淀粉酶及其作用方式-

1、2008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Abstract Starch enzymes are one of the most importantmaterials for manufacturing starch sugars and fermentproducts.They have contributed greatly to the develop-ment of the starch hydrolysis industry.keywords starch

2、enzymes ;-Amylase ;-Amy-lase ;1,4-D-Glucanglucohydrolase ;1,6-D-Gl-ucano-hydrolase ;hydrolysis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50%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

3、;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(-amylase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-Glucan-glucanohydrolase ,EC3.2.1.1。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

4、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

5、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Starch enzymes and their hydrolyzing styles食品工程FOOD ENGINEERING*康明丽,女,1973年出生,2001年毕业于沈阳农业大学。硕士,讲师。收稿日期:2008-05-16康明丽*(河北科技大学生物科学与工程学院,石家庄050018KANG M ing-li *

6、(College of Bioscience and Bioengineering ,Hebei Science and Technology University,Shijiazhuang 050018,China 112008年第3期9月出版表1各种淀粉酶的编号、名称及来源EC编号推荐名称系统名称来源及别名3.2.1.1-Amylase1,4-D-Glucan-glucanohydrolase植物、动物、微生物liguefying amylase 3.2.1.2-Amylase1,4-D-Glucanmaltohydrolase植物、微生物M altogenicanmylase3.2.1.

7、3Exo-1,4-glucosidse1,4-D-Glucan glucohydrolase动物、细菌、霉菌-Amylase3.2.1.10Oligo-1,5-glucosidse Dextrin6-D-glucanohydrolase 植物、动物、微生物limit dextrinase, Isomaltoase3.2.1.11Dextranase1,6-D-Glucano-hydrolase动物、微生物3.2.1.20-D-Glucosidase-D-Glucoside glucohydrolase广泛分布于M altase,glucoamy-lase 3.2.1.33Amylo-1,6-g

8、lucosidase Dextrin6-D-glucosidse动物、酵母3.2.1.41pullulanase pullulan6-glucanohydrdase 植物、微生物R-Enzyme(植物外, limitdextrinase,debranching-Enzyme, Amylopectin-6-glucanobydro-Lase3.2.1.54Cydomaltodextrinase Cydomaltodextrin dextrinhydrolase微生物3.2.1.60Exo-maltotetrao-Hydrolase1,4-D-Glucan maltotetrao-hydrolas

9、e微生物3.2.1.68Isoamylase Glucogen6-glucanohydrolase植物、微生物3.2.1.69Amylopectin-6-glucano-hydro-lase现归入EC3.2.1.413.2.1.98Exo-maltohexao-Hydrolase1,4-D-Glucan-maltohexao-hydrolase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

10、中不存在-淀粉酶。微生物-淀粉酶直到1974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(-Amylase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-Glucan maltohydrolase, EC.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

11、酶作用于底物时发生沃尔登转位反应(Walden inversion,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13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100%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

12、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70%90%降解成麦芽糖。支链淀粉经-淀粉酶作用后,其中50%60%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40%50%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C4上的-OH。当X基团和C4上的-OH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122008年第3期9月出版康明丽:淀粉酶及其作用方式

13、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70000t,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

14、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150m3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

15、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

16、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1940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(isoamylase和普鲁蓝酶(pullulanase,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(EC.3.2.1.

17、68,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(EC.3.2.1.41。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

18、-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,2002.2何国庆,丁立孝.食品酶学M.北京:化学工业出版社,2006.3罗志刚,杨景峰,罗发兴.-淀粉酶的性质及应用J.食132008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

19、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

20、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(FDA多残留方法可检测360多种农药,德国可检测325种,加拿大可检测251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(CDFA-M RSM、气相色谱(GC、高效液相色谱(HPLC、气相色谱-质谱法(GC/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

21、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,2006:74.2田惠光.食品安全控制关键技术M.北京:科学出版社,2004:86.3伍小红,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,2005,31(6:80-84.4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,2005,26(1:86-88.5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,2005,21(7:1020-1021.6李建强,吉玉英.农药残留状况研究J.唐山师范学院学报,2005,27(2:14-17.7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,2007,34(21:4015-4016.8杨晓泉.食品毒理学M.北京:中国轻工业出版社,1