《食用水产品》课件第五章糖酶

1、第五章 糖酶第一节 淀粉酶第二节 乳糖酶第三节 果胶酶第四节 纤维素酶第五节 蔗糖酶第六节 葡萄糖异构酶第七节 木聚糖酶第八节 葡聚糖酶第一节 淀粉酶糖酶中的淀粉酶是用途最广、产量最大的一种酶。淀粉酶是能催化淀粉水解转化成葡萄糖、麦芽糖及其他低聚糖的一群酶的总称。淀粉的相关概念（1）直链淀粉和支链淀粉：淀粉是由葡萄糖通过-1.4糖苷键构成的直链淀粉和-1.6糖苷键结合的支链淀粉所组成。不同的淀粉酶对糖苷键具有选择性（2）淀粉的糊化与老化淀粉颗粒一般不被或者很少量的被淀粉酶水解。淀粉酶水解淀粉前一定要先将生淀粉糊化；淀粉老化后，形成不溶性胶束的那部分淀粉就不能被淀粉酶水解。（3）抗性淀粉在小肠中

2、不能被酶解，但在人的肠胃道结肠中可以与挥发性脂肪酸起发酵反应的一类淀粉。直链淀粉容易老化形成抗性淀粉。功能性：糖尿病食品淀粉酶的定义淀粉酶定义：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：淀粉酶、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。 一、淀粉酶二、淀粉酶三、葡萄糖淀粉酶四、脱支酶 一、 淀粉酶 (EC3211系统名：1. 4葡聚糖4葡聚糖水解酶)淀粉酶是一种内切酶，它随机地从分子内部切开14糖苷键(水解中间的14键比分子末端的14键概率大)，遇到分支点的16键不能切，但能跨越分支点而切开内部的14糖苷键

3、，由于产物的还原性末端葡萄糖残基上的C1碳原子呈构型(光学)，故称这种酶为淀粉酶。 （一）、 淀粉酶的水解反应（二）、 淀粉酶的基本性质（三）、淀粉酶的活力测定（四）、 淀粉酶的应用（一）淀粉酶的水解反应淀粉在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。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-1.6糖苷键，产物除麦芽糖、少量葡萄糖外，还有带-1.6键的小分子极限糊精。（二）淀粉酶的基本性质 1 需要钙离子2 pH范围3

4、温度范围4 水解极限5 分子量及其氨基酸组成 1 需要钙离子 大多数淀粉酶需要钙离子，钙离子可使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，可显著提高淀粉酶的稳定性。2 pH范围一般淀粉酶的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。3 温度范围各种的热稳定性和最适温度也有一定差异。地衣芽孢杆菌产淀粉酶热稳定性最好，最适温度可达90 。枯草杆菌产淀粉酶最适温度为70 。霉菌产淀粉酶最适温度为50。拟内孢霉所产淀粉酶最不稳定， 40即会失活。4 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

5、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。5 分子量及其氨基酸组成 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。（三）、淀粉酶的活力测定1、原理-淀粉酶能将淀粉分子键的-1，4葡萄糖苷键任意切断成长短不一的短链糊精，以及少量麦芽糖和葡萄糖，而使淀粉对碘呈蓝紫色特异反应逐渐消失，以该颜色消失的速度计算酶的活力。 实验步骤 (continued)2、试剂1）、原碘液 称取碘5.5g，碘化钾11g，先用少量蒸馏水使碘完全溶解后定容

6、至250ml，贮存于棕色瓶中。2）、稀碘液 取原碘液1ml，加入碘化钾10g，用蒸馏水溶解定容至225ml，贮于棕色瓶中。3）、2%可溶性淀粉 精确称取2g可溶性淀粉（以绝干计），然后用少量蒸馏水调匀，徐徐倾于煮沸的蒸馏水中，加热煮沸至透明为止，冷却定容至100ml。（注意：此溶液需当天配置）实验步骤 (continued)4）、0.02mol/L pH6.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液 称取磷酸氢二钠（Na2HPO4H2O）4.52g和柠檬酸(C6H8O7H2O)0.807g,用蒸馏水溶解定容至100ml，配好后应以酸度计或精密试纸校正pH。5）、标准终点色溶液 A液：精确称取氯化钴（CoCl6

7、H2O）4.02439g和重铬酸钾（K2Cr2O7）0.04878g，以蒸馏水定容至50ml。 B液：精确称取铬黑T（C20H12N2NaO7S）5mg,以蒸馏水溶解定容至50ml 使用时取A液40ml于B液50ml混合。此混合液宜冰箱保存，使用15天后需要重新配制。 实验步骤 (continued)3、操作步骤1) 发酵液经5000rpm离心10min，取上清，作为供试酶液。2) 测定：A) 取2ml标准终点色溶液滴于白瓷板空穴内，作为比较颜色的标准。B）取10ml 2%可溶性淀粉和10ml pH6.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，放于大试管中，在60恒温水浴中预热45min。然后加入酶液1ml

8、，立即记录时间，充分摇匀。定时用滴管取反应液约0.5ml，滴于预先充满比色稀碘液(约1.5ml）的磁板空穴内，当穴内颜色反应由紫色逐渐变为红棕色，与标准终点色相同时，即为反应终点，并记录时间t (min)。实验步骤 (continued)4、计算酶活酶活用1ml酶液于60，pH6.0的条件下，1h液化可溶性淀粉的克数来表示g可溶性淀粉/mlh酶活力单位= 60/t102%实验步骤 (continued)1.1面包焙烤工业面粉中添加-淀粉酶不仅可以增加发酵率、降低生面团黏度（改进产品的体积和质地），增加生面团中糖的含量，改良面包的口感、外皮颜色和焙烤质量，还可以延长焙烤食品的保鲜时间。（四）、

9、淀粉酶的应用1.2淀粉的液化作用和糖化作用-淀粉酶的主要市场是淀粉水解的产物，如葡萄糖和果糖。淀粉被转化为高果糖玉米糖浆（HFCS）。由于它们的高甜度，被用于饮料工业中软饮料的甜味剂。1.3 纤维脱浆1.4 造纸工业1.5 除垢剂中的应用1.6 制药和临床化学分析现代纤维制造工艺在编织过程中会在纱线中产生大量的细菌，为防止这些纱线断裂，往往会在纱线的表面加1层可去除的保护层。这些表面层的材料有很多种，淀粉是非常好的一个选择，因为它便宜、容易获取，并且可以很容易去除。淀粉脱浆可以利用-淀粉酶，它能有选择性地去除淀粉浆而不伤害纱线纤维，还能随机地使淀粉降解为易溶于水的糊精，因而容易被洗掉。淀粉酶在

10、造纸工业中的用途主要是改良纸张涂层淀粉。纸张上的浆糊主要是保护纸张在处理过程中免于机械损伤，它同样也改良了成品纸的质量。浆糊提高了纸张的硬度和强度，增强了纸张的可擦除性，是一种很好的纸张涂料。当纸张穿过2个轧辊时，淀粉浆被加入纸张。这个过程的温度控制在4560，需要淀粉有稳定的黏度。研磨同样可以根据不同纸张等级控制淀粉的黏度。自然界的淀粉浓度对于纸张上浆来说太高，可以利用-淀粉酶部分降解淀粉来调节。酶是现代高效除垢剂的成分之一。酶在除垢剂中最大的功能就是使除垢剂更温和无害。早期自动洗碗机的除垢剂非常粗糙，易在进食时对人体造成伤害，而且对陶瓷、木质餐具也会造成损害。-淀粉酶从1975年就被应用于

11、制造洗衣粉。现在，90%液体除垢剂都含有-淀粉酶，而且自动洗碗机的除垢剂对-淀粉酶的需求也在不断增长。-淀粉酶对Ca2+过于敏感，在低Ca2+的环境下稳定性很差，这限制了-淀粉酶在除垢剂中的应用。并且，大多数野生型菌株所产生的-淀粉酶对作为除垢剂原料的氧化剂也过于敏感。在家用除垢剂中，可通过增加一些工艺步骤进行改善。国内外研究机构及其主要研究方向四川大学，主要研究-淀粉酶的生产菌株及其培养条件；江南大学，主要研究-淀粉酶的结构以及应用性能，如耐热性、耐酸性西北大学，主要研究-淀粉酶的变性机理以及环境对-淀粉酶的影响；华南理工大学，主要研究-淀粉酶的固定化和动力性质；加拿大的University

12、 of British Columbia，他们对人胰腺的-淀粉酶结构和作用机理进行了深入的研究；丹麦的Carlsberg实验室主要研究大麦-淀粉酶结构域与结合位点；美国的Western RegionalResearch Center主要研究大麦的-淀粉酶与抗菌素的作用以及大麦-淀粉酶的活性位点等。二、 淀粉酶(EC3212系统名：14葡聚糖麦芽糖水解酶)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14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型，故称为淀粉酶。 淀粉酶不能水解16糖苷键，也不能跨越16糖苷键，水解作用在16键前2

13、-3个葡萄糖残基处停止。（一）、来源（二）、淀粉酶性质（三）、影响微生物淀粉酶产生的因素（四）、植物淀粉酶的提取（一）、来源 淀粉酶广泛存在于大麦、小麦甘薯、大豆等高等植物中，目前商品淀粉酶绝大部份均是从植物中提取的，芽孢杆菌淀粉酶生产量极低。（ ）（二）、淀粉酶性质1）最适pH：植物来源：pH5-6； 细菌来源：pH6-72）作用位点：淀粉的非还原末端14糖苷键3） 淀粉酶为外切酶4）作用淀粉时还原性增加，但粘度不易下降，糊化缓慢5） 淀粉酶较淀粉酶分子量大6）水解作用： 1、直链淀粉：可以完全水解成麦芽糖 2、支链淀粉：麦芽糖和大分子极限糊精（三）、影响微生物淀粉酶产生的因素1） 钙离子对

14、淀粉酶有降低稳定性的作用（但可以增加淀粉酶活性）。2） SH 的影响 各种淀粉酶都含有SH，SH易受封锁剂作用而使酶失活。 （四）、植物淀粉酶的提取1）麦麸提取淀粉酶2）从甘薯淀粉废液中提取淀粉酶3）从大豆蛋白质废水中提取淀粉酶 三、 葡萄糖淀粉酶(EC3213系统名：14葡聚糖葡萄糖水解酶)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14糖苷键切下葡萄糖，它亦可水解麦芽糖的14键和支链淀粉分支点的16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。以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖以支链淀粉为底物时，不完全，有葡萄糖，可能

15、还有-限制糊精，如有-淀粉酶参与可使支链淀粉完全降解。 （一）、糖化酶的类型与性质 1）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) 。2）糖化酶的最适pH为45，最适反应温度为5060。（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。1）米曲霉以产淀粉酶为主，生产糖化酶、葡萄糖苷转移酶较少。2

16、）黑曲霉以产糖化酶为主，葡萄糖苷转移酶较强，淀粉酶较弱。3）德氏根霉以产糖化酶为主， 淀粉酶较强，不产葡萄糖苷转移酶。四、 脱支酶 (Debranching Enzyme)脱支酶是专一性水解支链淀粉或糖原的16糖苷键，从而将侧枝切下形成长短不一的直链糊精的一类酶。根据对底物的专一性，可将脱支酶分为支链淀粉酶(普鲁兰酶)和异淀粉酶两类。 （一） 、支链淀粉酶(普鲁兰酶EC321，4l系统名：普鲁兰6葡聚糖水解酶)1、普鲁兰酶能水解：普鲁兰糖(微生物生成的由麦芽三糖通过16键连结成线状结构的多糖）的16键；亦可以水解极限糊精和极限糊精中由23个葡萄糖残基所构成的侧枝分支点的16键；但对于潘糖、异麦芽糖、异潘糖等在16键上只挂一个葡萄糖残基的寡糖或只含16键的多糖是不作用的；