淀粉简介课件

淀粉简介淀粉是大多数植物积累的碳水化合物，它的化学成分是：C：44.4％；H：6.2％；O：49.4％，化学式(C6H10O5)n，淀粉可以称为“单纯多糖”，因为它只含有一种单糖，即以葡萄糖为基本单位互相连接起来，但淀粉的成分并不是均一的，它可以用热水分成二部分：一部分为溶解于热水，水溶液粘度较小，称为直链淀粉，另一部分为热水难溶解，水溶液成糊状，粘度较高，称为支链淀粉，由于淀粉的来源不同，两种组成分的比例也不同。淀粉简介(一)直链淀粉和支链淀粉淀粉颗粒中的淀粉分子，根据其化学结构的特点，可以分为直链淀粉和支链淀粉两类：直链淀粉是由大量葡萄糖分子以α-D-l，4糖苷键脱水缩合(简称α-l，4结合)，组成不分支的链状结构。支链淀粉也是由大量葡萄糖分子脱水缩合组成，连接成一种不规则树枝状的结构，在它的结构中除了α-1，4结合以外，还具有由α-1，6结合构成的分支，形成分支状的结构。淀粉简介直链淀粉和支链淀粉的分子大小都不是均一的，并且分子之间大小相差很大，直链淀粉分子大小可以在50—250个葡萄糖单位的范围之内。一般认为在支链淀粉中每隔8—9个葡萄糖单位就可以有一个分支。各种植物的淀粉颗粒中，含有支链淀粉和直链淀粉的比例是不同的，一般的淀粉颗粒中，几乎大约含有80％的支链淀粉和20％的直链淀粉。表1—36说明某些原料含有直链淀粉的数量。淀粉简介支链淀粉和直链淀粉虽然是由大量葡萄糖单位构成，但葡萄糖分子中具有还原性的醛基，在α-1，4结合和α-1，6结合中构成糖苷键，支链淀粉分子中虽然有几十个甚至几百个分支末端，但其中只有一个分枝末端具有还原性，称为还原性末端。淀粉简介直链淀粉和支链淀粉，由于分子大小以及结构的不同，它们的性质也有差别。直链淀粉易溶于温水，溶解后粘度较低，支链淀粉要加热后才开始溶解，形成的溶液粘度较大。两种淀粉性质的比较，如下图所示：淀粉简介(二)淀粉与碘液的呈色作用淀粉与碘液接触后，可以出现蓝色或篮紫色，这种呈色原理，一般认为是由于淀粉分子具有螺旋状的卷曲，能使淀粉与碘形成淀粉--碘的复合物，因而显示颜色。直链淀粉的分子是由大量葡萄糖单位构成的不分支的链状结构，这种链具有螺旋式的卷曲，平均每六个葡萄搪单位形成一圈螺旋，整个直链淀粉分子的螺旋圈数是很大的。当碘液与淀粉接触时，碘分子能进入淀粉分子的螺旋内部，平均每六个葡萄糖单位(每圈螺旋)可以束缚一个碘分子，整个直链淀粉分子可以束缚大量的碘分子，这就形成了淀粉-碘的复合物。淀粉简介支链淀粉分子同样取有螺旋卷曲，但由于支链淀粉每个分支的平均长度较短，因此分子中每段螺旋的因数较少，碘分子不能进入支链淀粉的分支点。若葡萄糖单位，不能形成一圈螺旋时，则不与碘液起呈色作用，当链长达30个葡萄糖单位时，则呈蓝紫色，链更长时就呈蓝色或深蓝色。淀粉溶液加热时，可以使淀粉分子中的螺旋卷曲伸长开来，因而与碘的呈色作用消失，当冷却时可以恢复螺旋卷曲，仍出现呈色作用。淀粉酶类自从有了酶的概念,人们就对淀粉酶有了认识,淀粉酶是最早的工业酶制剂,到目前为止,淀粉酶也是在工业上用途最广的工业酶制剂。最早由德国于1926年,投入工业化生产,为利用微生物发酵生产酶制剂奠定了工业基础。。此后逐渐搞清了淀粉酶的作用方式和淀粉酶的主要类型;按淀粉酶水解淀粉的作用方式不同,目前倾向于将淀粉酶分为4大类:

①α-淀粉酶:以淀粉和糖原为底物,从淀粉分子内部切开α-1,4糖苷键,而使底物水解,水解的产物是糊精;

②β-淀粉酶:从底物的非还原性末端顺次水解下一个麦芽糖分子;

③葡萄糖淀粉酶:从底物的非还原端顺次水解下一个葡萄糖分子,其能够水解α-1,4糖苷键和α-1,6糖苷键,水解的产物是葡萄糖;

④脱枝酶(解枝酶、异淀粉酶):仅作用于糖原或支链淀粉的α-1,6糖苷键1α-淀粉酶

α-淀粉酶(α-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶)存在于植物,哺乳动物组织和微生物中.α-淀粉酶作用于淀粉时,从分子内部切开α-1,4糖苷键,其产物是糊精和还原糖,糊精和还原糖的比例因α-淀粉酶的来源不同而异,产物的末端葡萄糖残基的C1原子为α构型,故称为α淀粉酶我国对α淀粉酶的研究较为突出,生产菌种枯草杆菌BF7658α淀粉酶现已广泛用于食品、发酵、制药、纺织、等工业。1.1α-淀粉酶的一般性质

11.1.1酶蛋白分子特性分子量一般在50,000左右,枯草杆菌的液化型α-淀粉酶结晶的分子量为96,900;用葡聚糖凝胶分子筛层析方法,可得到分子量5000(PK2)和10,000(PK1)的两个组分,进一步分析发现,PK2是由一个亚基构成的单体,PK1是由两个分子量相等的亚基构成;由一个锌原子两个亚基连接起来,当用EDTA处理后,使二聚体解离成单体。霉菌的α-淀粉酶的一个突出的特点,是在酶蛋白分子上含有一定量的碳水化合物,属于糖蛋白类。1.1.2催化特性①一般α-淀粉酶在pH5.5-8的范围稳定,当pH值低于4.0时,酶活力容易失活,酶活力的最适pH5-6;而来源于哺乳动物的α-淀粉酶能被氯离子所激活,在氯离子存在的条件下,其最适pH值为7.0;微生物产生的α-淀粉酶,因菌种或菌株不同,有一定的差异。②来源于不同菌种的α-淀粉酶的热稳定性差异很大,一般由霉菌产生的α-淀粉酶的耐热性较差,最适温度在45ºC-55ºC,由芽孢杆菌产生的α-淀粉酶的热稳定性较高,枯草杆菌在65ºC时稳定性较好,嗜热脂肪芽孢杆菌,凝结芽孢杆菌产生的α-淀粉酶的耐热性较好,在有钙离子存在的条件下,90ºC处理的半衰期为90分钟。③钙离子对α-淀粉酶的酶活力有一定的影响:α-淀粉酶也属于金属酶,每分子酶蛋白含有一个钙离子,研究表明,钙离子对维持酶蛋白的适当的空间构型起到重要作用,对酶活力及酶蛋白的稳定性有明显的改善作用。用EDTA脱掉Ca2+

后,酶活力丧失,再加入Ca2+

后,酶活力便得到恢复,除Ca2+

外,其他的二价金属离子Sr2+、Ba2+、Mg2+

对无钙离子对α-淀粉酶的酶活力有一定的恢复作用。1.2α-淀粉酶的水解方式及专一性1.2.1水解方式

α-淀粉酶对于淀粉的作用第一步是将直链淀粉任意地迅速降解成小分子糊精、麦芽三糖、麦芽糖;第二步是缓慢地将第一步生成的低聚糖水解成葡萄糖和麦芽糖。

α-淀粉酶不能切开支链淀粉的α-1,6键,也不能切开α-1,6键附近的α-1,4键,但能够越过分支点,继续切开支链内部的α-1,4键;因此水解产物中含有葡萄糖、麦芽糖、和一系列含有α-1,6键的极限糊精。在切开α-1,4键的过程中,是切开C1—O—C4中的C1—O键。1.2.2水解极限当α-淀粉酶作用于淀粉时,随着反应的进行,淀粉的粘度逐渐下降,碘反应由兰→紫→红→无色,达到消色点附近时,反应开始减慢,达到这一消色点时,不同来源的α-淀粉酶对淀粉的水解率有较大的差异,如枯草杆菌的糖化型α-淀粉酶(BSA)...............................25%

枯草杆菌的液化型α-淀粉酶(BLA)................................13%

胰腺、液的α-淀粉酶......................................................40%霉菌、麦芽的α-淀粉酶..................................................10-20%进一步进行反应,水解的极限也因α-淀粉酶的来源不同有较大的差异:麦芽的α-淀粉酶水解极限为40-50%;黑曲霉ATCC15475产生的α-淀粉酶对淀粉的水解率达到95-100%。枯草杆菌的BSA的水解极限为70%;而BLA仅为30%。1.2.3专一性总的讲,α-淀粉酶的底物专一性程度不高,都可作用于淀粉,催化淀粉的水解反应,但来源不同的α-淀粉酶对于小分子糊精的进一步的作用差异很大,按α-淀粉酶对低聚糖的水解能力可将其分为两大类:对G6及其以下的低聚糖易分解的:主要有来源于霉菌、胰腺及BSA。

对G7及其以上的低聚糖易水解的:主要有来源于麦芽、BLA。2β-淀粉酶

β-淀粉酶是另一种淀粉酶,又称为1,4-麦芽糖苷酶(EC3.2.1.2),其突出的特点是在催化淀粉水解时,从淀粉的非还原性末端两两切下一个麦芽糖分子,在切开的同时,将C1的构型由α型转变成β型,β-淀粉酶即由此而得名。2.1β-淀粉酶的主要来源

过去β-淀粉酶的主要来源于一些高等植物,如大麦、小麦、甘薯、大豆等;从上世纪50年代,开始对微生物的β-淀粉酶进行研究,目前得到的β-淀粉酶高产菌种主要是芽孢杆菌属中的部分菌种,多粘芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌等2.2β-淀粉酶的一般性质

1酶蛋白性质β-淀粉酶的酶蛋白特性方面的报道较少,总的说,β-淀粉酶的分子量较α-淀粉酶的分子量大,由蜡状芽胞杆菌产生的β-淀粉酶有两个组分构成，PKⅠ的WM为166KD，PKⅡ的WM为80KD；巨大芽胞杆菌产生的β-淀粉酶WM为37KD。酶蛋白的等电点大多在偏酸性，PH6左右；巯基对酶蛋白的酶活力是必需基团；目前对巯基的定位、在酶蛋白分子上发挥作用的机理尚不清楚，但通过实验证明利用巯基试剂或氧化剂处理β-淀粉酶时，酶活力很快丧失；反之，利用巯基保护剂混合于酶蛋白中，能明显提高酶活力。并对酶的稳定性有明显的改善。2酶的催化特性①β-淀粉酶的最适PH一般在PH5-6范围；中性条件下稳定，最适温度在40-60℃。②

β-淀粉酶是一类外切酶，不能水解淀粉内部的-1,4糖苷键，而是从非还原性末端一个一个地切下一个麦芽糖分子，并且将C1上的型变成β型。β-淀粉酶只能切开-1,4糖苷键，不能切开-1,6糖苷键，也不能越过-1,6糖苷键，在水解酶反应进行过程中，遇到-1,6糖苷键后反应即中止。③

β-淀粉酶水解淀粉的水解极限与淀粉的分子特性有关，直链淀粉、支链淀粉和糖原的水解率分别为：100%、50%和42%。所以对于支链淀粉在水解过程中，碘反应没有明显的变化，一般只是由深兰变为淡兰。3葡萄糖淀粉酶其系统名称是：-1,4葡聚糖葡萄糖水解酶；从非还原性末端逐个地切下一个葡萄糖分子，所以又称为淀粉糖化酶。3.1主要来源：目前葡萄糖淀粉酶的主要来源是利用微生物发酵生产，商品化的工业酶制剂主要由根霉、曲霉、拟内孢霉等发酵生产的；我国的商品葡萄糖淀粉酶是由黑曲霉发酵生产的。研究资料表明，米曲霉和黑曲霉产淀粉酶活力都较高，但米曲霉产生的淀粉酶中，-淀粉酶的活力较高，葡萄糖淀粉酶的比例较小；而黑曲霉产生的淀粉酶中葡萄糖淀粉酶的比例较大，-淀粉酶的活力相对较低。3.2葡萄糖淀粉酶的一般性质：①

酶蛋白特性：由曲霉产生的葡萄糖淀粉酶的分子量在69000D范围。关于葡萄糖淀粉酶的等电点、酶活性中心结构等仍有待进一步研究。②

催化特性：最适PH4-5范围，最适温度50-60℃，在最适温度下稳定性较好。其催化C1—O—C4中的C1—O键的断裂，并将C1上的型转变成β型；并且能催化-1,6和-1,3键的水解断裂。但催化-1,6和-1,3键的水解的活力较低。催化的水解反应进行较慢；对淀粉的水解极限较高，只要反应时间允许，水解极限可达到100%；最终产物是葡萄糖。③

催化的专一性：从糖苷键来讲，对-1,4键的水解活性较高，对-1,6和-1,3键的水解活性较低；从底物分子来讲，底物分子的大小与催化活力有关，当水解到5个单元的低聚糖后，随着分子的降低，催化反应速度而降低；4异淀粉酶：(R酶、脱支酶)脱支酶能催化水解支链淀粉,糖原以及相关的大分子中的α-1,6–糖苷键.按其作用方式可以分为直接脱支酶和间接脱支酶.直接脱支酶水解未改性的支链淀粉和糖原中的α-1,6–糖苷键而间接脱支酶只能作用于已由其它酶改性的支链淀粉和糖原.根据对底物的特异性要求,又可将直接脱支酶分为支链淀粉酶和异淀粉酶它们的主要差别是前者能降解pulluan(一种粘稠性多糖,主要成分是由由α-1,6–糖苷键连接的聚麦芽三糖),而后者不能.4异淀粉酶：(R酶、脱支酶)(1)植物支链淀粉酶植物来源的降解pulluan的酶又称为R-酶,而微生物来源的具有类似活力的酶被称为支链淀粉酶.曾先后在蚕豆,马铃薯和甜玉米中发现了R-酶,它们能够水解支链淀粉和相应的β-限制糊精中的α-1,6–糖苷键,它们也能裂开α-限制糊精中以α-1,6–糖苷键结合的α-麦芽糖和α-麦芽三糖残基,但是不能除去以α-1,6–糖苷键结合的葡萄糖单位.4异淀粉酶：(R酶、脱支酶)(2)微生物支链淀粉酶曾先后从产气杆菌,大肠杆菌中间体和微小链球菌和其他菌种中分离出支链淀粉酶.由于α-淀粉酶和β-淀粉酶不能作用于pullulan,因此,它是测定支链淀粉酶活力的理想底物.酶对不同底物具有不同的活力,按下列次序递增:支链淀粉,糖原和β-限制糊精4异淀粉酶：(R酶、脱支酶).(3)异淀粉酶异淀粉酶虽然能够催化糖原脱支,但是不能从β-限制糊精和α-限制糊精水解由两个或三个葡萄糖单位构成的侧链.异淀粉酶只能水解构成分支点的α-1,6–糖苷键而不能水解直链分子中的α-1,6–糖苷键.异淀粉酶对α-1,6–糖苷键所处位置的严格要求,使他成为研究碳水化合物结构很有价值的工具.4异淀粉酶：(R酶、脱支酶)(4)间接脱支酶能够专一性的切开支链淀粉和糖原等分支点的α-1,6–糖苷键,从而剪下整个侧支,形成长短不一的直链淀粉.它具有两种活性:淀粉-1,6–葡萄糖苷酶活性和寡-1,4->1,4葡聚糖转移酶活性.当其它淀粉酶水解支链至4个葡萄糖残基时,脱支酶将3个葡萄糖残基转移至非还原末端,然后释放分支点的葡萄糖残基.因此利用异淀粉酶与其它酶配合使用,可使淀粉糖化完全.淀粉酶的活力测定α－淀粉酶随机地作用于淀粉的非还原端，生成麦芽糖、麦芽三糖、糊精等还原糖，同时使淀粉浆的粘度下降，β－淀粉酶每次从淀粉的非还端切下一分子麦芽糖，葡萄糖淀粉酶则从淀粉的非还原端每次切下一个葡萄糖。淀粉酶产生的这些还原糖能使3，5－二硝基水杨酸还原，生成棕红色的3－氨基－5－硝基水杨酸。淀粉酶活力的大小与产生的还原糖的量成正比。可以用麦芽糖制作标准曲线，用比色法测定淀粉生成的还原糖的量，以单位重量样品在一定时间内生成的还原糖的量表示酶活力。淀粉酶的活力测定几乎所有植物中都存在有淀粉酶，特别是萌发后的禾谷类种子淀粉酶活性最强，主要是α－和β－淀粉酶。α－淀粉酶不耐酸，在pH3．6以下迅速钝化；而β－淀粉酶不耐热，在70℃15min则被钝化。根据它们的这种特性，在测定时钝化其中之一，就可测出另一个的活力。淀粉酶的应用目前商品淀粉酶的最重要应用是从淀粉制备糊精糖浆,葡萄糖和麦芽糖.1.淀粉的酶液化工艺流程玉米粉→调浆→一级喷射液化→高温维持→二级液化操作要点

㈠工业玉米粉细度40目以下。

㈡调浆：玉米粉加水调浆28-20。Bé，加入0.1%CaCl2再加入2万/ml耐高温a-淀粉酶，加量为6u/g淀粉。淀粉酶的应用

㈢一级喷射液化。将喷射器和层流罐用蒸气预热到100℃时，将调整好的浆液泵入喷射器，打开料阀，调整蒸汽流量，使喷射温度在高温维持30分钟。

㈣低温液化。将高温液化料泵入低温液化罐，加中温a-淀粉酶4u/g淀粉，在85-90℃保温30分钟。淀粉酶的应用2.液化糖化发酵液所谓糖化就是利用麦芽所含的各种水解酶，在适宜的条件下，将麦芽中不溶性高分子物质（淀粉，蛋白质，半纤维素及其中间分解产物），逐步分解成低分子可溶性物质，这个分解过程叫做糖化。淀粉酶的应用糖化目的薯类和谷类以及野生植物原料经过加压蒸煮，淀粉糊化成为溶解状态，但是还不能直接被酵母菌利用，发酵生成酒精。因此，经过蒸煮以后的糊化醪，在发酵前必须加入一定量的糖化剂，使溶解状态的淀粉，变为酵母能够发酵的糖类，这一个由淀粉转变为糖的过程，称为糖化。糖化过程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化变成可发酵性糖。淀粉酶的应用·整个过程主要包括：淀粉分解，蛋白质分解，B-葡聚糖分解，酸的形成和多酚物质的变化。·糖化的主要方法：煮出糖化法，浸出糖化法，双醪糖化法，分级糖化法。糖化温度与效应35-37℃酶的浸出，有机磷酸盐的分解40-45℃淀粉酶的应用有机磷酸盐的分解，B-葡聚糖的分解，蛋白质分解，R-酶对支链淀粉的解支作用45-52℃蛋白质分解，低分子含氮物质多量形成，B