淀粉酶类的生产

淀粉酶类的生产淀粉酶属于水解酶类，是催化淀粉（包括糖原，糊精）中糖苷键水解的一类酶的统称。它是研究较多，生产最早，产量最大和应用最广泛的一种酶。几乎占整个 总产量的 50以上。根据淀粉酶对淀粉的作用方式不同，淀粉酶可分为四种主要类型，即 a-淀粉酶，- 淀粉酶，葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶。此外，还有一些应用不是很广泛，生产量不大的淀粉酶，如环状糊精生成酶，及 -葡萄糖苷酶等。表 51 淀粉酶的分类E.C 编号 系统名称 常用名 作用特性 存在E.C.3.2.1.1 -1，4 葡聚糖- 4-葡聚糖水解酶-淀粉酶，液化酶，淀粉-1， 4-糊精酶，内断型淀粉酶 不规则地分解淀粉 糖原类物质的 -1 4 糖苷键唾液，胰脏，麦芽，霉菌，细菌E.C.3.2.1.2-1，4 葡聚糖- 4-麦芽糖水解酶-淀粉酶，淀粉-1，4-麦芽糖苷酶，外断型淀粉酶从非还原性末端以麦芽糖为单位顺次分解淀粉，糖原类物质的-1，4 糖苷键甘薯，大豆，大麦，麦芽等高等植物以及细菌等微生物E.C.3.2.1.3-1，4 葡聚糖葡萄糖水解酶糖化型淀粉酶，糖化酶，葡萄糖淀粉酶，淀粉-1，4-葡萄糖苷酶，淀粉葡萄糖苷酶从非还原性末端以葡萄糖为单位顺次分解淀粉，糖元类物质的-1，4 糖苷键霉菌，细菌，酵母等E.C.3.2.1.9支链淀粉 6-葡聚糖水解酶异淀粉酶，淀粉-1，6-糊精酶，R-酶，茁酶多糖酶，脱支酶分解支链淀粉，糖元类物质的-1，6 糖苷键植物，酵母，细菌淀粉酶的种类不同，对直链淀粉和支链淀粉的作用方式也不一样。各种不同的淀粉酶对淀粉的作用有各自的专一性。淀粉是自然界中分布极广的碳水化合物，它是由葡萄糖基相连接聚合而成的，根据连接方式不同一般可将其分为直链淀粉和支链淀粉两种。直链淀粉的葡萄糖基几乎都是以 -1，4 键相互连接成的直连，聚合度为 1006000 个葡萄糖单位不等，最近研究认为直链淀粉分子中也有极少量的分枝结构存在。支链淀粉则较复杂，除有较多的 -1，4 键连接外，还在分子内有 -1，6 键连接成树枝状，聚合度也比直链淀粉高。表 52 常见淀粉中直链与支链淀粉含量淀粉品种 直链淀粉/ 支链淀粉/ 玉米 27 73马铃薯 23 77甘薯 20 80木薯 17 83大米 17 83 糯玉米 0 100糯高粱 0 100糯米 0 1005.1-淀粉酶的生产-淀粉酶作用于淀粉时，可以随机的方式从分子内部切开 -1,4 葡萄糖苷键而生成糊精和还原糖。其水解位于中间的 -1,4 键的概率比水解位于分子末端的概率大，不能水解支链淀粉的 -1,6 键，也不能水街紧靠 1,6 分支点的- -1,4 键，不能水解麦芽糖，但可以水解含有 3 个或 3 个以上 -1,4 糖苷键的低聚糖。由于水解产物的还原性末端葡萄糖残基 C1碳原子为 构型，故称 -淀粉酶。目前，国内外生产 -淀粉酶所采用的菌种主要有细菌和霉菌两大类，典型的与芽孢杆菌和米曲霉。米曲霉常用固态曲法培养，其产品主要用作消化剂，产量较小，芽孢杆菌则主要采用液体深层通风培养法大规模地生产 -淀粉酶，如我国的枯草杆菌 BF7658.5.1.1-淀粉酶的性质几种微生物 -淀粉酶的性质见表 53表 53 各种 -淀粉酶的性质作用机制 酶来源 耐热性/ pH 稳定性 适宜 Ca2+的保护作用淀粉分解限度/ 主要水解产物 （15min） （30，24h pH 枯草杆菌 糊精，麦芽糖（液化型） 35 （30）葡萄糖 6 6580 4.810.6 5.46.0 +枯草杆菌（糖化型） 70 葡萄糖（41）麦芽糖（58）麦芽三糖，糊精 5570 4.09.0 4.85.2 枯草杆菌（耐热型） 35 糊精，麦芽糖，葡萄糖 7590 5.0 +米曲霉 48 麦芽糖（50） 5570 4.79.5 4.95.2 +黑曲霉 48 麦芽糖（50） 5570 4.79.5 4.95.2 +黑曲霉 （耐酸性） 麦芽糖（50） 5570 1.86.5 4.0 +根霉 48 麦芽糖（50 5060 5.47.0 3.6 1. pH 对酶活性的影响一般 -淀粉酶在 pH5.58 稳定， pH4 以下易失活，酶活性的最适 pH56，即在此 pH 条件下酶的催化反应速度最快，另外酶的催化活性和酶的稳定性是有区别的，前者指酶催化反应速度的快慢，活性高反应速度快，反之则反应速度慢，而后者表示酶具有催化活性而不失活。酶最稳定的 pH 不一定是酶活性的最适 pH，反之，酶活性的最适 pH 不一定使酶最稳定。在霉菌中，黑曲菌 -淀粉酶耐酸性强，黑曲霉 NRRL330-淀粉酶的最适 pH 为4.0，在 pH2.5,40处理 30min 尚不失活，然而在 pH7.0 时，55处理 15min，几乎没有损失，而在 pH2.5 处理则完全失活。枯草杆菌 -淀粉酶作用的最适 pH 为 57.嗜碱细菌中存在着最适 pH 为 4.011.0 的 -淀粉酶。嗜碱性芽孢杆菌 NRRLB3881-淀粉酶的最适 pH9.210.5，嗜碱性假单胞杆菌 -淀粉酶的最适 pH 为 10.。各种不同的酶的最适 pH 可以通过实验测定，由于最适 pH 受底物种类。浓度，缓冲液成分，温度和时间等因素的影响，测定时必须控制一定的条件，条件可以改变可能会影响最适 pH。2. 温度对酶活性的影响温度对酶活性有很大的影响。纯化的 -淀粉酶在 50以上容易失活，但是有大量 Ca2+存在下，酶的热稳定性增加。芽孢杆菌的 -淀粉酶耐热性增加。芽孢杆菌的 - 淀粉酶耐热性较强。枯草杆菌 -淀粉酶在 65稳定。嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌的 - 淀粉酶的热稳定性更强，前者经 85处理 20min，尚残存酶活 70，后者在 Ca2+存在下，90时的半衰期长达 90min。有点嗜热芽孢杆菌的 -淀粉酶在 110仍能液化淀粉。地衣芽孢杆菌的 -淀粉酶其热稳定性不依赖 Ca2+，可在 EDTA 存在下测定酶活，以区别于非耐热性 -淀粉酶。霉菌 -淀粉的耐热性较低，黑曲霉耐酸性 -淀粉酶的耐热性比其非耐热性 -淀粉酶为高，在 pH4，55加热 24h 也不失活。然而拟内孢霉 -淀粉酶在 40以下也很不稳定。-淀粉酶在各种酶中是耐热性较好的酶，其耐热程度一般是按动物 - 淀粉酶，麦芽 -淀粉酶，丝状菌 -淀粉酶，细菌 - 淀粉酶的顺序而增强。曾对各种 -淀粉酶粗制剂的水溶液进行加热处理，每分钟升高 1.5，直至 80，发现各种酶的残留活性是：真菌来源的为 1，谷物来源的为 25，细菌来源的为 92。 淀粉酶的耐热性还受底物的影响，在高浓度的淀粉浆中，最适温度为 70的枯草杆菌 -淀粉酶，在 8590时的活性最高。3.钙与 -淀粉酶活性的关系-淀粉酶是单成分酶，大多数 - 淀粉酶活性需要钙离子，钙离子对酶的稳定性起重要作用。Ca2+使酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性与稳定性。钙和酶的结合牢度依次是：霉菌细菌哺乳动物植物。Ca2+对麦芽 -淀粉酶的保护作用最明显。枯草杆菌糖化型 -淀粉酶（BSA ）同 Ca2+的结合比液化型（BLA）更为紧密。向 BSA 中添加 Ca2+对酶活性几乎不发生影响，单用 EDTA 处理也不能引起失活，只有在低 pH（pH3.0）下用 EDTA 处理才能去除 Ca2+，但若添加与 EDTA 当量的 Ca2+，并将 pH 恢复至中性，则仍然可恢复它的活性。除 Ca2+外，其他二价碱土金属 Sr2+，Ba2+ ，Mg2+ 等也有使无 Ca2+的 -淀粉酶恢复活性的能力。枯草杆菌液化型 -淀粉酶（BLA）的耐热性因 Ma+，C1-和底物淀粉的存在而提高，NaC1 与 Ca2+共存时对提高 -淀粉酶的耐热性的作用尤为显著。添加 Ca2+有助于增加酶的热稳定性，但实际上淀粉中所含微量 Ca2+已足够酶的充分活化所需。5.1.3-淀粉酶对底物的水解作用1.-淀粉酶的水解方式电费是由葡萄糖单位组成的大分子。它与水在催化剂的作用下生成较小的糊精，低聚糖，直至最小构成单位葡萄糖，这个过程称为淀粉的水解。淀粉的水解可用酸或淀粉酶作为催化剂。酶水解具有较强的专一性，不同的酶作用于不同的键，如 -淀粉酶从淀粉分子内部随机切割 -1，4 键，但不能水解 -1,6 键，-1,3 键，甚至不能水解紧靠分支点的 -1,4 键。同时，酶催化反应具有条件温和，设备简单，副反应极少等优点。而酸水解没有专一性，同时可以水解 -1,4 键，-1,6 键及 -1,3 键等。另外，淀粉通过水解反应 的葡萄糖，受酸和热的作用，一部分又发生复合反应和水解反应，影响葡萄糖的产率，增加糖化液精致的苦难。-淀粉酶对于直链淀粉的作用第一步是将直链淀粉任意的迅速降解成小分子糊精，麦芽糖和麦芽三糖，第二部缓慢地将第一步生成的低聚糖水解为葡萄糖和麦芽糖。由于 -淀粉酶不能切开支链淀粉分支点的 -1,6 键，也不能切开 -1，6 键附近的 -1,4 键，但能越过分支点而切开内部的 -1,4 键，因此水解产物中出了含有葡萄糖，麦芽糖意外，还残留一系列具有 -1,6 键的极限糊精，和含 4 个或者更多葡萄糖残基