糖至D一果糖的异构化反应，特别是在果葡糖浆的生产中，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆(high fructose cord syrup，HFCS)的关键酶，并且该酶还能够将木聚糖异构化为木酮糖，再经微生物发酵后生产乙醇。
应用这种酶可以使葡萄长期以来糖浆中90%以上的糖分转化为果精，使甜度大大提高，因而可用淀粉作原料生产出食用性良好的葡果糖浆。
为了解决食糖供应不足，六十年代末期以来，葡萄糖异构酶的生产与应用的研究引起了人们的重视。
二、产葡萄糖异构酶的微生物产葡萄糖异构酶的菌株很多，主要有沙门氏菌、大肠杆菌、枯草杆菌属、葡萄球菌属、链霉菌属及其他菌属。
大多数是从土壤中分离出来的。
放线菌具有葡萄糖异构酶产量多，酶的热稳定性好等优点，并且在酶反应时不需要添加砷酸盐或锰盐等有毒物质。
分离异构酶产生菌，一般采用木糖作唯一碳源，如吉村贞彦等使用D—木糖1%、酵母膏0.1 %、磷酸氮二钾0.05 %、硫酸镁0.025 %、硫酸锰0.001 %和碳酸钙0.2 %组成培养基，在含有10毫升上述培养基的试管中，接入土样。
45℃培养24小时，连续富集培养三次，然后于加入2 %琼脂的上述培养中，进行平板分离，移入斜面，再进行摇瓶发酵，测定葡萄糖异构酶活力。
除土壤分离新菌种外，另外对原有菌种进行强烈因子处理。
如Bengtson用亚硝基胍或紫外线诱变Streptomyces ATCC 21175能显著提高酶活，经处理的菌种酶活力为518单位/毫升，而不处理的仅有3 18单位/毫升。
固定化细胞制备及应用事例
固定化细胞制备及应用事例固定化细胞是将活细胞固定在材料上，以实现其在生物反应或工业生产中的应用。
利用固定化细胞可以提高细胞的稳定性和生物活性，延长其寿命，并简化细胞分离和生产过程。
下面将介绍固定化细胞制备及应用的一些事例。
一、酶固定化1. 葡萄糖异构酶固定化：葡萄糖异构酶（GI）是一种重要的酶，用于将葡萄糖转化为果糖。
将GI固定在聚丙烯酸酯(PVA)凝胶中，可以实现连续和稳定的果糖生产。
此外，还可以将GI固定在金属氧化物纳米粒子上，以提高反应速率和酶稳定性。
2. 乳酸脱氢酶固定化：乳酸脱氢酶（LDH）是一种用于乳酸生产的重要酶。
将LDH固定在Ca2+交换树脂上，可以实现连续乳酸生产。
固定化LDH不仅具有较高的稳定性和重复使用性，还可以避免产物污染。
二、生物传感器1. 葡萄酒品质传感器：利用固定化酵母细胞制备的生物传感器，可以检测葡萄酒中的氨基酸和糖分等物质，以评估葡萄酒的品质。
固定化酵母细胞可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
2. 环境污染物传感器：将大肠杆菌等细菌固定在传感器的电极表面上，可以实现对环境中污染物的实时监测。
固定化细菌可以与特定的污染物发生反应，并产生电流信号，从而实现环境污染物的快速检测。
三、药物传递系统1. 肿瘤靶向治疗：将抗癌药物固定在载体上，并加上靶向配体，可以实现对肿瘤细胞的选择性靶向治疗。
固定化药物可以提高药物的稳定性和生物利用率，减少药物对正常组织的毒性。
2. 糖尿病治疗：将胰岛素固定化在高分子材料上，并用于制备胰岛素缓释系统，可以实现糖尿病的长期治疗。
固定化胰岛素可以延长药物的作用时间，减少频繁注射的需要。
四、废水处理1. 有机废水处理：将具有降解有机物能力的细菌固定在废水处理装置中，可以高效降解废水中的有机物。
固定化细菌可以在较宽的温度和pH范围内工作，减少对环境的影响。
2. 污水氨氮去除：将氨氧化细菌固定在生物反应器中，可以实现对污水中氨氮的高效去除。
固定化细菌可以提高氨氮去除速率和稳定性，减少传统处理方法所需的空间和时间。
葡萄糖异构酶
葡萄糖异构酶研究概况摘要：葡萄糖异构酶(glucose isomerase，GI)能催化D—葡萄糖至D—果糖的异构化反应，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆的关键酶，目前国内外众多科研机构和企业正在进行葡萄糖异构酶研究和应用。
葡萄糖异构酶的研究主要包括菌种的筛选、发酵条件的优化以及酶的固定化生产等方面。
关键字：葡萄糖异构酶菌种分离纯化固定化一、葡萄糖异构酶简介葡萄糖异构酶(Gl)又称D-木糖异构酶（D-xylose isomerase），为一种水溶性酶。
1957年在嗜水假单胞菌中最早发现了GI，它能催化D一葡萄糖至D一果糖的异构化反应，特别是在果葡糖浆的生产中，是工业上大规模从淀粉制备高果糖浆(high fructose cord syrup，HFCS)的关键酶，并且该酶还能够将木聚糖异构化为木酮糖，再经微生物发酵后生产乙醇。
应用这种酶可以使葡萄长期以来糖浆中90%以上的糖分转化为果精，使甜度大大提高，因而可用淀粉作原料生产出食用性良好的葡果糖浆。
为了解决食糖供应不足，六十年代末期以来，葡萄糖异构酶的生产与应用的研究引起了人们的重视。
二、产葡萄糖异构酶的微生物产葡萄糖异构酶的菌株很多，主要有沙门氏菌、大肠杆菌、枯草杆菌属、葡萄球菌属、链霉菌属及其他菌属。
大多数是从土壤中分离出来的。
放线菌具有葡萄糖异构酶产量多，酶的热稳定性好等优点，并且在酶反应时不需要添加砷酸盐或锰盐等有毒物质。
分离异构酶产生菌，一般采用木糖作唯一碳源，如吉村贞彦等使用D—木糖1%、酵母膏 %、磷酸氮二钾 %、硫酸镁 %、硫酸锰 %和碳酸钙 %组成培养基，在含有10毫升上述培养基的试管中，接入土样。
45℃培养24小时，连续富集培养三次，然后于加入2 %琼脂的上述培养中，进行平板分离，移入斜面，再进行摇瓶发酵，测定葡萄糖异构酶活力。
除土壤分离新菌种外，另外对原有菌种进行强烈因子处理。
如Bengtson用亚硝基胍或紫外线诱变Streptomyces ATCC 21175能显著提高酶活，经处理的菌种酶活力为518单位/毫升，而不处理的仅有3 18单位/毫升。