α-淀粉酶
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α-淀粉酶
生物工程2班 姜山 20114720210 刘明辉 20114720218
α淀粉酶的发酵生产及应用
1
淀粉酶
• 淀粉酶又称糖化 酶，广泛分布于 动物、植物和微 生物中，分α、β 型两大类，是工 业生产中应用最 为广泛的酶制剂 之一。
α淀粉酶的发酵生产及应用
2
• α-淀粉酶分布十分 广泛，遍及微生物 至高等植物。α-淀 粉酶是一种十分重 要的酶制剂，大量 应用于粮食加工、 食品工业、酿造、 发酵、纺织品工业 和医药行业等，是 应用最为广泛的酶 制剂之一。
α淀粉酶的发酵生产及应用
8
1949年日本采用深层通风培养法生产α－淀 粉酶。 1959年, 日本采用淀粉酶和糖化酶进行淀粉 的液化和糖化, 确定了酶法制造葡萄糖浆的工 艺, 革除了沿用100年酸水解工业, 使淀粉出 糖率由80% 提高到100% 。 1973耐热性α－淀粉酶投人生产。从此淀粉 酶的生产又进入了一个新阶段
α淀粉酶的发酵生产及应用
5
发现史和应用史
在19世纪早期，许多科学家都在研究谷物提取物 中淀粉的消化机理。Nasse（1811年）发现， 从生物体中提取的淀粉能过被转化为糖，而从被 沸水杀死的植物细胞中提取的淀粉不能被转化为 糖。 Payen和Persoz（1833年）发现在发酵液的 酒精析出物中含有一种对热不稳定的物质，它能 使淀粉转化为糖。他们将其称为“diastase” ，它就是现代所说的淀粉酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用 21
保藏菌种
斜面活化
摇瓶种子 培养
厚层通风 发酵
种子罐扩 大培养
粗制品 沉淀 收集滤液 过滤
烘干 抽提 麸曲
离心
洗涤沉淀
风干
粉碎
精制品
α淀粉酶的发酵生产及应用
22
固体发酵缺点
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。 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。 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针
α淀粉酶的发酵生产及应用
10
• 作用温度范围60~90℃，最适宜作用温度60~70， 作用pH值范围为5.5~7.0，最适pH值为6.0。 Ca2+具有一定的激活、提高淀粉酶活力的能力， 并且对其稳定性的提高也有一定效果。可催化水 解a-1,4糖苷键，但只能催化水解直链淀粉，生成 a-麦芽糖和少量葡萄糖。 • 主要存在于人的唾液和胰脏中，也存在于麦芽、 芽孢杆菌、枯草杆菌、黑曲霉和米曲霉中。可由 米曲霉、嗜酸性普鲁士蓝杆菌、淀粉液化杆菌、 地衣芽孢杆菌和枯草杆菌分别经发酵、精制、干 燥而得。 α淀粉酶的发酵生产及应用
15
• 按 产物不同 可将其分为糖化型和液化型两 种。液化型α-淀粉酶能将淀粉快速液化， 其终产物为寡聚糖和糊精；而糖化型α-淀 粉酶有较强的酶切活性，在水解可溶性淀 粉时，随解时间的延长而产生寡聚糖，麦 芽糖直至葡萄糖。
α淀粉酶的发酵生产及应用
16
工业生产
枯草杆菌BF7658是我国应用广泛的液化型α-淀粉 酶菌种，普遍采用深层发酵法生产工业粗酶。
期时，以0. 5%接种量接入固体培养基（麸皮、米糠、豆饼 粉、火碱、水；ph=7左右，常压汽蒸一小时，冷却到38～
40℃）在厚层通风制曲箱内，通风保持37～42℃，培养48小
时出曲风干。 麸曲用1％食盐水3～4倍浸泡，3小时后过滤，调节滤液
pH=8，加硫酸铵溶液沉淀酶，经离心，用浓酒精洗涤脱水，
40℃烘干、磨粉即为成品。
α淀粉酶的发酵生产及应用
17
固体培养枯草杆菌BF7658—1生产α-淀粉酶
深层发酵法生产α-淀粉酶
α淀粉酶的发酵生产及应用
18
固体培养枯草杆菌BF7658—1生产α-淀粉酶
将菌种接种于马铃薯琼脂斜面，37℃培养三天，然后转 接到种子液体培养基上 （豆饼粉、玉米粉、酵母膏、蛋白
胨火碱、水等），摇瓶培养一定时间，当菌体进入对数生长
固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵。
萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。
α淀粉酶的发酵生产及应用
24
工业应用
面包烘烤工业，做为保鲜剂 淀粉的液化和糖化作用 淀粉脱浆 造纸中改变粘度
除垢剂中使用
α淀粉酶的发酵生产及应用
25
α淀粉酶的发酵生产及应用
26
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。
α淀粉酶的发酵生产及应用 23
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。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。
11
非还原端 残基
两个葡萄糖单位之间 的1，4-糖苷键
α淀粉酶的发酵生产及应Βιβλιοθήκη Baidu 12
分类
• 按照 使用条件 可以分为中温型，高温型， 耐酸耐碱型.
• 按 产生菌不同 可以分为细菌、真菌、植物 和动物淀粉酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用
13
α淀粉酶的发酵生产及应用
14
α淀粉酶的发酵生产及应用
高温α-淀粉酶
α淀粉酶的发酵生产及应用 9
理化性质
α淀粉酶是一种内切葡萄糖苷酶，属于淀粉酶α淀 粉酶催化水解淀粉会使淀粉黏度迅速下降，所以 又称为液化淀粉酶。
米黄色、灰褐色粉末。能水解淀粉中的a-1,4葡 萄糖苷键。能将淀粉切断成长短不一的短链糊精 和少量的低分子糖类，从而使淀粉糊的黏度迅速 下降，即起到降低粘稠度和“液化”的作用，所 以此类淀粉酶又称液化酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用 3
•
α －淀粉酶：在淀粉分子 内部任意水解α -1.4糖苷 键。（内切酶）
α －淀粉 酶
• β － 淀粉 酶 : 从非 还 原端 开始，水解α －１.4糖苷 键，依次水解下一个β － 麦芽糖单位（外切酶）
β －淀粉酶
α淀粉酶的发酵生产及应用
4
• α-淀粉酶（α-Amylase）广泛分布于动物 （唾液、胰脏等）、植物（麦芽、山萮菜） 及微生物。其国际酶学分类编号为 (EC3.2.1.1) • 现在α-淀粉酶泛指能够从淀粉分子内部随 机切开α-1，4糖苷键，起液化作用的一类 酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用 6
1886年，Lintner发现了两种淀粉酶-淀粉液 化酶和淀粉糖化酶。1924年，Kuhn将淀粉水 解酶归为两类。 1894 年Tadamin用麸皮培养米曲霉制造淀 粉酶作为消化剂, 建立了高峰制药厂。
α淀粉酶的发酵生产及应用
7
1913年法国Bioden与Effront 发明用枯草 杆菌生产α－淀粉酶, 以其耐热性取代了麦芽淀 粉酶用于棉布的退浆, 创建了Rapedase工厂 。从此酶制剂工业揭开序幕。 第二次世界大战后, 随着抗生素工业的发展,微生 物的培养技术、发酵工艺和发酵罐的革新, 酶制 剂工业有了飞跃的发展, 进人了工业化大生产的 阶段。
α淀粉酶的发酵生产及应用 20
深层发酵法生产α-淀粉酶 • 停止补料后6～8小时罐温不再上升，菌体衰老， 80％形成空泡，每2～3小时取样分析一次，当酶 活不再升高，可结束发酵。而后向发酵液中添加 2%CaCl2，0.8%Na2HPO4，50～55℃加热处理 30分钟，以破坏共存的蛋白酶，促使胶体凝聚而 易于过滤。冷却到35℃，加入硅藻土为助滤剂过 滤。滤液加2.5倍水洗涤，洗涤同发酵液混合，真 空浓缩数倍后，加（NH4）2SO4盐析，盐析物加 硅藻土后压滤，滤饼于40℃烘干，磨粉而成。按 此工艺，由酶液到粉状酶制剂的收率为70％。
α淀粉酶的发酵生产及应用 19
深层发酵法生产α-淀粉酶 • 斜面菌种制法同前。将试管斜面菌种接种到马铃 薯茄子饼斜面（培养基同前种子培养基），37℃ 培养三天，使之形成芽孢，以提高种子的稳定性。 然后接种到500升种子罐，37℃搅拌通风培养 12～14小时。当菌体进入对数生长期（镜检细胞 密集、粗壮整齐、大多数细胞单独存在，少数呈 链状，发酵液=6.3～6.8，酶活5～10单位∕毫升） 时，乃转入10000升发酵罐，37℃，通风，搅拌， 培养40～48小时。中途三倍碳源的培养基补料， 体积相当于基础料的1∕3，从培养12小时开始，每 小时一次，分30余次添加完毕。
生物工程2班 姜山 20114720210 刘明辉 20114720218
α淀粉酶的发酵生产及应用
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淀粉酶
• 淀粉酶又称糖化 酶，广泛分布于 动物、植物和微 生物中，分α、β 型两大类，是工 业生产中应用最 为广泛的酶制剂 之一。
α淀粉酶的发酵生产及应用
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• α-淀粉酶分布十分 广泛，遍及微生物 至高等植物。α-淀 粉酶是一种十分重 要的酶制剂，大量 应用于粮食加工、 食品工业、酿造、 发酵、纺织品工业 和医药行业等，是 应用最为广泛的酶 制剂之一。
α淀粉酶的发酵生产及应用
8
1949年日本采用深层通风培养法生产α－淀 粉酶。 1959年, 日本采用淀粉酶和糖化酶进行淀粉 的液化和糖化, 确定了酶法制造葡萄糖浆的工 艺, 革除了沿用100年酸水解工业, 使淀粉出 糖率由80% 提高到100% 。 1973耐热性α－淀粉酶投人生产。从此淀粉 酶的生产又进入了一个新阶段
α淀粉酶的发酵生产及应用
5
发现史和应用史
在19世纪早期，许多科学家都在研究谷物提取物 中淀粉的消化机理。Nasse（1811年）发现， 从生物体中提取的淀粉能过被转化为糖，而从被 沸水杀死的植物细胞中提取的淀粉不能被转化为 糖。 Payen和Persoz（1833年）发现在发酵液的 酒精析出物中含有一种对热不稳定的物质，它能 使淀粉转化为糖。他们将其称为“diastase” ，它就是现代所说的淀粉酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用 21
保藏菌种
斜面活化
摇瓶种子 培养
厚层通风 发酵
种子罐扩 大培养
粗制品 沉淀 收集滤液 过滤
烘干 抽提 麸曲
离心
洗涤沉淀
风干
粉碎
精制品
α淀粉酶的发酵生产及应用
22
固体发酵缺点
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。 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。 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针
α淀粉酶的发酵生产及应用
10
• 作用温度范围60~90℃，最适宜作用温度60~70， 作用pH值范围为5.5~7.0，最适pH值为6.0。 Ca2+具有一定的激活、提高淀粉酶活力的能力， 并且对其稳定性的提高也有一定效果。可催化水 解a-1,4糖苷键，但只能催化水解直链淀粉，生成 a-麦芽糖和少量葡萄糖。 • 主要存在于人的唾液和胰脏中，也存在于麦芽、 芽孢杆菌、枯草杆菌、黑曲霉和米曲霉中。可由 米曲霉、嗜酸性普鲁士蓝杆菌、淀粉液化杆菌、 地衣芽孢杆菌和枯草杆菌分别经发酵、精制、干 燥而得。 α淀粉酶的发酵生产及应用
15
• 按 产物不同 可将其分为糖化型和液化型两 种。液化型α-淀粉酶能将淀粉快速液化， 其终产物为寡聚糖和糊精；而糖化型α-淀 粉酶有较强的酶切活性，在水解可溶性淀 粉时，随解时间的延长而产生寡聚糖，麦 芽糖直至葡萄糖。
α淀粉酶的发酵生产及应用
16
工业生产
枯草杆菌BF7658是我国应用广泛的液化型α-淀粉 酶菌种，普遍采用深层发酵法生产工业粗酶。
期时，以0. 5%接种量接入固体培养基（麸皮、米糠、豆饼 粉、火碱、水；ph=7左右，常压汽蒸一小时，冷却到38～
40℃）在厚层通风制曲箱内，通风保持37～42℃，培养48小
时出曲风干。 麸曲用1％食盐水3～4倍浸泡，3小时后过滤，调节滤液
pH=8，加硫酸铵溶液沉淀酶，经离心，用浓酒精洗涤脱水，
40℃烘干、磨粉即为成品。
α淀粉酶的发酵生产及应用
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固体培养枯草杆菌BF7658—1生产α-淀粉酶
深层发酵法生产α-淀粉酶
α淀粉酶的发酵生产及应用
18
固体培养枯草杆菌BF7658—1生产α-淀粉酶
将菌种接种于马铃薯琼脂斜面，37℃培养三天，然后转 接到种子液体培养基上 （豆饼粉、玉米粉、酵母膏、蛋白
胨火碱、水等），摇瓶培养一定时间，当菌体进入对数生长
固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵。
萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。
α淀粉酶的发酵生产及应用
24
工业应用
面包烘烤工业，做为保鲜剂 淀粉的液化和糖化作用 淀粉脱浆 造纸中改变粘度
除垢剂中使用
α淀粉酶的发酵生产及应用
25
α淀粉酶的发酵生产及应用
26
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。
α淀粉酶的发酵生产及应用 23
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。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。
11
非还原端 残基
两个葡萄糖单位之间 的1，4-糖苷键
α淀粉酶的发酵生产及应Βιβλιοθήκη Baidu 12
分类
• 按照 使用条件 可以分为中温型，高温型， 耐酸耐碱型.
• 按 产生菌不同 可以分为细菌、真菌、植物 和动物淀粉酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用
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α淀粉酶的发酵生产及应用
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α淀粉酶的发酵生产及应用
高温α-淀粉酶
α淀粉酶的发酵生产及应用 9
理化性质
α淀粉酶是一种内切葡萄糖苷酶，属于淀粉酶α淀 粉酶催化水解淀粉会使淀粉黏度迅速下降，所以 又称为液化淀粉酶。
米黄色、灰褐色粉末。能水解淀粉中的a-1,4葡 萄糖苷键。能将淀粉切断成长短不一的短链糊精 和少量的低分子糖类，从而使淀粉糊的黏度迅速 下降，即起到降低粘稠度和“液化”的作用，所 以此类淀粉酶又称液化酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用 3
•
α －淀粉酶：在淀粉分子 内部任意水解α -1.4糖苷 键。（内切酶）
α －淀粉 酶
• β － 淀粉 酶 : 从非 还 原端 开始，水解α －１.4糖苷 键，依次水解下一个β － 麦芽糖单位（外切酶）
β －淀粉酶
α淀粉酶的发酵生产及应用
4
• α-淀粉酶（α-Amylase）广泛分布于动物 （唾液、胰脏等）、植物（麦芽、山萮菜） 及微生物。其国际酶学分类编号为 (EC3.2.1.1) • 现在α-淀粉酶泛指能够从淀粉分子内部随 机切开α-1，4糖苷键，起液化作用的一类 酶。
α淀粉酶的发酵生产及应用 6
1886年，Lintner发现了两种淀粉酶-淀粉液 化酶和淀粉糖化酶。1924年，Kuhn将淀粉水 解酶归为两类。 1894 年Tadamin用麸皮培养米曲霉制造淀 粉酶作为消化剂, 建立了高峰制药厂。
α淀粉酶的发酵生产及应用
7
1913年法国Bioden与Effront 发明用枯草 杆菌生产α－淀粉酶, 以其耐热性取代了麦芽淀 粉酶用于棉布的退浆, 创建了Rapedase工厂 。从此酶制剂工业揭开序幕。 第二次世界大战后, 随着抗生素工业的发展,微生 物的培养技术、发酵工艺和发酵罐的革新, 酶制 剂工业有了飞跃的发展, 进人了工业化大生产的 阶段。
α淀粉酶的发酵生产及应用 20
深层发酵法生产α-淀粉酶 • 停止补料后6～8小时罐温不再上升，菌体衰老， 80％形成空泡，每2～3小时取样分析一次，当酶 活不再升高，可结束发酵。而后向发酵液中添加 2%CaCl2，0.8%Na2HPO4，50～55℃加热处理 30分钟，以破坏共存的蛋白酶，促使胶体凝聚而 易于过滤。冷却到35℃，加入硅藻土为助滤剂过 滤。滤液加2.5倍水洗涤，洗涤同发酵液混合，真 空浓缩数倍后，加（NH4）2SO4盐析，盐析物加 硅藻土后压滤，滤饼于40℃烘干，磨粉而成。按 此工艺，由酶液到粉状酶制剂的收率为70％。
α淀粉酶的发酵生产及应用 19
深层发酵法生产α-淀粉酶 • 斜面菌种制法同前。将试管斜面菌种接种到马铃 薯茄子饼斜面（培养基同前种子培养基），37℃ 培养三天，使之形成芽孢，以提高种子的稳定性。 然后接种到500升种子罐，37℃搅拌通风培养 12～14小时。当菌体进入对数生长期（镜检细胞 密集、粗壮整齐、大多数细胞单独存在，少数呈 链状，发酵液=6.3～6.8，酶活5～10单位∕毫升） 时，乃转入10000升发酵罐，37℃，通风，搅拌， 培养40～48小时。中途三倍碳源的培养基补料， 体积相当于基础料的1∕3，从培养12小时开始，每 小时一次，分30余次添加完毕。