α- 淀粉酶
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糖化过程中麦芽中各种酶的作用
在麦芽的糖化过程中,各种酶扮演着重要的角色,包括以下几种主要酶的作用:
1. α-淀粉酶(α-amylase):α-淀粉酶是麦芽中最主要的酶,在糖化过程中起到关键作用。
α-淀粉酶能够将淀粉分解成较短的链状淀粉分子(如麦芽糊精),然后继续分解为较小的糖分子(如麦芽糖和葡萄糖)。
这个过程被称为糊化反应。
2. β-淀粉酶(β-amylase):β-淀粉酶起到补充α-淀粉酶作用的角色。
它能够进一步分解α-淀粉酶无法完全分解的残留链状淀粉分子,产生更多的麦芽糖。
3. 葡萄糖转移酶(glucosyltransferase):葡萄糖转移酶能够将葡萄糖分子从一个麦芽糖分子转移到另一个麦芽糖分子上,形成更长的链状淀粉分子,这个过程被称为糊精化反应。
4. α-糖苷水解酶(α-glucosidase):α-糖苷水解酶能够将链状淀粉分子中的麦芽糖和葡萄糖分子逐个水解出来,产生可溶性的糖分子。
总体而言,这些酶相互协作,通过水解、转移和合成反应,将淀粉分解为可溶性的糖分子,这些糖分子在发酵中起到发酵剂的作用,也提供了酿酒过程中所需的甜味和营养基质。
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α淀粉酶的最适ph
摘要:
1.α淀粉酶的概述
2.α淀粉酶的最适pH 值
3.α淀粉酶在不同pH 值下的活性表现
4.α淀粉酶应用领域及最适pH 值的重要性
正文:
一、α淀粉酶的概述
α淀粉酶,又称淀粉α-淀粉酶,是一种广泛存在于植物和微生物体内的酶,主要负责淀粉分解的第一步反应,即将淀粉分解成较小的低聚糖分子。
在生物体内,α淀粉酶对于营养物质的消化和吸收具有重要作用。
二、α淀粉酶的最适pH 值
α淀粉酶在不同的酸碱环境下,活性表现差异较大。
一般来说,α淀粉酶的最适pH 值在6.7-7.2 之间,这个范围内,酶活性最高,分解淀粉的速率最快。
三、α淀粉酶在不同pH 值下的活性表现
1.在酸性环境下,pH 值低于最适值,α淀粉酶的活性会随着pH 值的降低而降低,甚至失活。
2.在碱性环境下,pH 值高于最适值,α淀粉酶的活性同样会受到抑制,甚至失活。
3.在最适pH 值附近,α淀粉酶的活性最高,表现出最佳的催化效果。
四、α淀粉酶应用领域及最适pH 值的重要性
α淀粉酶在食品工业、生物技术、饲料工业等领域具有广泛应用。
在实际应用过程中,了解和掌握α淀粉酶的最适pH 值,对于保证生产效率、产品质量以及降低生产成本具有重要意义。
例如,在食品工业中,利用α淀粉酶制作淀粉糖、淀粉酱等产品时,需要控制pH 值在最适范围内,以保证产品质量和口感。
总之,α淀粉酶的最适pH 值对其活性和应用具有重要影响。
α—淀粉酶的发酵生产工艺摘要: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。
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。
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10-3 、10—4、10-5分别涂布到淀粉培养基上,27℃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,37℃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(μg/ml),在一定pH值的缓冲液中30℃恒温振荡处理1~4 h。
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24 h培养形成小菌落。
⑤把单菌落分别移植于含2%淀粉BY液体培养基中,30℃培养36 h.⑥用2#定性滤纸制成5 mm disc(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200 mm×300mm长方形不锈钢玻璃培养皿中,冷却凝固.然后把5 mm disc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37℃,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1 ml培养液接种摇瓶,进行发酵测定酶活力。
淀粉酶分型
淀粉酶的分型主要有以下几种:
1.按水解淀粉不同位置划分:可分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉
酶、异淀粉酶。
α-淀粉酶又称为液化型淀粉酶,是一种催化淀粉水解生成糊精的淀粉酶。
黑曲霉α-淀粉酶因具有耐酸性,适用于制造助消化的药物。
β-淀粉酶又称为麦芽糖苷酶,是一种外切酶,作用于淀粉时从淀粉链的非还原端开始,作用于α-1,4-糖苷键,顺次切下麦芽糖单位。
其一个重要用途是制造麦芽糖,医学上常用该酶和α-淀粉酶一道作为消化剂使用。
葡萄糖淀粉酶又称γ-淀粉酶,能将淀粉全部水解为葡萄糖,习惯上称之为糖化酶,是一种重要的工业酶制剂。
异淀粉酶又称淀粉α-1,6-糖苷键的脱支酶,此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1,6-糖苷键,将支链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。
2.按微生物来源划分:可分为细菌淀粉酶、真菌淀粉酶、霉菌淀粉
酶。
3.按反应温度划分:可分为中温淀粉酶和高温淀粉酶,中温淀粉酶
在70度,高温淀粉酶在90~105度。
4.按血清来源划分:可分为唾液型淀粉酶(S-淀粉酶)和胰腺型淀
粉酶(P-淀粉酶)。
α淀粉酶的失活温度因实验条件和研究对象的不同而有所差异。
一般来说,α淀粉酶在高温条件下(如60-80摄氏度)容易失活。
在实验中,温度会直接影响酶的活性,适宜温度下酶的活性最强,低温条件下酶的活性降低,高温条件下酶的空间结构改变,导致酶变性失活。
需要注意的是,不同来源的α淀粉酶最适温度和失活温度可能有所不同。
在实际应用中,为了保持α淀粉酶的活性,通常需要在适宜的温度条件下进行操作,避免长时间暴露在高温或低温环境中。
此外,还可以通过降低温度或加入抑制剂等方法来控制酶的活性,以满足实验或生产需求。
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(chromatography)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chromatography, 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Martin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。
同样,石化工业的发展也使色谱技术特别是气相色谱得到广泛的应用。
气相色谱的仪器也不断得到改进和完善,气相色谱逐渐成为一种工业分析必不可少的手段和工具。
20世纪80年代以后我国也大规模采用气相色谱和高效液相色谱。
α淀粉酶的最适ph
摘要:
1.α淀粉酶的概述
2.α淀粉酶的最适pH 值
3.α淀粉酶在不同pH 值下的活性表现
4.α淀粉酶应用领域
5.结论
正文:
一、α淀粉酶的概述
α淀粉酶,又称淀粉α-淀粉酶,是一种广泛存在于植物中的酶,主要作用是分解淀粉。
在生物学、食品工业和生产领域中,α淀粉酶具有重要意义。
二、α淀粉酶的最适pH 值
α淀粉酶的最适pH 值通常在6.7-7.0 之间,这个范围内,酶的活性最高。
但需要注意的是,不同来源的α淀粉酶最适pH 值可能会有所差异。
三、α淀粉酶在不同pH 值下的活性表现
1.低于最适pH 值时,随着pH 值的降低,α淀粉酶的活性降低。
2.高于最适pH 值时,随着pH 值的升高,α淀粉酶的活性也降低。
四、α淀粉酶应用领域
α淀粉酶在食品工业中,如制作面包、淀粉糖生产等方面有广泛应用。
此外,在生物技术领域,如生产生物燃料、生物降解塑料等方面,α淀粉酶也发挥着重要作用。
五、结论
总的来说,α淀粉酶的最适pH 值对其活性有着重要影响。
a-淀粉酶的生产工艺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,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。
面包是一种由小麦粉经发酵、焙烤制作而成的主食,在人们的饮食中扮演着重要的角色。
面包可以被看作是由连续相和不连续相组成的不稳定的、有弹性的泡沫状食品,保质期较短。
在储存过程中,面包往往会失去它特有的香味,外皮变硬,并出现干面包屑。
面包在储存过程中发生的化学和物理变化被称为面包变质。
面包变质会导致消费者接受度下降,易造成大量的食物浪费,并给生产及销售者造成经济损失。
为此,大多数企业通过在生产过程中添加改良剂来减缓面包变质,延长面包的保质期。
面包改良剂通常具有延缓面包老化、改善面筋结构、降低面包芯硬度、增大面包体积等功能。
研究发现,使用酶作为改良剂是特别安全的,因为酶具备生态友好性、生物降解性、高效性,并具有高度特异性,可有效减少面包变质率。
近年来,酶受到了社会各界的广泛关注,并被大量应用到烘焙产品当中。
α-淀粉酶的简介和分类酶因具备纯天然、安全、高效的特点,常作为改良剂用于改善面包的质地和口感。
淀粉酶是能催化淀粉水解转化成葡萄糖、麦芽糖及低聚糖的一类酶的总称,不同种类的淀粉酶水解淀粉后得到的水解产物也会不同。
按其水解淀粉的作用方式不同可以分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶。
其中,α-淀粉酶和β-淀粉酶广泛存在于粮食作物中,且均与面包烘焙有关,尤其以α-淀粉酶作用最为突出。
而β-淀粉酶因无法耐受住烘焙温度,在面包中心温度达到60~70℃时,活力已经丧失大半,其作用效果不及α-淀粉酶。
α-淀粉酶是一种内切酶,主要催化小麦淀粉的直链淀粉和支链淀粉分子中的α-(1-4)-D糖苷键的内水解,但也可作为α-外淀粉酶,从非还原端生成α-麦芽糖。
α-淀粉酶无法水解淀粉分子内的α-1,6糖苷键,但可以跨越此键水解淀粉分子内部的α-1,4糖苷键,从而导致淀粉结构的改变。
猪胰腺α-淀粉酶最适温度1 猪胰腺α-淀粉酶介绍猪胰腺α-淀粉酶是一种消化酶,主要负责将淀粉分解成葡萄糖。
它是由胰腺分泌的一种酶,在胃酸的情况下,到达小肠中发挥作用。
猪胰腺α-淀粉酶的最适温度是多少呢?下面我们就来讲一讲。
2 酶的最适温度酶是一种特殊的蛋白质,具有催化作用,促使化学反应的进行。
而酶的催化活性与温度密切相关,温度变化可以影响酶的构象和活性。
每个酶都有一个最适温度,这个温度可以使该酶的催化活性最大化。
一般来说,当温度低于最适温度时,酶的催化能力将会降低。
而当温度高于最适温度时,酶将失去活性,这是因为高温会破坏酶分子内部的三级结构。
因此,了解酶的最适温度对于研究酶的工作和利用具有很重要的意义。
3 猪胰腺α-淀粉酶的最适温度研究表明,猪胰腺α-淀粉酶的最适温度是在37℃左右。
也就是说,当酶反应温度在37℃左右时,该酶的催化能力能得到最大化发挥。
此外,研究人员还发现,当温度高于50℃时,猪胰腺α-淀粉酶的催化能力开始迅速下降。
因此,在实验室中使用该酶时,需要控制反应温度在37℃左右,确保其催化能力得到最大化发挥。
4 猪胰腺α-淀粉酶的应用猪胰腺α-淀粉酶在食品、制浆造纸和医药等领域都有广泛的应用。
在食品中,该酶可以加速淀粉的降解,提高面包、脆皮肠和啤酒等产品的质量。
在制浆造纸中,猪胰腺α-淀粉酶可以帮助提高纸浆膨胀度和过滤速度。
在医药领域,该酶可以用于检测糖尿病、胰腺疾病等病症。
5 结语猪胰腺α-淀粉酶是一种重要的消化酶,对于淀粉的降解有着重要的作用。
研究表明,该酶的最适温度是在37℃左右,使用时需要控制反应温度,确保其催化能力得到最大化发挥。
了解酶的最适温度不仅有利于酶的研究工作,而且对于酶的工业应用也具有重要的指导意义。
α-淀粉酶活力检测操作规程1酶活定义1g固体酶粉(或1mL液体酶),于60℃、pH=6.0条件下,1h液化1g可溶性淀粉,即为1个酶活力单位,以u/g(u/mL)表示。
2原理在一定温度和PH值条件下,α-淀粉酶将淀粉分子链中的α-1,4葡萄糖苷键随机切断成长短不一的短链糊精、少量麦芽糖和葡萄糖,而使淀粉对碘呈篮色的特异性反应逐渐消失,呈红棕色,其颜色消失的速度与酶活力有关,故可通过固定反应后的吸光度计算其酶活力。
3仪器和设备3.1 分析天平:感量0.0001g3.2 精密pH计:精确至0.013.3 分光光度计:应符合GB9721有关规定3.4 电热恒温水浴锅:30~100℃,±0.2℃3.5 计时器:每小时误差不超过5秒4试剂与溶液4.1 原碘液:称取碘(I2)11g、碘化钾(KI)22g,用少量水使碘完全溶解,然后定容至500mL,贮于棕色瓶中。
4.2 稀碘液:吸取原碘液2.00ml,加碘化钾20g,用水溶解并定容至500mL,贮于棕色瓶中。
4.3 20g/L可溶性淀粉溶液:称取可溶性淀粉2.000g,精确至0.001g,用水调成浆状物,在搅动下缓缓倾入70mL沸水中,然后,以30ml水分几次冲洗装淀粉的烧杯,洗液并入其中,加热至完全透明,冷却,定容至100mL。
此溶液需要当天配置。
4.4 磷酸缓冲液(pH=6.0)称取磷酸氢二钠(Na2PO4·12H2O)45.03g、柠檬酸(C6H8O7·H2O)8.07g,使水溶解并定容至1000mL。
配好后用pH计校正。
5 分析步骤5.1待测酶液的制备:称取酶粉1 g,精确至0.0002g(或吸取液体酶1.00mlL),先用少量的磷酸缓冲液溶解,并用玻璃棒捣研,将上请液小心倾入容量瓶,沉渣部分在加入少量缓冲液,如此捣研3~4次,最后全部移入100mL容量瓶中,用缓冲液定容到刻度(将估计酶活力除以4,即酶活理应在3.7~5.6u/mL范围内),摇匀,通过4层纱布过滤,滤液供测定用。
2.3α-淀粉酶抑制测定
此法是根据工作进行由Apostolidis和李19稍作修改。
简单地说,添加200μL的样品用200μL的α-淀粉酶(13 U毫升-1,在0.02M的磷酸盐缓冲液,pH 6.9,0.006 M氯化钠)在1.5毫升的Eppendorf管中混合。
后在37℃下温育30分钟后,200微升的0.25%(重量/体积)淀粉(在0.02M的磷酸盐缓冲液,pH 6.9)溶液,将混合物再在37℃下温育30分钟,接着加入400μLDNS显色剂。
通过在沸水浴中加热5分钟,使反应终止。
冷却至室温后,测定吸光度,在540nm处,用分光光度计(U-1800日立公司,东京,日本)。
2.4α-葡萄糖苷酶抑制测定
此法是根据工作进行由Apostolidis和李19稍作修改。
简单地说,将50μL的样品混合,用100μL的α-葡萄糖苷酶(2学分毫升-1次,在0.1M磷酸盐缓冲液,pH 值6.9)在1.5毫升的Eppendorf管中,然后在37℃下孵育10分钟。
后,加入50μL 的5mM的PNPG(在0.1M磷酸盐缓冲液,pH值6.9),将混合物再在37℃下温育10分钟。
在100℃下通过加热使反应终止,然后用1毫升的去离子水稀释。
使用分光光度计(U-1800日立公司,东京,日本)在405nm处测定吸光度。
α- 淀粉酶 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-amylase Abstract: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。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。这两个区域由一条单链多肽连接着。该多肽链有广阔的结合部位,该部位主要是由疏水残基组成。一个较大的裂缝位于区域A平行的β-barrel的羧基末端。 四个二硫键在电子密度分布图中被标出,它们分别连接着残基30-38,150-164,- 240-283和439-474。一个由共价键相连的碳水化合物基团在电子密度图中被发现,其是作为ASN197的大支链。在裂缝周围隐匿着一个电子密度孤峰,这是由钙离子产生的。钙离子被周围的残基连接,起到稳定裂缝结构的作用[9]。 3. α-淀粉酶分离纯化及活性测定方法 3.1 α-淀粉酶的分离和纯化 高纯度α-淀粉酶是一种重要的水解淀粉类酶制剂,可用于研究酶反应机理和测定生化反应平衡常数等。分离纯化α-淀粉酶的方法很多,一般都是依据酶分子的大小、形状、电荷性质、溶解度、稳定性、专一性结合位点等性质建立的。要得到高纯度α-淀粉酶,往往