淀粉酶完整版本

α-淀粉酶

一、α-淀粉酶催化特性及來源二、α-淀粉酶的生產(chǎn)三、α-淀粉酶活力的測定四、α-淀粉酶的應(yīng)用淀粉酶屬于水解酶類，是催化淀粉、糖原、糊精中糖苷鍵水解的一類酶的統(tǒng)稱。此類酶廣泛存在于動植物和微生物中，幾乎所有動物、植物和微生物中都含有淀粉酶。張曉靜2013.02淀粉酶是研究較多、生產(chǎn)最早、產(chǎn)量最大和應(yīng)用最廣泛的一種酶。特別是20世紀60年代以來，由于淀粉酶在淀粉糖工業(yè)生產(chǎn)和食品工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，酶的需要量與日俱增，雖然到目前為止，各類新酶層出不窮，總產(chǎn)量也在不斷增加，但淀粉酶的產(chǎn)量仍舊占到整個酶制劑產(chǎn)量的50％以上。張曉靜2013.02主要淀粉酶類型張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

α-淀粉酶(α-1,4-glucan-4-glucanohydrolase，E.C.3.2.1.1)

α-淀粉酶是一種內(nèi)切酶，其相對分子量約50000左右，作用于淀粉時，可從淀粉分子內(nèi)部隨機切開α-1,4糖苷鍵，不能切開α-1,6糖苷鍵以及與α-1,6糖苷鍵相連的α-1,4糖苷鍵，但能越過支點切開內(nèi)部的α-1,4糖苷鍵，從而可以使淀粉的黏度減小，因此α-淀粉酶又稱液化酶。張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

α-淀粉酶不能水解麥芽糖，但可以水解含有3個或3個以上α-1,4糖苷鍵的低聚糖。α-淀粉酶的水解終產(chǎn)物中除含葡萄糖、麥芽糖等外，還含有具有α-1,6糖苷鍵的極限糊精和含α-1,6糖苷鍵的具葡萄糖殘基的低聚糖。因其產(chǎn)物的還原性末端葡萄糖殘基C1碳原子為α-構(gòu)型的，因此將該作用方式的酶稱作α-淀粉酶。張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源影響α-淀粉酶活性的因素張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素

α-淀粉酶通常在pH5.5～8.0時穩(wěn)定，在pH4.0以下時易失活，其作用的最適pH為5.0～6.0，但不同來源的酶其最適pH值差別很大。

pH值張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素如，曲霉所產(chǎn)的α-淀粉酶可分為耐酸的和非耐酸兩種類型，黑曲霉所產(chǎn)的α-淀粉酶是耐酸的，米曲霉產(chǎn)的α-淀粉酶則是非耐酸的。耐酸性的α-淀粉酶最適作用pH為4.0左右，在pH2.5～6.5穩(wěn)定；非耐酸的α-淀粉酶最適pH為6.5左右，在pH5.5~9.5穩(wěn)定。

pH值張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素

溫度對酶活性有很大的影響，溫度升高，酶的反應(yīng)速度增加，一般溫度每升高10℃，反應(yīng)速度可增加1～2倍，但是大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，溫度過高則可導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，從而導(dǎo)致酶失活，酶反應(yīng)速度下降。

溫度張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素純化的α-淀粉酶在50℃以上容易失活，但在有大量Ca2+存在，或淀粉，或淀粉的水解產(chǎn)物糊精存在時，酶對熱的穩(wěn)定性會增加。

溫度張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素

枯草桿菌的α-淀粉酶65℃時較穩(wěn)定--中溫淀粉酶

嗜熱脂肪芽孢桿菌的α-淀粉酶85℃處理20min尚有70％的酶活；有些嗜熱脂肪芽孢桿菌的α-淀粉酶在110℃時仍可保存一定的酶活。

溫度張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素

凝結(jié)芽孢桿菌的α-淀粉酶在有Ca2+存在時，90℃的條件下處理90min仍可保存50％的酶活。

地衣芽孢桿菌的α-淀粉酶可不依賴Ca2+。

黑曲霉、擬內(nèi)孢霉等的α-淀粉酶耐熱性低，后者產(chǎn)的酶在40℃時就極不穩(wěn)定。

溫度張曉靜2013.02一、α-淀粉酶催化特性及來源

影響α-淀粉酶活性的因素

α-淀粉酶是一種金屬酶，每分子酶含有一個Ca2+，Ca2+可使酶分子保持相當穩(wěn)定的活性構(gòu)象，從而可以維持酶的最大活性及對的熱穩(wěn)定性。

除了Ca2+外，其他金屬離子如Mg2+、Ba2+等也可以提高酶的熱穩(wěn)定性。

金屬離子張曉靜2013.02不同來源α-淀粉酶的性質(zhì)張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)

α-淀粉酶可由微生物發(fā)酵產(chǎn)生，也可從植物和動物中提取。目前，工業(yè)生產(chǎn)上都以微生物發(fā)酵法進行大規(guī)模生產(chǎn)。主要的α-淀粉酶生產(chǎn)菌種有細菌和曲霉，尤其是枯草桿菌為大多數(shù)工廠所采用。生產(chǎn)上有實用價值的產(chǎn)生菌有：枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌、凝聚芽孢桿菌、嗜堿芽孢桿菌、米曲霉、黑曲霉、擬內(nèi)孢霉等。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)不同菌株所產(chǎn)α-淀粉酶在耐熱、耐酸堿、耐鹽等方面各有差別。對于最適反應(yīng)溫度在60℃以上的命名為中溫型；最適反應(yīng)溫度在90℃以上的命名為高溫。最適反應(yīng)pH=5的為酸性；最適反應(yīng)pH=9的為堿性α-淀粉酶。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)4·

α-淀粉酶的生產(chǎn)概要

霉菌的α-淀粉酶大多采用固體曲法生產(chǎn)，細菌的α-淀粉酶則以液體深層發(fā)酵為主。固體培養(yǎng)法生產(chǎn)α-淀粉酶以麩皮為主要原料，添加少量米糠或豆餅的堿水浸出液作為補充氮源。在相對濕度90％以上，芽孢桿菌用37℃，曲霉用32～35℃培養(yǎng)36~48h后，立即在40℃左右烘干或風(fēng)干即得工業(yè)用的粗酶。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)

α-淀粉酶的生產(chǎn)概要

液體培養(yǎng)法生產(chǎn)α-淀粉酶多以麩皮、豆餅、米糠和玉米漿等作為主料，添加氯化銨等無機氮作為補充氮源，此外還要添加鎂鹽、磷酸鹽和鈣鹽等。發(fā)酵液中固形物的含量為5％~

6％，最高可達15％，為了降低發(fā)酵液的黏度，利于氧的溶解和菌體的生長，可以加入適量α-淀粉酶進行液化，豆餅可以用豆餅堿水浸出液代替。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)

α-淀粉酶的生產(chǎn)概要液體培養(yǎng)法生產(chǎn)α-淀粉酶以霉菌生產(chǎn)時，可控制微酸性，溫度32℃；以細菌生產(chǎn)時可控制中性或微堿性，溫度37℃，通氣攪拌培養(yǎng)24～48h。當酶活性達到高峰時結(jié)束發(fā)酵，離心或以硅藻土作為助濾劑濾去菌體和不溶物。在有Ca2+存在下低溫真空濃縮后，加入防腐劑(苯甲酸鈉等)、穩(wěn)定劑(山梨酸鉀等)以及緩沖劑后即得成品。若在成品中加入一定量的硼酸鹽，可提高其耐熱性，此細菌α-淀粉酶產(chǎn)品呈暗褐色，帶不愉快的臭味，在室溫下可以放置數(shù)月。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)

α-淀粉酶的生產(chǎn)概要

為了得到高活性的α-淀粉酶，并利于運輸，可把發(fā)酵液用硫酸鹽鹽析或其他溶劑沉淀制成固態(tài)粉狀。如，在有Ca2+存在下將濃縮發(fā)酵液調(diào)pH至6左右，加入40％左右的硫酸銨進行鹽析沉淀，移去上清液后，加助濾劑硅藻土，收集沉淀于40℃下風(fēng)干，在沉淀的酶泥中可加入大量硫酸鈉。粉碎后加入淀粉、CaCl2等作為穩(wěn)定劑填充劑后即為成品。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)

α-淀粉酶的生產(chǎn)概要固態(tài)麩曲法生產(chǎn)的酶，可用水浸提后進行鹽析，在浸提前可將麩曲風(fēng)干，以減少色素溶出，若浸提液色素過多，可添加CaCl2、Na2HPO4等形成沉淀而得以除去。若用溶劑法進行沉淀，則宜在低溫下(15℃)進行操作，在沉淀時務(wù)必加入CaCl2、糊精等，加入溶劑使其最終濃度在70％左右進行沉淀，收集所得的沉淀用無水乙醇脫水后，在40℃以下烘干或風(fēng)干即可。張曉靜2013.02二、α-淀粉酶的生產(chǎn)

α-淀粉酶的生產(chǎn)概要有些菌株在合成α-淀粉酶的同時，也會產(chǎn)生一些蛋白酶，蛋白酶的存在會影響使用效果，同時也會縮短α-淀粉酶的保存期限，因此，除去蛋白酶非常關(guān)鍵。除蛋白酶的方法：1.可以在發(fā)酵時的培養(yǎng)基中加入檸檬酸鹽以抑制菌株產(chǎn)蛋白酶；2.可將發(fā)酵液加熱至50～65℃進行處理，使蛋白酶失活而除去；3.可以通過吸附法進行除去：采用淀粉作為吸附劑，淀粉可經(jīng)過膨脹處理以提高吸附效果。張曉靜2013.02

微生物α-淀粉酶可以用固體培養(yǎng)生產(chǎn)，也可用液體深層培養(yǎng)法生產(chǎn)，現(xiàn)以枯草桿菌JD32和枯草桿菌B.S.209誘變菌株B.S.796生產(chǎn)α-淀粉酶為例加以介紹。張曉靜2013.02α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)活化菌種搖瓶擴培厚層通風(fēng)培養(yǎng)麩曲烘干粗酶產(chǎn)品抽提過濾沉淀離心脫水烘干調(diào)配成品生產(chǎn)流程保藏菌種α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點①活化培養(yǎng)基：麩皮5％、豆餅粉3％，蛋白胨0.25％，瓊脂2％，溶解過濾后分裝試管，0.1MPa蒸汽壓力下滅菌20min即可。②種子培養(yǎng)基：豆餅1％、蛋白胨0.4％、酵母膏0.4％、氯化鈉0.05％，溶解后調(diào)pH值7.1～7.2，0.1MPa蒸汽壓力下滅菌20～30min。③麩曲培養(yǎng)基：麩皮70％、米糠20％、木薯粉或豆餅粉10％、燒堿0.5％，加水使含水量達60％左右，常壓蒸汽蒸煮1h即可。α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點④厚層通風(fēng)培養(yǎng)：麩曲培養(yǎng)基冷卻到38～40℃接入0.5％左右的種子，拌勻后在厚層通風(fēng)培養(yǎng)室內(nèi)38℃左右培養(yǎng)20h左右出曲風(fēng)干即得粗晶。⑤精制：麩曲用1％食鹽水浸泡3h（用量3~4倍），然后過濾，調(diào)濾液pH至5.5～6.0，然后加入冷至10℃的酒精使最終濃度為70％沉淀酶，沉淀經(jīng)離心，無水酒精洗滌脫水后，25℃下烘干粉碎，加入填充料等即為精制酶制劑。α-淀粉酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)活化菌種搖瓶擴培種子罐擴培發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵液板框壓濾濾液沉淀干燥調(diào)配成品生產(chǎn)流程絮凝α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點①搖瓶種子培養(yǎng)：培養(yǎng)基配方麥芽糖6％、豆粕水解液6％、Na2HPO4·12H2O0.8％、(NH4)2SO40.4％、CaCl20.2％、NH4C10.15％，pH6.5~7.0，500mL三角瓶內(nèi)裝培養(yǎng)基50mL,0.1MPa蒸汽壓力下滅菌20～30min。每瓶接種一環(huán)菌種，接種后置旋轉(zhuǎn)式搖床上，37℃左右培養(yǎng)28h左右即可進入種子罐擴大培養(yǎng)。②種子罐擴大培養(yǎng)：采用500L培養(yǎng)罐，轉(zhuǎn)速360r/min，通風(fēng)比1：1.3～1.4，3l℃培養(yǎng)12～14h。α-淀粉酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點③10m3發(fā)酵罐發(fā)酵

首先，發(fā)酵罐培養(yǎng)基的配制α-淀粉酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)麥芽糖液的制備豆粕水解液的制備發(fā)酵培養(yǎng)基的配制α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點

麥芽糖液的制備：取玉米粉或甘薯粉加水2~2.5份，調(diào)pH6.2，加CaCl20.1％，升溫至80℃，添加α-淀粉酶5~10U/g原料，液化后迅速在高壓1～2kg/cm2下糊化30min，冷卻至55~60℃，pH5.0時添加異淀粉酶20～50U/g原料和β-淀粉酶100~200U/g原料，糖化4～6h，加熱至90℃。趁熱過濾即為麥芽糖液。α-淀粉酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點

豆粕水解液的制備：取豆粕粉加水10份浸泡2h，然后在lkg/cm2壓力下蒸煮30min，冷卻至55℃，調(diào)pH7.5，加蛋白酶50～100U/g原料，作用2h，過濾后濃縮至蛋白質(zhì)含量為50％，即得豆粕水解液。

發(fā)酵罐培養(yǎng)基的配制：用上述麥芽糖液配制成為：含麥芽糖6％、豆粕水解液6％～7％、Na2HPO4·12H2O0.8％、(NH4)2SO40.4％、CaCl20.2％、NH4Cl0.15％、消泡劑適量，調(diào)pH6.

5~7.0。α-淀粉酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點③10m3發(fā)酵罐發(fā)酵

發(fā)酵罐發(fā)酵條件α-淀粉酶的液態(tài)深層發(fā)酵生產(chǎn)

發(fā)酵罐培養(yǎng)基經(jīng)滅菌，冷卻后接入3％～5％種子培養(yǎng)成熟液。在37±1℃下，罐壓0.5kg/cm2，風(fēng)量0~20h為1:0.48，20h后1:0.67，培養(yǎng)時間28～36h。α-淀粉酶的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)操作要點

發(fā)酵前期為細菌生長繁殖階段，采用調(diào)節(jié)空氣流量的方法使pH在7.0～7.5之間，有利于細胞大量繁殖。發(fā)酵產(chǎn)酶期pH應(yīng)控制在6.0~6.5之間為宜，有利于α-淀粉酶的形成。