α-淀粉酶在食品工业应用研究

-淀粉酶在食品行业的应用研究摘要：-淀粉酶作为淀粉酶的一种，广泛应用于工业生产，在食品、医药、造纸、酿造以及饲料等工业中发挥着越来越重要的作用。文章综述了-淀粉酶的酶学性质和在食品工业的应用，以及对-淀粉酶未来发展的思考，如何进一步研究，使其应用价值得到更好的发挥。关键词：淀粉酶；-淀粉酶；应用；展望。1概述淀粉酶（amylase，Amy，AMS），广泛存在于自然界，几乎所有的植物、动物和微生物都含有淀粉酶。依据对淀粉作用方式的不同分为：-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶和异淀粉酶等；而根据淀粉酶来源的不同又可以分为：细菌淀粉酶、真菌淀粉酶、动物淀粉酶和植物淀粉酶1。其中，-淀粉酶（-amylase）属于葡萄糖水解酶家族13（GH13），国际酶学分类编号为 EC 3.2.1.12，能随机切开淀粉、糖原等大分子内部的-1,4-葡萄糖苷键，将其水解成糊精、低聚糖和葡萄糖等一系列小分子3,4，使淀粉黏度迅速下降。由于产物的末端残疾C原子为 构型，故称 -淀粉酶5。不同来源的-淀粉酶性质有一定的区别，工业上主要是应用真菌和细菌产生的-淀粉酶。2-淀粉酶性质由于-淀粉酶来源广泛，其酶学和理化性质会有一定区别，为了满足不同工业生产需要，需要充分了解所使用-淀粉酶的来源以及其性质，主要有以下三个方面：2.1温度和pH值不同温度和pH值条件下，-淀粉酶的活力会有所不同，只有在最适温度和pH值条件下，酶的稳定性最好，其活力最强，才能更好地发挥作用6,7。2.2底物和其他酶类一样，-淀粉酶也具有底物特异性，不同来源的淀粉酶反应底物各有不同，-淀粉酶对淀粉及其衍生物具有高度的特异性。2.3金属离子-淀粉酶中含有金属离子Ca2+，可以维持酶本身的特殊构象，保证酶的活性和稳定性，一旦被其他金属离子取代，酶活性将受到影响。但也有报道称Ca2+是否游离对酶的活性没有影响8。3应用各种酶制剂在食品工业中，已经有上百年的应用历史，已经广泛应用于食品、医药、酿造、纺织等工业生产中。而现代酶工程技术的快速发展，又使得酶制剂生产工艺不断改善、效率提高、成本降低，从而获得更大的经济效益；通过利用微生物和基因工程等技术，还可以根据实际需要，获得能在不同温度和不同酸碱性环境中工作的-淀粉酶。3.1 面粉烘烤最近几十年，-淀粉酶已经被广泛应用于焙烤工业中9。焙烤工业中使用的酶制剂有很多种，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪氧化酶、乳糖酶、普鲁兰酶等，在面粉、蛋糕、饼干等焙烤食品制作过程中发挥着不同的重要作用。其中，尤其是-淀粉酶，更是有着不可取代的地位。在面包加工过程中，添加-淀粉酶不仅可以增大面包体积，改善表皮色泽和口感，提高柔软度，还可以延长保质期等10。热稳定性-淀粉酶在高温时发挥作用，不仅增加发酵率，使淀粉液化完全，提高面粉中的糖含量，改善口感和质地，而且用量少操作简单11；与普通-淀粉酶比较，不受温度影响，从而不会导致面包过度液化，使口感变差12,13。中温-淀粉酶的最适作用温度为5070，与面包糊化温度相近，可以有效控制面包的糊化程度，使淀粉水解成聚合度合适的糊精，而这种聚合度的糊精又具有抗老化的作用。婴幼儿胃肠道功能还不是很完善，因此，对饮食的可消化性要求严格，尤其是对谷物类的食品。由于传统工艺生产加工的谷物类食品淀粉水解程度较难控制，而婴幼儿因为胃肠内淀粉水解酶较少，对谷物类等含淀粉量较多的食品消化吸收能力差，容易引起胀气和腹泻等消化问题。在谷物类淀粉中加入中温-淀粉酶，可以有效控制淀粉水解程度，同时保证其营养成分不被破坏，增强了婴幼儿对谷物类营养物质的消化和吸收。与传统的食品添加剂（化学试剂、奶粉、糖酯、卵磷脂、抗氧化剂等）比较，酶制剂在焙烤过程中，具有更好的改良和抗老化作用，如-淀粉酶、普鲁兰酶、去分支酶、-淀粉酶等，单一使用或者几种酶制剂混合使用，不仅可以改善口感、色泽，延长保质期，而且安全健康。已知中温淀粉酶已经应用于面包、果汁、葡萄糖等多种食品的生产加工14,15。目前, 焙烤工业使用的 - 淀粉酶主要来自大麦麦芽、真菌和细菌。早在1955年美国就已经将真菌源的-淀粉酶作为面包添加剂。英国在1963年也再次证明了-淀粉酶等酶制剂作为食品添加剂的安全性16。3.2淀粉加工淀粉具有来源广、价格低、口感佳等优点，作为食物和能量的一个主要来源，被广泛使用。淀粉原料，通过酶的作用，转化成方便实用和使用的产品。其中耐高温-淀粉酶，克服了普通-淀粉酶作用温度的限制，具有较高的反应温度（最适温度为9095），反应速度快、作用力度强，不仅用于淀粉加工行业，而且已经广泛应用于酒精、发酵、纺织和制药等行业。3.3啤酒酿造和酒精生产在酿造啤酒的原料中加入-淀粉酶，可以加快原料的液化，增加辅料，特别是在麦芽糖化力较低的情况下，可以提高原料的利用率，降低生产成本；同时使用-淀粉酶和-淀粉酶效果更加更明显，在节粮、节能的同时，进一步提高了经济效益17。在酒精生产过程中，添加-淀粉酶，可以有效控制蒸煮温度，节约煤炭和冷却水的使用量，同时提高了原料的利用率，酒精品质也得到改善18。4展望早在1948年-淀粉酶就已经开始商业化应用，作为治疗鲜花紊乱的药物辅助剂。目前，-淀粉酶已经广泛应用在食品加工工业中，包括淀粉加工、乳品加工、果蔬加工、蛋白质加工、面粉的烘烤加工和酿酒工业中等。作为一种节能环保且高效的酶，如何将其潜在价值发挥到最高，是未来研究过程中需要努力的方向。有研究发现-淀粉酶在一些酸性和高温环境条件下仍然可以保持高度酶活性，这一特性可以满足现代工业发展的更多需要。而微生物来源的-淀粉酶，逐渐成为工业生产的重要来源19。通过基因改造和菌种选育等方法20，也可以实现对-淀粉酶实现定向化技术和结构改造，从而满足更多的工业生产需求。参考文献：1 Souza P M. Application of microbial -amylase in industry-A reviewJ. Brazilian Journal of Microbiology, 2010, 41(4): 850-861.2 Robyt J F, French D. The action pattern of porcine pancreatic -amylase in relationship to the substrate binding site of the enzymeJ. Journal of Biological Chemistry, 1970, 245(15): 3917-3927.3 Jnior B R C L, Tribst A A L, Cristianini M. High Pressure Homogenization of Porcine Pepsin Protease: Effects on Enzyme Activity, Stability, Milk Coagulation Profile and Gel DevelopmentJ. PloS one, 2015, 10(5): e0125061.4 李文秀,张旦旦,窦文芳,许泓瑜,许正宏,史劲松,陆震鸣. 中温-淀粉酶高产菌株的选育及其粗酶性质J. 食品与发酵工业,2011,(09):16-21.5 陈阳阳. 若干酶反应抑制剂的研制及检测新方法的构建D.上海大学,2015.6 Coutinho P M, Reilly P J. Glucoamylase structural, functional, and evolutionary relationshipsJ. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 1997, 29(3): 334-347.7 Ogasahara K, Imanishi A, Isemura T. Studies on Thermophilic -Amylase from Bacillus stearothermophilusJ. The Journal of biochemistry, 1970, 67(1): 65-75.8 Mamo G, Gashe B A, Gessesse A. A highly thermostable amylase from a newly isolated thermophilic Bacillus sp. WN11J. Journal of applied microbiology, 1999, 86(4): 557-560.9 Couto S R, Sanromn M A. Application of solid-state fermentation to food industrya reviewJ. Journal of Food Engineering, 2006, 76(3): 291-302.10 刘传富,董海洲,侯汉学. 淀粉酶和蛋白酶及其在焙烤食品中作用J. 粮食与油脂,2002,(06):38-39.11 廖思明,孙靓,王青艳,申乃坤,朱婧,黄桂媛,黄纪民,陈东,黄日波. 耐热-淀粉酶的筛选、基因克隆和酶学性质分析J. 广西科学,2017,(01):92-99.12 柯涛. -淀粉酶的分子定向进化及其突变体结构与功能研究D.华中科技大学,2006.13 余清. 酶工程在食品工业中的应用研究及其未来展望A. 福建省农业工程学会.福建省农业工程学会2006年学术年会论文集C.福建省农业工程学会:,2006:6.14 陈穗,何松. 酶技术在果蔬汁加工中的最新应用J. 食品科技,2001,(01):51-52.15 林梦丹,王国增,叶秀云,林娟. 产-淀粉酶海洋微生物的筛选及酶学性质研究J. 中国食品学报,2017,(02):77-84.16 罗志刚,杨景峰,罗发兴. -淀粉酶的性质及应用J. 食品研究与开发,2007,(08):163-167.17 汪建国. 酶制剂在酿造行业应用的研究及其发展前景J. 中国酿造,2004,