淀粉酶类

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三、α—淀粉酶的工业生产
目前工业大规模生产和应的α—淀粉酶主 要来自枯草杆菌、地衣芽孢杆菌、和米 曲霉。
(一)枯草杆菌BF—7658 α—淀粉酶
(二)高温α—淀粉酶
(三)米曲霉固体培养法生产α—淀粉酶
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(一)枯草杆菌BF—7658α—淀粉酶 1、菌种 2、发酵工艺 3、酶的提取
几乎全部形成孢子，接入种子罐。 （2）种子罐培养
37℃，12-14h，培养至对数生长期（细 胞密集、粗壮、整齐）。 （ 3）发酵罐
接种量5％，工艺特点为低浓度发酵高浓 度补料。
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对于固体发酵有以下7个缺点：
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。
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（2）酒精沉淀法制食品级酶
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（3）淀粉吸附酶
将浓缩10倍的酶液拌入淀粉，经筛网摇摆造粒 机成型，在沸腾床干燥而成颗粒状制品，亦可 将浓缩10倍的酶液添加2％的淀粉后喷雾干燥 成粉状酶。
（4）盐析法制工业级粗酶
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(二)高温α-淀粉酶：
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。
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淀粉是由许多葡萄糖分子以α—1．4或α—1．6糖苷键连接 而成的大分子物质。淀粉有直链淀粉和支链淀粉之分。
发酵工艺学-淀粉酶发酵 淀粉酶定义：淀粉酶是指一类能催化分解淀粉(包括糖 原、糊精等)的糖苷键的酶之总称。 包括：α—淀粉酶、β—淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支 酶、麦芽寡糖生成酶等水解酶类和葡萄糖苷转移酶、 环状糊精葡萄糖苷转移酶等。
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1、菌种
枯草杆菌BF—7658于60年代中期投入 生产，经一系列诱变后其产酶水平提 高至500U/ml。
（1）菌株形态 呈短杆状，两端钝圆，单独或成链状。
（2）培养基 淀粉培养基： 马铃薯培养基：
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2、发酵工艺
（1）斜面培养 马铃薯斜面培养基，37℃ ，3天，此时
3、使用
最适温度90-95℃ 最适pH5.5-7.5 每吨淀粉用酶400-600ml，95-100℃ 液化
20min，可使30-40％淀粉糖浆液化，DE
值（还原糖含量）为14-20。
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(三)米曲霉固体培养法生产α—淀粉酶
（1）斜面培养 米曲汁或麦芽汁斜面培养基，32-34℃ ，70-72h，此时几乎菌丝全部布 满斜面，即成熟，接入种子瓶。
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第22章 淀粉酶
α－淀粉酶 β－淀粉酶
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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。
（三）从大豆蛋 白质废水中提 取β-淀粉酶
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第三节 葡萄糖淀粉酶
(EC3．2．1．3系统名：α-1.4葡聚糖葡萄糖水 解酶)
萄糖淀粉酶又称糖化酶，是一种外切酶，它是 从淀粉分子的非还原性末端依次水解α-1.4糖苷 键切下葡萄糖，它亦可水解麦芽糖的α-1.4键和 支链淀粉分支点的α-1.6键(只是水解速度极慢)， 因此从理论上讲，葡萄糖淀粉酶可将淀粉100 ％水解成葡萄糖，故大量用作淀粉的糖化剂。
（一）需要钙离子 （二）pH范围 （三）温度范围 （四）水解极限 （五）分子量及其氨基酸组成
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（一）需要钙离子
大多数α—淀粉酶需要钙离子，钙离子可使α—淀粉酶 保持一定的空间构象，并可增宽其pH范围。NaCL与钙 离子同时存在，可显著提高α—淀粉酶的稳定性。
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二、β-淀粉酶性质
（一）最适pH：植物来源：pH5-6； 细菌来源：pH6-7
（二）作用位点：淀粉的非还原末端α-1.4糖苷键
（三） β-淀粉酶为外切酶 （四）作用淀粉时还原性增加，但粘度不易下降，糊
化缓慢 （五） β-淀粉酶较α-淀粉酶分子量大 （六）水解作用：
1、直链淀粉：可以完全水解成麦芽糖 2、支链淀粉：麦芽糖和大分子β-极限糊精
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一、来源 二、β-淀粉酶性质 三、影响微生物β-淀粉酶产生的因素 四、植物β-淀粉酶的提取
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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。
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高温 α-淀粉酶是指热稳定性在90 ℃以上的α-淀 粉酶，它适宜在高温下（100-110 ℃）将淀粉 液化。近年来高温α—淀粉酶几乎有完全取代 枯草杆菌中温α-淀粉酶的趋势。
1、菌种 2、生产工艺 3、使用
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1、菌种
地衣芽孢杆菌 嗜热脂肪芽孢杆菌 高温放线菌等
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水解产物：
水解直链淀粉，首先将淀粉降解为寡糖、麦芽三糖和麦 芽糖，然后将寡糖、麦芽三糖进一步降解为麦芽糖和葡 萄糖。
水解支链淀粉，由于不能水解α-1.6糖苷键，产物除麦芽 糖、少量葡萄糖外，还有带α-1.6键的小分子极限糊精。
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二、α-淀粉酶的基本性质
（二）黑曲霉以产糖化酶为主，葡萄糖苷转移酶较强， α-淀粉酶较弱。
（三）德氏根霉以产糖化酶为主， α—淀粉酶较强， 不产葡萄糖苷转移酶。
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三、糖化酶的工业生产
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三、影响微生物β-淀粉酶产生的因素
(一) 钙离子对β-淀粉酶有降低稳定性的作 用（但可以增加α-淀粉酶活性）。 (二) －SH 的影响 各种β-淀粉酶都含有－SH，－SH易受封锁 剂作用而使酶失活。
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四、植物β-淀粉酶的提取
（一）麦麸提取 β-淀粉酶
（二）从甘薯淀 粉废液中提取 β-淀粉酶
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一、糖化酶的类型与性质
（一）类型：其生产菌基本都是霉菌，主要有 德氏根霉、黑曲霉、拟内孢霉、米曲霉、臭曲 霉、雪白根酶等。 分为两大类：
一类称为根霉型糖化酶(它对淀粉的水解率为100 ％)。
另一类称为黑曲霉型糖化酶(它对淀粉的水解率为 80％左右) 。
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工艺流程
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第二节 β-淀粉酶
(EC3．2．1．2系统名：α-1.4葡聚糖麦芽糖水解酶)
Β-淀粉酶又称外切型淀粉酶(exoamylase)，它是从淀粉 的非还原性末端以麦芽糖为单位顺次分解α-1.4糖苷键， 同时使切下的麦芽糖还原性末端的葡萄糖残基构型转 变成β型，故称为β-淀粉酶。 Β-淀粉酶不能水解α-1.6糖 苷键，也不能跨越α-1.6糖苷键，水解作用在α-1.6键前 2-3个葡萄糖残基处停止。
（二）pH范围
一般α—淀粉酶的稳pH范围为pH5-10，最适pH 范围为pH5-6。另有少量菌种pH范围比较特殊。
发发酵酵工工艺艺学学-淀-淀粉粉酶酶发发酵酵
（三）温度范围
各种的热稳定性和最适温度也有一定差异。 地衣芽孢杆菌产α—淀粉酶热稳定性最好，最适温度可达
90℃ 。 枯草杆菌产α—淀粉酶最适温度为70℃ 。 霉菌产α—淀粉酶最适温度为50℃。 拟内孢霉所产α—淀粉酶最不稳定， 40℃即会失活。
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。
高温α-淀粉酶
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第一节 α-淀粉酶 第二节 β-淀粉酶 第三节 葡萄糖淀粉酶 第四节 脱支酶
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第一节 α—淀粉酶
(EC3．2．1．1系统名：α-1. 4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶) α-淀粉酶是一种内切酶，它随机地从分子内部切开α-1.4糖
苷键(水解中间的α-1.4键比分子末端的α-1.4键概率大)，遇 到分支点的α-1.6键不能切，但能跨越分支点而切开内部 的α-1.4糖苷键，由于产物的还原性末端葡萄糖残基上的 C1碳原子呈α-构型(光学)，故称这种酶为α—淀粉酶。
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。
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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。
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一、α-淀粉酶的水解反应 二、α-淀粉酶的基本性质 三、α-淀粉酶的工业生产
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一、 α-淀粉酶的水解反应
淀粉在α—淀粉酶的作用下很快被切割成分子 较小的糊精、低聚糖、麦芽糖、葡萄糖等，引 起粘度下降，对碘呈色反应为篮－紫－红－无 色，又叫液化酶。
2、生产工艺
以美国Miles公司生产Takatherm酶为例： （1）发酵培养基：乳糖、大豆粉、棉子粉等。 （2）接种种龄40h的地衣芽孢杆菌（ 5％ ）通风
培养100h （3）压滤、超滤、真空蒸发浓缩5倍 （4）10℃下精滤除菌 （5）加防腐剂，得到成品酶
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提取流程：
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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。
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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。
（2）种子瓶培养（三角瓶） 麦麸玉米粉培养基，32-34℃，70-72h，培养至长出大量菌丝及黄绿色 孢子。
（3）种曲培养（曲盒） 培养基与种子瓶相同，接种量0.5-1.0％，料层厚1cm，培养3天。
（4）厚层通风培养 麦麸谷壳培养基接种量0.5％，34-36 ℃ ，28h。 • （5）产品 培养好的麸曲直接烘干即为工业级粗酶，水浸醇沉后粉碎加糖可作为 助消化药物。
（二）糖化酶的最适pH为4～5，最适反应温度 为50—60℃。
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二、糖化酶产生菌的酶系组成
霉菌产生的淀粉酶是一种复合酶，生产糖化酶的菌种 (霉菌)同时也生产α-淀粉酶和葡萄糖苷转移酶，这三种 酶的比例因菌种不同而异，亦会受营养条件，培养条 件的变化而变化。
（一）米曲霉以产α-淀粉酶为主，生产糖化酶、葡萄 糖苷转移酶较少。
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3、酶的提取
（1）液体浓缩酶 （2）酒精沉淀法制食品级酶 （3）淀粉吸附酶 （4）盐析法制工业级粗酶
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（1）液体浓缩酶
发酵液经絮凝过滤后，用薄膜蒸发器浓缩5倍左右， 加入食盐18-20％，苯甲酸钠0.1-0.3％后再滤清， 即为液体酶（室温保存3个月，失活<10%）。
发酵Leabharlann Baidu艺学-淀粉酶发酵
（四）水解极限
水解极限:当水解液中还原性不再增加时的水解 率，称为该酶的水解极限。
各种酶的水解极限随产酶菌种不同有一定差异。 水解不同来源的淀粉（支链、直链淀粉含量不
同）水解极限也不同。
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（五）分子量及其氨基酸组成
α-淀粉酶的分子量约为50000左右，但不同来源的 酶其分子量和氨基酸组成也有所不同，共同点是 含硫氨基酸（如蛋氨酸、胱氨酸）较少，而二羰 酸氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸）含量较高。