β-淀粉酶

β-淀粉酶的活性和热稳定性研究田辉，张红，张剑∗（武汉工业学院化学与环境工程系，湖北武汉430023）摘要本文借助DNS试剂并通过分光光度法建立了在底物存在条件下β-淀粉酶的活性测定方法。

并用该法从温度、淀粉浓度以及钙的添加量等方面探讨了β-淀粉酶的活性和热稳定性。

研究表明，该酶作用底物的最适酸度为4.5，钙离子的添加量直接关系到β-淀粉酶的活性和热稳定性。

当向2%（v/v）初始浓度的淀粉溶液中加入34 μmol CaCl2 / μg 酶蛋白量时，可使该酶的热稳定性和催化效率达到最大，在30℃和pH 4.5 的条件下，该酶的催化活性是对照酶的1.25倍。

由此可见，向酶水解淀粉的反应液中添加适量的Ca2+，可提高β-淀粉酶的利用率。

关键词β-淀粉酶；酶活力；Ca2+离子；热稳定性酶Studies on Thermal Stability and Activity of β-AmylaseTIAN, Hui ZHANG, Hong ZHANG, Jian*( Department of Chemistry and Environmental Engineering, Wuhan Polytechnic University,ChangQing Garden, Hankou, Wuhan, 430023 )Abstract A determination method for activity of β-amylase in presence of starch had been established by spectrophotometry in accordance with DNS procedure. Thermal stability and activity of β-amylase were studied from the aspects of temperatures, starch concentrations and additions of Ca2+ in this paper. The results indicated that β-amylase displayed a pH activity optimum of 4.5 and addition of Ca2+ was directly related to catalytic efficiency and thermostability of β-amylase. When addition of CaCl2 was 34 μmol / μg enzyme protein, thermostability and activity of the enzyme in the presence of starch achieved maximum values. Catalytic efficiency of β-amylase incubated at 34 μmol CaCl2 / μg enzyme protein solution (30o C, pH 4.5) was approximately 1.25-fold as the control enzyme during starch hydrolysis reaction. Therefore, thermal stability of β-amylase was able to improve in saccharifying by addition of a proper amount of Ca2+.Keywordsβ-amylase; enzyme activity; calcium; thermostable enzymes1 前言∗指导教师，E-mail:******************第一作者简介：田辉，湖北汉川人，从事工业酶制剂的应用研究。

β淀粉酶水解淀粉的产物
β-淀粉酶水解淀粉的产物包括麦芽糖、麦芽三糖、糊精、少量葡萄糖和果糖。

具体来说，β-淀粉酶首先能从淀粉分子的非还原性末端开始，释放出大量的麦芽糖，同时生成少量的葡萄糖。

之后，在继续作用中，酶从麦芽糖分子的非还原性末端继续水解麦芽糖，生成麦芽三糖。

然而，由于麦芽三糖的水解速度较慢，因此麦芽三糖会逐渐积累在体系中。

随着反应的进行，麦芽三糖不断被水解，最终生成糊精。

此外，在β-淀粉酶水解淀粉的过程中，还会产生少量葡萄糖和果糖，这些副产物可以被酵母等微生物利用。

需要注意的是，β-淀粉酶水解淀粉的产物不仅与反应条件有关，还与所用β-淀粉酶的来源有关。

例如，来自不同来源的β-淀粉酶对底物特异性、最适温度、最适pH、热稳定性等方面可能存在差异，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的β-淀粉酶。

实验十八淀粉酶活力的测定一、目的学习和掌握测定淀粉酶（包括α-淀粉酶和β-淀粉酶）活力的原理和方法。

二、原理淀粉是植物最主要的贮藏多糖，也是人和动物的重要食物和发酵工业的基本原料。

淀粉经淀粉酶作用后生成葡萄糖、麦芽糖等小分子物质而被机体利用。

淀粉酶主要包括α-淀粉酶和β-淀粉酶两种。

α-淀粉酶可随机地作用于淀粉中的α-1,4-糖苷键，生成葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、糊精等还原糖，同时使淀粉的粘度降低，因此又称为液化酶。

β-淀粉酶可从淀粉的非还原性末端进行水解，每次水解下一分子麦芽糖，又被称为糖化酶。

淀粉酶催化产生的这些还原糖能使3,5-二硝基水杨酸还原，生成棕红色的3-氨基-5-硝基水杨酸，其反应如下：淀粉酶活力的大小与产生的还原糖的量成正比。

用标准浓度的麦芽糖溶液制作标准曲线，用比色法测定淀粉酶作用于淀粉后生成的还原糖的量，以单位重量样品在一定时间内生成的麦芽糖的量表示酶活力。

淀粉酶存在于几乎所有植物中，特别是萌发后的禾谷类种子，淀粉酶活力最强，其中主要是α-淀粉酶和β-淀粉酶。

两种淀粉酶特性不同，α-淀粉酶不耐酸，在pH3.6以下迅速钝化。

β-淀粉酶不耐热，在70℃15min钝化。

根据它们的这种特性，在测定活力时钝化其中之一，就可测出另一种淀粉酶的活力。

本实验采用加热的方法钝化β-淀粉酶，测出α-淀粉酶的活力。

在非钝化条件下测定淀粉酶总活力（α-淀粉酶活力+β-淀粉酶活力），再减去α-淀粉酶的活力，就可求出β-淀粉酶的活力。

三、实验材料、主要仪器和试剂1．实验材料萌发的小麦种子（芽长约1cm）2．仪器（1）离心机（2）离心管（3）研钵（4）电炉（5）容量瓶：50mL×1, 100mL×1（6）恒温水浴（7）20mL具塞刻度试管×13（8）试管架（9）刻度吸管：2mL×3, 1mL×2, 10mL×1（10）分光光度计3．试剂（均为分析纯）（1）标准麦芽糖溶液（1mg/mL）：精确称取100mg麦芽糖，用蒸馏水溶解并定容至100mL。

β-淀粉酶酶活力测定采用DNS法（3,5-二硝基水杨酸法）1.试剂配制（1）0.2mol/L pH5.50磷酸缓冲液配制甲液：称取磷酸氢二钠（Na2HPO4.12H2O）53.65g，用蒸馏水溶解定容至1000ml。

乙液：称取磷酸二氢钠（NaH2PO4.2H2O）27.80g，用蒸馏水溶解定容至1000ml。

取甲液6.50mL，乙液93.50mL，混合后以酸度计校正pH 5.50即成。

（2）10% pH5.50磷酸缓冲液配制取上列0.2mol/L pH5.50缓冲液10mL，加入90mL蒸馏水，混匀即成。

（3）DNS溶液配制3,5-二硝基水杨酸试剂：6.3g 3,5-二硝基水杨酸和262mL 2mol/L NaOH溶液，加到500mL含有185g酒石酸钾钠的热水溶液中，再加5g结晶酚和5g亚硫酸钠，搅拌溶解。

冷却后加蒸馏水定容至1000mL，贮于棕色瓶中备用。

（每次配制后需绘制）。

（4）1.1%淀粉缓冲液煮沸约50mL蒸馏水，加入到1.1 g淀粉的少量蒸馏水溶解液中，再煮沸至透明，冷却，加10mL 0.2mol/L pH5.50磷酸缓冲液，定容至100mL。

2. 标准曲线绘制采用DNS半量法。

准确称取于105-110℃干燥后的葡萄糖50 mg，用蒸馏水溶解定容至50 mL，配成1 mg/mL葡萄糖液。

取7支具有25mL刻度的血糖管或刻度试管，编号，按表1所示的量，精确加入浓度为1mg.mL-1的葡萄糖标准液和3,5-二硝基水杨酸试剂。

表1 葡萄糖标准溶液配制编号含葡萄糖量/mg 1mg/mL葡萄糖液量/mL 蒸馏水量/mL DNS液量/mL1 0.1 0.1 0.4 1.52 0.2 0.2 0.3 1.53 0.3 0.3 0.2 1.54 0.4 0.4 0.1 1.55 0.5 0.5 0 1.5注：空白用0.5mL蒸馏水代替葡萄糖液开水煮沸15min，冷却，用蒸馏水定容至10mL，用橡皮塞塞住管口，颠倒混匀。

胰淀粉酶的名词解释胰淀粉酶（amylase）是一种消化酶，主要分泌于胰腺，有助于食物的淀粉分解和消化。

它是一种能够降解淀粉和糖类物质的酶类蛋白质，是人体消化系统中不可或缺的一部分。

胰淀粉酶在人类和其他动物的胰腺中产生，然后通过胰管进入小肠，与其他消化酶协同作用以完成食物的分解。

它的主要功能是通过水解淀粉分子中的α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键，将它们分解为较小的碳水化合物单元，如葡萄糖和麦芽糖，从而使得它们可以被肠道吸收。

胰淀粉酶存在于两种形式中：α-淀粉酶和β-淀粉酶。

α-淀粉酶是血清胰淀粉酶的主要形式，也是最具代表性和最常见的淀粉酶。

它由胰腺细胞合成，然后经由胰管进入小肠。

血清中的α-淀粉酶在体内是稳定的，因此可以通过测量血清中α-淀粉酶的活性来判断胰腺功能的异常。

β-淀粉酶是一种相对较少见的淀粉酶，形式上与α-淀粉酶相似，但其结构和功能有所不同。

β-淀粉酶主要存在于胰腺中的辅助细胞和纤维细胞中，在血清中的含量较低。

虽然β-淀粉酶的具体功能尚未完全了解，但研究表明它可能在淀粉分解中发挥重要作用。

胰淀粉酶的活性受到多种因素的调节，包括饮食、荷尔蒙和神经调节等。

饮食中的主要碳水化合物来源淀粉在进入小肠时会受到胰淀粉酶的作用，从而发生水解反应。

同时，胃内pH值的升高和肠道内的胃动力也会刺激胰淀粉酶的分泌。

胰淀粉酶的异常与多种疾病有关。

一些胰腺疾病，如胰腺炎和胃肠道肿瘤，可能导致胰淀粉酶的分泌减少或完全停止，从而导致消化不良和营养吸收问题。

此外，一些遗传性或先天性疾病也可能导致胰淀粉酶缺乏或功能异常，例如囊性纤维化等。

在临床实践中，胰淀粉酶的测量可以作为指标来判断胰腺疾病的存在和严重程度。

通过检测血清中的淀粉酶活性，医生可以评估胰腺功能异常的程度，并根据需要制定相应的治疗方案。

同时，胰淀粉酶的测定还可以用于监测患者的治疗效果和预测疾病的发展趋势。

总之，胰淀粉酶是一种重要的消化酶，对于人体的食物消化和营养吸收具有重要作用。

糖苷水解酶家族的分类糖苷水解酶（Glycoside Hydrolases，GH）是一类广泛存在于自然界中的酶，其主要功能是催化糖苷键的水解反应。

根据不同的催化机制和底物特异性，糖苷水解酶家族可以被分为多个不同的分类。

一、α-淀粉酶家族（GH13）α-淀粉酶家族是糖苷水解酶家族中最大的一个家族，包括了多种不同的酶。

这些酶主要参与淀粉和糖原的降解，将其水解为低聚糖和葡萄糖。

该家族的酶具有多种结构域，包括α-淀粉酶结构域、β-淀粉酶结构域和连接结构域等。

其中，α-淀粉酶结构域是该家族酶的典型结构，包含了催化酶活性所必需的催化三角。

β-淀粉酶结构域则主要参与结合底物和产物。

二、纤维素酶家族（GH9、GH44、GH45等）纤维素酶家族主要参与植物纤维素的降解。

纤维素是一种由β-葡聚糖组成的多糖，其结构复杂且难以降解。

纤维素酶家族的酶可以将纤维素水解为较小的纤维素片段，以供细菌和真菌进一步降解。

该家族的酶具有多个结构域，包括纤维素结合模块、纤维素酶模块和连接结构域等。

纤维素结合模块能够与纤维素结构特异性地结合，纤维素酶模块则负责催化水解反应。

三、木聚糖酶家族（GH5、GH30）木聚糖酶家族主要参与木聚糖的降解。

木聚糖是一种由β-木糖组成的多糖，存在于植物细胞壁中。

该家族的酶具有多个结构域，包括木聚糖酶结构域和连接结构域等。

木聚糖酶结构域是该家族酶的典型结构，包含了催化酶活性所必需的催化三角。

这些酶能够将木聚糖水解为低聚糖和木糖。

四、果糖酶家族（GH32）果糖酶家族参与果糖的降解。

果糖是一种单糖，是蔗糖和果糖的主要组成部分。

该家族的酶能够将果糖水解为葡萄糖和其他糖分子。

果糖酶家族的酶具有多个结构域，包括果糖酶结构域、连接结构域和底物结合结构域等。

五、乳糖酶家族（GH1、GH2）乳糖酶家族主要参与乳糖的降解。

乳糖是一种由葡萄糖和半乳糖组成的二糖，存在于乳制品中。

该家族的酶能够将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖。

乳糖酶家族的酶具有多个结构域，包括乳糖酶结构域、连接结构域和底物结合结构域等。

β-淀粉酶的作用
β-淀粉酶是一种酶类分子，能够催化淀粉的水解反应，将淀
粉分解成为低聚糖，如葡萄糖、半乳糖等。

β-淀粉酶在自然
界中广泛存在，包括植物、动物和微生物中都可以发现它的存在。

β-淀粉酶在人类体内也有着重要的作用。

在人体中，它主要
存在于胰腺和小肠黏膜上皮细胞中。

当食物进入小肠时，胰腺会分泌β-淀粉酶，帮助消化淀粉质食物。

β-淀粉酶可以将淀
粉分解成为葡萄糖和半乳糖，这两种单糖可以被人体吸收利用。

β-淀粉酶的作用不仅仅局限于消化系统中。

在工业生产中，
β-淀粉酶也有着广泛的应用。

例如在啤酒生产中，β-淀粉酶
能够将麦芽中的淀粉分解成为可发酵的糖分，从而促进啤酒的发酵过程。

在制糖工业中，β-淀粉酶也被广泛应用于蔗糖和
甜菜糖的生产过程中。

除此之外，β-淀粉酶还可以用于医学领域。

例如在肝脏病变时，肝细胞会释放出大量的淀粉样蛋白，这些蛋白会在身体内沉积形成淀粉样物质，影响器官的正常功能。

而β-淀粉酶可
以通过催化淀粉样物质的水解反应，将其分解成为小分子物质，从而缓解淀粉样物质积聚所带来的影响。

总之，β-淀粉酶是一种非常重要的酶类分子，在自然界和人类社会中都有着广泛的应用。

它不仅仅帮助人体消化食物，还可以促进工业生产和医学研究的进展。

因此，对β-淀粉酶的研究和应用具有重要的意义。

淀粉酶的应用及研究进展淀粉酶是一种能够分解淀粉类物质的酶，在多个领域具有广泛的应用。

随着科技的不断进步，淀粉酶的研究和应用也在不断深入。

本文将详细介绍淀粉酶的应用领域和研究进展，以期为相关领域的研究提供参考。

淀粉酶是一种水解酶，能够将淀粉分解成相对较小的分子，如葡萄糖、麦芽糖等。

根据酶的来源不同，可以分为α-淀粉酶和β-淀粉酶。

其中，α-淀粉酶广泛存在于高等植物和微生物中，而β-淀粉酶则主要存在于高等植物和某些微生物中。

淀粉酶在自然界中分布广泛，扮演着重要的角色，尤其是在食品、生物制药和环境治理等领域具有广泛应用。

食品领域在食品领域中，淀粉酶主要用于制作糖浆、葡萄糖等淀粉类食品。

通过使用不同种类的淀粉酶，可以控制糖类的生成量和生成速度，从而获得所需的食品品质。

淀粉酶还可以用于改善食品的口感和外观，如用α-淀粉酶处理小麦粉可以使其变得更加松软。

在生物制药领域中，淀粉酶主要用于药物的制备和生产。

例如，β-淀粉酶可以用于制备免疫抑制剂、抗炎药等药品的有效成分。

淀粉酶还可以用于生物柴油的生产，提高生物柴油的产率和质量。

随着生物技术的不断发展，淀粉酶在生物制药领域的应用前景将更加广阔。

在环境治理领域中，淀粉酶主要用于水处理和农业废弃物的处理。

β-淀粉酶可以用于降解农业生产中的纤维素类废弃物，将其转化为可利用的糖类，从而实现农业废弃物的资源化利用。

淀粉酶还可以用于水处理中的污泥减量，提高污水处理效率。

新一代淀粉酶的研发随着科技的不断进步，新一代淀粉酶的研发工作正在不断深入。

目前，新型淀粉酶的研究主要集中在提高酶的稳定性、降低成本以及优化生产工艺等方面。

例如，通过基因工程手段，可以培育出具有更强水解能力和稳定性的淀粉酶。

利用合成生物学方法，还可以构建出更加高效的淀粉酶生产系统，为淀粉酶的应用提供更加可持续的解决方案。

除了新型淀粉酶的研发外，淀粉酶基因改造也是当前研究的热点之一。

通过基因改造手段，可以改变淀粉酶的活性、热稳定性等关键性质，从而优化其在不同领域的应用效果。

1 微生物酶的分类、作用机理及来源1.1淀粉酶。

淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。

α-淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，能够切开淀粉链内部的α-1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。

生产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。

β-淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。

此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。

此酶主要由曲霉、根霉和内孢霉产生。

糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。

此酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。

此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。

异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1，6-糖苷键，将枝链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。

此酶产生菌主要是嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。

1.2蛋白酶。

蛋白酶系催化分解蛋白质肽键的一群酶的总称，它作用于蛋白质，将其分解为蛋白胨、多肽及游离氨基酸。

此酶种类繁多，广泛存在于所有生物体内，按其来源可分为植物蛋白酶、动物蛋白酶、微生物蛋白酶(又可分为细菌蛋白酶、放线菌蛋白酶、霉菌蛋白酶等)；按其作用形式可分为肽链内切酶、肽链外切酶；按所产蛋白酶性能分为酸性蛋白酶、霉菌蛋白酶酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶。

酸性蛋白酶(最适pH=2～5)产生菌主要是黑曲霉、米曲霉、根霉、微小毛霉、似青霉、青霉、血红色螺孔菌等的某些种；中性蛋白酶(最适pH=7～8)产生菌主要是枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、微白色链霉菌、耐热性解蛋白质杆菌等；碱性蛋白酶(最适pH=9～11)主要产生菌为枯草杆菌、腊状芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉、灰色链霉菌、镰刀菌等。