畜牧兽医酶制剂课件

1、第八章 淀粉酶类第1页，共48页。 淀粉是由许多葡萄糖分子以14或16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。 第2页，共48页。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。 第3页，共48页。第一节 淀粉酶第二节 淀粉酶第三节 葡萄糖淀粉酶第四节 脱支酶 第4页，共48页。第一节 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

2、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，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。 第5页，共48页。一、 淀粉酶的水解反应二、 淀粉酶的基本性质三、淀粉酶的工业生产第6页，共48页。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。第7页，共48页。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

3、，还有带-1.6键的小分子极限糊精。第8页，共48页。二、淀粉酶的基本性质 （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 第9页，共48页。（一）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。第10页，共48页。（二）pH范围一般淀粉酶的稳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。第11页，共48页。（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

4、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。第12页，共48页。（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。第13页，共48页。（五）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。第14页，共48页。三、淀粉酶的工业生产目前工业大规模生产和应的淀粉酶主要来自枯草杆菌、地衣

5、芽孢杆菌、和米曲霉。(一)枯草杆菌BF7658淀粉酶 (二)高温淀粉酶(三)米曲霉固体培养法生产淀粉酶 第15页，共48页。(一)枯草杆菌BF7658淀粉酶1、菌种 2、发酵工艺 3、酶的提取 第16页，共48页。1、菌种枯草杆菌BF7658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：第17页，共48页。2、发酵工艺（1）斜面培养 马铃薯斜面培养基，37 ，3天，此时几乎全部形成孢子，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）

6、发酵罐 接种量5，工艺特点为低浓度发酵高浓度补料。第18页，共48页。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 第19页，共48页。（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%）。第20页，共48页。（2）酒精沉淀法制食品级酶第21页，共48页。（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第22页，共48页

7、。(二)高温淀粉酶：高温 淀粉酶是指热稳定性在90 以上的淀粉酶，它适宜在高温下（100-110 ）将淀粉液化。近年来高温淀粉酶几乎有完全取代枯草杆菌中温淀粉酶的趋势。 1、菌种 2、生产工艺 3、使用第23页，共48页。1、菌种地衣芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌高温放线菌等第24页，共48页。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，得到成品酶第25页，共48页。提取流程：第26页，共48页。3、使用最适温度

8、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。第27页，共48页。(三)米曲霉固体培养法生产淀粉酶（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。（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

9、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。第28页，共48页。工艺流程第29页，共48页。第二节 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2-3个葡萄糖残基处停止。第30页，共48页。一、来源二、淀粉酶性质三、影响微生物淀粉酶产生的因素四、植物淀粉酶的提取第31页，共48页。一、来源淀粉酶广泛存在于大麦、小麦甘薯、大

10、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。第32页，共48页。二、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14糖苷键（三） 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） 淀粉酶较淀粉酶分子量大（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：麦芽糖和大分子极限糊精第33页，共48页。三、影响微生物淀粉酶产生的因素（一） 钙离子对淀粉酶有降低稳定性的作用（但可以增加淀粉酶活性）。（二） 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

11、活。 第34页，共48页。四、植物淀粉酶的提取（一）麦麸提取淀粉酶（二）从甘薯淀粉废液中提取淀粉酶（三）从大豆蛋白质废水中提取淀粉酶 第35页，共48页。第三节 葡萄糖淀粉酶 (EC3213系统名：14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。 第36页，共48页。第37页，共48页。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、

12、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) 。（二）糖化酶的最适pH为45，最适反应温度为5060。第38页，共48页。 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。（一）米曲霉以产淀粉酶为主，生产糖化酶、葡萄糖苷转移酶较少。（二）黑曲霉以产糖化酶为主，葡萄糖苷转移酶较强，淀粉酶较弱。（三）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。第39

13、页，共48页。三、糖化酶的工业生产 我国用液体深层发酵法由黑曲霉生产糖化酶始于1965年，1977年中科院微生物所选育出黑曲霉突变菌株UV-11，产酶活力增加到6000U/ml，此后又以UV-11为出发菌株进行选育，得到多株产酶达10000U/ml的菌株，1995年我国糖化酶产量达14万吨，占全国酶制剂总产量的60。第40页，共48页。(一)黑曲霉液体深层培养法生产糖化酶 第41页，共48页。(二)根霉固态培养法生产糖化酶第42页，共48页。四、去除葡萄糖苷转移酶的方法1凋节pH法 2吸附法 3表面活性剂处理 4杂多酸或高分子共聚物沉淀法 5氯仿沉淀法 6阳离子交换树脂处理 第43页，共48页

14、。第四节 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。 第44页，共48页。 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；亦就是说该酶的最小底物为62麦芽糖基麦芽糖。第45页，共48页。第46页，共48页。2、产酶微生物能生产普鲁兰酶的微生物有产气气杆菌，缓和链球菌