学习情境淀粉酶

学习情境淀粉酶第一页，共四十五页，2022年，8月28日

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。第二页，共四十五页，2022年，8月28日淀粉酶定义：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。第三页，共四十五页，2022年，8月28日第一节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第四页，共四十五页，2022年，8月28日第一节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。第五页，共四十五页，2022年，8月28日一、α—淀粉酶的水解反应二、α—淀粉酶的基本性质三、α—淀粉酶的工业生产第六页，共四十五页，2022年，8月28日一、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。第七页，共四十五页，2022年，8月28日水解产物：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。第八页，共四十五页，2022年，8月28日二、α—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

第九页，共四十五页，2022年，8月28日（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。第十页，共四十五页，2022年，8月28日（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。第十一页，共四十五页，2022年，8月28日（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。第十二页，共四十五页，2022年，8月28日（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。第十三页，共四十五页，2022年，8月28日（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。第十四页，共四十五页，2022年，8月28日三、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—7658α—淀粉酶

(二)高温α—淀粉酶(三)米曲霉固体培养法生产α—淀粉酶第十五页，共四十五页，2022年，8月28日(一)枯草杆菌BF—7658α—淀粉酶1、菌种

2、发酵工艺

3、酶的提取第十六页，共四十五页，2022年，8月28日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：第十七页，共四十五页，2022年，8月28日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）发酵罐接种量5％，工艺特点为低浓度发酵高浓度补料。第十八页，共四十五页，2022年，8月28日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

第十九页，共四十五页，2022年，8月28日（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％后再滤清，即为液体酶（室温保存3个月，失活<10%）。第二十页，共四十五页，2022年，8月28日（2）酒精沉淀法制食品级酶第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日（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二十二页，共四十五页，2022年，8月28日(二)高温α—淀粉酶：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、使用第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日1、菌种地衣芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌高温放线菌等第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日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，得到成品酶第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日提取流程：第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日3、使用最适温度90-95℃

最适每吨淀粉用酶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。第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日(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。（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％，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。第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日工艺流程第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日第二节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。第三十页，共四十五页，2022年，8月28日一、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—淀粉酶的提取第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日一、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。第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日二、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—极限糊精第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日三、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。第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日四、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（三）从大豆蛋白质废水中提取β—淀粉酶第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日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。第三十六页，共四十五页，2022年，8月28日第三十七页，共四十五页，2022年，8月28日一、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)。（二）糖化酶的最适pH为4～5，最适反应温度为50—60℃。第三十八页，共四十五页，2022年，8月28日

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。（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。第三十九页，共四十五页，2022年，8月28日三、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％。第四十页，共四十五页，2022年，8月28日(一)黑曲霉液体深层培养法生产糖化酶第四十一页，共四十五页，2022年，8月28日(二)根霉固态培养法生产糖化酶第四十二页，共四十五页，2022年，8月28日四、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四十三页，共四十五页，2022年，8月28日第四节脱支酶(DebranchingEnzyme)脱支酶是专一性水解支链淀粉或糖原的α—1．6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。第四十四页，共四十五页，2022年，8