異淀粉酶的應用

1、異淀粉幅的應用異淀粉酶在飼料工業(yè)中的應用價值（1中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院；2生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程研究中心；3云南師范大學酶工程重點實驗室；4云南師范大學生命科學學院；5云南大學生命科學學院省工業(yè)微生物發(fā)酵工程重點實驗室）在動物體內(nèi)，營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收過程中，酶起著非常重要的促進作用。一般情況下，動物自身能分泌消化酶一一蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等，進入消化道，對其攝入的蛋白、脂肪和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)進行降解，成為能被吸收的小分子，如：氨基酸、脂肪酸、甘油和葡萄糖等。飼料中不僅有營養(yǎng)物，還有大量的結構性多糖，如：果膠、纖維素、甘露聚糖、木聚糖及抗營養(yǎng)物植酸等，而動物（尤其是反芻動物）自

2、身不能產(chǎn)生或分泌降解這些結構性多糖及抗營養(yǎng)物的酶（果膠酶、纖維素酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶和植酸酶），因而為了降解這些結構性抗營養(yǎng)物，顯著提高飼料的利用率，添加于飼料中的酶，一般是消化酶（蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶）和非消化酶制成的復合酶制劑。飼用酶制劑的研究與應用已有十多年的歷史，大量研究表明：飼用酶制劑是一種高效、無毒且無殘留的綠色飼料添加劑。飼用酶制劑中非消化酶和消化酶的添加，都能不同程度地降低食糜黏稠度，促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，提高飼料利用率。非消化酶的添加可破壞植物細胞壁，降低食糜黏稠度，消除飼料抗營養(yǎng)物的有害作用；消化酶的添加可補充內(nèi)源消化酶的不足，促進消化機能的改善與養(yǎng)分的吸收利用，

3、提高飼料的生物轉(zhuǎn)化率，促進畜禽的生長發(fā)育與生產(chǎn)性能，降低養(yǎng)殖成本，減少糞便中有機物及磷和氮的排放量，減輕畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境的污染。另外，由于無毒、無殘留和不產(chǎn)生抗藥性，飼用酶制劑還可作為抗生素添加劑的替代品，添加溶菌酶可殺滅畜禽及水產(chǎn)品體內(nèi)的某些病原體，防止一些疾病的發(fā)生，提高畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖的整體效益。谷物（如玉米、高粱、麥類和豆類）中的淀粉是畜禽飼料中糖類的主要來源，淀粉是由葡萄糖單體通過a-1,4-葡萄糖昔鍵聚合形成的直鏈淀粉和在a-1,6位有分支的支鏈淀粉組成的混合物。飼料中的淀粉只有被水解成為葡萄糖單體，才能被動物消化道有效吸收。因而，飼用酶制劑中，作為外源性輔助消化酶，淀粉酶的使用占有重

4、要地位。按照水解淀粉方式的不同，主要的淀粉酶分為4大類型：a-淀粉酶、糖化酶、B-淀粉酶和淀粉解支酶。目前，飼用酶制劑中常用的淀粉酶有a-淀粉酶、糖化酶（葡萄糖淀粉酶）和B-淀粉酶。a-淀粉酶是內(nèi)切型糖音酶，它以隨機的方式水解葡聚糖非鏈端處的內(nèi)部a-1,4-糖昔鍵，產(chǎn)生各種類型的寡糖，可使底物黏度迅速降低，不能水解a-1,6-糖昔鍵，但能跨越；糖化酶屬于外切型糖普酶，可從非還原末端催化a-1,4-糖昔鍵和a-1,6-糖昔鍵水解斷裂，逐個切下葡萄糖單元，產(chǎn)生葡萄糖，但后者的水解速率極慢；B-淀粉酶，屬于外切型糖音酶，從非還原末端的外側每隔2個葡萄糖單位水解a-1,4-糖昔鍵，產(chǎn)生相對低分子質(zhì)量并

5、帶有B-D構型的單一類型產(chǎn)物，作用于支鏈淀粉產(chǎn)生極限糊精，不能越過a-1,6分支點去進攻另一側的a-1,4-糖昔鍵，主要產(chǎn)物為麥芽糖及B-極限糊精。飼料工業(yè)用淀粉質(zhì)原料大部分含有70%80%的支鏈淀粉，支鏈淀粉是由a-1,4-葡萄糖鏈通過a-1,6-糖昔鍵產(chǎn)生側枝而形成高度分支的多糖，由于每隔2025個葡萄糖單位就有一個支鏈點，支鏈淀粉含4%5%的a-1,6-糖昔鍵。因為糖化酶對淀粉中的a-1,6-糖昔鍵作用力較弱，即使a-淀粉酶與糖化酶聯(lián)合使用對淀粉的最高轉(zhuǎn)化率DE值為96%,支鏈淀粉不被分解則影響飼料中淀粉的徹底利用。因而，飼用酶制劑中添加專一水解a-1,6-鍵的異淀粉酶，可極大提高淀粉的

6、水解速度及最終水解度。理論上可使淀粉徹底水解。1異淀粉酶的來源異淀粉酶是淀粉酶家族的重要成員，屬于解支酶的一種。自然界中，異淀粉酶來源廣泛。目前已在許多植物（如大米、蠶豆、馬鈴薯、麥芽和甜玉米）中發(fā)現(xiàn)有異淀粉酶（R-B）。高等動物的肝和肌肉中亦有類似于異淀粉酶的分解a-1,6糖昔鍵的酶存在。微生物是工業(yè)用異淀粉酶的主要來源。微生物中能產(chǎn)生異淀粉酶的菌種很多，最初由日本學者從酵母細胞提取液中發(fā)現(xiàn)，后續(xù)的研究者發(fā)現(xiàn)，有不少細菌和某些放線菌均能產(chǎn)生異淀粉酶。但能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的菌種還比較難得酶制劑中的異淀粉酶主要由微生物發(fā)酵制造。國內(nèi)外常用的微生物有產(chǎn)氣氣桿菌ATCC9621產(chǎn)氣氣桿菌10016菌株

7、、假單胞菌、鏈霉和酵母等。目前，世界上只有丹麥的Novo公司具備異淀粉酶的工業(yè)化生產(chǎn)能力，我國工業(yè)所用異淀粉酶全部從Novo公司進口，價格相當昂貴，極大限制了異淀粉酶在我國的應用。因此，如何降低酶成本，尋找一條國產(chǎn)化生產(chǎn)異淀粉酶的途徑，成為酶制劑行業(yè)努力的方向。國內(nèi)雖然從1973年就開始解支酶的研究工作，但一直局限于微生物（典型菌株產(chǎn)氣氣桿菌來源的普魯蘭酶和高等植物（如麥芽）來源的R-酶（植物支鏈淀粉脫支酶）。近年來，王弋博等研究的中溫地衣芽抱桿菌，其出發(fā)菌株的異淀粉酶活達到3.35U/mL,誘變后酶活提高到7.37U/mL。夏靜等從云南梁河溫泉水樣中分離篩選到一株產(chǎn)異淀粉酶的棲熱菌，其產(chǎn)酶的

8、初始酶活達4.14U/mL0王武等對短桿菌異淀粉酶產(chǎn)生菌進行選育及酶作用性質(zhì)的研究，結果發(fā)現(xiàn)，搖瓶發(fā)酵液中酶活單位最高可達520U/mL,酶作用最適pH可低至5,最適溫度可高至55C,是至今為止國內(nèi)較為優(yōu)良的產(chǎn)異淀粉酶菌株，但未見其工業(yè)化生產(chǎn)的報道。近幾年來，云南師范大學酶工程重點實驗室和生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程研究中心一直致力于產(chǎn)異淀粉酶菌株的分離篩選及酶學性質(zhì)研究。從云南全省各地溫泉和土壤中分離鑒定了數(shù)10株產(chǎn)異淀粉酶的菌株，結果發(fā)現(xiàn)，其中有一株枯草芽胞桿菌在含可溶性淀粉的LB平板上50c培養(yǎng)24h,產(chǎn)生典型的變色透明圈；以普魯蘭糖為底物，用DNS法測酶活力，無酶活力；以可溶性淀粉為

9、底物，用國標法測a-淀粉酶活力，也無活力。而以1%玉米支鏈淀粉為底物，用DNS法測酶活力，測定條件：溫度55C,pH5,酶活為87.45U/mLo可見，該菌所產(chǎn)異淀粉酶，酶系純，除了異淀粉酶活力，測定不出其他淀粉酶活力；該酶底物專一性強，最適pH可低至5,具有良好的應用前景。2異淀粉酶的作用原理異淀粉酶是一種內(nèi)切型淀粉酶，與普魯蘭酶、寡-1,6-葡萄糖音酶和支鏈淀粉-6-葡聚糖水解酶等同屬淀粉脫支酶。異淀粉酶能專一性地切開支鏈淀粉分支點的a-1,6-糖背鍵，可剪下整個側支，形成直鏈淀粉，它的最小作用底物是63-麥芽三糖基麥芽四糖，不能從B-限制糊精和-限制糊精水解由2個或3個葡萄糖單位構成的側

10、鏈，對茁霉多糖的活性很低；只能水解構成分支點的a-1,6-糖昔鍵，而不能水解直鏈分子中的a-1,6-糖昔鍵。由于異淀粉酶對底物中a-1,6-糖昔鍵位置的特異性強，因而早期被應于淀粉、糖原及其水解產(chǎn)物和其他有關化合物分子結構的理論研究。近年來，異淀粉酶已廣泛應用于酶制劑或食品工業(yè)的加工助劑，異淀粉酶可單獨使用，也可與其他酶配合使用。單獨使用，異淀粉酶可改變谷類淀粉性質(zhì)，使支鏈淀粉變?yōu)橹辨湹矸?，制造粉絲和淀粉膜；異淀粉酶與B-淀粉酶配合使用可生產(chǎn)高麥芽糖；與其他淀粉酶（a-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶）配合使用，可使淀粉糖化迅速且完全。3異淀粉酶的酶學特性微生物來源的異淀粉酶為誘導型胞外酶。酵母、細菌和某

11、些放線菌均能產(chǎn)生異淀粉酶，但不同來源的異淀粉酶對于底物作用的專一性有所不同，對于各種不同聚合度的支鏈淀粉具有不同的分解能力。酶作用的最適溫度和最適pH環(huán)境及金屬離子對酶的影響都有差異。一般而言，酵母異淀粉酶最適pH為66.8,最適溫度為2025C；產(chǎn)氣氣桿菌10016菌株異淀粉酶最適pH為5.67.2,最適溫度為4550c；放線菌異淀粉酶最適溫度較高，如：鏈霉菌N0.28的異淀粉酶最適pH為5,最適溫度為60C,在pH5.55.7時酶最穩(wěn)定。金屬離子對異淀粉酶活性有影響，一般受Mg2+和Ca2+g微激活，但受到Hg2+、Cu2+、Fe3+和A13+等的抑制；而鈣離子能提高異淀粉酶pH穩(wěn)定性和熱

12、穩(wěn)定性。異淀粉酶的酶學特性對其在工業(yè)中的應用，具有重要的參考價值。以淀粉質(zhì)為原料的淀粉糖加工、食品、飼料和醫(yī)藥等行業(yè)，可依據(jù)自身的加工條件，選用不同的異淀粉酶，以期達到對淀粉的最充分利用，以減少糧耗和能耗，從而降低生產(chǎn)成本。4異淀粉酶在飼料工業(yè)中的應用酶有高度的專一性和特異性，并且不同動物種類和不同的生長階段，動物體內(nèi)產(chǎn)生的酶種類和數(shù)量并不相同，因此，根據(jù)不同動物和不同生長階段的特點選用合適的飼用酶制劑，才能有效發(fā)揮和提高酶制劑的作用效果。動物的幼齡期，消化系統(tǒng)的發(fā)育還不完善，消化酶，尤其是蛋白酶和淀粉酶分泌還不足，是使用酶制劑較理想的階段。一般應選用含有多種消化酶，特別是淀粉酶和蛋白酶為主的

13、酶制劑。由于一般用于飼料的谷物淀粉中，直鏈淀粉含量僅占20%,支鏈淀粉含量高達80%,而目前常用酶制劑中的淀粉酶主要為a-淀粉酶、糖化酶和B-淀粉酶，這幾種酶無論是作為單酶使用還是作復合酶使用都不能迅速徹底地水解支鏈淀粉，因而，添加適量的異淀粉酶分解經(jīng)液化的分支部分，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹辨湹矸郏@樣更有利于其他淀粉酶的水解過程。據(jù)國外報道，采用此法，飼料中的谷物淀粉的利用率可得到極大的提高。異淀粉酶只水解糖原或支鏈淀粉分枝點的-1,6糖苜鏈，切下整個側枝，形成長短不一的直鏈淀粉。異淀粉酶對底物的作用特點，可以從其對糯米淀粉作用后產(chǎn)物的特性得到證實。當異淀粉酶作用于糯米淀粉時，隨著解支作用的進行，碘色反

14、應由紅變蘭，還原力增加，在丁醇中發(fā)生沉淀，淀粉溶液變?yōu)橐子诶匣霈F(xiàn)了直鏈淀粉的特征。異淀粉酶與其他淀粉酶配合使用時，一個引人注目的現(xiàn)象是，可使淀粉糖化完全。目錄1簡介2原理3應用1簡介異淀粉酶的性質(zhì)在淀粉酶分類中，通常將異淀粉酶排在最后，它是淀粉酶類家族中的一名新成員.2原理其實早在1940年由酵母抽提渡中即發(fā)現(xiàn)了異淀粉酶但對異淀粉酶的酶學特性認識卻經(jīng)歷了一段不算太短的時間表淀粉酶分類常用名作用的鍵主要生成物來輯0淀粉酶1.4葡萄糖動物（睡液.胰臟）期精細曹，霉菌麥芽糖植糟（麥芽）淀粉酶1.4麥芽糖大豆.山芋，鮑膏糖化蘸1.41.6葡萄糖動物.霉曹.細曹.群母異捷粉辭】.6直鏈期精植絢蜘曹群

15、母當時.對如下現(xiàn)象的結論顯然是錯誤的.該酶與糯米淀粉液作用.能引起混濁.并于數(shù)日后發(fā)生白色沉淀，如以碘反應運漸變?yōu)樗{色.這種碘反應的變化與用酸和淀粉酶等分解淀粉時的變化恰好相反，因而當時誤認為該酶有合成淀粉作用，而將其命名為淀粉合成酶.后來.隨著淀粉化學的進展，對淀粉酶有了更深入的了解.認識到上述碘反應顏色的變化是與支鏈淀粉和直鏈淀粉的性能有關，所謂淀粉合成酶實際上是切斷'6糖昔鍵的酶.放將該酶重新命名為異淀粉酶.異淀粉酶.廣泛存在于自然界.在植物中.如大米，蠶豆，馬鈴薯,麥芽和甜玉米等均發(fā)現(xiàn)有異淀粉酶的存在.在高等動物的肝臟，肌肉中亦有類似于異淀粉酶的分解n1,6糖昔鍵的酶存在.微生

16、物中能夠產(chǎn)生異淀粉酶的菌種很多.除最初以酵母中發(fā)現(xiàn)異淀粉酶外，后來發(fā)現(xiàn)，不少細菌和某些放線菌均能產(chǎn)生異淀粉酶.而且還了解到，不同來源的異淀粉酶對于底物作用的專一性有所不同3應用主要表現(xiàn)在對于各種支鏈多聚糖以及茁霉多糖的分解能力上.輕工業(yè)部食品發(fā)酵工業(yè)研究所經(jīng)過多年的研究.選育到一株可甩于工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)氣氣桿菌（）,編號為06510該菌產(chǎn)生的異淀粉酶能分解茁霉多糖及糯米淀粉分子中的,6糖昔鍵.所謂茁霉多糖.其構造根據(jù)1965年-等的研究，它是含1.4鍵聚麥芽三糖，在其兩端有,6鍵，如此反復聚合成直鏈狀葡聚糖.由培養(yǎng)產(chǎn)氣氣桿菌1065-1獲得的異淀粉酶.其特性為：1.底物專一性.該酶能專一地分解糯米淀粉及茁霉多糖分子中的1,6糖昔鍵.主要產(chǎn)物為麥芽三糖.4.異淀粉酶近年來，人們在開發(fā)改善可食淀粉包裝膜性能方面做了大量細致工作，但到目前為止幾乎沒有淀粉基包裝膜得到工業(yè)化生產(chǎn)和實際商業(yè)應用，這主要是由于現(xiàn)有可食性淀粉包裝膜力學性能較差，抗水穩(wěn)定性不夠理想。因此淀粉膜性能改善方