Abstract
本研究主旨在探討利用β-amylase和isoamylase雙酵素水解澱粉來生產高麥芽糖糖漿之基本動力學性質及其反應器操作特性。首先比較了β-amylase與isoamyl-ase 兩酵素與澱粉水解批式反應系統中不同的添加模式, 其中以β-amylase與isoamylase同時添加之操作方式較佳。β-A-mylase與isoamylase 雙酵素反應系統中, 兩酵素之比例被決定出來, 其最適比例值為 1.4 U╱ml╱1200 U╱ml。溫度PH和金屬離子對此雙酵素反應系統之效應亦被探討。溫度愈高, 酵素活性愈大, 但相對地穩定性則愈差。其最適反應PH介於4.8－6.0之間; 當PH大於5.4, 酵素之穩定性較佳。金屬離子中, CU與Ag 離子對於雙酵素反應系統具有明顯的阻害作用。此一雙酵素系統之劣化舉動並不遵守一階動力學行為, 當代之以二次曲線來契合劣化實驗數據時, 則可適切地描述其劣化趨勢。麥芽糖對此雙酵素系統具有競爭性阻害作用, 而麥芽三糖與葡萄糖則無明顯的阻害作用。β-Amylase-isoamylase 于40℃, PH5.4 其澱粉水解反應之Vm＝9.11 g╱1 .min,Ks＝87.26 g╱1 與麥芽糖阻害常數 Ki＝82.76 g╱1 。在對批式反應系統的模擬中, 於考慮麥芽糖之阻害、酵素之劣化以及副產物麥芽三糖的生成等因素下, 所得到之理論預測值與實驗值相當吻合。在UF反應器操作上, 當使用分子量阻隔範圍較小 (10, 000)之薄膜來進行產物分離時, 雖然其流速較小, 但其分離效果較佳, 薄膜透出液的麥芽糖純度也較高。酵素添加量對UFR 操作狀況之影響亦被探討; 當酵素濃度愈高時, 達到穩定狀態之時間愈短,UFR 的操作狀況愈佳, 而其轉換率亦較高。在探討基質濃度之影響時, 當基質濃度愈高, 其轉換率愈低, 此可能是由於產物對雙酵系系統之阻害及酵素在超過濾薄膜上之濃度極化效應所致。在進行UFR 反應系統之模擬時, 本研究所建立的數學模式在基質濃度較低 (20 g╱1及50 g╱1)的情況下, 所得之模擬結果與實驗值之間有較佳的吻合度。而於高基質濃度 (100 g╱1) 時, 其實驗值較理論值為低, 此乃因為在高濃度基質下, UFR 系統之濃度極化現象及薄膜阻塞嚴重而降低了產物的透出所致。當以酵素追加方式來進行UFR 之操作時, 可延長反應器的正常操作時間至100 小時以上。若以所使用的酵素量為基準來計算時, 以此程序所生產的麥芽糖量為批式操作的7 倍。