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淀粉水解为葡萄糖
淀粉是一种多糖类化合物，广泛存在于植物中，如谷类、豆类、马铃薯等中。
但是，淀粉不能被人类直接消化吸收，需要先经过水解变成单糖类的葡萄糖才能被人体利用。
淀粉水解是指通过加热、酸或酶的作用使淀粉分子中的α-1,4-糖基键和α-1,6-糖基键断裂，从而将淀粉分解成不同长度的糖链与单糖。
其中，α-淀粉酶是淀粉水解的主要酶类，能够将淀粉分解为较短的糖链和单糖。
而β-淀粉酶则能进一步将糖链水解为单糖。
此外，糖化酶也能够将淀粉水解为较短的糖链和单糖。
淀粉水解的产物主要是葡萄糖，这是因为淀粉分子的主要成分为葡萄糖分子。
葡萄糖是人体的主要能量来源，也是构成多种生物分子的重要原料。
淀粉水解产生的葡萄糖可以通过肠壁上的葡萄糖转运蛋白进入
血液循环，被身体各个部位吸收利用。
此外，由于葡萄糖在人体内能够被快速利用，因此淀粉水解产生的葡萄糖比淀粉本身更易于被消化吸收。
综上所述，淀粉水解是将淀粉分子分解为单糖的过程，产物主要是葡萄糖。
这一过程能够提高淀粉的消化吸收率，为人体提供必要的能量和营养。
- 1 -。
淀粉酶活性的测定一、原理淀粉酶（amylase）包括几种催化特点不同的成员，其中α－淀粉酶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，同时使淀粉浆的粘度下降，因此又称为液化酶；β－淀粉酶每次从淀粉的非还端切下一分子麦芽糖，又被称为糖化酶；葡萄糖淀粉酶则从淀粉的非还原端每次切下一个葡萄糖。
淀粉酶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。
淀粉酶活力的大小与产生的还原糖的量成正比。
可以用麦芽糖制作标准曲线，用比色法测定淀粉生成的还原糖的量，以单位重量样品在一定时间内生成的还原糖的量表示酶活力。
几乎所有植物中都存在有淀粉酶，特别是萌发后的禾谷类种子淀粉酶活性最强，主要是α－和β－淀粉酶。
Α－淀粉酶不耐酸，在pH3.6以下迅速钝化；而β－淀粉酶不耐热，在70℃15min则被钝化。
根据它们的这种特性，在测定时钝化其中之一，就可测出另一个的活力。
本实验采用加热钝化β－淀粉酶测出α－淀粉酶的活力，再与非钝化条件下测定的总活力（α＋β）比较，求出β－淀粉酶的活力。
二、材料、仪器设备及试剂（一）材料：萌发的小麦种子（芽长约1cm）。
（二）仪器设备：1. 分光光度计；2. 离心机；3. 恒温水浴（37℃，70℃，100℃）；4.具塞刻度试管；5. 刻度吸管；6. 容量瓶。
（三）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；2. 3，5－二硝基水杨酸试剂：精确称取1g3，5－二硝基水杨酸，溶于20ml2mol/L NaOH溶液中，加入50ml蒸馏水，再加入30g酒石酸钾钠，待溶解后用蒸馏水定容至100ml。
盖紧瓶塞，勿使CO2进入。
若溶液混浊可过滤后使用；3.01mol/L pH5.6的柠檬酸缓冲液：A液（0.1mol/L 柠檬酸）：称取C6H8O7.H2O 21.01g，用蒸馏水溶解并定容至1L；B液（0.1mol/L 柠檬酸钠）：称取Na3C6H5O7.2H2O 29.41g，用蒸馏水溶解并定容至1L。
酶在淀粉类食品生产中的应用知识引言淀粉是一种重要的能量来源，广泛应用于食品和工业生产中。
然而，淀粉在自然环境下很难被分解和消化。
为了提高淀粉的可利用性和生产效率，酶在淀粉类食品生产中被广泛应用。
本文将介绍酶在淀粉类食品生产中的应用知识。
酶的作用机制酶是一种特殊的蛋白质，可以在生物体内催化化学反应的进行。
在淀粉类食品生产中，主要应用的酶是淀粉酶和糖化酶。
淀粉酶淀粉酶是一类能够水解淀粉为可溶性糖类的酶。
它能够将淀粉分子水解为较小的糖分子，如麦芽糖、葡萄糖等。
淀粉酶的作用机制包括两个主要反应：糊化和糖化。
1.糊化：淀粉酶通过加热作用将淀粉颗粒打破，使其形成胶状糊状物。
这种糊化过程可以使淀粉分子更易于被酶水解。
2.糖化：在糊化的基础上，淀粉酶催化淀粉分子断裂成糖分子。
这些糖分子可以被我们的消化系统吸收和利用。
糖化酶糖化酶是一种能够将复杂糖分子水解为单糖的酶。
它主要作用于淀粉酶无法水解的糖类物质，使其变得更易于消化和吸收。
酶在淀粉类食品生产中的应用酶在淀粉类食品生产中起着重要的作用，以下是几个常见的应用领域。
面粉加工面粉是淀粉类食品的重要原料之一。
在面粉加工过程中，淀粉酶常用于面粉的酵素改良。
面粉中淀粉的成分和性质直接影响到其加工和用途。
淀粉酶可以改善面粉的流动性、黏性和弹性等性质，使面粉更适合制作各种面包和糕点。
面团发酵在面团发酵过程中，淀粉酶通过糖化作用分解淀粉，产生可溶性糖类，为面团中的酵母菌提供能量和营养物质。
这样可以促进面团的发酵过程，使面包和面点的品质更好。
同时，糖化酶也可以用于提高面团中糖分的含量，增加产品的甜度和口感。
淀粉糖化淀粉糖化是指将淀粉水解为可溶性糖类的过程。
这是一项非常重要的工艺，在淀粉类食品和饮料的生产中广泛应用。
通过酶的作用，淀粉水解为可溶性糖类，用于制作各种甜品、饮料和调味品。
淀粉糖化可以提高产品的甜度和口感，延长产品的保质期，同时还可以降低产品的粘度和浓度。
淀粉糊化淀粉糊化是指将淀粉颗粒打破，形成胶状物的过程。
底物扩散对分子筛固定化葡萄糖淀粉酶性能的影响外扩散的消除：
（1）提高底物溶液的表观流速
（2）提高底物溶液的浓度
原因：在底物浓度较低时, 固定化葡萄糖淀粉酶的活力随底物浓度的增加基本符合公式]
v=，说明此时反应主要由外扩散控制, 随着底
[S
ks
物浓度的增加, 曲线的斜率逐渐变小, 由公式
，
固定化酶的反应由内扩散控制时, 反应级数为1/2。
这说明，随着底物浓度的增加，反应逐渐转化为内扩散控制。
内扩散的消除：
（1）减小载体粒度
（2）在载体成型过程中，采取再造孔的方法，使成型的载体中出现了许多微米级的二次孔，载体密度降低，孔隙率增加，曲折因子减小，是底物和产物的有效扩散系数大大增加。
消除后的动力学变化：
（1）消除内扩散，反应完全由外扩散控制时，固定化酶的反应速度与主题底物浓度成正比，反应速度为
v=
ks
]
[S
（2）消除外扩散，反应完全由内扩散控制时，反应速度为
v=
kL
此时假定固定化酶为厚度为L的薄片。
唾液淀粉酶元素组成
唾液淀粉酶是由多种酶组成的复合物，其中包括：
1. α-淀粉酶（α-amylase）：主要负责将淀粉分解成糖分子，可将淀粉分解为糊粉状物质，并进一步将其分解为葡萄糖、麦芽糖和麦芽糊精等。
2. β-淀粉酶（β-amylase）：主要参与淀粉分解的后期，将淀粉链的非还原性末端酶解为2-3个葡萄糖分子。
3. α-1,4葡萄糖淀粉酶（α-1,4-glucosidase）：主要作用于淀粉消化的最后阶段，将葡萄糖麦芽糊精等短链糖分解为葡萄糖分子。
4. α-1,6葡萄糖淀粉酶（α-1,6-glucosidase）：参与淀粉消化的支链的分解，将α-1,6-葡萄糖键酶解为葡萄糖分子。
5. α-1,4-糖苷酶（α-1,4-glycosidase）：参与分解淀粉和糖类结构物中的连接两个葡萄糖残基之间的α-1,4-糖苷键，将其酶解为葡萄糖分子。
这些酶共同作用于淀粉分子的内部结构，将其分解为可被人体吸收利用的葡萄糖分子。
淀粉生成葡萄糖的工艺流程
工艺流程：
淀粉乳→喷射液化→维持→保温层流→降温调ph值→糖化
说明：
淀粉乳配料罐内，把淀粉粉浆乳调到Be18左右，用酸或者碱，调节pH至5．4～5．8，加入耐高温α-淀粉酶，接着搅拌均匀后用泵将淀粉浆打入喷射液化器，通过喷射器，粉浆和蒸汽直接接触，控制温度105℃～108℃，维持3-5min，接着进入层流罐，持续保温90～120min，测定DE值达到12-14%，接着开始降温；降温后的液化液，迅速用酸将pH值调至4．2～4．4，接着，加入糖化酶，在60℃±2℃保温糖化。
一般控制48h，DE值达到或超过98％(复合糖化酶)后，取样经过HPLC测定达到要求，糖化结束，接着糖化液开始进入精制工序。
淀粉酶活力的测定方法淀粉酶主要包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和R-酶，它们广泛存在于动物、植物和微生物界。
不同来源的淀粉酶，性质有所不同。
植物中最重要的淀粉酶是α -淀粉酶和β-淀粉酶。
α -淀粉酶随机作用于直链淀粉和支链淀粉的直链部分α -1,4糖苷键，单独使用时最终生成寡聚葡萄糖、α-极限糊精和少量葡萄糖。
Ca 2+能使α-淀粉酶活化和稳定，它比较耐热但不耐酸，pH 3.6 以下可使其钝化。
β-淀粉酶从非还原端作用于α-1,4糖苷键，遇到支链淀粉的α -1,6键时停止。
单独作用时产物为麦芽糖和β-极限糊精。
β-淀粉酶是一种巯基酶，不需要Ca 2+及Cl —等辅助因子，最适pH偏酸，与α -淀粉酶相反，它不耐热但觉耐酸，60 ℃保温15min可使其钝化。
通常提取液中α -淀粉酶和β-淀粉酶同时存在。
可以先测定（α + β）淀粉酶总活力，然后在60 ℃加热15 min ，钝化β-淀粉酶，测出α -淀粉酶活力，用总活力减去α - 淀粉酶活力，就可求出β- 淀粉酶活力。
淀粉酶活力大小可用其作用于淀粉生成的还原糖与3,5- 二硝基水杨酸的显色反应来测定。
还原糖作用于黄色的3,5- 二硝基水杨酸生成棕红色的3- 氨基-5- 硝基水杨酸，生成物颜色的深浅与还原糖的量成正比。
以每克样品在一定时间内生成的还原糖（麦芽糖）量表示酶活大小。
1 酶活测定方法（1）标准曲线的制作(见下表)①取7支20 ml具塞刻度试管,预先洁净灭菌干燥,编号,按表加入试剂。
②摇匀,至沸水浴中煮沸5 min。
取出后流水冷却,加蒸馏水定容至20 ml,以1号管作为空白调零点,在520 nm的波长下比色测定吸光度值。
并建立通过吸光度值求麦芽糖含量的回归方程。
表1 标准麦芽糖溶液成分表及OD测定值试剂 1 2 3 4 5 6 7 麦芽糖标准液（mL）0 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 2.0 H2O（mL） 2.0 1.8 1.4 1.0 0.6 0.2 0 3,5-二硝基水杨酸（mL） 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 麦芽糖含量（mg）0 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 2.0 OD520(2)粗酶液淀粉酶活力测定①待测粗酶液的制备：发酵24 h后发酵液4000 r/ min离心10 min,去除菌体，在上清液中加入65％饱和度的硫酸铵，待硫酸铵充分溶解后于4℃盐析2h，然后5000r/min离心20min，得到初步纯化的淀粉酶。
淀粉的水解速度与底物聚合度有关，相对分子质量愈小的底物愈难被水解；分支愈多的底物也愈难被水解；对愈靠近α-1，6糖苷键的α-1，4糖苷键也愈难水解；对于分支点α-1，6糖苷键邻近的1～2个α-1，4糖苷键几乎没有作用。
在水解中等长度的麦芽低聚糖时，优先水解靠近还原末端的α-1，4糖苷键。
（2）地衣芽孢杆菌α-淀粉酶 此酶相对分子质量62000，突出特点是热稳定性高，最适作用温度在90o C 以上，在淀粉乳液化中应用的温度高达110-115o C ，可使淀粉间歇液化和连续液化。
所需Ca 2+量很低，丹麦产termanyl 酶就是一种地衣芽孢杆菌α-淀粉酶，液化时只需要5mg/kg Ca 2+。
相同情况下枯草芽孢杆菌α-淀粉酶则要求150mg/kg ，相差30倍。
对termanyl 酶，淀粉乳中的Ca 2+就可满足要求，不需另外添加Ca 2+，这样可在液化后的精制工序中省去除Ca 2+的工序。
液化过程中，先产生G 5（麦芽五糖）和G 5以上长链物，之后再缓慢水解成G 2（麦芽糖）和G 3（麦芽三糖），液化后的水解液中主要由麦芽低聚糖和糊精组成，水解液组成的实验结果见表7-11。
从分子内部切开α-1，4糖苷键生成各种低聚糖，然后在长时间作用下将低聚糖水解成麦芽糖与麦芽三糖，因此也称麦芽糖生成酶。
在50o C 、pH5.0～6.0时酶活力最高，对支链淀粉底物的作用效果不如直链淀粉，要求用Ca 2+增加酶的稳定性和活力。
由于是内切酶，水解产物中不残留β-极限糊精，产品流动性好，常用于生产高麦芽糖浆。
三种α-淀粉酶的性质比较结果列于表7-12中。
（1）热稳定性 不同来源的α-淀粉酶具有不同的热稳定性和最适反应温度，根据热稳定性的不同，α-淀粉酶分为两类：分别是耐高温α-淀粉酶和普通α-淀粉酶。
耐高温α-淀粉酶的酶源为地衣芽孢杆菌，其最适温度在90℃以上，连续喷射液化工艺中，当液化温度达到100-115℃时，仍可以发挥作用。
题目： 葡萄糖淀粉酶结构与功能的研究 食品学院 学院 食品科学与工程 专业 班 级 食科0905班 学 号 6130112133 学生姓名 田顺风
二〇一三年十二月 葡萄糖淀粉酶结构与功能的研究 田顺风 （江南大学 食品学院 江苏省 无锡） 摘要：本文对葡萄糖淀粉酶在微生物中的分布进行了综述，对葡萄糖淀粉酶的基本结构及作用机理、理化性质及在实际应用中的问题和拟解决途径有了初步了解，并对葡萄糖淀粉酶的应用及研究现状进行了展望。 关键词：葡萄糖淀粉酶；基本机构；理化性质 Research on the structure and function of glucoamylase Tian Shunfeng (Jiangnan University he School of Food Jiangsu Province WuXi) Abstract: In this paper, glucoamylase distributed in microorganisms are reviewed,and we have a preliminary understanding of the basic structure and mechanism of reaction of glucoamylase, physicochemical properties and problems in practical applications and ways to be solved.Also the application and research status of glucoamylase are discussed. Key words: glucoamylase; basic structure; physicochemical properties
引言 酶作为催化剂，本身在反应过程中不被消耗，也不影响反应的化学平衡。酶有正催化作用，也有负催化作用，不只是加快反应速率，也有减低反应速率。与其他非生物催化剂不同的是，酶具有高度的专一性，只催化特定的反应或产生特定的构型。目前已知的可以被酶催化的反应有约4000种，已有数百计的酶被纯化到结晶的形式。 根据蛋白质分子的组成和盘曲折叠方式，酶可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一级结构指蛋白质分子中肽链的氨基酸残基的排列顺序，由于半胱氨酸侧链巯基经氧化后形成—s—s—键，因此在蛋白质分子的链内或链间都有可能形成二硫桥键；二级结构指蛋白质分子肽链本身的三维空间的规律性，主要由肽链骨架之间的羰基和亚氨基间形成的氢键来维系；三级结构为蛋白质分子又可按照一定方式再盘曲折叠，主要由盐键、氢键、疏水键等所维系。这样折叠后，蛋白质的肽链虽很长，但由于二、三级结构的存在，多数蛋白质在空间构型上却是紧密的球状分子；四级结构指由多条各自具有一级、二级、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式，亚基之间主要由各表面暴露的侧链形成的键（如疏水键）所维系。 葡萄糖淀粉酶（glucoamylase）的系统名称为α-1,4-葡聚糖葡萄糖苷水解酶或γ-淀粉酶，简称糖化酶[1]，是一种单链的酸性糖苷水解酶，具有外切酶活性。它从淀粉或类似物分子的非还原末端顺序切开α-1,4-糖苷键，生成β-葡萄糖。此外，它也能水解α-1,6-糖苷键和α-1,3-糖苷键。目前，糖化酶的研究主要集中在耐热高产菌株的筛选；糖化酶的热稳定性机理；利用DNA重组技术构建优良工程菌株等方面。 酶的本质是蛋白质，因此也可用分离纯化蛋白质的方法分离纯化蛋白酶，传统分离纯化蛋白质的方法是利用沉淀原理进行的，已广泛应用于实验室及工业规模蛋白质等生物产物的回收、浓缩和纯化。目前，用于蛋白酶的分离纯化的沉淀方法主要有有机溶剂沉淀法、盐析沉淀法、等电点沉淀法、热变性沉淀法等。葡萄糖淀粉酶的简要特征如表1。 表1葡萄糖淀粉酶—GA 系统命名及别名 α-1，4-葡萄糖苷酶 糖化酶γ-淀粉酶淀粉葡糖糖苷酶
主要来源 黑曲霉（A. niger) 泡盛曲霉（A. awamori） 米根酶（Rhizopus oryzae） 臭曲霉（A. foetidus） 作用机制 快速水解α-1,4-糖苷键 缓慢水解α-1,6-糖苷键和α-1,3-糖苷键将淀粉水解成β-葡萄糖 应用领域 轻工、食品、医药、发酵等行业
1糖化酶在微生物中的分布及组分多型性 工业用糖化酶主要是从霉菌、酵母等真菌中提取的，从细菌中也可得到热稳定的糖化酶，已报道的糖化酶中真菌为19个属35个种(含未确定种)，细菌为3属3种[2]。 真菌产糖化酶组分多型性是常见的，Rhizopus nivenus和Chalara paradoca可分别产生5种和6种活性组分。Svensson等从市售的糖化酶中分离出GⅠ和GⅡ两种组分，这两种糖化酶均由单一的糖基化多肤链组成。氰化片段和N-末端氨基酸序列证明它们具有相当的同源性。对生淀粉水解能力GⅠ高于GⅡ，对于可溶性淀粉的水解GⅡ仅为GⅠ活性的75%，但对α-1,4-，α-1,6-键邻接处碳链水解能力相同。One等利用固相Acathose柱从市售糖化酶(A.niger)中分离出6种活性组分，每种活性组分均可从可溶性淀粉中释放出单一的β-D-葡萄糖终产物。这6种组分的分子量、沉降系数、化学组成、等电点、酶的动力学及其它性质上各异。培养基的成分和生长条件对糖化酶组分型性也有影响。天然的糖化酶在微生物的培养或酶的制备过程中可能受葡萄糖苷酶和蛋白酶的作用而变成多型性。Aspergillus awamorivar.kawachi的GⅠ可被蛋白酶或葡萄糖苷酶水解成GnⅡ。Takahash认为Rhizopus糖化酶转化成三种活性组分主要是蛋白酶的作用。A.niger产生的四种组分糖化酶GⅠ、GⅡ、GⅢ、GIV在培养过程中对两种蛋白酶有不同的敏感性。
2糖化酶的基本结构及作用机理
2.1糖化酶中的糖和蛋白组成 糖化酶是一种糖蛋白，通常碳水化合物占4%-18%，但S.diastaticus糖化酶碳水化合物高达80%，这些碳水化合物主要是半乳糖、葡萄糖、葡糖胺和甘露糖。A.niger糖化酶I中的碳水化合物以糖昔键与L-苏氨酸和L-丝氨酸相连接，其组分为20个甘露糖、11个2-0-D甘露毗喃-D-甘露糖结构的双糖，8个三糖和5个四糖，三糖和四糖是由D-葡萄糖、D-甘露糖和D-半乳糖以1.3或1.6糖苷键构成的。在糖化酶中这种糖残基的排列在其热和酸碱稳定性上有着特殊的意义。 大部分糖化酶的氨基酸组成都已确定。不同组分糖化酶的氨基酸组成不同，A.nigerGⅡ的616个氨基酸序列中，1-512残基与GⅠ相一致[3]。到目前为止已有多种糖化酶根据它的氨基酸序列推断出它的DNA序列，并在工程菌株的构建上得到广泛的应用。A.niger糖化酶和A.saitoi糖化酶中色氨酸残基起着酶与底物结合的作用。不同来源的糖化酶最适结合位点的氨基酸序列具有5个高度同源片段(S1一S5)，但S5不具备催化活性。 Boel等[4]首先从A.niger的染色体文库中分离出糖化酶的基因，它含有5个内含子，而A.awamori中含有4个内含子。它们均含有第5个内含子，这个长169bp序列参与GⅠ、GⅡ mRNA的加工过程。在含淀粉培养基上编码A.awamori糖化酶的2.3kb mRNA成数百倍地增长，而在含木质素培养基上则无此片段。用2.3kb糖化酶特异性mRNA制备的cDNA探针，从A.awamori染色体文库中筛选出了3.4kb的糖化酶基因，序列分析后推断可能的氨基酸序列，结果证明与已知的A.awamori糖化酶和A.niger糖化酶的氨基酸序列一致。Toshihiko等构建了水解生淀粉的Rhizopus oryzae糖化酶基因的物理图谱。 糖化酶是糖苷水解酶（Glycoside hydrolase）的一种。一般糖苷水解酶由催化域、连接域及结合域组成。根据这5个结构域的位置关系，真菌糖化酶属于糖苷水解酶的第15族，以别于第13族的α-淀粉酶及第14族的β-淀粉酶。 黑曲霉糖化酶有型Ⅰ（GAⅠ）和Ⅱ型（GAⅡ）2种类型。型糖化酶由3个功能区组成，即催化域（Catalytic domain，CD）、淀粉结合域（Starch binding domain，SBD）及用于连接CD与SBD的O-糖基化连接域（O-glycosylation connected domain）。黑曲霉Ⅰ型糖化酶CD为N端的1~470残基，Mr为55000；SBD为C端的509~616残基，Mr为12000。GAⅠ经过限制性水解可转化为GAⅡ，GAⅡ缺少SBD，少数GAⅡ甚至缺少O-糖基化连接域。
2.2催化域的结构及催化机制 泡盛曲霉X100的糖化酶CD中含有13股α-螺旋，除α-螺旋外11均参与折叠成“桶”状（α/α）6结构，桶的核心为一个口袋结构，催化中心位于其中，α-螺旋1、3、5、7、9和11位于桶状结构的表面，α-螺旋2、4、6、8、10和13位于桶状结构的内部。黑曲霉及子囊菌酵母糖化酶CD的构型与泡盛曲霉X100的CD构型基本相似，但子囊菌酵母CD含有X100股CD螺旋，其中的12股α-螺旋形成与泡盛曲霉、黑曲霉CD类似（α/α）6结构。 Sauer[5]等认为黑曲霉糖化酶水解α-1,4-糖苷键的机制是典型的酸碱催化，Glu179和Glu400分别为催化中心的质子供体和质子受体，Glu179提供的质子传递给淀粉链中易断裂键的糖苷氧上，形成含氧碳正离子，在Glu400 协助下接受水的亲核攻击而使糖苷键断裂（图1）。同时，使水解产生的α-D（+）-葡萄糖变成β-D（+）-构型。
