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![淀粉酶的研究进展[文献综述]](https://img.taocdn.com/s1/m/8276295bc281e53a5802ff6b.png)
毕业论文文献综述生物工程淀粉酶的研究进展1. 淀粉酶简介淀粉酶是催化淀粉、糖原转化成葡萄糖、麦芽糖及其它低聚糖的一类酶的总称，广泛应用于淀粉工业、食品工业、医药、纺织、洗涤剂、青贮饲料、微生态制剂以及酿酒等行业[1]。
淀粉酶是最早用于工业化生产的酶，迄今为止仍是用途最广、产量最大的酶制剂产品之一[2]。
不同种类的淀粉酶水解淀粉会生成不同的产物。
常见的淀粉酶可以分为以下几种：α-淀粉酶（EC3.2.l.1），也叫液化酶；β-淀粉酶（EC3.2.1.2）；葡萄糖淀粉酶（EC3，2.1.3），也叫γ -淀粉酶，简称糖化酶（缩写GA或G）：异淀粉酶（EC3.2.1.68）等[3]。
α-淀粉酶能随机地作用于淀粉的非还原端，生成麦芽糖、麦芽三糖、糊精等还原糖，所得产物的还原性末端葡萄糖单位碳原子为α构型，同时该酶能使淀粉浆的粘度下降；β-淀粉酶是从淀粉的非还原性末端切下一分子的麦芽糖，其产物还原性末端葡萄糖单位碳原子为β构型；葡萄糖淀粉酶是从底物非还原末端依次水解α-l，4糖苷键和分支的α-1，6-糖苷键，生成葡萄糖。
异淀粉酶是只水解糖原或支链淀粉分支点的α-1，6糖苷键，切下侧枝链[5]。
对淀粉酶的分类和作用机制研究较多，可按来源、产物的旋光度、作用机制等进行分类。
但近年随着酶学性质的研究的发展，对酶的作用机制、方式等研究不断取得新成果，分类学问题出现许多难点。
我国在食品方面研究和应用的微生物酶估计有30多种[6]，其中淀粉酶有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、异淀粉酶、普鲁兰酶、环糊精生成酶等。
2. 淀粉酶的生产2.1 淀粉酶的来源淀粉酶的来源很广泛，可以来自于植物、动物以及微生物。
大部分的淀粉酶存在于微生物中，微生物中主要的两种淀粉酶为α-淀粉酶及葡糖淀粉酶，此外，主要存在于植物中的β-淀粉酶也存在于少量微生物中。
α-淀粉酶可以从几种细菌、真菌和酵母中分离获得。
但是，由于细菌淀粉酶具有几个比较优良的特性，因此，细菌淀粉酶用的比较多，特别是淀粉液化芽孢杆菌已用于工业化生产[5]。
α-淀粉酶分类
α-淀粉酶可根据它们的基本结构和催化机制分类。
1. 胰高血糖素α-淀粉酶（Pancreatic α-amylase）：由胰腺分泌，催化淀粉分子中α-1,4-糖苷键的水解，形成糊精、麦芽糊精、麦芽三糖等，使淀粉溶解为葡萄糖。
2. 细胞外α-淀粉酶（Extracellular α-amylase）：广泛存在于
真菌、细菌、植物和动物中，催化与胰高血糖素α-淀粉酶相同的反应，
但在环境条件上具有更高的适应性，如耐低温、耐高盐、耐低pH等。
3. γ-淀粉酶（Glucoamylase）：主要由真菌和细菌产生，专门水解
淀粉分子的糖端α-1,4-糖苷键，产生单一的葡萄糖分子。
4. α-糖基转移酶（Transglycosidase）：在α-淀粉酶酶解淀粉的
过程中，通过α-1,4-糖苷键的转移反应，产生多糖和寡糖，如淀粉胶和
麦芽糖醇寡糖。
5. 改性α-淀粉酶（Modified α-amylase）：通过化学修饰或基因
工程技术改变本身的性质，如增加稳定性、减少不良反应、增加催化效率等，应用于食品、制药和环境等领域。
根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同，可将其分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等。
其中，α-淀粉酶（α-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶)多是胞外酶，其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的α-1，4糖苷键，而生成糊精和还原糖，产物的末端残基碳原子构型为α-构型，故称α-淀粉酶。
α-淀粉酶来源广泛，主要存在发芽谷物的糊粉细胞中，当然，从微生物到高等动、植物均可分离到，是一种重要的淀粉水解酶，也是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。
它可以由微生物发酵制备，也可以从动植物中提取。
不同来源的α-淀粉酶的性质有一定的区别，工业中主要应用的是真菌和细菌α-淀粉酶。
目前，α-淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业，是一种重要工业用酶。
如在淀粉加工业中，微生物α-淀粉酶已成功取代了化学降解法；在酒精工业中能显著提高出酒率。
其应用于各种工业中对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用。
相对地，关于α-淀粉酶抑制剂国内外也有很多研究报道，α-淀粉酶抑制剂是糖苷水解酶的一种。
它能有效地抑制肠道内唾液及胰淀粉酶的活性，阻碍食物中碳水化合物的水解和消化，降低人体糖份吸收、降低血糖和血脂的含量，减少脂肪合成，减轻体重。
有报道表明，α-淀粉酶可以帮助改善糖尿病患者的耐糖量。
α-淀粉酶是淀粉及以淀粉为材料的工业生产中最重要的一种水解酶，其最早的商业化应用在1984年，作为治疗消化紊乱的药物辅助剂。
现在，α-淀粉酶已广泛应用于食品、清洁剂、啤酒酿造、酒精工业和造纸工业。
在焙烤工业中的应用：α-淀粉酶用于面包加工中可以使面包体积增大，纹理疏松；提高面团的发酵速度；改善面包心的组织结构，增加内部组织的柔软度；产生良好而稳定的面包外表色泽；提高入炉的急胀性；抗老化，改善面包心的弹性和口感；延长面包心储存过程中的保鲜期在啤酒酿造中的应用：啤洒是最早用酶的酿造产品之一，在啤洒酿造中添加α-淀粉酶使其较快液化以取代一部分麦芽，使辅料增加，成本降低，特别在麦芽糖化力低，辅助原料使用比例较大的场合，使用α-淀粉酶和β-淀粉酶协同麦芽糖化，可以弥补麦芽酶系不足，增加可发酵糖含量，提高麦汁率，麦汁色泽降低，过滤速度加快，提高了浸出物得率，同时又缩短了整体糊化时间。
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引言 (2)1 α-淀粉酶抑制剂的介绍 (2)1.1 α-淀粉酶抑制剂的来源 (2)1.2 α-淀粉酶抑制剂的特性研究 (3)2 α-淀粉酶抑制剂的制备 (4)2.1 来源于天然植物的α-淀粉酶抑制剂 (4)2.11 豆类植物 (5)2.12 麦类植物 (5)2.13 齿苋类植物 (6)2.14 其他植物 (7)2.2 来源于微生物的α-淀粉酶抑制剂 (7)3 α-淀粉酶抑制剂的分离纯化 (8)4 α-淀粉酶抑制剂的检测方法 (9)4.1 碘比色法 (9)4.2 3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法 (9)5 α-淀粉酶抑制剂的筛选方法 (10)6 α-淀粉酶抑制剂的研究进展 (11)6.1 国内外研究概况 (11)α淀粉酶抑制剂的研究进展摘要：α-淀粉酶抑制剂是一种糖苷水解酶抑制剂。
抑制糖类消化吸收药物，减少糖分的摄取，降低血糖和血脂含量，还可作为抗虫基因。
目前在医学和农业上具有广泛的用途。
本文对α-淀粉酶抑制剂的制备、检测、筛选方法、特性以及发展进行了综述，并对其前景作了展望。
关键词：α-淀粉酶抑制剂，制备，检测，筛选方法，特性Research progress of α-amylase inhibitor Abstract:α-amylase inhibitor is a kind of glycoside hydrolase inhibitor, It can be potentially use as medicines of diabetes owing to inhibiting glucose from being absorbed in the digestive tracts. Which can reduce ingestion of sugar and blood fat contet and has hypoglycemic activity, and its gene can be used as insect-resistant genes in crops breeding. There is comprehensive, application in agriculture and medicine . The preparation、detection、screening methods、characteristics and development of the α-amylase inhibitors were reviwed in this paper, and the prospects were forecasted. Key words:α-amylase inhibitor, preparation, detection, screening methods, characteristics .引言α-淀粉酶抑制剂属于糖苷酶抑制剂的一种，是一种纯天然生物活性物质，主要存在于植物种子、胚乳和微生物代谢产物中，目前在医药和农业上具有广泛的用途。
α-淀粉酶结构引言：α-淀粉酶是一种重要的酶类蛋白，广泛存在于生物体内。
它在食物消化、工业生产和医学应用等方面具有重要作用。
本文将主要介绍α-淀粉酶的结构特点和功能。
一、α-淀粉酶的基本结构：α-淀粉酶是一种酶类蛋白，它由多肽链组成，具有复杂的三维结构。
其结构特点主要包括以下几个方面：1.1 氨基酸序列：α-淀粉酶的氨基酸序列决定了其空间结构和功能。
通过测序技术可以确定α-淀粉酶的氨基酸序列，从而进一步研究其结构和功能。
1.2 二级结构：α-淀粉酶的二级结构主要包括α螺旋和β折叠。
这些二级结构的排列方式决定了α-淀粉酶的立体结构和稳定性。
1.3 三级结构：α-淀粉酶的三级结构是指其氨基酸链的空间排列方式。
它由多个不同的结构域组成，包括催化结构域、结合结构域等。
这些结构域相互作用形成具有特定功能的酶活性中心。
二、α-淀粉酶的功能：α-淀粉酶作为一种消化酶，在生物体内起着关键的作用。
它的功能主要包括以下几个方面：2.1 淀粉消化：α-淀粉酶能够将淀粉分解成糊精和糊精酶。
糊精酶进一步将糊精分解成葡萄糖，提供能量给生物体。
2.2 食物消化：α-淀粉酶在胃和小肠中发挥作用，帮助人体消化食物中的淀粉，使其转化为可供人体吸收利用的简单糖类。
2.3 工业生产：α-淀粉酶在工业生产中也有重要应用。
它可以用于酿造、制糖、制醋等过程中，促进淀粉的降解和转化，提高产品质量和产量。
2.4 医学应用：α-淀粉酶在医学上也具有一定的应用价值。
它可以用于治疗胃肠道疾病、辅助食物消化和促进营养吸收等方面。
三、α-淀粉酶的研究进展：随着科学技术的不断发展，对α-淀粉酶的研究也取得了许多重要进展。
3.1 结构解析：通过X射线晶体学和核磁共振等技术，研究人员对α-淀粉酶的结构进行了深入解析，揭示了其复杂的三维结构。
3.2 功能研究：通过对α-淀粉酶的功能及其活性中心的研究，人们对其催化机理和底物特异性有了更深入的了解。
3.3 应用拓展：近年来，研究人员还通过工程菌株和蛋白工程等手段，改造和改良α-淀粉酶，使其在工业生产和医学应用中发挥更大的作用。
α-淀粉酶概述陈国威 2011-11-13摘要：α-淀粉酶分布十分广泛，遍及微生物至高等植物。
α-淀粉酶是一种十分重要的酶制剂，大量应用于粮食加工、食品工业、酿造、发酵、纺织品工业和医药行业等，是应用最为广泛的酶制剂之一。
本文概述了α-淀粉酶的发现和应用发展史、分离纯化及结构的研究史、催化机制及其研究史、工业化生产和应用现状与发展趋势等。
关键词：α-淀粉酶发现应用分离纯化结构催化机制研究史发展趋势Overview of α-amylaseAbstract:α-amylases are well distributed throughout microorganisms and other biological. α-amylases are one of the most popular and important form of industrial enzymes，which are used extensively for grain processing，food processing, brewing, fermentation, textile industry and pharmaceutical industry. This article outlines the discovery of α-amylase and application history, purification and structure of history, catalytic mechanism and its research history, industrial production and application status and development trends.Keywords:α-amylases; discovery; application; purification; structure; catalytic mechanism; research history; development trends.α- 淀粉酶( α- 1,4- D- 葡萄糖- 葡萄糖苷水解酶) 普遍分布在动物、植物和微生物中, 是一种重要的淀粉水解酶。
α-淀粉酶综述佚名2013-10-06摘要：α-淀粉酶分布十分广泛，遍及微生物至高等植物。
α-淀粉酶是一种十分重要的酶制剂，大量应用于粮食加工、食品工业、酿造、发酵、纺织品工业和医药行业等，是应用最为广泛的酶制剂之一。
本文概述了α-淀粉酶的发现和应用发展史、分离纯化及结构的研究史、催化机制及其研究史、工业化生产和应用现状与发展趋势等。
关键词：α-淀粉酶发现应用分离纯化结构催化机制研究史发展趋势α- 淀粉酶( α- 1,4- D- 葡萄糖- 葡萄糖苷水解酶) 普遍分布在动物、植物和微生物中, 是一种重要的淀粉水解酶。
其作用于淀粉时从淀粉分子的内部随机切开α-1，4糖苷键，生成糊精和还原糖。
由于产物的末端残基碳原子构型为α构型，故称α-淀粉酶。
现在α-淀粉酶泛指能够从淀粉分子内部随机切开α-1，4糖苷键，起液化作用的一类酶。
1 α-淀粉酶的发现和应用史1.1 α-淀粉酶的发现啤酒是最古老的酒精饮料，发酵是其关键步骤，其中所包含的糖化过程就是把淀粉转化为糖。
这个转化过程的机理一直都没有被弄清楚，直到淀粉的发现。
在19世纪早期，许多科学家都在研究谷物提取物中淀粉的消化机理。
Nasse（1811年）发现，从生物体中提取的淀粉能过被转化为糖，而从被沸水杀死的植物细胞中提取的淀粉不能被转化为糖。
Kirchhoff（1815年）做了一个巧妙的实验。
他将4份的冷水加入到2份的淀粉中，并边加边搅拌。
之后加入20份的沸水使其形成一层厚厚的淀粉糊。
在淀粉糊还是余温的时候，加入被粉碎的麸质（或麦芽），然后在40－60°列式温度下水浴。
1－2小时后发现，淀粉糊开始缓慢液化。
8－10小时后，淀粉糊被转化为一种甜的溶液。
之后，他将其通过过滤和蒸发浓缩得到了糖浆，品尝后发现，其和发酵液一样甜。
在操作的过程中，他注明了实验过程中仅添加了非常少的麸质，并且得到的糖浆与淀粉的量成正比。
此外，如果在加入麸质前加入几滴高浓度的硫磺酸，最终就没有糖生成。
从这个实验中他得到结论1）麸质是一种能够使温水中的淀粉粉末转化为糖的物质。
2）作为种子发芽的结果，相比种子内的物质而言，麸质能过将更多的淀粉转化为糖。
至此,Kirchhoff奠定了发现谷物中一种能够将淀粉转化为糖的蛋白质的基础。
另一个研究进展是由Payen和Persoz（1833年）发现。
他们发现在发酵液的酒精析出物中含有一种对热不稳定的物质，它能使淀粉转化为糖。
他们将其称为“diastase”，它就是现代所说的淀粉酶。
1886年，Lintner发现了两种淀粉酶-淀粉液化酶和淀粉糖化酶。
1924年，Kuhn 将淀粉水解酶归为两类。
将发酵过程中能够将淀粉水解为β－淀粉酶，其能够将淀粉水解为β型麦芽糖。
将能够液化和糊化淀粉的酶称为α－淀粉酶，其作用于淀粉的产物表现为低旋光性，这一点为α型麦芽糖和相关糖的特性[1]。
1.2 α-淀粉酶的应用史及现状早在1833年payen从麦芽抽提液中用酒精沉淀出白色沉淀,可以使200倍的淀粉液化, 取名为“diastase”，并出售用于棉布的退浆。
1894 年tadamin用麸皮培养米曲霉制造淀粉酶作为消化剂, 建立了高峰制药厂―现miles公司的前身。
1913年法国Bioden与Effront 发明用枯草杆菌生产α－淀粉酶, 以其耐热性取代了麦芽淀粉酶用于棉布的退浆, 创建了rapedase工厂(现并入了gist brocades 公司)。
从此酶制剂工业揭开序幕。
第二次世界大战后, 随着抗生素工业的发展,微生物的培养技术、发酵工艺和发酵罐的革新, 酶制剂工业有了飞跃的发展, 进人了工业化大生产的阶段。
1949年日本采用深层通风培养法生产α－淀粉酶。
1959年, 日本采用淀粉酶和糖化酶进行淀粉的液化和糖化, 确定了酶法制造葡萄糖浆的工艺, 革除了沿用100年酸水解工业, 使淀粉出糖率由80% 提高到100% 。
1973耐热性α－淀粉酶投人生产。
从此淀粉酶的生产又进入了一个新阶段[2]。
据统计,α－淀粉酶和糖化酶是酶制剂的主要品种。
如美国1975年酶制剂总产值为5151万美元,淀粉酶类为1550万美元,1980年总产值是6681万美元,其中淀粉酶类约占20 %。
在日本,1976年酶制剂总销售额为2999百万日元,α－淀粉酶为1530百万日元,占50%。
将淀粉用α-淀粉酶液化、糖化酶糖化进而提取葡萄糖的工艺奠定了果糖浆和淀粉糖浆生产的基础,因而改变了糖品种的结构, 开辟了淀粉加工的新途径。
1980年, 美国果葡萄浆用量已达40 亿磅, 折合成湿淀粉为280万吨, 若加上未统计的数字, 估计实际可达500万吨。
仅生产可口可乐每年则需用糖浆100万吨[3]。
目前, 除开展大量常规诱变育种工作外, 国外已初步搞清了α一淀粉酶的调控基因, 探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。
将枯草芽抱杆菌重组体的基因引入生产菌株阴, 使α－淀粉酶产量提高7 －10倍, 并已应用于食品和制酒工业, 给选育高产α－淀粉酶菌株开创了新的途径[4]。
α-淀粉酶在动物、植物、微生物中均能产生，但大量生产还是主要靠微生物发酵。
有关的属有：Bacillus ，Bacteroides，Clostridium，Thermomonospora，Acinetobacter，Thermophile，Pseudomonas，Streptomyces，Thermoactinomyces，Aspergillus，Mucor，Neurospora，Penicillium等。
世界许多国家都以枯草杆菌（B.subtilis）生产的细菌淀粉酶和米曲霉（Aspergillus oryzae）生产的真菌淀粉酶为主要产品[5]。
下面仅以真菌α-淀粉酶的生产应用现状为例说明。
目前国际上仅有诺维信、丹尼斯克和帝斯曼等少数几家大型酶制剂公司拥有真菌α-淀粉酶的先进的生产技术与产品，且一直处于国际领先水平，其发酵水平一般在2 000 U/g 以上( 固态发酵) 。
虽然，我国早在1965 年就已在无锡建成我国第一个酶制剂厂—无锡酶制剂厂，并相继在国内实现了α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶及高温α-淀粉酶等生物酶制剂的生产和利用。
但是，我国在很长一段时间内对真菌α-淀粉酶的生产却处于空白状态，或有少量的自主产品面市，仍然远不能满足市场需求，使得我国必须通过大量进口才得以满足国内食品或发酵等工业日益增长的使用需求。
随着真菌α-淀粉酶需求量的日益增加及其相对较昂贵的价格，使得近年来越来越多的国内研究者开始关注真菌α-淀粉酶研究与开发工作。
国内报道的发酵水平大多数为200-600 U/g。
至2004年，河南省科学院生物研究所与郑州海韦力食品有限公司合作，以米曲霉为出发菌株，通过粒子束、60Co、r-射线、微波、紫外线、亚硝酸和硫酸二乙酯等6 种物理和化学诱变剂交替作用方法选育出了一株产酶水平较高菌株，其平均生产水平为1283 U/g，“整体技术达到了国内同类研究的领先水平”。
时至今日，国内已有多家酶制剂公司拥有真菌α-淀粉酶产品，在一定程度上缓解了国内对该酶种需求的压力，然而因国内企业的生产水平和产品多样性距国际领先水平仍有一定差距，所以国内市场供应的真菌α-淀粉酶大部分来自国外企业，使得在该酶种的市场占有中，中国企业一直处于劣势[6]。
2 酶的催化机制、空间结构及研究史2.1 酶的催化机制α-淀粉酶在结构上的相似性使人们相信他们具有相似的催化机制。
McCarter、Davies均提出α-淀粉酶的催化过程包括三步，共发生2次置换反应。
第一步，底物某个糖残基要先结合在酶活性部位的-1亚结合位点，该糖基氧原子被充当质子供体的酸性氨基酸（如GLU）所质子化；第二步，-1亚结合位点的另一个亲核氨基酸（如ASP）对糖残基的C1碳原子进行亲核攻击，与底物形成共价中间产物，同时断裂C1-OR键，置换出底物的糖基配基部分；第三步，糖基配基离去之后，水分子被激活（这可能正是被刚去质子化的GLU所激活），这个水分子再将ASP的亲核氧与糖残基的C1之间的共价键C1-ASP水解掉，置换出酶分子的ASP残基，水解反应完成。
在第二次置换反应中，如果进攻残基不是水分子，而是一个带有游离羟基的糖（寡糖）ROH，那么酶分子的ASP残基被置换出去后，就发生了糖基转移反应而非水解反应[7]。
2.2 酶催化机制的研究史α-淀粉酶的结构首先由MATSUURA (MATSUURA et al., 1979; 1984)发现。
（KUSUNOKI et al., 1990）单斜晶体被提炼出。
斜方晶系的天然形态(BOEL et al., 1990)和阿卡波糖混合形态(BRZOZOWSKI et al., 1997)被提炼出来。
在单斜晶态分析中，在酶的活性部位发现了与麦芽糖的结合键。
于是根据分子模型的研究，底物和酶键结合的假设被提出来。
之后，根据阿卡波糖混合形态结构，证实了确实存在底物和酶键结合模型。
抑制剂阿卡波糖也被用于其他和淀粉酶结构分析中，用于模拟想象底物和酶键结合的模型(QIAN et al., 1994; FUJIMOTO et al.; 1998, KADZIOLA et al.; 1998, BRAYER et al., 2000) 。
它们的结构表明酶和底物可能有相互作用。
催化残基和底物之间的氢键是Asp206-O1(-1),O6(-1), Glu230-O1(-1), and Asp297-O2,O3(-1)[8]。
2.3 酶空间结构及研究史α-淀粉酶的三级空间结构是通过X衍射在3Aº溶液中应用多对同晶型置换法得到（Mat- suur,Y;Kusunoki,M;Date,W;Date,W;Harada,S;Bando,S; el at 1979 J.Biochem. 86,1773-1 783; 1980J.Biochem .87,1555-1558)。
其一级结构氨基酸排列顺序于1982年完成（Toda，H；Kondo，K et al 1982 Proc.Jpn.Acad.58B,208-212）。
分子结构模型的建立是通过应用骨架模型配合电子密度分布的结果完成的，而电子密度分布是通过分子置换技术而总结得到的（Bricogue，G 1976 Acta Cryst，A32,832-847）。
以下是关于α-淀粉酶（TTA）简要的空间结构的描述。
α-淀粉酶是由478个氨基酸残基组成，它们折叠在三级结构的两大区域。
其中，最初的380个残基组成了区域A，剩余的组成了区域B。
区域A包括一个（βα）8的超二级结构。
在（βα）8的超二级结构中，α螺旋和β折叠的空间分布与磷酸丙糖异构酶、丙酮酸激酶或醛缩酶类似。
区域B是由8条反向平行的β-片层组成。
