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发酵制品:淀粉酶的分类及应用
时间:2022-08-30
    淀粉酶的概述
    淀粉酶属于水解酶类,是催化淀粉、糖原、糊精中糖苷键水解的一类酶的总称。淀粉酶广泛分布于自然界,几乎所有植物、动物和微生物都含有淀粉酶。通常通过淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料,由于淀粉酶的高性及专一性,酶退浆的退浆率高,退浆快,污染少,产品比酸法、碱法更柔软,且不损伤纤维。淀粉酶的种类很多,根据织物不同,设备组合不同,工艺流程也不同,所用的退浆方法有浸渍法、堆置法、卷染法、连续洗等,由于淀粉酶退浆机械作用小,水的用量少,可以在低温条件下达到退浆效果,具有鲜明的环保特色。
    淀粉酶是研究较多、生产早、产量大和应用广泛的一种酶。特别是20世纪60年代以来,由于淀粉酶在淀粉糖工业生产和食品工业中的大规模应用,酶的需求量与日俱增,虽然到目前为止,各类新酶层出不穷,总产量也在不断增加,但淀粉酶的产量仍旧占到整个酶制剂产量的50%以上。
    淀粉酶的分类
    按微生物来源划分:
    可分为细菌淀粉酶、真菌淀粉酶、霉菌淀粉酶。
    按反应温度划分:
    可分为中温淀粉酶和高温淀粉酶,中温淀粉酶在70度,高温淀粉酶在90~105度。
    按水解淀粉不同位置划分:
    可分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶(糖化酶)、异淀粉酶。
    1.α-淀粉酶
    α-淀粉酶(α-amylase)又称为液化型淀粉酶,是一种催化淀粉水解生成糊精的淀粉酶。该酶作用于淀粉和糖原时,所产生的还原糖在光学结构上是α-型的,所以将此酶叫做α-淀粉酶。
    α-淀粉酶(α-1,4-D-葡萄糖-葡萄糖苷水解酶)普遍分布在动物、植物和微生物中,是一种重要的淀粉水解酶,主要机理是以随机作用方式切断淀粉、糖原、寡聚或多聚糖分子内的葡萄糖苷键,产生麦芽糖、低聚糖和α-1,4葡萄糖等,是工业生产中应用为广泛的酶制剂之一。
    2.β-淀粉酶
    β-淀粉酶(β-Amylase)又称为麦芽糖苷酶,是一种外切酶。系统名称为1,4-α-D-葡聚糖麦芽糖水解酶(1,4-α-D-Glucan maltohydrolase,EC.3.2.1.2)。他作用于淀粉时从淀粉链的非还原端开始,作用于α-1,4-糖苷键,顺次切下麦芽糖单位,由于该酶作用于底物时发生沃尔登转位反应(Walden inversion),使生成的麦芽糖由α-型转为β-型,故称β-淀粉酶。
β-淀粉酶广泛存在于大多数高等植物中,如大麦、小麦、甘薯和大豆等中。哺乳动物中不存在β-淀粉酶。微生物的β-淀粉酶从其对淀粉的作用来看,与高等植物的β-淀粉酶大体上是一致的,而在耐热方面却优于高等植物的β-淀粉酶,更适于工业应用。
    3.葡萄糖淀粉酶
    葡萄糖淀粉酶(E.C.3.2.1.3)系统名为α-1,4-葡聚糖-葡萄糖水解酶,又称γ-淀粉酶,他能将淀粉全部水解为葡萄糖,习惯上称之为糖化酶。葡萄糖淀粉酶是一种重要的工业酶制剂,是中国产量大的酶种。
葡萄糖淀粉酶只存在于微生物界,许多霉菌都可以生产葡萄糖淀粉酶,它是一用150m3大发酵罐大量廉价生产的酶,因为其培养条件不适于杂菌生长,污染杂菌问题较少。
    4.异淀粉酶

    异淀粉酶又称淀粉α-1,6-糖苷键的脱支酶(EC.3.2.1.68),此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1,6-糖苷键,将支链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。


    产生淀粉酶的菌类
    1、α-淀粉酶主要由枯草杆菌、芽孢杆菌、吸水链霉菌、黑曲霉、扩展青霉、米曲霉和根霉发酵提纯而成;
    2、β-淀粉酶主要由巨大芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、假单胞菌、链霉菌、曲霉、根霉和内孢霉发酵提纯而成;
    3、糖化酶主要由根霉、黑曲霉、拟内孢霉、红曲霉以及雪白根霉、德氏根霉、黑曲霉、泡盛曲霉、海枣曲霉、臭曲霉、红曲霉等的变异株发酵提纯而成;
    4、异淀粉酶主要是由嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌发酵提纯而成。
淀粉酶的应用领域
    1.α-淀粉酶
    面制品加工领域:
    加入真菌α-淀粉酶可增强酵母的繁殖能力,可以缩短面包面团的发酵时间。
    工业生产领域:
    分别以玉米和木薯淀粉为原料,采用α-淀粉酶和不同枝切酶的双酶协同作用,研究适合工业化生产麦芽低聚糖的工艺。
    医药工业领域:
    有助于卵巢癌与卵巢良性肿瘤的鉴别诊断;为龋病的病因学研究和预防提供了理论依据;黑曲霉α-淀粉酶因具有耐酸性,适用于制造助消化的药物,开发适合于胃酸性环境的耐酸性α-淀粉酶,用于制备消化助剂,将会使医疗效果更为有效。
    2.β-淀粉酶
    食品加工领域:
    用于生产淀粉糖、麦芽糖浆、饴糖、高麦芽糖浆、麦芽糖醇,替代真α菌淀粉酶节约成本。
    工业生产领域:
    在制醋时常用β-淀粉酶代替部分麸曲节省成本,在白酒和其他工业中也可以用其作糖化剂。
    医药工业领域:
    β-淀粉酶的一个重要用途是制造麦芽糖,医学上常用该酶和α-淀粉酶一道作为消化剂使用。
    3.葡萄糖淀粉酶
    食品加工领域:
    通常用做淀粉的糖化剂,故习惯上称之为糖化酶。该酶广泛用于酿酒和食品发酵工业中。
    工业生产领域:
    通常用作酒精发酵工业中。
    4.异淀粉酶
    糖类研究领域:
    异淀粉酶对α-1,6-糖苷键所处位置的严格要求,使他成为研究糖类结构很有价值的工具。
    饲料使用领域:
    在饲料的谷物淀粉中,直链淀粉含量仅占20%,支链淀粉含量高达80%,而α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶都不能迅速地水解支链淀粉,添加适量的异淀粉酶使其转变为直链淀粉,使其更利于其他淀粉酶的水解,提高谷物淀粉的利用率。
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