β-淀粉酶

β-淀粉酶

淀粉酶是水解淀粉和糖原酶类的统称,按水解淀粉方式不同,淀粉酶可分为α- 淀粉酶、β-淀粉酶、脱枝酶及葡萄糖淀粉酶4 大类.按照结构的差异,又可将其分为α、β型两大类.β-淀粉酶是一种外切酶,其作用于淀粉时,从α- 1,4糖苷键的非还原性末端顺次切下一个麦芽糖单位,产物为麦芽糖和大分子的β-界限糊精.因为该酶作用于底物时,发生沃尔登转化（Waldeninversion）,使产物由α型变为β型麦芽糖,释放的β-麦芽糖在C1位上有一个自由H基,为β型,故名β-淀粉酶.近年来,β-淀粉酶的研究引起了酶制剂行业的广泛关注.本文对β-淀粉酶的来源、性质、分离纯化及应用等方面的研究进展进行了综述,最后对β-淀粉酶在酶制剂行业的研究及应用进行了展望。

一、来源

β—淀粉酶广泛存在于大麦、小麦甘薯、大豆等高等植物中，目前商品β—淀粉酶绝大部份均是从植物中提取的，芽孢杆菌β—淀粉酶生产量极低。很多微生物通过发酵能产生β-淀粉酶,如蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、假单胞菌等.但通过微生物发酵生产的β-淀粉酶耐热性差,且成本较高,要达到工业化生产还需一定距离.植物中β-淀粉酶酶活力高、耐热性好、作用 pH 范围较广,适合于高麦芽糖浆的生产要求.植物体中的β-淀粉酶主要存在于质体内,而在其他亚细胞区域内β-淀粉酶的分布都较少.甘薯

在自然栽培的条件下,只有块根中存在β-淀粉酶,其余的部位几乎检测不出β-淀粉酶的存在,但是只有存在于质体外的β-淀粉酶才具备活性.Zieglar认为β-淀粉酶在液泡中也有所分布,并且在多糖代谢中起到作用.单子叶植物中β-淀粉酶存在于胚乳细胞中,在其他器官中很少有分布,当种子萌发时,β-淀粉酶与其他相关酶一起协同完成淀粉的降解.而在高等植物中,存有两种不同酶活力的β-淀粉酶,它们分别存在于植物的不同组织器官中：一种是以高活力存在的β-淀粉酶,主要存在于禾本科植物的胚乳中,当这类植物的种子开始发芽时,β-淀粉酶的酶活力会显著升高；而另一种则是以相对酶活性较低的形式,普遍存在于植物的各个组织器官中的β-淀粉酶.这两种形式的β-淀粉酶虽然在抗原性上较相似,但在其他方面存在着较大的区别,而且它们的生成方式也不尽相同,推测得出,前一种β-淀粉酶可能是由后一种β-淀粉酶的基因转变而来的。β-淀粉酶在高等植物体内是以游离态和结合态两种形式存在的,用水提的方法可以将植物中游离态的β-淀粉酶提取出来,而以结合态形式存在的β-淀粉酶的提取还需要添加还原剂或蛋白水解酶,这种结合态的β-淀粉酶由于与种子中的其他蛋白结合会成为复杂的不溶物质.这两种形态的β-淀粉酶在大麦种子中占所有蛋白含量的1%左右。

二、β—淀粉酶性质

β—淀粉酶能将直链淀粉分解成麦芽糖的淀粉酶。可耐酸。将麦芽汁调节pH值为3.6，在0℃下可使α-淀粉酶失去活力，而余下β-淀粉酶。β-淀粉酶的唯一产物是麦芽糖，不是葡萄糖。β-淀粉酶水

解淀粉产生麦芽糖。长期以来，β-淀粉酶主要来源于大麦等粮食作物，应用受到限制微生物产的β-淀粉酶可全部或部分代替植物来源的β-淀粉酶，用来生产高麦芽糖浆、高纯度麦芽糖，医用针剂麦芽糖，麦芽糖醇，麦芽糊精，啤酒等。此项技术共包括以下三项成果。

1、高产β-淀粉酶菌种及食品级β-淀粉酶制剂生产新工艺菌种为腊状芽孢杆菌，经物理、化学方法处理，得诱变株M-153，产β-淀粉酶活力提高了近300倍，产酶活力(45℃测定)高达2万单位/毫升左右。

2、用微生物β-淀粉酶生产高麦芽糖浆新工艺含麦芽糖55%-60%的试产品曾用于生产糖果、果脯、饼干、面包等代替饴糖和蔗糖，应用效果良好，提高了各类食品的质量，改善了风味。

3、用微生物β-淀粉酶代替部分大麦芽生产啤酒新工艺生产啤酒常规原料配比为70%大麦芽，30%大米为辅料。新工艺将大麦芽与大米的比例由7：3改为5：5，补加微生物β-淀粉酶，在北京啤酒厂的20-100吨发酵罐的生产线上试生产成功。

三、β—淀粉酶的分离纯化

淀粉酶的纯化一般经过盐析、凝胶过滤或离子交换除盐等步骤，有时也采用海藻酸钠将酶沉淀。在粗提液中，常含有一些可溶性糖和无机盐，也存在一些杂蛋白或其他酶系，为了获得较纯净的酶，通常要根据提取酶的特性确定纯化方法。如采用加热、调pH值、添加蛋白质沉淀剂，使杂蛋白失活，再进一步配合过滤、离心等手段以纯化酶。周中凯等通过调节滤液酸度至pH 3．7以实现Ot一淀粉酶失活，达到纯化B．淀粉酶的目的。有时通过添加对目的酶无影响的蛋白质

沉淀剂(如醋酸铝、利凡诺、单宁酸、离子型表面活性剂等)不但可以去除杂蛋白，还可以去除黏性多糖和色素。微生物来源的酶液常含有某些色素，可用活性炭、阴离子交换树脂等除去。活性炭的用量、处理时间、温度等对脱色效果及酶的回收有影响。采用孔径小、交联度大的树脂可达到仅吸附色素而不吸附酶的效果，脱色效果好。

四、β-淀粉酶的应用

β-淀粉酶在食品加工、粮食加工、发酵、酿造、医药、纺织品等行业具有重要作用.β- 淀粉酶作为糖化剂,可应用于啤酒、饴糖、饮料等工业生产,是食品加工与酿造行业的重要酶源.据报道,中科院于 1993 年用微生物β- 淀粉酶替代部分大麦芽生产啤酒新工艺,它将大麦芽与大米比例由7∶3改为5∶5,补加微生物β-淀粉酶,于北京啤酒厂20~100 t发酵罐生产线上试生产成功.2002年,周健芹等将 Maltogenase 和β-淀粉酶协同作用制取超高麦芽糖浆.2005年,徐忠等用β-淀粉酶和普鲁兰酶作用制备淀粉糖浆.在制糖方面,β-淀粉酶通过水解淀粉生产麦芽糖,主要应用于生产麦芽糖浆、高纯度麦芽糖,麦芽糊精,麦芽糖醇,医用针剂麦芽糖等.麦芽糖是自然界中常见的一种双糖,它是麦芽糖糖浆的主要成分.麦芽糖不但被广泛用作甜味剂,而且还是医用的静脉输液糖补充剂.同时,因为麦芽糖的低结晶度及低吸湿性,它在食品工业生产中也被广泛应用.玉米、马铃薯、甘薯和木薯淀粉都是麦芽糖较好的生产原料.工业生产中,将淀粉浆浓度调到10%~20%,可生产医用级麦芽糖；而调整到20%~40%时,可以生产食品级麦芽糖.在酿造工业中,β-淀粉酶是主要糖化酶之一.