第八章淀粉酶类

第八章淀粉酶类

淀粉是由许多葡萄糖分子以α—1．4或α—1．6糖苷键连接而成的大分子物质。淀粉有直链淀粉和支链淀粉之分。

淀粉酶定义：淀粉酶是指一类能催化分解淀粉(包括糖原、糊精等)的糖苷键的酶之总称。淀粉酶定义：淀粉酶是指一类能催化分解淀粉(包括糖原、糊精等)的糖苷键的酶之总称。 • 包括：α—淀粉酶、β—淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶、麦芽寡糖生成酶等水解酶类和葡萄糖苷转移酶、环状糊精葡萄糖苷转移酶等。

第一节 α—淀粉酶 • 第二节 β—淀粉酶 • 第三节葡萄糖淀粉酶 • 第四节脱支酶

第一节 α—淀粉酶 • (EC3．2．1．1系统名：α—1. 4葡聚糖—4—葡聚糖水解酶) • α—淀粉酶是一种内切酶，它随机地从分子内部切开α—1．4糖苷键(水解中间的α—1．4键比分子末端的α—1．4键概率大)，遇到分支点的α—1．6键不能切，但能跨越分支点而切开内部的α—1．4糖苷键，由于产物的还原性末端葡萄糖残基上的C1碳原子呈α—构型(光学)，故称这种酶为α—淀粉酶。

一、 α—淀粉酶的水解反应 • 二、 α—淀粉酶的基本性质 • 三、α—淀粉酶的工业生产

一、 α—淀粉酶的水解反应 • 淀粉在α—淀粉酶的作用下很快被切割成分子较小的糊精、低聚糖、麦芽糖、葡萄糖等，引起粘度下降，对碘呈色反应为篮－紫－红－无色，又叫液化酶。

水解产物： • 水解直链淀粉，首先将淀粉降解为寡糖、麦芽三糖和麦芽糖，然后将寡糖、麦芽三糖进一步降解为麦芽糖和葡萄糖。 • 水解支链淀粉，由于不能水解α-1.6糖苷键，产物除麦芽糖、少量葡萄糖外，还有带α-1.6键的小分子极限糊精。

二、α—淀粉酶的基本性质 • （一）需要钙离子 • （二）pH范围 • （三）温度范围 • （四）水解极限 • （五）分子量及其氨基酸组成

（一）需要钙离子 • 大多数α—淀粉酶需要钙离子，钙离子可使α—淀粉酶保持一定的空间构象，并可增宽其pH范围。NaCL与钙离子同时存在，可显著提高α—淀粉酶的稳定性。

（二）pH范围 • 一般α—淀粉酶的稳pH范围为pH5-10，最适pH范围为pH5-6。另有少量菌种pH范围比较特殊。

（三）温度范围 • 各种的热稳定性和最适温度也有一定差异。 • 地衣芽孢杆菌产α—淀粉酶热稳定性最好，最适温度可达90℃ 。 • 枯草杆菌产α—淀粉酶最适温度为70℃ 。 • 霉菌产α—淀粉酶最适温度为50℃。 • 拟内孢霉所产α—淀粉酶最不稳定， 40℃即会失活。

（四）水解极限 • 水解极限：当水解液中还原性不再增加时的水解率，称为该酶的水解极限。 • 各种酶的水解极限随产酶菌种不同有一定差异。 • 水解不同来源的淀粉（支链、直链淀粉含量不同）水解极限也不同。

（五）分子量及其氨基酸组成 • α—淀粉酶的分子量约为50000左右，但不同来源的酶其分子量和氨基酸组成也有所不同，共同点是含硫氨基酸（如蛋氨酸、胱氨酸）较少，而二羰酸氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸）含量较高。

三、α—淀粉酶的工业生产 • 目前工业大规模生产和应的α—淀粉酶主要来自枯草杆菌、地衣芽孢杆菌、和米曲霉。 • (一)枯草杆菌BF—7658α—淀粉酶 • (二)高温α—淀粉酶 • (三)米曲霉固体培养法生产α—淀粉酶

(一)枯草杆菌BF—7658α—淀粉酶 • 1、菌种 • 2、发酵工艺 • 3、酶的提取

1、菌种 • 枯草杆菌BF—7658于60年代中期投入生产，经一系列诱变后其产酶水平提高至500U/ml。 • （1）菌株形态呈短杆状，两端钝圆，单独或成链状。 • （2）培养基淀粉培养基：马铃薯培养基：

2、发酵工艺 • （1）斜面培养马铃薯斜面培养基，37℃，3天，此时几乎全部形成孢子，接入种子罐。 • （2）种子罐培养 37℃，12-14h，培养至对数生长期（细胞密集、粗壮、整齐）。 • （ 3）发酵罐接种量5％，工艺特点为低浓度发酵高浓度补料。

3、酶的提取 • （1）液体浓缩酶 • （2）酒精沉淀法制食品级酶 • （3）淀粉吸附酶 • （4）盐析法制工业级粗酶

（1）液体浓缩酶 • 发酵液经絮凝过滤后，用薄膜蒸发器浓缩5倍左右，加入食盐18-20％，苯甲酸钠0.1-0.3％后再滤清，即为液体酶（室温保存3个月，失活<10%）。

（2）酒精沉淀法制食品级酶

（3）淀粉吸附酶 • 将浓缩10倍的酶液拌入淀粉，经筛网摇摆造粒机成型，在沸腾床干燥而成颗粒状制品，亦可将浓缩10倍的酶液添加2％的淀粉后喷雾干燥成粉状酶。（4）盐析法制工业级粗酶

(二)高温α—淀粉酶： • 高温 α—淀粉酶是指热稳定性在90 ℃以上的α—淀粉酶，它适宜在高温下（100-110 ℃）将淀粉液化。近年来高温α—淀粉酶几乎有完全取代枯草杆菌中温α—淀粉酶的趋势。 • 1、菌种 • 2、生产工艺 • 3、使用

1、菌种 地衣芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌高温放线菌等

2、生产工艺 以美国Miles公司生产Takatherm酶为例：（1）发酵培养基：乳糖、大豆粉、棉子粉等。（2）接种种龄40h的地衣芽孢杆菌（ 5％）通风培养100h （3）压滤、超滤、真空蒸发浓缩5倍（4）10℃下精滤除菌（5）加防腐剂，得到成品酶

提取流程：

3、使用 • 最适温度90-95℃ • 最适pH5.5-7.5 • 每吨淀粉用酶400-600ml，95-100℃液化20min，可使30-40％淀粉糖浆液化，DE值（还原糖含量）为14-20。

(三)米曲霉固体培养法生产α—淀粉酶 • （1）斜面培养米曲汁或麦芽汁斜面培养基，32-34℃，70-72h，此时几乎菌丝全部布满斜面，即成熟，接入种子瓶。 • （2）种子瓶培养（三角瓶）麦麸玉米粉培养基，32-34℃，70-72h，培养至长出大量菌丝及黄绿色孢子。 • （3）种曲培养（曲盒）培养基与种子瓶相同，接种量0.5-1.0％，料层厚1cm，培养3天。 • （4）厚层通风培养麦麸谷壳培养基接种量0.5％，34-36 ℃，28h。 • （5）产品培养好的麸曲直接烘干即为工业级粗酶，水浸醇沉后粉碎加糖可作为助消化药物。

工艺流程

第二节 β—淀粉酶 • (EC3．2．1．2系统名：α—1．4葡聚糖麦芽糖水解酶) • β—淀粉酶又称外切型淀粉酶(exoamylase)，它是从淀粉的非还原性末端以麦芽糖为单位顺次分解α—1．4糖苷键，同时使切下的麦芽糖还原性末端的葡萄糖残基构型转变成β型，故称为β—淀粉酶。 β—淀粉酶不能水解α—1．6糖苷键，也不能跨越α—1．6糖苷键，水解作用在α—1．6键前2-3个葡萄糖残基处停止。

一、来源 • 二、β—淀粉酶性质 • 三、影响微生物β—淀粉酶产生的因素 • 四、植物β—淀粉酶的提取

一、来源 • β—淀粉酶广泛存在于大麦、小麦甘薯、大豆等高等植物中，目前商品β—淀粉酶绝大部份均是从植物中提取的，芽孢杆菌β—淀粉酶生产量极低。

二、β—淀粉酶性质 （一）最适pH：植物来源：pH5-6；细菌来源：pH6-7 （二）作用位点：淀粉的非还原末端α—1．4糖苷键（三） β—淀粉酶为外切酶（四）作用淀粉时还原性增加，但粘度不易下降，糊化缓慢（五） β—淀粉酶较α—淀粉酶分子量大（六）水解作用： 1、直链淀粉：可以完全水解成麦芽糖 2、支链淀粉：麦芽糖和大分子β—极限糊精

三、影响微生物β—淀粉酶产生的因素 （一）钙离子对β—淀粉酶有降低稳定性的作用（但可以增加α—淀粉酶活性）。（二）－SH 的影响各种β—淀粉酶都含有－SH，－SH易受封锁剂作用而使酶失活。

四、植物β—淀粉酶的提取 （一）麦麸提取β—淀粉酶（二）从甘薯淀粉废液中提取β—淀粉酶（三）从大豆蛋白质废水中提取β—淀粉酶

第三节葡萄糖淀粉酶 • (EC3．2．1．3系统名：α—1．4葡聚糖葡萄糖水解酶) • 萄糖淀粉酶又称糖化酶，是一种外切酶，它是从淀粉分子的非还原性末端依次水解α—1．4糖苷键切下葡萄糖，它亦可水解麦芽糖的α—1．4键和支链淀粉分支点的α－1．6键(只是水解速度极慢)，因此从理论上讲，葡萄糖淀粉酶可将淀粉100％水解成葡萄糖，故大量用作淀粉的糖化剂。

一、糖化酶的类型与性质 • （一）类型：其生产菌基本都是霉菌，主要有德氏根霉、黑曲霉、拟内孢霉、米曲霉、臭曲霉、雪白根酶等。分为两大类：一类称为根霉型糖化酶(它对淀粉的水解率为100％)。另一类称为黑曲霉型糖化酶(它对淀粉的水解率为80％左右) 。 • （二）糖化酶的最适pH为4～5，最适反应温度为50—60℃。

二、糖化酶产生菌的酶系组成 • 霉菌产生的淀粉酶是一种复合酶，生产糖化酶的菌种(霉菌)同时也生产α—淀粉酶和葡萄糖苷转移酶，这三种酶的比例因菌种不同而异，亦会受营养条件，培养条件的变化而变化。 • （一）米曲霉以产α—淀粉酶为主，生产糖化酶、葡萄糖苷转移酶较少。 • （二）黑曲霉以产糖化酶为主，葡萄糖苷转移酶较强，α—淀粉酶较弱。 • （三）德氏根霉以产糖化酶为主， α—淀粉酶较强，不产葡萄糖苷转移酶。

三、糖化酶的工业生产 • 我国用液体深层发酵法由黑曲霉生产糖化酶始于1965年，1977年中科院微生物所选育出黑曲霉突变菌株UV-11，产酶活力增加到6000U/ml，此后又以UV-11为出发菌株进行选育，得到多株产酶达10000U/ml的菌株，1995年我国糖化酶产量达14万吨，占全国酶制剂总产量的60％。

(一)黑曲霉液体深层培养法生产糖化酶

(二)根霉固态培养法生产糖化酶

四、去除葡萄糖苷转移酶的方法 • 1．凋节pH法 • 2．吸附法 • 3．表面活性剂处理 • 4．杂多酸或高分子共聚物沉淀法 • 5．氯仿沉淀法 • 6．阳离子交换树脂处理

第四节脱支酶 • (Debranching Enzyme) 脱支酶是专一性水解支链淀粉或糖原的α—1．6糖苷键，从而将侧枝切下形成长短不一的直链糊精的一类酶。 • 根据对底物的专一性，可将脱支酶分为支链淀粉酶(普鲁兰酶)和异淀粉酶两类。

一、支链淀粉酶 • (普鲁兰酶EC3．2．1，4l系统名：普鲁兰6—葡聚糖水解酶) • 1、普鲁兰酶能水解： • 普鲁兰糖(微生物生成的由麦芽三糖通过α—1．6键连结成线状结构的多糖）的α—1．6键； • 亦可以水解α—极限糊精和β—极限糊精中由2—3个葡萄糖残基所构成的侧枝分支点的α—1．6键； • 但对于潘糖、异麦芽糖、异潘糖等在α—1．6键上只挂一个葡萄糖残基的寡糖或只含α—1．6键的多糖是不作用的； • 亦就是说该酶的最小底物为62—α—麦芽糖基麦芽糖。

2、产酶微生物 能生产普鲁兰酶的微生物有产气气杆菌，缓和链球菌、链霉菌和普鲁兰杆菌等。我国的普鲁兰酶大多是用产气气杆菌生产的。

二、异淀粉酶 • (EC3，2，1，68系统名：支链淀粉6—葡聚糖水解酶) • （一）定义：异淀粉酶亦是分解支链淀粉中α—1．6糖苷键的一类酶。 • （二）产酶微生物：主要由假单胞杆菌、酵母等生成。 • （三）与普鲁兰酶的区别： 1、它不能水解线性多糖普鲁兰糖(茁霉多糖)的α—1．6键。 2、它能水解支链淀粉、糖原等高分子多糖的α—1．6键，但不能将β —极限糊精上的2～3个葡萄糖残基移去。

第八章 淀粉酶类