淀粉酶類精品課件

1、關(guān)于淀粉酶類第一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵在19世紀(jì)早期，許多科學(xué)家都在研究谷物提取物中淀粉的消化機(jī)理。Nasse（1811年）發(fā)現(xiàn)，從生物體中提取的淀粉能被轉(zhuǎn)化為糖，而從被沸水殺死的植物細(xì)胞中提取的淀粉不能被轉(zhuǎn)化為糖。Payen和Persoz（1833年）發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵液的酒精析出物中含有一種對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，它能使淀粉轉(zhuǎn)化為糖。他們將其稱為“diastase”，它就是現(xiàn)代所說(shuō)的淀粉酶。1886年，Lintner發(fā)現(xiàn)了兩種淀粉酶-淀粉液化酶和淀粉糖化酶。1924年，Kuhn將淀粉水解酶歸為兩類。1894 年Tadamin用麩皮培養(yǎng)米曲霉制造淀粉酶作為消化劑,

2、 建立了高峰制藥廠。第二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵 1913年法國(guó)Bioden與Effront 發(fā)明用枯草桿菌生產(chǎn)淀粉酶, 以其耐熱性取代了麥芽淀粉酶用于棉布的退漿, 創(chuàng)建了Rapedase工廠。從此酶制劑工業(yè)揭開(kāi)序幕。第二次世界大戰(zhàn)后, 隨著抗生素工業(yè)的發(fā)展,微生物的培養(yǎng)技術(shù)、發(fā)酵工藝和發(fā)酵罐的革新, 酶制劑工業(yè)有了飛躍的發(fā)展, 進(jìn)人了工業(yè)化大生產(chǎn)的階段。第三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 淀粉是由許多葡萄糖分子以14或16糖苷鍵連接而成的大分子物質(zhì)。淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉之分。 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于202

3、2年6月淀粉酶定義：淀粉酶是指一類能催化分解淀粉(包括糖原、糊精等)的糖苷鍵的酶之總稱。包括：淀粉酶、淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脫支酶、麥芽寡糖生成酶等水解酶類和葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶、環(huán)狀糊精葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶等。 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵高溫-淀粉酶第五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) -淀粉酶第二節(jié) -淀粉酶第三節(jié) 葡萄糖淀粉酶第四節(jié) 脫支酶 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 淀粉酶 (EC3211系統(tǒng)名：-1. 4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶)-淀粉酶是一種內(nèi)切酶，它隨機(jī)地從分子內(nèi)部切開(kāi)-1.4糖苷鍵(水解中間的-1.4鍵比分子末端的-1.4鍵概率大

4、)，遇到分支點(diǎn)的-1.6鍵不能切，但能跨越分支點(diǎn)而切開(kāi)內(nèi)部的-1.4糖苷鍵，由于產(chǎn)物的還原性末端葡萄糖殘基上的C1碳原子呈-構(gòu)型(光學(xué))，故稱這種酶為淀粉酶。 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、-淀粉酶的水解反應(yīng)二、-淀粉酶的基本性質(zhì)三、-淀粉酶的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、 -淀粉酶的水解反應(yīng)淀粉在淀粉酶的作用下很快被切割成分子較小的糊精、低聚糖、麥芽糖、葡萄糖等，引起粘度下降，對(duì)碘呈色反應(yīng)為籃紫紅無(wú)色，又叫液化酶。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月水解產(chǎn)物：水解直鏈淀

5、粉，首先將淀粉降解為寡糖、麥芽三糖和麥芽糖，然后將寡糖、麥芽三糖進(jìn)一步降解為麥芽糖和葡萄糖。水解支鏈淀粉，由于不能水解-1.6糖苷鍵，產(chǎn)物除麥芽糖、少量葡萄糖外，還有帶-1.6鍵的小分子極限糊精。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、-淀粉酶的基本性質(zhì) （一）需要鈣離子（二）pH范圍（三）溫度范圍（四）水解極限（五）分子量及其氨基酸組成 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）需要鈣離子大多數(shù)淀粉酶需要鈣離子，鈣離子可使淀粉酶保持一定的空間構(gòu)象，并可增寬其pH范圍。NaCL與鈣離子同時(shí)存在，可顯著提高淀粉酶的穩(wěn)定性。發(fā)酵工藝

6、學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）pH范圍一般淀粉酶的穩(wěn)pH范圍為pH5-10，最適pH范圍為pH5-6。另有少量菌種pH范圍比較特殊。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）溫度范圍各種的熱穩(wěn)定性和最適溫度也有一定差異。地衣芽孢桿菌產(chǎn)淀粉酶熱穩(wěn)定性最好，最適溫度可達(dá)90 ?？莶輻U菌產(chǎn)淀粉酶最適溫度為70 。霉菌產(chǎn)淀粉酶最適溫度為50。擬內(nèi)孢霉所產(chǎn)淀粉酶最不穩(wěn)定， 40即會(huì)失活。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（四）水解極限水解極限:當(dāng)水解液中還原性不再增加時(shí)的水解

7、率，稱為該酶的水解極限。各種酶的水解極限隨產(chǎn)酶菌種不同有一定差異。水解不同來(lái)源的淀粉（支鏈、直鏈淀粉含量不同）水解極限也不同。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（五）分子量及其氨基酸組成 -淀粉酶的分子量約為50000左右，但不同來(lái)源的酶其分子量和氨基酸組成也有所不同，共同點(diǎn)是含硫氨基酸（如蛋氨酸、胱氨酸）較少，而二羰酸氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸）含量較高。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、淀粉酶的工業(yè)生產(chǎn)目前工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)的淀粉酶主要來(lái)自枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、和米曲霉。(一)枯草桿菌BF7658 淀粉酶 (二)

8、高溫淀粉酶(三)米曲霉固體培養(yǎng)法生產(chǎn)淀粉酶 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一)枯草桿菌BF7658淀粉酶1、菌種 2、發(fā)酵工藝 3、酶的提取 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、菌種枯草桿菌BF7658于60年代中期投入生產(chǎn)，經(jīng)一系列誘變后其產(chǎn)酶水平提高至500U/ml。（1）菌株形態(tài) 呈短桿狀，兩端鈍圓，單獨(dú)或成鏈狀。（2）培養(yǎng)基淀粉培養(yǎng)基： 馬鈴薯培養(yǎng)基：發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、發(fā)酵工藝（1）斜面培養(yǎng) 馬鈴薯斜面培養(yǎng)基，37 ，3天，此時(shí)幾乎全部形成孢子，接入種

9、子罐。（2）種子罐培養(yǎng) 37，12-14h，培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期（細(xì)胞密集、粗壯、整齊）。（ 3）發(fā)酵罐 接種量5，工藝特點(diǎn)為低濃度發(fā)酵高濃度補(bǔ)料。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于固體發(fā)酵有以下7個(gè)缺點(diǎn)： 1. 限于低濕狀態(tài)下生長(zhǎng)的微生物，故可能的流程及產(chǎn)物較受限，一般較適合于真菌。 2. 在較致密的環(huán)境下發(fā)酵，其代謝熱的移除常造成問(wèn)題，尤其是大量生產(chǎn)時(shí)，常限制其大規(guī)模的產(chǎn)能。 3. 固態(tài)下各項(xiàng)參數(shù)不易偵測(cè)，尤其是液體發(fā)酵的各種探針不適用于固體發(fā)酵，pH值、濕度、基質(zhì)濃度不易調(diào)控，Biomass不易量測(cè)，每批次發(fā)酵條件不易一致，再現(xiàn)性差。 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉

10、酶發(fā)酵第二十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. 不易以攪拌方式進(jìn)行質(zhì)量傳遞，因此發(fā)酵期間，物質(zhì)的添加無(wú)法達(dá)到均勻。5. 由于不易偵測(cè)，從發(fā)酵工程的觀點(diǎn)來(lái)看，許多工作都只是在定性或觀察性質(zhì)，故不易設(shè)計(jì)反應(yīng)器，難以量化生產(chǎn)或設(shè)計(jì)合理化的發(fā)酵流程。6. 固體發(fā)酵的培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，其產(chǎn)量及產(chǎn)能常低于液體發(fā)酵。7. 萃取的產(chǎn)物常因黏度高不易大量濃縮。 而對(duì)于發(fā)酵罐深層培養(yǎng)具有生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高、效益大等優(yōu)點(diǎn)故選用層發(fā)酵法生產(chǎn)-淀粉酶。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、酶的提取 （1）液體濃縮酶（2）酒精沉淀法制食品級(jí)酶（3）淀粉吸附酶（4）鹽析法制工

11、業(yè)級(jí)粗酶 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）液體濃縮酶發(fā)酵液經(jīng)絮凝過(guò)濾后，用薄膜蒸發(fā)器濃縮5倍左右，加入食鹽18-20，苯甲酸鈉0.1-0.3后再濾清，即為液體酶（室溫保存3個(gè)月，失活10%）。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）酒精沉淀法制食品級(jí)酶發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）淀粉吸附酶將濃縮10倍的酶液拌入淀粉，經(jīng)篩網(wǎng)搖擺造粒機(jī)成型，在沸騰床干燥而成顆粒狀制品，亦可將濃縮10倍的酶液添加2的淀粉后噴霧干燥成粉狀酶。（4）鹽析法制工業(yè)級(jí)粗酶發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)

12、酵第二十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)高溫-淀粉酶：高溫 -淀粉酶是指熱穩(wěn)定性在90 以上的-淀粉酶，它適宜在高溫下（100-110 ）將淀粉液化。近年來(lái)高溫淀粉酶幾乎有完全取代枯草桿菌中溫-淀粉酶的趨勢(shì)。 1、菌種 2、生產(chǎn)工藝 3、使用發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、菌種地衣芽孢桿菌嗜熱脂肪芽孢桿菌高溫放線菌等發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、生產(chǎn)工藝以美國(guó)Miles公司生產(chǎn)Takatherm酶為例：（1）發(fā)酵培養(yǎng)基：乳糖、大豆粉、棉子粉等。（2）接種種齡40h的地衣芽孢桿菌（ 5 ）

13、通風(fēng)培養(yǎng)100h（3）壓濾、超濾、真空蒸發(fā)濃縮5倍（4）10下精濾除菌（5）加防腐劑，得到成品酶發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第二十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月提取流程：發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、使用最適溫度90-95 最適pH5.5-7.5每噸淀粉用酶400-600ml，95-100 液化20min，可使30-40淀粉糖漿液化，DE值（還原糖含量）為14-20。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)米曲霉固體培養(yǎng)法生產(chǎn)淀粉酶（1）斜面培養(yǎng) 米曲汁或麥芽汁斜面培養(yǎng)基，32-34 ，70-72h，此時(shí)

14、幾乎菌絲全部布滿斜面，即成熟，接入種子瓶。（2）種子瓶培養(yǎng)（三角瓶）麥麩玉米粉培養(yǎng)基，32-34，70-72h，培養(yǎng)至長(zhǎng)出大量菌絲及黃綠色孢子。（3）種曲培養(yǎng)（曲盒）培養(yǎng)基與種子瓶相同，接種量0.5-1.0，料層厚1cm，培養(yǎng)3天。（4）厚層通風(fēng)培養(yǎng) 麥麩谷殼培養(yǎng)基接種量0.5，34-36 ，28h。（5）產(chǎn)品培養(yǎng)好的麩曲直接烘干即為工業(yè)級(jí)粗酶，水浸醇沉后粉碎加糖可作為助消化藥物。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月工藝流程發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) -淀粉酶 (EC3212系統(tǒng)名：-1.4葡聚糖麥芽糖水解

15、酶)-淀粉酶又稱外切型淀粉酶(exoamylase)，它是從淀粉的非還原性末端以麥芽糖為單位順次分解-1.4糖苷鍵，同時(shí)使切下的麥芽糖還原性末端的葡萄糖殘基構(gòu)型轉(zhuǎn)變成型，故稱為-淀粉酶。 -淀粉酶不能水解-1.6糖苷鍵，也不能跨越-1.6糖苷鍵，水解作用在-1.6鍵前2-3個(gè)葡萄糖殘基處停止。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、來(lái)源二、-淀粉酶性質(zhì)三、影響微生物-淀粉酶產(chǎn)生的因素四、植物-淀粉酶的提取發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、來(lái)源-淀粉酶廣泛存在于大麥、小麥甘薯、大豆等高等植物中，目前商品淀粉酶絕大部份均

16、是從植物中提取的，芽孢桿菌淀粉酶生產(chǎn)量極低。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、-淀粉酶性質(zhì)（一）最適pH：植物來(lái)源：pH5-6； 細(xì)菌來(lái)源：pH6-7（二）作用位點(diǎn)：淀粉的非還原末端-1.4糖苷鍵（三） -淀粉酶為外切酶（四）作用淀粉時(shí)還原性增加，但粘度不易下降，糊化緩慢（五） -淀粉酶較-淀粉酶分子量大（六）水解作用： 1、直鏈淀粉：可以完全水解成麥芽糖 2、支鏈淀粉：麥芽糖和大分子-極限糊精發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、影響微生物-淀粉酶產(chǎn)生的因素(一) 鈣離子對(duì)-淀粉酶有降低穩(wěn)定性的作用（但可以增加-

17、淀粉酶活性）。(二) SH 的影響 各種-淀粉酶都含有SH，SH易受封鎖劑作用而使酶失活。 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、植物-淀粉酶的提?。ㄒ唬滬熖崛?淀粉酶（二）從甘薯淀粉廢液中提取-淀粉酶（三）從大豆蛋白質(zhì)廢水中提取-淀粉酶 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第三十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 葡萄糖淀粉酶 (EC3213系統(tǒng)名：-1.4葡聚糖葡萄糖水解酶)萄糖淀粉酶又稱糖化酶，是一種外切酶，它是從淀粉分子的非還原性末端依次水解-1.4糖苷鍵切下葡萄糖，它亦可水解麥芽糖的-1.4鍵和支鏈淀粉分支點(diǎn)的-1.6鍵(只是水解速度極慢)，

18、因此從理論上講，葡萄糖淀粉酶可將淀粉100水解成葡萄糖，故大量用作淀粉的糖化劑。 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、糖化酶的類型與性質(zhì) （一）類型：其生產(chǎn)菌基本都是霉菌，主要有德氏根霉、黑曲霉、擬內(nèi)孢霉、米曲霉、臭曲霉、雪白根酶等。 分為兩大類：一類稱為根霉型糖化酶(它對(duì)淀粉的水解率為100)。另一類稱為黑曲霉型糖化酶(它對(duì)淀粉的水解率為80左右) 。（二）糖化酶的最適pH為45，最適反應(yīng)溫度為5060。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 二、糖

19、化酶產(chǎn)生菌的酶系組成 霉菌產(chǎn)生的淀粉酶是一種復(fù)合酶，生產(chǎn)糖化酶的菌種(霉菌)同時(shí)也生產(chǎn)-淀粉酶和葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶，這三種酶的比例因菌種不同而異，亦會(huì)受營(yíng)養(yǎng)條件，培養(yǎng)條件的變化而變化。（一）米曲霉以產(chǎn)-淀粉酶為主，生產(chǎn)糖化酶、葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶較少。（二）黑曲霉以產(chǎn)糖化酶為主，葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶較強(qiáng)，-淀粉酶較弱。（三）德氏根霉以產(chǎn)糖化酶為主， 淀粉酶較強(qiáng)，不產(chǎn)葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、糖化酶的工業(yè)生產(chǎn) 我國(guó)用液體深層發(fā)酵法由黑曲霉生產(chǎn)糖化酶始于1965年，1977年中科院微生物所選育出黑曲霉突變菌株UV-11，產(chǎn)酶活力增加到6000U/ml，此后又以UV-11為出發(fā)菌株進(jìn)行選育，得到多株產(chǎn)酶達(dá)10000U/ml的菌株，1995年我國(guó)糖化酶產(chǎn)量達(dá)14萬(wàn)噸，占全國(guó)酶制劑總產(chǎn)量的60。發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一)黑曲霉液體深層培養(yǎng)法生產(chǎn)糖化酶 發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)根霉固態(tài)培養(yǎng)法生產(chǎn)糖化酶發(fā)酵工藝學(xué)-淀粉酶發(fā)酵第四十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、去