α-淀粉酶的制备及应用
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α-淀粉酶在畜禽生产中的作用机理及应用进展摘要随着近代酶技术及生物技术的发展,高效能生物活性物质——酶制剂已能大规模地工业化生产,并被应用于饲料工业中,许多实验和实际应用结果都表明,饲用酶制剂作为一种饲料添加剂能有效地提高饲料的利用率、促进动物生长和防治动物疾病的发生,与抗生素和激素类物质相比,具有卓越的安全性,引起了全球范围内饲料行业的高度重视。
饲用酶种类繁多,淀粉酶作为其中的一种,在畜禽生产中取得了相当好的效果。
本文主要介绍淀粉酶的组成、基本性质以及在畜禽生产中的应用。
关键词:α-淀粉酶畜禽生产作用机理应用进展正文:1、α-淀粉酶的简介1.1 α-淀粉酶的定义淀粉酶是一类能分解淀粉糖苷键的酶的总称,广泛存在于动植物和微生物中,是利用最早、用途最广、工业产量最大的酶制剂品种。
按照水解淀粉酶的方式,淀粉酶主要可分为四大类:α-淀粉酶(α-amylase)、β-淀粉酶(β-amylase)、葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)和异淀粉酶(isoamylase)。
[1]其中,α-淀粉酶(α-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶,EC3.2.1.1)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。
[2]-[3]1.2 α-淀粉酶的分类和结构依α-淀粉酶产物不同可将它们分为糖化型和液化型两种:液化型α-淀粉酶,能将淀粉酶快速液化,其终产物为寡聚糖和糊精:糖化型α-淀粉酶有较强的酶切活性,在水解可溶性淀粉时,随着水解时间的延长而产生寡聚糖,麦芽糖直至葡萄糖。
按照其使用条件可以分为低温型、中温型、高温型、耐酸耐碱型。
按产生菌不同又可以分为细菌、真菌、植物和动物淀粉酶。
[4]研究表明所有α-淀粉酶均为分子量在50ku左右的单体,由经典的三个区域(A、B、C)组成:中心区域A由一个(β/α)8圆筒构成;区域B由一个小的β-折叠突出于β3和α3之间构成;而C-末端球型区域C则由一个Greek-key 基序组成,为该酶的活性部位,负责正确识别底物并与之结合。
低温α-淀粉酶
低温α-淀粉酶(Low-temperature α-amylase)是一种能在较低温度下活性的α-淀粉酶。
这类酶通常能够在相对较低的温度范围内(一般在10°C到40°C之间)保持其催化活性,因此对于一些需要在低温条件下进行生产或处理的工业应用具有重要意义。
以下是低温α-淀粉酶的一些特点和应用领域:
1.活性温度:低温α-淀粉酶的活性温度一般在较低的范围内,
适合在低温环境下进行工业生产。
2.来源:这类酶可以从一些适应低温环境的微生物中提取,例如
一些生活在寒冷环境的细菌或真菌。
3.食品工业:低温α-淀粉酶在食品工业中有一些应用,例如在
低温条件下制备一些涉及到淀粉降解的食品制品,如糖浆和面粉的加工。
4.酿酒工业:在啤酒酿造等过程中,低温α-淀粉酶可以用于麦
芽中淀粉的降解,有助于发酵过程的进行。
5.生物燃料生产:在生物质降解和生物燃料生产的过程中,低温
α-淀粉酶的活性温度范围可能更适合在低温条件下操作。
6.洗涤剂生产:低温α-淀粉酶也可能用于洗涤剂的生产,尤其
是那些需要在低温下进行的洗涤工艺。
这些特性使得低温α-淀粉酶在一些需要低温工艺的工业领域中具有潜在的应用前景。
不同的酶可能有不同的特性,因此在具体应用中需要选择适合特定条件的酶。
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。
a-淀粉酶的发酵生产工艺扌商要:a•淀粉酶广泛分布于动物、植物和微生物中,能水解淀粉产生糊精、麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等,是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。
目前,a•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。
1•菌种的选育1. 1细菌的分离与初步鉴定:将土壤系列稀释,把10乞10-\10腐分别涂布到淀粉培养基上,27C倒置培养2天,将长出的菌落接入斜面。
将细菌从斜面接种到淀粉培养基培养2天,用碘液染色,记录透明圈大小和菌落直径,计算D/d值。
保菌供下次实验用。
1. 2紫外线诱变育种:取活化后的菌种配成菌悬液、稀释;倒淀粉培养基平板,将菌悬液涂布其表面;用紫外线处理平板0、2min.4min.6min、8min.10min,每个处理2次重复;放到黑暗中倒置培养,37C培养48h,分别计•数诱变组和对照组平板上的菌落数,并计算致死率;加入碘液,分别测量诱变组和对照组菌落的透明圈直径和菌落直径,计算D/d值;将D/d值最大的菌种保存到斜面培养基上。
1.3诱变方法以及变异菌株的筛选①诱变出发菌株在完全培养基中培养至对数生长期后期。
②以NTG为诱变剂,按一定处理剂量(包/ml),在一定pH值的缓冲液中30T恒温振荡处理1~4h°③经高速离心分离,移植于液体完全培养基进行后培养。
④经稀释涂布在含有1%淀粉BY固体培养基上,经24h培养形成小菌落。
⑤把单菌落分别移植于含2%淀粉B丫液体培养基中,30E培养36ho⑥用2#定性滤纸制成5mmdisc(小圆纸片),并用2%琼脂BY培养基灭菌后加入较大剂量青霉素(抑菌)。
倒入200mmx300mm长方形不锈钢玻璃培养皿中,冷却凝固。
然后把5mmdisc纸顺序放在培养基表面。
⑦用微量注射器分别吸取培养液,移植到相应的disc上。
把disc培养皿经37C,24h分别培养。
⑧把KI-I2液用喷雾器均匀分布在disc培养皿培养基的表面上,并挑出淀粉水解圈大的disc,用相对应的1ml培养液接种摇瓶,进行发酵测定酶活力。
α-淀粉酶的提取、分离及测定(生化试验小组-2005.4)试验全程安排:试验一、色谱分离淀粉酶1.1 试剂及设备离子交换树脂-20℃冰箱样品管(5-10ml试管)1.5ml离心管紫外分光光度计α-淀粉酶样品秒表胶头吸管(进样用)平衡缓冲液(pH8.0,0.01M磷酸盐缓冲液)洗脱缓冲液(平衡缓冲液+0.1M,0.3M,0.5M,1.0M的氯化钠)试剂瓶1.2 离子交换色谱原理与方法色谱(chroma togra phy)是一种分离的技术,随着现代化学技术的发展应运而生。
20世纪初在俄国的波兰植物化学家茨维特(Twseet)首先将植物提取物放入装有碳酸钙的玻璃管中,植物提取液由于在碳酸钙中的流速不同分布不同因此在玻璃管中呈现出不同的颜色,这样就可以对各种不同的植物提取液进行有效的成分分离。
到1907年茨维特的论文用俄文公开发表,他把这种方法命名为chromat ograp hy, 即中文的色谱,这就是现代色谱这一名词的来源。
但由于茨维特当时没有知名度,而且能看懂俄文的人也不多,加之很快爆发了第一次世界大战,茨维特的分离方法一直被束之高阁。
20世纪20年代,许多植物化学家开始采用色谱方法对植物提取物进行分离,色谱方法才被广泛地应用。
自20世纪40年代以来以Mart in 为首的化学家建立了一整套色谱的基础理论使色谱分析方法从传统的经验方法总结归纳为一种理论方法,马丁等人还建立了气相色谱仪器使色谱技术从分离方法转化为分析方法。
20世纪50年代以后由于战后重建和经济发展的需要,化学工业特别是石油化工得到广泛的发展,亟需建立快速方便有效的石化成分分析。
而石化成分十分复杂,结构十分相似,且多数成分熔点又比较低,气相色谱正好吻合石化成分分析的要求,效果十分明显、有效。
α-淀粉酶在制糖生产中的应用研究随着人们生活水平的提高,糖在我们的日常饮食中扮演着非常重要的角色,而在糖的制造过程中,α-淀粉酶是一种非常重要的酶类,本文将以α-淀粉酶在制糖生产中的应用研究为题目,详细阐述它的应用情况、研究进展和未来发展趋势。
1.α-淀粉酶的概述α-淀粉酶,也称为淀粉酶α,是一种由人体和其他生物合成的酶类,它可以将淀粉分解为葡萄糖单元,从而被人体和其他生物利用。
在糖制造过程中,它是一种非常重要的酶类,它可以加速淀粉分解过程,使得糖的生产效率得到大大提高。
2.α-淀粉酶在糖的制造中的应用糖的制造一般分为两个步骤:首先是将淀粉转化为糖汁,然后再通过蒸发和结晶等工艺,将其中的水分蒸发掉,得到干糖。
而在将淀粉转化为糖汁的过程中,α-淀粉酶扮演着非常重要的角色,可以加速淀粉的分解,使得糖汁中的葡萄糖含量大大提高,从而提高糖的生产效率。
具体来说,α-淀粉酶主要通过水解反应将淀粉降解为糖汁,其反应方程式如下:淀粉+α-淀粉酶→糖汁其中,α-淀粉酶可以将淀粉分解为各种长度不同的糖链,而这些糖链可以被其他酶类如葡萄糖异构酶、蔗糖酶等降解为单糖,从而产生糖汁。
目前,在糖的制造中,常用的α-淀粉酶主要来源于微生物或植物,如大肠杆菌、枯草杆菌、木霉属等。
这些来源不同的α-淀粉酶在制糖生产中的应用情况也有所不同。
3.研究进展近年来,随着科技的进步,人们对α-淀粉酶的研究也得到了不断的深入。
研究表明,α-淀粉酶不仅可以在制糖生产中应用,还可以在其他领域如医学、食品加工等得到广泛的应用。
3.1制糖生产中的应用研究随着人们生活水平的提高,对糖的需求量不断增加,而将α-淀粉酶应用于糖的制造中可以大大提高生产效率,从而降低糖的生产成本,增加企业利润。
针对α-淀粉酶在制糖生产中的应用研究,国内外研究人员也进行了大量的实验和研究。
这些研究主要涉及到α-淀粉酶的酶学特性、生物反应器的设计、工艺条件的优化等方面,以提高α-淀粉酶的利用率和糖的产量。
真菌α-淀粉酶的研究和应用16120901 20092348 王德美摘要:α-淀粉酶广泛分布于动物、植物和微生物中,能水解淀粉产生糊精、麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等,是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。
α-淀粉酶在现代淀粉糖浆、焙烤制品、啤酒酿制及生料酒精等行业已得到广泛的应用。
随着现代制糖工业与发酵工业的发展及其对真菌α-淀粉酶的使用需求,使得真菌α-淀粉酶在现代工业酶制剂中占有重要地位。
对真菌α-淀粉酶的研究和利用,为满足国内市场需求、调整我国酶制剂工业结构和带动相关食品或发酵行业的发展等具有重要意义。
关键词:真菌α-淀粉酶,可发酵性糖,固态发酵,冷冻沉析,食品应用1.真菌α-淀粉酶的结构及其催化机制1.1真菌α-淀粉酶的结构与大多数α-淀粉酶类似,真菌α-淀粉酶通常含有三个结构域,分别称为A、B和C。
结构域A为酶的催化反应中心区域,其典型结构为(a/b)8TIM-桶状结构,结构域B和结构域C基本上位于结构域A得到对立两端【1】。
其中,Ca2+的保守结合位点位于结构域A和结构域B之间的表面区域,而大多数情况下Ca2+的存在对于α-淀粉酶家族保持其酶活力和稳定性是必须的。
结构域B位于TIM-桶状结构域的第三个β-折叠和第三个α-螺旋之间,该区域富含不规则的β-片层结构,在不同的淀粉酶中的大小和结构差异较大,被认为与α-淀粉酶的第五特异性有关。
同时,通过定点突变或随机突变结果表明,该部位在淀粉酶中核能相对比较脆弱,与α-淀粉酶的总体稳定性关联密切,其中部分氨基酸的改变对酶的pH稳定性和热稳定性影响较为显著。
结构域C形成α-淀粉酶蛋白质羧基端,并含有α-淀粉酶家族所特有的希腊钥匙β-sandwich结构,通常认为其通过将结构域A的疏水区域与溶剂相隔离以稳定催化区域或TIM桶状结构【2】。
1.2真菌α-淀粉酶的催化机制通过X-射线晶体结构、化学修饰和定点突变等手段,表明Asp206、Glu230和Asp2973个氨基酸可能是α-淀粉酶、家族的核心催化位点【3】。
α淀粉酶使用说明α淀粉酶(Alpha-amylase)是一种酶类蛋白质,广泛存在于许多生物体中,如人体、植物和微生物。
它在生物体内起着重要的消化和代谢作用。
α淀粉酶可以降解淀粉分子,将其分解为较短的链状淀粉分子或单糖,便于生物体通过消化吸收利用。
在工业上,α淀粉酶也被广泛应用于食品、饲料、纺织和制糖等领域。
下面是α淀粉酶的使用说明。
1.α淀粉酶的存储和保管:α淀粉酶是易于保存和稳定的酶类蛋白质,通常以固体或液体形式提供。
在储存和保存α淀粉酶时,应注意以下几点:-尽量避免接触高温和阳光直射,避免α淀粉酶蛋白质的变性和失活。
-将α淀粉酶存放在干燥的地方,防止受潮和导致蛋白质变性。
-在使用之前,应先检查α淀粉酶的有效期,避免使用已过期的酶制剂。
2.α淀粉酶的用途:α淀粉酶在食品加工和工业生产中有广泛的应用,具体包括以下几个方面:-食品加工:α淀粉酶可以促进淀粉的糊化和降解,用于制作糕点、面包、饼干等食品,改善食品质地和口感。
-制糖:α淀粉酶可以加速糖化过程,将淀粉转化为糖,用于制备糖浆、甜味剂和其他糖制品。
-酿造业:α淀粉酶可以促进麦芽中淀粉的糊化和酶解,提高麦芽的糖化率,用于啤酒生产和其他酒类发酵过程。
-纺织业:α淀粉酶可以用于纺织品的清洗和漂白过程中,去除淀粉残留和改善织物的手感和柔软度。
-饲料工业:α淀粉酶可以促进饲料中淀粉的降解和利用,提高饲料的营养价值和畜禽的饲料转化率。
3.α淀粉酶的使用方法:在不同的应用领域和具体使用要求下,α淀粉酶的使用方法会有所不同。
一般来说,α淀粉酶可以通过以下几个步骤实现其应用:-准备工作:首先,需要根据具体的应用需求和使用比例,确定所需α淀粉酶的使用量。
然后,将α淀粉酶适量稀释至所需的活性浓度。
-预处理:根据具体应用的要求,可以适当进行酶的预处理。
比如,将α淀粉酶与其他酶制剂混合、调整pH等。
-添加工艺:将稀释好的α淀粉酶加入到目标物质中,如食品原料、发酵液、纺织品或饲料等。
实验二α-淀粉酶的初步纯化
实验二α-淀粉酶的初步纯化:
1. 用液体培养基将酵母菌培养至大量繁殖,离心离心收集上清液。
2. 以上清液为材料,用硫酸钠悬液凝固技术纯化α-淀粉酶,先将原液加入适量的硫酸钠,冷却至0℃,使淀粉酶沉淀,然后离心10min,20min,30min,收集沉淀物。
3. 将收集的沉淀物用超声波处理,直至悬浮液体无沉淀后,过滤得到α-淀粉酶的悬液,并再次离心收集沉淀物。
4. 采用乙醇沉淀法,将α-淀粉酶从悬液中沉淀,再离心收集沉淀物,用筛选法,过滤得到α-淀粉酶纯化悬液。
5. 最后,用氯仿沉淀方法,将α-淀粉酶继续纯化,离心收集沉淀物,即可得到α-淀粉酶纯化悬液。
实验三 α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测一、实验目的1.制备固定化的淀粉酶。
2.进行淀粉水解的测定。
二、实验原理用吸附法将a-淀粉酶固定在石英砂上,一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后,可使淀粉水解成糊精,用淀粉指示剂溶液测试,流出物呈红色表明水解产物糊精生成。
这里使用的是枯草杆菌的a-淀粉酶,其作用的最适pH 范围为 5.5-7.5,最是温度为50-75℃。
1、酶的固定化酶:生物体内活细胞产生的具有催化作用的有机物。
固定化酶:将水溶性酶用物理或化学的方法固定在某种介质上,使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。
一般酶的固定化方法:吸附法、共价偶联法、交联法、包埋法。
吸附法:P32利用各种吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上而使酶固定的方法。
通常有物理吸附法和离子吸附法。
常用吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃等。
采用吸附法固定酶,其操作简便、条件温和,不会引起酶变性或失活,且载体廉价易得,可反复使用。
2.石英砂的吸附作用石英砂吸附酶的物理吸附也称范德华吸附,它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起,此力也称作范德华力。
由于它是分子间的吸力所引起的吸附,所以结合力较弱,吸附热较小,吸附和解吸速度也都较快。
被吸附物质也较容易解吸出来,所以物理吸附在一定程度上是可逆的。
3.淀粉酶催化反应 淀粉酶:淀粉酶是指一类能催化分解淀粉(包括糖原、糊精等)的糖苷键的酶之总称。
淀粉酶包括α—淀粉酶、β—淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶、麦芽寡糖生成酶等水解酶类和葡萄糖苷转移酶、环状糊精葡萄糖苷转移酶等。
α—淀粉酶是一种内切酶,它随机地从分子内部切开α—1.4糖苷键(水解中间的α—1.4键比分子末端的α—1.4键概率大),遇到分支点的α—1.6键不能切,但能跨越分支点而切开内部的α—1.4糖苷键,由于产物的还原性末端葡萄糖残基上的C1碳原子呈直接使用酶缺点固定化酶优点 通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,容易失活固定化酶提高了酶的稳定性,可较长时间地储存和使用;(更能耐受温度、PH 的变化) 溶液中的酶很难回收,不能被再次利用,提高了生产成本固定化酶可以被反复使用,更经济,更利于生产 反应后会混在产物中,可能影响产品质量(难分离) 酶既能与反应物接触,又能与产物分离纯化α—构型(光学),故称这种酶为α—淀粉酶。