淀粉酶类的生产

淀粉酶类的生产

淀粉酶属于水解酶类，是催化淀粉（包括糖原，糊精）中糖苷键水解的一类酶的统称。它是研究较多，生产最早，产量最大和应用最广泛的一种酶。几乎占整个总产量的50％以上。根据淀粉酶对淀粉的作用方式不同，淀粉酶可分为四种主要类型，即a-淀粉酶，β-淀粉酶，葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶。此外，还有一些应用不是很广泛，生产量不大的淀粉酶，如环状糊精生成酶，及α-葡萄糖苷酶等。

表5—1 淀粉酶的分类

E.C编号系统名称常用名作用特性存在

E.C.

3.2.1.1 α-1，4葡聚糖-

4-葡聚糖水解酶

α-淀粉酶，液化

酶，淀粉-1，4-

糊精酶，内断型

淀粉酶

不规则地分解淀粉

糖原类物质的α-1

4糖苷键

唾液，胰脏，麦芽，

霉菌，细菌

E.C.

3.2.1.2α-1，4葡聚糖-

4-麦芽糖水解酶

Β-淀粉酶，淀粉

-1，4-麦芽糖苷

酶，外断型淀粉

酶

从非还原性末端

以麦芽糖为单位

顺次分解淀粉，

糖原类物质的α

-1，4糖苷键

甘薯，大豆，大

麦，麦芽等高等

植物以及细菌等

微生物

E.C.

3.2.1.3α-1，4葡聚糖葡

萄糖水解酶

糖化型淀粉酶，

糖化酶，葡萄糖

淀粉酶，淀粉-1，

4-葡萄糖苷酶，

淀粉葡萄糖苷酶

从非还原性末端

以葡萄糖为单位

顺次分解淀粉，

糖元类物质的α

-1，4糖苷键

霉菌，细菌，酵

母等

E.C.

3.2.1.9支链淀粉6-葡聚

糖水解酶

异淀粉酶，淀粉

-1，6-糊精酶，

R-酶，茁酶多糖

酶，脱支酶

分解支链淀粉，

糖元类物质的α

-1，6糖苷键

植物，酵母，细

菌

淀粉酶的种类不同，对直链淀粉和支链淀粉的作用方式也不一样。各种不同的淀粉酶对淀粉的作用有各自的专一性。

淀粉是自然界中分布极广的碳水化合物，它是由葡萄糖基相连接聚合而成的，根据连接方式不同一般可将其分为直链淀粉和支链淀粉两种。直链淀粉的葡萄糖基几乎都是以α-1，4键相互连接成的直连，聚合度为100—6000个葡萄糖单位不等，最近研究认为直链淀粉分子中也有极少量的分枝结构存在。支链淀粉则较复杂，除有较多的α-1，4键连接外，还在分子内有α-1，6键连接成树枝状，聚合度也比直链淀粉高。

表5—2 常见淀粉中直链与支链淀粉含量

淀粉品种直链淀粉/％支链淀粉/％

玉米27 73

马铃薯23 77

甘薯20 80

木薯17 83

大米17 83

糯玉米0 100

糯高粱0 100

糯米0 100

5.1α-淀粉酶的生产

α-淀粉酶作用于淀粉时，可以随机的方式从分子内部切开α-1,4葡萄糖苷键而生成糊精和还原糖。其水解位于中间的α-1,4键的概率比水解位于分子末端的概率大，不能水解支链淀粉的α-1,6键，也不能水街紧靠1,6分支点的-α-1,4键，不能水解麦芽糖，但可以水解含有3个或3个以上α-1,4糖苷键的低聚糖。由于水解产物的还原性末端葡萄糖残基C1碳原子为α构型，故称α-淀粉酶。

目前，国内外生产α-淀粉酶所采用的菌种主要有细菌和霉菌两大类，典型的与芽孢杆菌和米曲霉。米曲霉常用固态曲法培养，其产品主要用作消化剂，产量较小，芽孢杆菌则主要采用液体深层通风培养法大规模地生产α-淀粉酶，如我国的枯草杆菌BF—7658.

5.1.1α-淀粉酶的性质

几种微生物α-淀粉酶的性质见表5—3

表5—3 各种α-淀粉酶的性质

作用机制

酶来源———————————耐热性/℃pH稳定性适宜Ca2+的保护作用淀粉分解限度/％主要水解产物（15min）（30℃，24h pH

枯草杆菌糊精，麦芽糖

（液化型）35 （30％）葡萄糖6％65~80 4.8~10.6 5.4~6.0 +

枯草杆菌

（糖化型）70 葡萄糖（41％）

麦芽糖（58％）

麦芽三糖，糊精55~70 4.0~9.0 4.8~5.2 —

枯草杆菌

（耐热型）35 糊精，麦芽糖，

葡萄糖75~90 5.0 +

米曲霉48 麦芽糖（50％）55~70 4.7~9.5 4.9~5.2 +

黑曲霉48 麦芽糖（50％）55~70 4.7~9.5 4.9~5.2 +

黑曲霉

（耐酸性）麦芽糖（50％）55~70 1.8~6.5 4.0 +

根霉48 麦芽糖（50％50~60 5.4~7.0 3.6 ————————————————————————————————————————

1.pH对酶活性的影响

一般α-淀粉酶在pH5.5~8稳定，pH4以下易失活，酶活性的最适pH5~6，即在此pH条件下酶的催化反应速度最快，另外酶的催化活性和酶的稳定性是有区别的，前者指酶催化反应速度的快慢，活性高反应速度快，反之则反应速度慢，而后者表示酶具有催化活性而不失活。酶最稳定的pH不一定是酶活性的最适pH，反之，酶活性的最适pH不一定使酶最稳定。在霉菌中，黑曲菌α-淀粉酶耐酸性强，黑曲霉NRRL330α-淀粉酶的最适pH为 4.0，在pH2.5,40℃处理30min尚不失活，然而在pH7.0时，55℃处理15min，几乎没有损失，而在pH2.5处理则完全失活。

枯草杆菌α-淀粉酶作用的最适pH为5~7.嗜碱细菌中存在着最适pH为4.0~11.0的α-淀粉酶。嗜碱性芽孢杆菌NRRLB3881α-淀粉酶的最适pH9.2~10.5，嗜碱性假单胞杆菌α-淀粉酶的最适pH为10.。各种不同的酶的最适pH可以通过实验测定，由于最适pH受底物种类。浓度，缓冲液成分，温度和时间等因素的影响，测定时必须控制一定的条件，条件可以改变可能会影响最适pH。

2.温度对酶活性的影响

温度对酶活性有很大的影响。纯化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但是有大量Ca2+存在下，酶的热稳定性增加。芽孢杆菌的α-淀粉酶耐热性增加。芽孢杆菌的α-淀粉酶耐热性较强。枯草杆菌α-淀粉酶在65℃稳定。嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌的α-淀粉酶的热稳定性更强，前者经85℃处理20min，尚残存酶活70％，后者在Ca2+存在下，90℃时的半衰期长达90min。有点嗜热芽孢杆菌的α-淀粉酶在110℃仍能液化淀粉。地衣芽孢杆菌的α-淀粉酶其热稳定性不依赖Ca2+，可在EDTA存在下测定酶活，以区别于非耐热性α-淀粉酶。霉菌α-淀粉的耐热性较低，黑曲霉耐酸性α-淀粉酶的耐热性比其非耐热性α-淀粉酶为高，在pH4，55℃加热24h也不失活。然而拟内孢霉α-淀粉酶在40℃以下也很不稳定。

α-淀粉酶在各种酶中是耐热性较好的酶，其耐热程度一般是按动物α-淀粉酶，麦芽α-淀粉酶，丝状菌α-淀粉酶，细菌α-淀粉酶的顺序而增强。曾对各种α-淀粉酶粗制剂的水溶液进行加热处理，每分钟升高1.5℃，直至80℃，发现各种酶的残留活性是：真菌来源的为1％，谷物来源的为25％，细菌来源的为92％。α淀粉酶的耐热性还受底物的影响，在高浓度的淀粉浆中，最适温度为70℃的枯草杆菌α-淀粉酶，在85—90℃时的活性最高。

3.钙与α-淀粉酶活性的关系

α-淀粉酶是单成分酶，大多数α-淀粉酶活性需要钙离子，钙离子对酶的稳定性起重要作用。Ca2+使酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性与稳定性。

钙和酶的结合牢度依次是：霉菌＞细菌＞哺乳动物＞植物。Ca2+对麦芽α-淀粉酶的保护作用最明显。枯草杆菌糖化型α-淀粉酶（BSA）同Ca2+的结合比液化型（BLA）更为紧密。向BSA中添加Ca2+对酶活性几乎不发生影响，单用EDTA处理也不能引起失活，只有在低pH（pH3.0）下用EDTA处理才能去除Ca2+，但若添加与EDTA当量的Ca2+，并将pH恢复至中性，则仍然可恢复它的活性。

除Ca2+外，其他二价碱土金属Sr2+，Ba2+，Mg2+等也有使无Ca2+的α-淀粉酶恢复活性的能力。枯草杆菌液化型α-淀粉酶（BLA）的耐热性因Ma+，C1-和底物淀粉的存在而提高，NaC1与Ca2+共存时对提高α-淀粉酶的耐热性的作用尤为显著。添加Ca2+有助于增加酶的热稳定性，但实际上淀粉中所含微量Ca2+已足够酶的充分活化所需。