淀粉酶及其作用方式.pdf

2 0 0 8年第3期 9月出版 摘要淀粉酶是生产淀粉糖和发酵产品最重要 的一种物质 对淀粉工业的发展起了巨大的促进 作用 关键词淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶 葡萄糖 淀粉酶 脱支酶 水解 A b s t r a c t S t a r c h e n z y m e s a r e o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t m a t e r i a l sf o rm a n u f a c t u r i n gs t a r c hs u g a r sa n df e r m e n t p r o d u c t s T h e y h a v e c o n t r i b u t e dg r e a t l y t o t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s t a r c h h y d r o l y s i s i n d u s t r y k e y w o r d s s t a r c h e n z y m e s A m y l a s e A m y l a s e 1 4 D G l u c a n g l u c o h y d r o l a s e 1 6 D G l u c a n o h y d r o l a s e h y d r o l y s i s 淀粉酶属于水解酶类 是催化淀粉 糖元和 糊精中糖苷键的一类酶的统称 淀粉酶广泛分布 于自然界 几乎所有植物 动物和微生物都含有 淀粉酶 他是研究较多 生产最早 应用最广和 产量最大的一种酶 其产量占整个酶制剂总产量 的5 0 以上 按其来源可分为细菌淀粉酶 霉菌 淀粉酶和麦芽糖淀粉酶 根据对淀粉作用方式的 不同 可以将淀粉酶分成四类 淀粉酶 他从 底物分子内部将糖苷键裂开 淀粉酶 他从底 物的非还原性末端将麦芽糖单位水解下来 葡萄 糖淀粉酶 他从底物的非还原性末端将葡萄糖单 位水解下来 脱支酶 只对支链淀粉 糖原等分 支点的 1 6 糖苷键有专一性 淀粉酶的种类 及来源等见下页表1 1 淀粉酶 淀粉酶 a m y l a s e 又称为液化型淀粉 酶 是一种催化淀粉水解生成糊精的淀粉酶 系统 命名为1 4 D 葡聚糖葡萄糖水解酶 1 4 D G l u c a n g l u c a n o h y d r o l a s e E C 3 2 1 1 该酶作用 于淀粉和糖原时 所产生的还原糖在光学结构上是 型的 所以将此酶叫做 淀粉酶 淀粉酶 1 4 D 葡萄糖 葡萄糖苷水 解酶 普遍分布在动物 植物和微生物中 是一种 重要的淀粉水解酶 他以随机作用方式切断淀粉 糖原 寡聚或多聚糖分子内的葡萄糖苷键 产生麦 芽糖 低聚糖和 1 4葡萄糖等 是工业生产中 应用最为广泛的酶制剂之一 淀粉酶可以由微生物发酵制备 也可以从 动植物中提取 不同来源淀粉酶的性质有一定的区 别 工业中主要应用的是真菌和细菌 淀粉酶 能产生 淀粉酶的微生物有枯草杆菌 芽孢杆 菌 吸水链霉菌 米曲霉 黑曲霉和扩展青霉等 淀粉酶作用于淀粉和糖原时 从底物分子 内部随机地切开 1 4 糖苷键 而生成麦芽糖 少量葡萄糖和一系列相对分子质量不等的低聚糖和 糊精 1 4 糖苷键裂开而产物的够型保持不 变 然而从多黏杆菌得到的 淀粉酶却是一个例 外 他于外切的方式作用于淀粉 而寡糖产物的异 头炭具有 构型 淀粉酶以直链淀粉为底物 时 反应一般按两个阶段进行 首先 直链淀粉快 速地降解产生寡糖 这基本上是 淀粉酶以随机 的方式作用于淀粉的结果 在这一阶段直链淀粉的 黏度以及与碘发生呈色反应的能力很快地下降 第 二阶段的反应比第一阶段的反应要慢得多 他包括 寡糖缓慢地水解生成最终产物葡萄糖和麦芽糖 第 淀粉酶及其作用方式 S t a r c h e n z y me s a n d t h e i r h y d r o l y z i n g s t y l e s 食 品 工 程 F O O DE N G I N E E R I N G 康明丽 女 1 9 7 3年出生 2 0 0 1年毕业于沈阳农业大学 硕 士 讲师 收稿日期 2 0 0 8 0 5 1 6 康明丽 河北科技大学生物科学与工程学院 石家庄0 5 0 0 1 8 K A N GM i n g l i C o l l e g e o f B i o s c i e n c e a n d B i o e n g i n e e r i n g H e b e i S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y S h i j i a z h u a n g0 5 0 0 1 8 C h i n a 1 1 2 0 0 8年第3期 9月出版 表1各种淀粉酶的编号 名称及来源 E C编号推荐名称系统名称来源及别名 3 2 1 1 A m y l a s e1 4 D G l u c a n g l u c a n o h y d r o l a s e植物 动物 微生物l i g u e f y i n g a m y l a s e 3 2 1 2 A m y l a s e1 4 D G l u c a n m a l t o h y d r o l a s e植物 微生物M a l t o g e n i c a n m y l a s e 3 2 1 3 E x o 1 4 g l u c o s i d s e1 4 D G l u c a n g l u c o h y d r o l a s e动物 细菌 霉菌 A m y l a s e 3 2 1 1 0 O l i g o 1 5 g l u c o s i d s eD e x t r i n 6 D g l u c a n o h y d r o l a s e 植 物 动 物 微 生 物l i m i t d e x t r i n a s e I s o m a l t o a s e 3 2 1 1 1 D e x t r a n a s e1 6 D G l u c a n o h y d r o l a s e动物 微生物 3 2 1 2 0 D G l u c o s i d a s e D G l u c o s i d e g l u c o h y d r o l a s e广泛分布于M a l t a s e g l u c o a m y l a s e 3 2 1 3 3 A m y l o 1 6 g l u c o s i d a s eD e x t r i n 6 D g l u c o s i d s e动物 酵母 3 2 1 4 1 p u l l u l a n a s ep u l l u l a n 6 g l u c a n o h y d r d a s e 植 物 微 生 物R E n z y m e 植 物 外 l i m i t d e x t r i n a s e d e b r a n c h i n g E n z y m e A m y l o p e c t i n 6 g l u c a n o b y d r o L a s e 3 2 1 5 4 C y d o m a l t o d e x t r i n a s eC y d o m a l t o d e x t r i n d e x t r i n h y d r o l a s e微生物 3 2 1 6 0 E x o m a l t o t e t r a o H y d r o l a s e1 4 D G l u c a n m a l t o t e t r a o h y d r o l a s e微生物 3 2 1 6 8 I s o a m y l a s eG l u c o g e n 6 g l u c a n o h y d r o l a s e植物 微生物 3 2 1 6 9 A m y l o p e c t i n 6 g l u c a n o h y d r o l a s e 现归入E C 3 2 1 4 1 3 2 1 9 8 E x o m a l t o h e x a o H y d r o l a s e1 4 D G l u c a n m a l t o h e x a o h y d r o l a s e微生物 二阶段的反应并不遵循第一阶段随机作用的模式 淀粉酶作用于支链淀粉时产生葡萄糖 麦芽糖 和一系列限制糊精 由4个或更多个葡萄糖构成的 寡糖 后者都含有 1 4 糖苷键 2 淀粉酶 淀粉酶广泛存在于大多数高等植物中 如 大麦 小麦 甘薯和大豆等中 哺乳动物中不存在 淀粉酶 微生物 淀粉酶直到1 9 7 4年才被 发现 从此研究微生物来源的 淀粉酶开始活跃 起来 近年来 发现不少微生物如巨大芽孢杆菌 多黏芽孢杆菌 蜡状芽孢杆菌 假单胞菌和链霉菌 等中也有 淀粉酶的存在 微生物的 淀粉酶 从其对淀粉的作用来看 与高等植物的 淀粉酶 大体上是一致的 而在耐热方面却优于高等植物的 淀粉酶 更适于工业应用 淀粉酶 A m y l a s e 又称为麦芽糖苷酶 是一种外切酶 系统名称为1 4 D 葡聚糖麦 芽糖水解酶 1 4 D G l u c a n m a l t o h y d r o l a s e E C 3 2 1 2 他作用于淀粉时从淀粉链的非还原端 开始 作用于 1 4 糖苷键 顺次切下麦芽糖单 位 由于该酶作用于底物时发生沃尔登转位反应 Wa l d e n i n v e r s i o n 使生成的麦芽糖由 型转 为 型 故称 淀粉酶 淀粉酶不能裂开 支链淀粉中的 1 6 糖苷键 也不能绕过支链淀 粉的分支点继续作用于 1 4 糖苷键 故遇到分 支点就停止作用 并在分支点残留1 3个葡萄糖 残基 因此 淀粉酶对支链淀粉的作用是不完 全的 淀 粉 酶 作 用 于 直 链 淀 粉 时 在 理 论 上 应 1 0 0 水解成麦芽糖 当直链淀粉含有偶数葡萄糖 基时 淀粉酶作用的最终产物是麦芽糖 当直 链淀粉含有奇数葡萄糖基时 淀粉酶作用的最 终产物除麦芽糖外 还含有麦芽三糖和葡萄糖 淀粉酶催化麦芽三糖水解生成麦芽糖和葡萄糖 的速度远低于淀粉最初水解的速度 而且需要在高 浓度酶的条件下才能进行 但实际上因直链淀粉的 老化 混有微量分支点以及氧化改性等因素 在很 多情况下仅有7 0 9 0 降解成麦芽糖 支链淀 粉经 淀粉酶作用后 其中5 0 6 0 转变成 麦芽糖 而其余部分称为 限制糊精 当 淀 粉酶作用于高度分支的糖原时 仅有4 0 5 0 能转变成麦芽糖 淀粉酶作用机制 淀粉酶的活性部位 中至少含有三个特异基团X A B 他们参与酶同 底物的结合和酶 底物络合物转变成产物的过程 其中X基团能识别淀粉分子非还原性末端C 4上的 O H 当X基团和C 4上的 O H发生相互作用时 底物分子的第二个糖苷键恰到好处地配置在催化基 食 品工 程 1 2 2 0 0 8年第3期 9月出版 康明丽 淀粉酶及其作用方式 团A和B的临近处 这样就形成了具有反应力的酶 底物络合物 当X基团未能正确地发挥作用和酶 被环状糊精抑制时就生成没有反应力的络合物 3葡萄糖淀粉酶 葡萄糖淀粉酶 E C 3 2 1 3 系统名为 1 4 葡聚糖 葡萄糖水解酶 他能将淀粉全部水解 为葡萄糖 通常用做淀粉的糖化剂 故习惯上称之 为糖化酶 葡萄糖淀粉酶是一种重要的工业酶制 剂 目前年产量约7 00 0 0 t 是中国产量最大的酶 种 该酶广泛用于酒精 酿酒以及食品发酵工业 中 葡萄糖淀粉酶只存在于微生物界 许多霉菌都 可以生产葡萄糖淀粉酶 工业生产所用菌种是根 霉 黑曲霉以及拟内孢酶等真菌 包括雪白根霉 德氏根霉 黑曲霉 泡盛曲霉 海枣曲霉 臭曲 霉 红曲霉等的变异株 其中黑曲霉是最重要的生 产菌种 葡萄糖淀粉酶是胞外酶 可从培养液中提 取出来 他是唯一用1 5 0 m 3大发酵罐大量廉价生产 的酶 因为其培养条件不适于杂菌生长 污染杂菌 问题较少 葡萄糖淀粉酶的水解方式 葡萄糖淀粉酶是一 种外断型淀粉酶 该酶的底物专一性很低 他不仅 能从淀粉分子的非还原性末端切开 1 4 糖苷 键 还能将 1 6 糖苷键和 1 3 糖苷键切 开 只是后两种键的水解速度较慢 水解作用由底 物分子的末端进行 属于外切酶 此酶水解淀粉分 子和较大分子的低聚糖 属于单链式 即水解1个 分子完成后 再水解另一个分子 但水解较小分子 的低聚糖属于多链式 即水解一个分子几次后脱 离 再水解另外一个分子 葡萄糖淀粉酶所水解的 底物分子越大 水解速率越快 而且酶的水解速率 还受到底屋分子排列上的下一个键的影响 该酶能 够容易地水解含有1个 1 6键的潘糖 却很难 水解只含1个 1 4 键的异麦芽糖 对含有两 个 1 6键异麦芽糖基麦芽糖则完全无法水解 其水解分支密集的糖原较水解淀粉困难 若以分子 结构中含有 1 6键和 1 4键的潘糖为底物 时 首先切开的是 1 6键 然后切开 1 4 键 因此他作用于支链淀粉时 在遇到 1 6键 分支处便形成一个类似潘糖的结构 将 1 6键 切开 再将 1 4 糖苷键迅速切开 故水解支 链淀粉的速率受水解 1 6键水解速率的控制 4异淀粉酶 异淀粉酶 E C 3 2 1 9 又叫脱支酶 其系统命 名为支链淀粉 1 6 葡聚糖水解酶 只对支链淀 粉 糖原等分支点有专一性 该酶最早由日本丸尾 等于1 9 4 0年在酵母细胞提取液中发现 以后又相继 在高等植物及其他微生物中发现这种类型的酶 由 于来源不同 作用也有差异 名称更不统一 目前 异淀粉酶有两种分类方法 一种是把水解支链淀粉 和糖原的 1 6 键的酶统称为异淀粉酶 包括异 淀粉酶 i s o a m y l a s e 和普鲁蓝酶 p u l l u l a n a s e 又 名茁霉多糖酶 另一种分类根据来源不同 分为酵 母异淀粉酶 高等植物异淀粉酶 又称R 酶 和细 菌异淀粉酶 4 1异淀粉酶 异淀粉酶是水解支链淀粉 糖原 某些分支糊 精和寡聚糖分子的 1 6 糖苷键的脱支酶 E C 3 2 1 6 8 曾先后从酵母 极毛杆菌和纤维细菌等微 生物中分离出来 他对支链淀粉和糖原的活性很高 能完全脱支 但是不能从 限制糊精和 限制 糊精水解由两个或三个葡萄糖单位构成的侧链 而 对茁霉多糖的活性却很低 异淀粉酶只能水解构成 分支点的 1 6 糖苷键 而不能水解直链分子中 的 1 6 糖苷键 异淀粉酶对 1 6 糖苷键所处 位置的严格要求 使他成为研究糖类结构很有价值 的工具 4 2普鲁蓝酶 普鲁蓝酶是催化支链淀粉 普鲁糖 茁霉多 糖 极限糊精的一种线性 1 6 糖苷键酶 系 统名称为支链淀粉6 葡聚糖水解酶 E C 3 2 1 4 1 他们能够水解支链淀粉和相应的 限制糊精中的 1 6 糖苷键 也能裂开 限制糊精中的 1 6 糖苷键结合的 麦芽糖和 麦芽三糖 残基 但是不能除去以 1 6 糖苷键结合的葡萄 糖单位 支链淀粉酶不能作用于糖原 但是他能降 解支链淀粉 参考文献 1 彭志英 食品酶学导论 M 北京 中国轻工业出版社 2 0 0 2 2 何国庆 丁立孝 食品酶学 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 6 3 罗志刚 杨景峰 罗发兴 淀粉酶的性质及应用 J 食 1 3 2 0 0 8年第3期 9月出版 上接第4页 别真假农药的水平 同时增强守法意 识 也是解决农药残留的另一重要方面 各级农业行政主管部门定期对农民进行普及农 药知识的讲座 使农民能摸清各种农药和害虫的特 殊性 并根据病虫发生的预测预报掌握正确的用药 时机 选用不同的施药方法 正确合理的用药 不 但可以保证防治效果 也可以减少用药次数 用药 量 减少对环境的污染及农药残留 通过培训 使农民正确使用器具 出现意外 时 应及时进行处理 建议农民喷洒农药时穿戴不 透水的工作服 戴橡胶手套 戴防护面具 或眼 镜 穿胶鞋 在处理和使用农药时 使用人必须 遵守以下预防措施 不准吃东西 喝水和吸烟 避 免皮肤 眼睛和口与人接触 衣服不准接触农药 使用后必须要清洗 如有伤口要消毒 工作服也要 清洗 严格牢记农产品收获日期 清洗包装容器 对施农药的田地进行防护 并将空包装收回 加强对有关法律法规的宣传 使农民增强守法 意识 不使用高残毒的农药 严格按照相关的技术 要求用药 3 3提高农药残留的测定技术 目前 我国对农药残留的监测技术相对比较落 后 在同时测定上百种农药的多残留分析技术上 美国食品和药品管理局 F D A 多残留方法可检测 3 6 0多种农药 德国可检测3 2 5种 加拿大可检测 2 5 1种 我国却缺乏这种技术 同时我国还存在农 产品小规模生产和大市场需求的矛盾 就要求我们 进一步寻求高新监测技术 提高监测准确性和迅捷 性 目前 用于农药残留分析检测的方法有农药残 留速测法 蔬菜水果中农药多残留快扫描检测法 C D F A M R S M 气相色谱 G C 高效液相色谱 H P L C 气相色谱 质谱法 G C M S 以及免疫分 析法等 4结语 我国是农业大国 农药残留与食品安全的问题 比较突出 我们应当从源头抓起 加强立法 规范 市场 加大宣传力度 引导农民正确高效使用农 药 提高食品质量安全检测的手段和技术 最终控 制食品中农药的残留 参考文献 1 张晓燕 食品卫生与质量管理 M 北京 化学工业出版 2 0 0 6 7 4 2 田惠光 食品安全控制关键技术 M 北京 科学出版社 2 0 0 4 8 6 3 伍小红 李建科 惠伟 农药残留对食品安全的影响及对 策 J 食品与发酵工业 2 0 0 5 3 1 6 8 0 8 4 4 白艳红 周玲 王江 等 陕西省部分地区蔬菜与水果中 有机磷农药残留的调查报告 J 西安交通大学学报 2 0 0 5 2 6 1 8 6 8 8 5 段志敏 宋晓萍 段毅宏 等 蔬菜中农药残留污染状况 调查 J 职业与健康 2 0 0 5 2 1 7 1 0 2 0 1 0 2 1 6 李建强 吉玉英 农药残留状况研究 J 唐山师范学院学 报 2 0 0 5 2 7 2 1 4 1 7 7 王宏芳 李静 赵星宇 等 吉林省粮食中有机氯农药残 留量分析 J 现代预防医学 2 0 0 7 3 4 2 1 4 0 1 5 4 0 1 6 8 杨晓泉 食品毒理学 M 北京 中国轻工业出版社 1 9 9 9 1 3 9 9 李雪飞 杨艳刚 孙胜龙 等 蔬菜中有机磷 拟除虫菊酯 类 农 药 残 留 调 查 J 环 境 与 健 康 杂 志 2 0 0 6 2 3 5 4 1 8 4 2 0 品研究与开发 J 2 0 0 7 2 8 8 1