糖化酶的研究进展

糖化酶的研究进展

摘要：糖化酶是世界上生产量最大应用范围最广的酶类,介绍了糖化酶的结构组成、特性、生产、提取、活力检测以及提高酶活力的研究。

关键词: 糖化酶; 特性; 活力

一、糖化酶的简介

糖化酶是应用历史悠久的酶类，1 500年前，我国已用糖化曲酿酒。本世纪2O年代，法国人卡尔美脱才在越南研究我国小曲，并用于酒精生产。50年代投入工业化生产后，到现在除酒精行业，糖化酶已广泛应用于酿酒、葡萄糖、果葡糖浆、抗菌素、乳酸、有机酸、味精、棉纺厂等各方面，是世界上生产量最大应用范围最广的酶类。

糖化酶是葡萄糖淀粉酶的简称[Glucoamylase,(EC.3.2.1.3.)](缩写GA或G), 糖化酶是一种习惯上的名称,学名为α-1,4-葡萄糖水解酶

(α-1,4-Glucanglucohydrolace).

糖化酶是由曲霉优良菌种（Aspergilusniger）经深层发酵提炼而成。（深层发酵是利用深层培养基的厌氧环境来培养厌氧细菌，但不能培养严格厌氧细菌,多用于兼性厌氧菌和微耗氧菌的培养）

重要糖化酶生产菌有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉，黑曲霉等。

糖化酶是具有外切酶活性的胞外酶。其主要作用是从淀粉、糊精、糖原等碳链上的非还原性末端依次水解a一1，4糖苷键，切下一个个葡萄糖单元，并像B一淀粉酶一样，使水解下来的葡萄糖发生构型变化，形成B—D一葡萄糖。对于支链淀粉，当遇到分支点时，它也可以水解a一1，6糖苷键，由此将支链淀粉全部水解成葡萄糖。糖化酶也能微弱水解a一1，3连接的碳链，但水解a一1．4糖苷键的速度最快，它一般都能将淀粉百分之百地水解生成葡萄糖。

二、糖化酶的结构组成及分类

糖化酶在微生物中的分布很广，在工业中应用的糖化酶主要是从黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌和酵母中获得，从细菌中也分离到热稳定的糖化酶，人的唾液、动物的胰腺中也含有糖化酶。不同来源的淀粉糖化酶其结构和功能有一定的差异，对生淀粉的水解作用的活力也不同，真菌产生的葡萄糖淀粉酶对生淀粉具有较好的分解作用。

糖化酶是一种含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸的糖蛋白，分子量在

60 000 到1 000 000间，通常碳水化合物占4％ 18％。但糖化酵母产生的糖化

酶碳水化合物高达80％，这些碳水化合物主要是半乳糖、葡萄糖、葡萄糖胺和

甘露糖。。Hyun HH 等报道 A.saitoi 糖化酶 GAM1 中糖蛋白包含 18 %中性糖和

0.77 %的葡萄糖胺, 其分子量达 90 000, N端氨基酸都是同一氨基酸-丙氨酸。

通过对葡萄糖淀粉酶分离纯化的研究, 研究人员将其分为 3 类 GI、 GⅡ、G

Ⅲ或 GAI、 GAI′、 GAⅡ, 其中GAI′、 GAⅡ(GI、 GⅡ)对糊化的淀粉进行

作用但不能水解生淀粉或作用能力非常弱, GAI ( GⅢ) 对生淀粉发生作用。还

发现 GAI′、 GAⅡ可以通过枯草杆菌蛋白酶对GAI 作用得到。以来自Asper gillus awamori var.Kawachi葡萄糖淀粉酶为例, 它们的分子量分别为 GAI MW 90 000、 GAI′ MW73 000、 GAⅡ MW57 000。葡萄糖淀粉酶 GAI 之所以具有

对生淀粉水解作用是由于其除了具有包含了催化位的 GAI′外还具有与生淀粉

相结合的亲合位点 Cp 区域和 GP- l(MWl3 200) , 虽然亲合位点 Cp 与 GP- 1

的复合体对生淀粉具有吸附能力, 但对生淀粉和糊化的淀粉不具有催化能力。

Shinsaku HAYASHIDA 等通过对 A.awamori vaKawachi、 A.awmori、A. iger 葡萄糖淀粉酶的 GP- I 肽链序列的比较发现它们有很大相似性, 可以推

测不同来源的葡萄糖淀粉酶 GAI 有十分相似的亲合生淀粉的位点。碳水化合物

对亲合位点的吸附性能起重要作用GP- I 区域中 Thr 和 Ser 的含量比较高,

该区域主要是通过 Thr 和 Ser 的残基与寡聚甘露糖类经糖苷键连接组成, 如

果将寡聚甘露糖用葡萄糖取代, 则酶对生淀粉的水解作用大大降低。根据Shen dy等研究人员的报道, 这种糖链与葡萄糖淀粉酶的耐热性有关, 此Williamson

等人认为 GP- I 区域是酶的催化位点与亲合位点连接的一段肽链骨架。

目前, 普遍认为糖化酶的多型性可能由下述 3 个原因引起: 一是基因调

控、转录的方式不同; 二是蛋白质合成的修饰作用不同, 即结合的糖量不同;

三是在发酵过程中受到自身蛋白水解酶和糖苷酶的作用, 由糖化酶的原始形式

衍变成糖化酶的。此外培养基的成分和生长条件也对糖化酶组分多型性有影响。

三、糖化酶的特性

1、糖化酶的热稳定性

有关糖化酶的热稳定性报道很多。目前, 主要集中在糖化酶的热稳定性机理

及筛选热稳定性糖化酶菌株上。工业上应用的糖化酶都是利用它的热稳定性。

一般真菌产生的糖化酶热稳定性比酵母高, 细菌产生的糖化酶的耐高温性能优

于真菌。CLostridium thermohydro-sulfuricum糖化酶是目前已报道的糖化酶中耐热最高的酶, 在 50 %的淀粉溶液中, 70℃下酶完全稳定, 而且在 10 %酒液中仍很稳定。即使在 85℃下处理 l h 其酶活性仍保持 50 %, 而且这种酶不受Ca2+, EDTA 和α - ,β - ,γ - 环状糊精的影响。陈冠军等报道从黑曲霉As 3.430 9 变异株 B- 11 发酵液中获得的 3 种类型糖化酶 GI, GII, GIII 其适温度均为 70 ℃。Hyun H H[3等曾报道 A.niger IMDCCNO1203 糖化酶活性最高温度均为 70℃。α - 环状糊精在 60℃下可使糖化酶的热稳定性提高。

一般真菌产生的糖化酶热稳定性比酵母高，细菌产生的糖化酶耐高温性能优于真菌。在50％的淀粉溶液中，70 ℃下酶完全稳定，而且在10％酒精液中仍很稳定。即使在85℃c下处理l h其酶活性仍保持50％，这种酶不受Ca ，EDTA 和α-，β-，γ-环状糊精的影响。

2、糖化酶的pH稳定性

一般糖化酶都具有较窄的 pH 值适应范围, 但最适 pH 一般为 4.5～ 6.5。Tomoko TAKAHASHI 等报道来自于 A.saitoi 的糖化酶 GLUM1 其最适 pH 范围为 2.5～7.5, 最适 pH 值为 4.5。 HyunH H 等曾报道 A.niger 产生的糖化酶pH 值稳定范围为 2～ l1。

一般糖化酶都具有较窄的pH值适应范围，但最适pH一般为4.5～6.5。不同微生物菌株产生的糖化酶其耐热性、pH稳定性各不相同。真菌、细菌产生的糖化酶由于耐热性较高，巴氏灭活处理不能使酶失活，在啤酒生产中易影响终产品的风味。

3、糖化酶的底物特异性

糖化酶对底物的水解速率不仅取决于酶的分子结构，同时也受到底物结构及大小的影响。许多研究表明，碳链越长，亲和性越大。它的最大反应速度随着碳链延长而增加, 呈线形变化。糖化酶主要作用于 a- 1,4糖苷键, 对 a- 1,6 和a- 1,3 糖苷键也具有活性作用。王扬声等报道红曲霉糖化酶的粗酶液能百分之百地分解可溶性淀粉、直链淀粉、糖原、玉米淀粉、马铃薯淀粉、麦芽糖和麦芽二糖等, 对其它碳链较小的底物分解限度则不同程度地降低。管汉成等对黑曲霉变异株糖化酶的底物特异性进行探讨, 发现糖化酶 GAⅠ仅能水解麦芽低聚糖和淀粉, 不能水解甘露糖、木聚糖、地衣多糖、右旋糖苷及α - ,β - ,γ - 环状糊精, 说明 GAI 对多糖中糖的组成及糖苷键具有较强的专一性, 它水解a- 1,4 键的速度比a- 1,6 键快近 100 倍。即使是同一糖化酶, 由