淀粉酶的前世今生

淀粉酶的前世今生

摘要：淀粉酶是在工业生产上应用最早并且迄今仍是用途最广、产量最大的酶制剂产品之一。得益于现代生物高科技的快速发展，人们对淀粉酶的研究在酶学性质，结构组成，基因-功能，作用机制等方面更是取得了长足的进展。文章从淀粉酶的来源，生产及新型淀粉酶开发等方面进行简单介绍。 关键词：淀粉酶；酶制剂

中图分类号：ts201.25 文献标识码：a 文章编号：1674-0432（2012）-10-0242-1 0 前言

淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称。我国几乎所有的淀粉深加工工业基础都是以水解淀粉质原材料作为第一步，而改进淀粉水解能力的关键则在于提高淀粉酶的生产水平。因此，筛选分离产酶高效菌株，优化产酶培养基与发酵条件成为研究热点。 1 淀粉酶的广泛分布

淀粉酶的来源很广泛，可以来自于植物（大麦，甘薯等）、动物（唾液，胰脏等）以及微生物。微生物的酶几乎都是分泌性的。此酶以ca2+为必需因子并作为稳定因子和激活因子，也有部分淀粉酶为非ca2+依赖型。下面我们对几种常见的淀粉酶进行说明：ⅰ.α-淀粉酶是胞外酶，又称为液化型淀粉酶，它作用于淀粉时，随机地从淀粉分子内部切开α-1，4-葡萄糖苷键，使淀粉水解生成糊精和一些还原糖，所生成的的产物均为α-型，故称为α-淀粉酶，目前

使用较多的是细菌淀粉酶，因其具有容易培养，生长周期短，反应条件温和等优良特性。最成功的例子就是淀粉液化芽孢杆菌的工业化生产；ⅱ.β-淀粉酶又称为麦芽糖苷酶，是一种催化淀粉水解生成麦芽糖的淀粉水解酶。它作用于淀粉时，从淀粉分子的非还原端开始，作用于α-1，4-葡萄糖苷键，顺次切下麦芽糖单位，同时发生沃尔登转位反应生成的麦芽糖由α-型转为β-型，故称为β-淀粉酶，主要来源于植物，也有报告在细菌，牛乳，霉菌中存在，它是在细胞外起作用的酶。ⅲ.葡萄糖淀粉酶是外切酶，从淀粉分子的非还原端开始逐个地水解α-1，4-葡萄糖苷键，生成葡萄糖，该酶还具有一定的水解α-1，6-葡萄糖苷键和α-1，3-葡萄糖苷键的能力。商业上所用的葡萄糖淀粉酶也是来源于微生物，在所有微生物中，真菌是葡萄糖淀粉酶的主要来源。 2 淀粉酶的生产

虽然产生淀粉酶的微生物种类众多，但是要获得能够进行工业化生产的菌株也并非轻而易举。不同种属微生物产生的淀粉酶性质也会不同，有时候一种菌株还能够产生多种酶，例如α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶，因此筛选分离高效专一的产酶菌株势在必行。淀粉酶的工业化生产可以从产酶培养基和发酵条件进行优化，主要步骤通常包括菌株活化，细胞扩大培养，发酵，产酶。在此过程中，特别要注意控制环境因素，根据所需目的酶的不同，提供微生物生长的最适条件，这些动力条件包括：培养基中碳源，氮源比例、无机盐浓度，生长因子，培养基的ph、溶解氧、温度以及发酵过程中对污

染的控制。总的来说，淀粉酶的发酵主要有两种方法，即浸没发酵和固态发酵。由于固态发酵具有经济上和工程上的优点，因此人们常常采用这种方法生产淀粉酶。 3 新型淀粉酶的探索与应用

由于酶工业化生产的要求，一些能经受得住高温，高ph的淀粉酶相继被发现。如用淀粉液化芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌生产的耐高温α-淀粉酶已经占据相当大的市场。随后开发的蜡样芽孢杆菌也是一种生产耐高温α-淀粉酶的优良菌株，它产生的淀粉酶最佳反应温度为90℃～100℃，最佳ph范围为6.0～10.0。刘芳等人采用紫外诱变育种方法选育出了使甜酒风味更足，甜味更浓的遗传性能稳定的高淀粉酶活力优良突变菌株——sclg-华根霉28。现代基因工程手段的应用也给淀粉酶的规模化生产带来了福音。刘大明等人用基因克隆的方法获得了两个突变株，大大提高了淀粉酶的活性，刘莉等人实现了在大肠杆菌中克隆芝田硫化叶b12新型淀粉酶基因。南冲等人报道了g4-新型淀粉酶对米制品回生具有很好的抑制效果，其作用机制是g4淀粉酶通过切断支链淀粉的侧链，降低其形成双螺旋的趋向，从而降低支链淀粉回生的速率，抑制淀粉的回生。目前，科学家正通过多种途径寻找产生淀粉酶的新菌株，并运用分子生物学手段克隆新基因，同时构建高效表达酶蛋白的基因工程菌，以期达到廉价大规模生产淀粉酶的目的。 4 展望

放眼未来，淀粉酶这一神奇的催化剂将在更多的领域中获得更广

泛的应用。新工艺需要新方法，新材料，新淀粉酶。我国虽然在淀粉酶应用上比较早，但是我们也该清楚的看到，我国淀粉酶的商业规模化生产仍然局限于几种特定的真菌和细菌中，我们的酶制剂工艺与发达国家相比还存在一定差距，是进入国际市场参与国际竞争的一个瓶颈。我们必须努力研制开发新菌株，优化酶制剂工艺流程，提高我国在该行业的国际竞争力。 参考文献

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作者介绍：段爽（1987-），女，吉林农业大学硕士，研究方向：食品新型淀粉酶的基础性质研究。