微生物酶学

东北师范大学研究生课程论文

论文题目微生物酶的分类、作用机理及来源课程名称微生物酶学

姓名学号

专业年级

院、所年月日

研究生课程论文评价标准

东北师范大学研究生院制

微生物酶的分类、作用机理及来源

1.1淀粉酶

淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。

α-淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，能够切开淀粉链内部的α-1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。

β-淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和内孢霉产生。

糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。此酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。

此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。

异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1，6-糖苷键，将枝链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。此酶产生菌主要是嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。

1.2蛋白酶

蛋白酶系催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称，它作用于蛋白质，将其分解为蛋白胨、多肽及游离氨基酸。此酶种类繁多，广泛存在于所有生物体内，按其来源可分为植物蛋白酶、动物蛋白酶、微生物蛋白酶(又可分为细菌蛋白酶、放线菌蛋白酶、霉菌蛋白酶等)；按其作用形式可分为肽链内切酶、肽链外切酶；按所产蛋白酶性能分为酸性蛋白酶、霉菌蛋白酶酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶。酸性蛋白酶(最适pH=2～5)产生菌主要是黑曲霉、米曲霉、根霉、微小毛霉、似青霉、青霉、血红色螺孔菌等的某些种；中性蛋白酶(最适pH=7～8)产生菌主要是枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、微白色链霉菌、耐热性解蛋白质杆菌等；碱性蛋白酶(最适pH=9～11)主要产生

菌为枯草杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、镰刀菌等。

微生物产生的蛋白酶大多是几种酶的混合物，只不过是主次之分而已。另外，改变培养基的组成或者菌种经诱变，可以改变产酶的性能，例如，据报道，黑曲霉的变株可生产碱性蛋白酶，米曲霉的变株可生产酸性蛋白酶。

1.3纤维素酶

纤维素酶是降解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键的一类酶的总称，因此纤维素酶又有纤维素酶复合物之称。通常认为主要包括C1酶、CX酶和β-葡萄糖苷酶。C1酶主要作用天然纤维素，将其转变成水合非结晶纤维素；CX酶又可分为CX1酶和CX2酶，CX1酶是内断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子内部作用于β-1，4-糖苷键，生成纤维糊精和纤维二糖，CX2酶为外断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子的非还原性末端作用于β-葡萄糖苷酶又称纤维二糖酶，它作用于纤维二糖，生成葡萄糖。这些酶协同作用可将纤维素彻底降解为还原糖-葡萄糖。纤维素酶可破解富含纤维的细胞壁，使其包含的蛋白质、淀粉等营养物质释放出来并加以利用，同时又可将纤维降解为可被畜禽机体消化吸收的还原糖，从而提高饲料利用率。产生纤维素酶的微生物研究较多的是真菌，对细菌和放线菌研究很少。当前用来生产纤维素酶的微生物主要是木菌、黑曲霉、青霉和根霉，此外，漆斑霉、反刍动物瘤胃菌、嗜纤维菌、产黄纤维单孢菌、侧孢菌、粘细菌、梭状芽孢杆菌等也能产生纤维素酶。

由于纤维素酶难以提纯，实际应用的纤维素酶(尤其在饲料工业中)一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶如果胶酶、淀粉酶、蛋白酶等。

1.4半纤维素酶

半纤维素酶是分解半纤维素(包括各种降戊糖与聚己糖)的一类酶的总称，主要包括β-葡聚糖酶、半乳聚糖酶、木聚糖酶和甘露聚糖酶。这些酶的主要作用就是降解畜禽消化道内的非淀粉多糖，降低肠道内容物的粘性，促进营养物质的消化吸收，减少畜禽下痢，从而促进畜禽生长和提高饲料利用率。半纤维素酶主要由各种曲霉、根霉、木霉发酵产生。在饲料工业中应用较多的是β-葡聚糖酶，它主要由曲霉、木霉和杆菌属类微生物产生，它应用于以大麦替工玉米的日粮中，借以降低饲养成本，而达到与玉米相同的饲喂效果。

1.5果胶酶

果胶酶是分解果胶的酶的通称，也是一个多酶复合物，它通常包括原果胶酶、果胶甲酯水解酶、果胶酸酶三种酶。这三种酶的联合作用使果胶质得以完全分解。天然的果胶质在原果胶酶作用下，被转化成水可溶性的果胶；果胶被果胶甲酯水解酶催化去掉甲酯基因，生成果胶酶；果胶酸酶切断果胶酸中的α-1，4-糖苷键，生成半乳糖醛酸，半乳糖醛酸进入糖代谢途径被分解放出能量。工业生产果胶酶的菌种主要是霉菌，常用菌种有文氏曲霉、苹果青霉、黑曲霉、白腐核菌、米曲霉、酵母等，此外，木质壳霉、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、葡萄孢霉、镰刀霉也能产生果胶酶。饲料工业中果胶酶多用于提高青贮饲料的品质。

1.6脂肪酶

脂肪酶作用于脂肪中的酯键，将脂肪分解成脂肪酸和甘油。生产脂肪酶的微生物主要有假丝酵母、园酵母、黑曲霉、根霉、白腐核菌、白地霉、青霉、毛霉、镰刀霉及假单孢菌、无色杆菌、葡萄球菌等。

1.7植酸酶

植酸酶是降解饲料中植酸及其盐的酶。饲料中玉米、大豆、豆饼及谷物中的磷，大部分存在于植酸和植酸盐中，这种形式的磷不能或很少被单胃动物利用，同时，植酸和植酸盐还是影响动物体内微量元素消化利用的螯合剂，严重影响二价阳离子矿物元素的利用，最终导致饲料成本增加、磷源浪费和环境污染。在饲料中添加植酸酶，可将植酸和植酸盐水解成肌醇和磷酸盐，供动物吸收利用，从而提高磷的利用率和骨骼矿化程度，减少饲料中磷源的添加和粪便中磷的排出，减少环境污染。产生植酸酶的微生物主要是酵母菌、霉菌和细菌。

2微生物酶的生产

2.1培养基

培养基不同，微生物的比生长速率和酶形成能力也不同，因而在培养基中提供适当而丰富的营养物，是菌体生长和酶大量产生的重要前提。酶制剂生产中所用原料主要包括碳源(包括能迅速利用的单糖、双糖和缓慢利用的淀粉、纤维素等多糖)、氮源(包括豆饼粉、花生饼粕、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米浆等有机氮源和铵盐、硝酸盐等无机氮源)、无机盐和诱导物，固体发酵往往还要加入一定量利用通风的载体如稻壳、玉米皮等。实践证明，培养基中碳源与氮源的比例即碳氮比(通常用C/N表示)就直接影响菌体的生长、繁殖和酶的生成。当C/N比