α-淀粉酶在工业上的应用
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• 2. 在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问题，尤其是大量 生产时，常限制其大规模的产能。
• 3. 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针不适用于固 体发酵，pH值、湿度、基质浓度不易调控，Biomass不易量测，每批 次发酵条件不易一致，再现性差。
• 4. 不易以搅拌方式进行质量传递，因此发酵期间，物质的添加无法达 到均匀。
Ca2+的作用
• 普通α-淀粉酶中都含有至少一个 Ca2+，一般通过 和酶分子中的Asp（天冬氨酸）残基形成盐键结 合在一起; Ca2+并不直接参与淀粉水解反应中酶底物络合物的形成, 但它对酶起着维持最适构象的 作用; 失去Ca2+ ，能导致酶的失活或对热、酸或 SDS 等变性因素的稳定性降低; 低浓度金属螯合 剂EDTA 的加入就会明显地降低酶的活性和稳定 性。因此, 在使用这些普通α-淀粉酶的过程中常需 要添加一定浓度的Ca2+溶液, 以保证酶能够维持最 高的活力和稳定性。
耐高温 α-淀粉酶
• 耐高温 α-淀粉酶适合于高温（105~110℃ ）下液化 淀粉, 不仅反应快,淀粉不易形成难溶性颗粒, 而且杂 质容易过滤清除, 液化淀粉一步即可完成,钙离子用量 少, 有利于糖化液精制。
• 耐高温α-淀粉酶在酒精生产的应用中，中温蒸煮、较 高温蒸煮用汽量减少30%左右， 糖化酶减少20-30u/g， 发酵质量在酒度、酸度、挥发酸、还原糖、总糖等方 面均好于高温蒸煮，甲醇含量低，原料出酒率， 淀粉 出酒率提高， 降低酒精成本。
• 碱性α-淀粉酶另外的主要应用领域：纺织工业、人造棉、 人造丝的退浆；进行垃圾处理等。随着酶技术及相关工业 的发展, 耐碱性α-淀粉酶的应用范围将不断扩大。
耐酸性α-淀粉酶
• 一般而言, 大多数α-淀粉酶的最适pH为中性,在淀 粉水解糖化过程中, α-淀粉酶与糖化酶不能同时使 用, 液化与糖化由两个工序来完成。另外, 在酿酒 发酵过程的酸性环境下, α-淀粉酶的活力变得极低 或完全失活, 不利于原材料的有效利用。应用耐酸 性α-淀粉酶, 则可以达到事半功倍的效果。
属离子等。 • 干燥成品:真空、冷冻、喷雾、气流、吸附等。
α-淀粉酶的工业应用
• 1、淀粉转化
• 糊化、液化、糖化 • 菌种：嗜热脂肪芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌
• 2、洗涤剂行业
• 将α-淀粉酶渗入洗碗剂和衣物洗涤剂中, 在降低洗涤剂用量的同时, 洗 涤的效能却能提高, 特别对于淀粉类污渍, 效果更加明显。
生产菌种
• 1、细菌淀粉酶 解淀粉芽孢杆菌
• 2、真菌淀粉酶
地衣芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌和 曲霉属和青霉属
• 根据理论水分活度的概念，霉菌α-淀粉酶大多采用固体曲 法生产；细菌α-淀粉酶则以液体深层发酵为主
液体深层发酵
液体深层发酵装置
固态发酵
固态发酵装置
固体发酵的缺点
• 1. 限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较受限，一般 较适合于真菌。
• 淀粉糖工业中需要的是耐高温中性 α-淀粉酶 • 酒精发酵行业中需要的是耐高温酸性α-淀粉酶 • 纺织业中需要的是中温 α-淀粉酶 • 洗涤剂行业需要的是碱性α-淀粉酶等。
谢谢！
• Amizyme®、真菌淀粉酶、BAN® 、α—淀粉酶G9995®
研究热点
• α-淀粉酶通常pH5.5~8.0稳定，pH4下容易失活， 酶活性最适pH5~6，最适温度50~60℃
• 根据酶性质的不同，可以把α-淀粉酶分为耐热α淀粉酶、耐酸α-淀粉酶、耐碱α-淀粉酶、耐盐α淀粉酶
• 由于它们在特定条件下的稳定性，在有关工业中 具有高度的重要性。其中耐热性α-淀粉酶在工业 中已经大规模的使用
酶的热稳定性的影响因素
• 1mmol /L 的钙离子或 50mmol /L 的钠离子能显著 地提高该酶的热稳定性 ;
• 酸性氨基酸具有明显的增强作用 , 碱性氨基酸却 使之降低 ;
• 随着糖浓度的增加 (0～1000mmol/L) , 淀粉酶的 热稳定性呈线性增高 ;
• 当钠离子或钾离子与某些氨基酸或糖类共同存在 时 , 对该淀粉酶的热稳定性表现出了明显的协同 作用
• 4、食品工业
• 淀粉酶在食品加工行业被广泛采用，如烘焙、酿造、消化助剂的配置 以及蛋糕、果汁和淀粉糖浆的生产
• α-淀粉酶已被广泛用于烘焙行业。啤酒或果汁的澄清，或用于动物饲 料的预处理
• 添加真菌α-淀粉酶的面包专用粉, 在制作面包时的优点：
• 一、加快了面团发酵速度, 缩短了 发酵时间;
• 二、改善了面包内部的组织结构, 使面包具有较好的松软度;
• 国际酶学分类编号为EC.3.2.1 • 作用位点： α- 1，4糖苷键 • 含钙酶 • 产物末端残基碳原子构型为α-构型，故称α-淀粉
酶。
α-淀粉酶的立体构造
• 酶蛋白有三个域：A, B和C • A域是最大的，呈现出典型的桶形（β／α）8 超级
结构 ，B域插入A域和C域之间 ，C域具有β折叠 结构
α-淀粉酶在工业上的应用
• α-淀粉酶简介 • α-淀粉酶的结构和功能特点 • 淀粉 • α-淀粉酶的生产 • α—淀粉酶的工业应用 • 研究热点
目录
α-淀粉酶简介
• 1, 4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶 (1, 4-glucan-4glucanohydrolase, EC 3. 2. 1. 1) , 又简称为α-淀 粉酶(amylase) , 能水解淀粉分子内部α-1, 4葡萄 糖苷键
沉淀、选择性变性沉淀 • 离心分离：注意:离心机、离心方法、离心条件等。 • 过滤与膜分离:非膜过滤(粗滤、部分微滤)、膜过滤（大部
分微滤、反渗透、透析、电渗析、）。 • 层析分离:吸附、分配、离子交换、凝胶、亲和、层析聚
焦等。 • 电泳分离:纸电泳、薄层电泳、薄膜电泳、凝胶电泳、自
由电泳、等电聚焦等。 • 萃取分离:有机溶剂、双水相、超临界、反胶束等。 • 浓缩结晶:盐析、有机溶剂、透析、等电点、温度差、金
• 根据α-淀粉酶水解淀粉最终产物的不同, 可以将其 分为糖化型和液化型两种; 糖化型的主要产物是葡 萄糖、 麦芽糖和麦芽三糖等小分子糖, 而液化型 的主要产物是包括麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖 和麦芽五糖等在内的一系列麦芽寡糖。
α-淀粉酶的结构和功能特点
• 由512个氨基酸的单一寡糖链组成，分子量是57.6 kDa
• 耐酸性α-淀粉酶在酒精、食品、医药、化妆品等 领域可望得到充分的发挥和利用。
嗜盐菌α-淀粉酶
• 色盐杆菌属(63)、喜盐芽孢杆菌属(4)、西班牙盐 盒菌(34)、盐单胞菌属(15)和沙鬣蜥芽孢杆菌
• 在高盐度环境中有最佳活性，因此在许多苛刻的 工业生产过程中可以使用
• 大多数嗜盐菌酶相当耐热，并在室温下长期保持 稳定
固体发酵的优点
• SSF也有许多优于SmF的优点，包括先进的生产 能力，更简单的技术，较低的资本投资，较低的 能量需求和较少的污水排量，更好的产品回收和 不产生泡沫，另外，据报道称其是对发展中国家 最适合的方法。
淀粉酶的纯化
• 酶的分离纯化一般包括三个基本步骤：即抽提、纯化、结 晶或制剂。
• 酶的提取:使用盐溶液、酸溶液、碱溶液、有机溶剂等 • 沉淀分离:盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、复合
耐碱性α-淀粉酶
• 许多种微生物都能产生碱性 α-淀粉酶. 这些 α-淀粉酶的最 适反应 pH 分别在8 ~ 11的范围内, pH稳定范围也基本在 6.0~11的碱性环境中。
• 对于加酶洗涤剂, 不耐高pH值的酶种是其不能广泛应用的 限制性因素, 矛盾在于绝大多数洗涤剂配方为碱性条件下 洗涤效果好, 但此时酶活力损失大, 不能充分发挥酶助剂的 功能, 中性条件下酶活力虽然保持较高水平, 但洗涤效果差。
• 菌种：芽孢杆菌属或曲霉属
α-淀粉酶的工业应用
• 3、燃料酒精生产
• 使用分解淀粉的微生物或酶如α-淀粉酶，将淀粉转化成糖，然后发酵， 是用乙醇发酵微生物如酵母菌酿酒酵母将糖转化成乙醇。
• 扣囊复膜酵母和酿酒酵母之间进行原生质体融合而得到该菌种，可直 接由淀粉生产乙醇，而不需要一个单独的糖化过程
淀粉
直链淀粉：α- 1，4糖苷键
支链淀粉：α- 1，4糖苷键，α- 1，6糖苷键
α-淀粉酶的生产
• 液体深层发酵（submerge fermentation, SmF） 是指微生物在液态的培养基中的发酵过程。
• 固态发酵（solid state fermentation, SSF）是指 利用自然底物做碳源及能源，或利用惰性底物做 固体支持物，其体系无水或接近于无水的发酵过 程。
• 三、增大了面包体积, 使面包表皮 色泽良好而稳定;
• 四、减缓了淀粉的老化, 延长了面 包的保鲜时间。
α-淀粉酶的工业应用
• 5、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ织工业
• 淀粉酶用于纺织工业的退浆工艺。α—淀粉酶选择性除去浆糊并不攻 击纺织纤维
• 6、造纸工业
• α—淀粉酶在纸浆和造纸工业中的使用是为了改良纸张涂 层淀粉，也就是为了生产低粘度、高分子量的淀粉。该涂 层的处理方法可以充分地使纸的表面平滑性强，提高纸张 的书写质量
• 5. 由于不易侦测，从发酵工程的观点来看，许多工作都只是在定性或 观察性质，故不易设计反应器，难以量化生产或设计合理化的发酵流 程。
• 6. 固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵。 • 7. 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。而对于发酵罐深层培养具有
生产周期短、产量高、效益大等优点故选用层发酵法生产α-淀粉酶。
• 3. 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针不适用于固 体发酵，pH值、湿度、基质浓度不易调控，Biomass不易量测，每批 次发酵条件不易一致，再现性差。
• 4. 不易以搅拌方式进行质量传递，因此发酵期间，物质的添加无法达 到均匀。
Ca2+的作用
• 普通α-淀粉酶中都含有至少一个 Ca2+，一般通过 和酶分子中的Asp（天冬氨酸）残基形成盐键结 合在一起; Ca2+并不直接参与淀粉水解反应中酶底物络合物的形成, 但它对酶起着维持最适构象的 作用; 失去Ca2+ ，能导致酶的失活或对热、酸或 SDS 等变性因素的稳定性降低; 低浓度金属螯合 剂EDTA 的加入就会明显地降低酶的活性和稳定 性。因此, 在使用这些普通α-淀粉酶的过程中常需 要添加一定浓度的Ca2+溶液, 以保证酶能够维持最 高的活力和稳定性。
耐高温 α-淀粉酶
• 耐高温 α-淀粉酶适合于高温（105~110℃ ）下液化 淀粉, 不仅反应快,淀粉不易形成难溶性颗粒, 而且杂 质容易过滤清除, 液化淀粉一步即可完成,钙离子用量 少, 有利于糖化液精制。
• 耐高温α-淀粉酶在酒精生产的应用中，中温蒸煮、较 高温蒸煮用汽量减少30%左右， 糖化酶减少20-30u/g， 发酵质量在酒度、酸度、挥发酸、还原糖、总糖等方 面均好于高温蒸煮，甲醇含量低，原料出酒率， 淀粉 出酒率提高， 降低酒精成本。
• 碱性α-淀粉酶另外的主要应用领域：纺织工业、人造棉、 人造丝的退浆；进行垃圾处理等。随着酶技术及相关工业 的发展, 耐碱性α-淀粉酶的应用范围将不断扩大。
耐酸性α-淀粉酶
• 一般而言, 大多数α-淀粉酶的最适pH为中性,在淀 粉水解糖化过程中, α-淀粉酶与糖化酶不能同时使 用, 液化与糖化由两个工序来完成。另外, 在酿酒 发酵过程的酸性环境下, α-淀粉酶的活力变得极低 或完全失活, 不利于原材料的有效利用。应用耐酸 性α-淀粉酶, 则可以达到事半功倍的效果。
属离子等。 • 干燥成品:真空、冷冻、喷雾、气流、吸附等。
α-淀粉酶的工业应用
• 1、淀粉转化
• 糊化、液化、糖化 • 菌种：嗜热脂肪芽孢杆菌或地衣芽孢杆菌
• 2、洗涤剂行业
• 将α-淀粉酶渗入洗碗剂和衣物洗涤剂中, 在降低洗涤剂用量的同时, 洗 涤的效能却能提高, 特别对于淀粉类污渍, 效果更加明显。
生产菌种
• 1、细菌淀粉酶 解淀粉芽孢杆菌
• 2、真菌淀粉酶
地衣芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌和 曲霉属和青霉属
• 根据理论水分活度的概念，霉菌α-淀粉酶大多采用固体曲 法生产；细菌α-淀粉酶则以液体深层发酵为主
液体深层发酵
液体深层发酵装置
固态发酵
固态发酵装置
固体发酵的缺点
• 1. 限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较受限，一般 较适合于真菌。
• 淀粉糖工业中需要的是耐高温中性 α-淀粉酶 • 酒精发酵行业中需要的是耐高温酸性α-淀粉酶 • 纺织业中需要的是中温 α-淀粉酶 • 洗涤剂行业需要的是碱性α-淀粉酶等。
谢谢！
• Amizyme®、真菌淀粉酶、BAN® 、α—淀粉酶G9995®
研究热点
• α-淀粉酶通常pH5.5~8.0稳定，pH4下容易失活， 酶活性最适pH5~6，最适温度50~60℃
• 根据酶性质的不同，可以把α-淀粉酶分为耐热α淀粉酶、耐酸α-淀粉酶、耐碱α-淀粉酶、耐盐α淀粉酶
• 由于它们在特定条件下的稳定性，在有关工业中 具有高度的重要性。其中耐热性α-淀粉酶在工业 中已经大规模的使用
酶的热稳定性的影响因素
• 1mmol /L 的钙离子或 50mmol /L 的钠离子能显著 地提高该酶的热稳定性 ;
• 酸性氨基酸具有明显的增强作用 , 碱性氨基酸却 使之降低 ;
• 随着糖浓度的增加 (0～1000mmol/L) , 淀粉酶的 热稳定性呈线性增高 ;
• 当钠离子或钾离子与某些氨基酸或糖类共同存在 时 , 对该淀粉酶的热稳定性表现出了明显的协同 作用
• 4、食品工业
• 淀粉酶在食品加工行业被广泛采用，如烘焙、酿造、消化助剂的配置 以及蛋糕、果汁和淀粉糖浆的生产
• α-淀粉酶已被广泛用于烘焙行业。啤酒或果汁的澄清，或用于动物饲 料的预处理
• 添加真菌α-淀粉酶的面包专用粉, 在制作面包时的优点：
• 一、加快了面团发酵速度, 缩短了 发酵时间;
• 二、改善了面包内部的组织结构, 使面包具有较好的松软度;
• 国际酶学分类编号为EC.3.2.1 • 作用位点： α- 1，4糖苷键 • 含钙酶 • 产物末端残基碳原子构型为α-构型，故称α-淀粉
酶。
α-淀粉酶的立体构造
• 酶蛋白有三个域：A, B和C • A域是最大的，呈现出典型的桶形（β／α）8 超级
结构 ，B域插入A域和C域之间 ，C域具有β折叠 结构
α-淀粉酶在工业上的应用
• α-淀粉酶简介 • α-淀粉酶的结构和功能特点 • 淀粉 • α-淀粉酶的生产 • α—淀粉酶的工业应用 • 研究热点
目录
α-淀粉酶简介
• 1, 4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶 (1, 4-glucan-4glucanohydrolase, EC 3. 2. 1. 1) , 又简称为α-淀 粉酶(amylase) , 能水解淀粉分子内部α-1, 4葡萄 糖苷键
沉淀、选择性变性沉淀 • 离心分离：注意:离心机、离心方法、离心条件等。 • 过滤与膜分离:非膜过滤(粗滤、部分微滤)、膜过滤（大部
分微滤、反渗透、透析、电渗析、）。 • 层析分离:吸附、分配、离子交换、凝胶、亲和、层析聚
焦等。 • 电泳分离:纸电泳、薄层电泳、薄膜电泳、凝胶电泳、自
由电泳、等电聚焦等。 • 萃取分离:有机溶剂、双水相、超临界、反胶束等。 • 浓缩结晶:盐析、有机溶剂、透析、等电点、温度差、金
• 根据α-淀粉酶水解淀粉最终产物的不同, 可以将其 分为糖化型和液化型两种; 糖化型的主要产物是葡 萄糖、 麦芽糖和麦芽三糖等小分子糖, 而液化型 的主要产物是包括麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖 和麦芽五糖等在内的一系列麦芽寡糖。
α-淀粉酶的结构和功能特点
• 由512个氨基酸的单一寡糖链组成，分子量是57.6 kDa
• 耐酸性α-淀粉酶在酒精、食品、医药、化妆品等 领域可望得到充分的发挥和利用。
嗜盐菌α-淀粉酶
• 色盐杆菌属(63)、喜盐芽孢杆菌属(4)、西班牙盐 盒菌(34)、盐单胞菌属(15)和沙鬣蜥芽孢杆菌
• 在高盐度环境中有最佳活性，因此在许多苛刻的 工业生产过程中可以使用
• 大多数嗜盐菌酶相当耐热，并在室温下长期保持 稳定
固体发酵的优点
• SSF也有许多优于SmF的优点，包括先进的生产 能力，更简单的技术，较低的资本投资，较低的 能量需求和较少的污水排量，更好的产品回收和 不产生泡沫，另外，据报道称其是对发展中国家 最适合的方法。
淀粉酶的纯化
• 酶的分离纯化一般包括三个基本步骤：即抽提、纯化、结 晶或制剂。
• 酶的提取:使用盐溶液、酸溶液、碱溶液、有机溶剂等 • 沉淀分离:盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、复合
耐碱性α-淀粉酶
• 许多种微生物都能产生碱性 α-淀粉酶. 这些 α-淀粉酶的最 适反应 pH 分别在8 ~ 11的范围内, pH稳定范围也基本在 6.0~11的碱性环境中。
• 对于加酶洗涤剂, 不耐高pH值的酶种是其不能广泛应用的 限制性因素, 矛盾在于绝大多数洗涤剂配方为碱性条件下 洗涤效果好, 但此时酶活力损失大, 不能充分发挥酶助剂的 功能, 中性条件下酶活力虽然保持较高水平, 但洗涤效果差。
• 菌种：芽孢杆菌属或曲霉属
α-淀粉酶的工业应用
• 3、燃料酒精生产
• 使用分解淀粉的微生物或酶如α-淀粉酶，将淀粉转化成糖，然后发酵， 是用乙醇发酵微生物如酵母菌酿酒酵母将糖转化成乙醇。
• 扣囊复膜酵母和酿酒酵母之间进行原生质体融合而得到该菌种，可直 接由淀粉生产乙醇，而不需要一个单独的糖化过程
淀粉
直链淀粉：α- 1，4糖苷键
支链淀粉：α- 1，4糖苷键，α- 1，6糖苷键
α-淀粉酶的生产
• 液体深层发酵（submerge fermentation, SmF） 是指微生物在液态的培养基中的发酵过程。
• 固态发酵（solid state fermentation, SSF）是指 利用自然底物做碳源及能源，或利用惰性底物做 固体支持物，其体系无水或接近于无水的发酵过 程。
• 三、增大了面包体积, 使面包表皮 色泽良好而稳定;
• 四、减缓了淀粉的老化, 延长了面 包的保鲜时间。
α-淀粉酶的工业应用
• 5、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ织工业
• 淀粉酶用于纺织工业的退浆工艺。α—淀粉酶选择性除去浆糊并不攻 击纺织纤维
• 6、造纸工业
• α—淀粉酶在纸浆和造纸工业中的使用是为了改良纸张涂 层淀粉，也就是为了生产低粘度、高分子量的淀粉。该涂 层的处理方法可以充分地使纸的表面平滑性强，提高纸张 的书写质量
• 5. 由于不易侦测，从发酵工程的观点来看，许多工作都只是在定性或 观察性质，故不易设计反应器，难以量化生产或设计合理化的发酵流 程。
• 6. 固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵。 • 7. 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。而对于发酵罐深层培养具有
生产周期短、产量高、效益大等优点故选用层发酵法生产α-淀粉酶。