7组：α-淀粉酶的应用和意义.doc

-淀粉酶的应用和意义李静 李伟亮 杨雁（青岛科技大学化学与分子工程学院，海洋科学081，266042）摘要：介绍了-淀粉酶的工业应用，包括面包焙烤工业、淀粉液化与糖化、纤维脱浆、造纸工业、除垢剂制造、制药与临床化学分析等，并概括了了-淀粉酶国内外应用与研究进展，以期为-淀粉酶的进一步研究提供参考。关键词：-淀粉酶；工业应用；研究进展中图分类号 Q556.2 文献标识码A 文章编号1007-5739（2010）17-0354-02正文： -淀粉酶分布十分广泛，遍及微生物至高等植物。其国际酶学分类编号为EC.3.2.1.1，作用于淀粉时从淀粉分子的内部随机切开-1，4 糖苷键，生成糊精和还原糖，由于产物的末端残基碳原子构型为A 构型，故称-淀粉酶。现在-淀粉酶泛指能够从淀粉分子内部随机切开-1，4 糖苷键，起液化作用的一类酶。-淀粉酶是一种十分重要的酶制剂，大量应用于粮食加工、食品工业、酿造、发酵、纺织品工业和医药行业等，它占了整个酶制剂市场份额的25%左右。目前，工业生产上都以微生物发酵法大规模生产-淀粉酶1-4。1 -淀粉酶的工业应用1.1 面包焙烤工业作为保鲜剂酶应用在焙烤工业中生产各种高品质的产品已经有几百年的历史。最近几十年，麦芽-淀粉酶和微生物-淀粉酶被广泛用于焙烤工业。这些酶用于面包工业，使这些产品体积更大，颜色更好，颗粒更柔软。至今，焙烤工业中的-淀粉酶一直是从大麦麦芽和细菌、真菌叶提取的。现代化连续焙烤过程中，在面粉中添加-淀粉酶不仅可以增加发酵率、降低生面团黏度（改进产品的体积和质地），增加生面团中糖的含量，改良面包的口感、外皮颜色和焙烤质量，还可以延长焙烤食品的保鲜时间。在储存过程中，面包颗粒变得干燥、坚硬、表皮不再清脆，导致面包的口感变差。这些变化统称为变质。每年仅仅由于面包变质而造成的损失超过1 亿美元。各种传统的添加剂被用于防止食品变质，以改善焙烤食品的质地和口味。最近，人们开始关注酶作为防腐剂、保鲜剂在生面团改良方面的作用， 如支链淀粉酶和-淀粉酶配合可以有效的用于防腐。然而过量的-淀粉酶会导致面包过粘。因此，最近的趋势是使用中温稳定（ITS）-淀粉酶，它们在淀粉液化后活性很高，但在焙烤过程完成前就失活。尽管已发现大量的微生物可以生产-淀粉酶，但是具有中温稳定性质的-淀粉酶仅在几种微生物中被发现。1.2 淀粉的液化作用和糖化作用-淀粉酶的主要市场是淀粉水解的产物，如葡萄糖和果糖。淀粉被转化为高果糖玉米糖浆（HFCS）。由于它们的高甜度，被用于饮料工业中软饮料的甜味剂。这个液化过程就用到在高温下热稳定性好的-淀粉酶。-淀粉酶在淀粉液化上的应用工艺已经相当成熟，已有很多相关报道。1.3 纤维脱浆现代纤维制造工艺在编织过程中会在纱线中产生大量的细菌，为防止这些纱线断裂，往往会在纱线的表面加1 层可去除的保护层。这些表面层的材料有很多种，淀粉是非常好的一个选择，因为它便宜、容易获取，并且可以很容易去除。淀粉脱浆可以利用-淀粉酶，它能有选择性地去除淀粉浆而不伤害纱线纤维，还能随机地使淀粉降解为易溶于水的糊精，因而容易被洗掉。1.4 造纸工业淀粉酶在造纸工业中的用途主要是改良纸张涂层淀粉。纸张上的浆糊主要是保护纸张在处理过程中免于机械损伤，它同样也改良了成品纸的质量。浆糊提高了纸张的硬度和强度，增强了纸张的可擦除性，是一种很好的纸张涂料。当纸张穿过2 个轧辊时，淀粉浆被加入纸张。这个过程的温度控制在4560 ，需要淀粉有稳定的黏度。研磨同样可以根据不同纸张等级控制淀粉的黏度。自然界的淀粉浓度对于纸张上浆来说太高，可以利用-淀粉酶部分降解淀粉来调节。1.5 除垢剂中的应用酶是现代高效除垢剂的成分之一。酶在除垢剂中最大的功能就是使除垢剂更温和无害。早期自动洗碗机的除垢剂非常粗糙，易在进食时对人体造成伤害，而且对陶瓷、木质餐具也会造成损害。-淀粉酶从1975 年就被应用于制造洗衣粉。现在，90%液体除垢剂都含有-淀粉酶，而且自动洗碗机的除垢剂对-淀粉酶的需求也在不断增长。-淀粉酶对Ca2+过于敏感，在低Ca2+的环境下稳定性很差，这限制了-淀粉酶在除垢剂中的应用。并且，大多数野生型菌株所产生的-淀粉酶对作为除垢剂原料的氧化剂也过于敏感。在家用除垢剂中，可通过增加一些工艺步骤进行改善。最近，2 家主要除垢剂酶的生产厂家Novozymes 和Gcncncore International 已经利用蛋白质工艺改善淀粉酶的漂白稳定性。它们用亮氨酸替代地衣芽孢杆菌-淀粉酶蛋白第197 位上的蛋氨酸，导致酶对氧化剂成分的抵抗能力大大增强，提高了其氧化稳定性，使酶在储存过程中的稳定性更好。这2 家公司已经在市场上推销了这些新产品。1.6 制药和临床化学分析随着生物工程的不断发展，淀粉酶的应用涉及到许多其他领域，比如临床、制药和分析化学。已有报道，基于-淀粉酶的液体稳定试剂已应用于全自动生化分析仪（CibaComing Express）临床化学系统，已经建立起一种利用淀粉酶探测更高低聚糖含量的方法。据称，这种方法比硝酸银探测方法更为有效。2 -淀粉酶的研究进展2.1 国内-淀粉酶类的生产和应用概况1965 年，我国开始应用淀粉芽孢杆菌BF-7658 生产-淀粉酶，当时只有无锡酶制剂厂独家生产。1967 年杭州怡糖厂实现了应用-淀粉酶生产饴糖的新工艺，可以节约麦芽7%10%，提高出糖率10%左右。1964 年我国开始了酶法水解淀粉生产葡萄糖工艺的研究。l979 年9 月通过了酶法注射葡萄糖新工艺的鉴定，并先后在华北制药厂、河北东风制药厂、郑州嵩山制药厂等单位得到应用，取得了良好的经济效益。与传统的酸法相比，可以提高收率10%，降低成本15%以上。另外，我国以酶法进行柠檬酸生产、谷氨酸发酵、糖化制啤酒、酒精发酵、黄酒酿造、酱油制造、醋生产等方面也已经研究成功并投入生产。2.2 国外-淀粉酶研究现状目前，除开展大量常规诱变育种T 作外，国外已初步搞清产-淀粉酶的调控基因，探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。将枯草芽孢杆菌重组体的基因引入生产菌株，使-淀粉酶产量提高710 倍，并已应用于食品和制酒工业，给选育高产-淀粉酶菌株开创了新的途径。2.3 国内外研究机构及其主要研究方向由于-淀粉酶是具有重要应用价值的工业酶，国内外很多研究机构对它进行了研究。例如：四川大学，主要研究-淀粉酶的生产菌株及其培养条件；江南大学，主要研究-淀粉酶的结构以及应用性能，如耐热性、耐酸性；西北大学，主要研究-淀粉酶的变性机理以及环境对-淀粉酶的影响；华南理工大学，主要研究-淀粉酶的固定化和动力性质；还有华中农业大学、中国科学院沈阳应用生态研究所、天津科技大学、南开大学生命科学学院、中国农业科学院、中国科学院微生物研究所等多家研究机构对多种-淀粉酶生产菌的-淀粉酶基因进行了克隆以及表达研究。国外有代表性的研究单位有：加拿大的University of BritishColumbia， 他们对人胰腺的-淀粉酶结构和作用机理进行了深入的研究；丹麦的Carlsberg 实验室主要研究大麦-淀粉酶结构域与结合位点； 美国的Western RegionalResearch Center 主要研究大麦的-淀粉酶与抗菌素的作用以及大麦-淀粉酶的活性位点等。3 结语-淀粉酶已经成为工业应用中最为重要的酶之一，并且大量的微生物可以用以高效生产淀粉酶，但是酶的大规模商业化生产仍然局限于几种特定的真菌和细菌中。得益于现代生物技术的发展，-淀粉酶在制药方面的重要性日益凸显。当然，食品和淀粉工业仍然是主要市场，-淀粉酶在这些领域的需求仍然是最大的。4 参考文献l 张驰，陈固.甘薯果脯加工工艺研究J.食品