淀粉酶的前世今生

摘要：淀粉酶是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用最早并且迄今仍是用途最廣、產(chǎn)量最大的酶制劑產(chǎn)品之一。得益于現(xiàn)代生物高科技的快速發(fā)展，人們對淀粉酶的研究在酶學(xué)性質(zhì)，結(jié)構(gòu)組成，基因-功能，作用機(jī)制等方面更是取得了長足的進(jìn)展。文章從淀粉酶的來源，生產(chǎn)及新型淀粉酶開發(fā)等方面進(jìn)行簡單介紹。

關(guān)鍵詞：淀粉酶；酶制劑

中圖分類號：TS201.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1674-0432（2012）-10-0242-1

0 前言

淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶類總稱。我國幾乎所有的淀粉深加工工業(yè)基礎(chǔ)都是以水解淀粉質(zhì)原材料作為第一步，而改進(jìn)淀粉水解能力的關(guān)鍵則在于提高淀粉酶的生產(chǎn)水平。因此，篩選分離產(chǎn)酶高效菌株，優(yōu)化產(chǎn)酶培養(yǎng)基與發(fā)酵條件成為研究熱點(diǎn)。

1 淀粉酶的廣泛分布

淀粉酶的來源很廣泛，可以來自于植物（大麥，甘薯等）、動(dòng)物（唾液，胰臟等）以及微生物。微生物的酶幾乎都是分泌性的。此酶以Ca2+為必需因子并作為穩(wěn)定因子和激活因子，也有部分淀粉酶為非Ca2+依賴型。下面我們對幾種常見的淀粉酶進(jìn)行說明：Ⅰ.α-淀粉酶是胞外酶，又稱為液化型淀粉酶，它作用于淀粉時(shí)，隨機(jī)地從淀粉分子內(nèi)部切開α-1，4-葡萄糖苷鍵，使淀粉水解生成糊精和一些還原糖，所生成的的產(chǎn)物均為α-型，故稱為α-淀粉酶，目前使用較多的是細(xì)菌淀粉酶，因其具有容易培養(yǎng)，生長周期短，反應(yīng)條件溫和等優(yōu)良特性。最成功的例子就是淀粉液化芽孢桿菌的工業(yè)化生產(chǎn)；Ⅱ.β-淀粉酶又稱為麥芽糖苷酶，是一種催化淀粉水解生成麥芽糖的淀粉水解酶。它作用于淀粉時(shí)，從淀粉分子的非還原端開始，作用于α-1，4-葡萄糖苷鍵，順次切下麥芽糖單位，同時(shí)發(fā)生沃爾登轉(zhuǎn)位反應(yīng)生成的麥芽糖由α-型轉(zhuǎn)為β-型，故稱為β-淀粉酶，主要來源于植物，也有報(bào)告在細(xì)菌，牛乳，霉菌中存在，它是在細(xì)胞外起作用的酶。Ⅲ.葡萄糖淀粉酶是外切酶，從淀粉分子的非還原端開始逐個(gè)地水解α-1，4-葡萄糖苷鍵，生成葡萄糖，該酶還具有一定的水解α-1，6-葡萄糖苷鍵和α-1，3-葡萄糖苷鍵的能力。商業(yè)上所用的葡萄糖淀粉酶也是來源于微生物，在所有微生物中，真菌是葡萄糖淀粉酶的主要來源。

2 淀粉酶的生產(chǎn)

雖然產(chǎn)生淀粉酶的微生物種類眾多，但是要獲得能夠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的菌株也并非輕而易舉。不同種屬微生物產(chǎn)生的淀粉酶性質(zhì)也會(huì)不同，有時(shí)候一種菌株還能夠產(chǎn)生多種酶，例如α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶，因此篩選分離高效專一的產(chǎn)酶菌株勢在必行。淀粉酶的工業(yè)化生產(chǎn)可以從產(chǎn)酶培養(yǎng)基和發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，主要步驟通常包括菌株活化，細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)，發(fā)酵，產(chǎn)酶。在此過程中，特別要注意控制環(huán)境因素，根據(jù)所需目的酶的不同，提供微生物生長的最適條件，這些動(dòng)力條件包括：培養(yǎng)基中碳源，氮源比例、無機(jī)鹽濃度，生長因子，培養(yǎng)基的PH、溶解氧、溫度以及發(fā)酵過程中對污染的控制。總的來說，淀粉酶的發(fā)酵主要有兩種方法，即浸沒發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵。由于固態(tài)發(fā)酵具有經(jīng)濟(jì)上和工程上的優(yōu)點(diǎn)，因此人們常常采用這種方法生產(chǎn)淀粉酶。

3 新型淀粉酶的探索與應(yīng)用

由于酶工業(yè)化生產(chǎn)的要求，一些能經(jīng)受得住高溫，高PH的淀粉酶相繼被發(fā)現(xiàn)。如用淀粉液化芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌生產(chǎn)的耐高溫α-淀粉酶已經(jīng)占據(jù)相當(dāng)大的市場。隨后開發(fā)的蠟樣芽孢桿菌也是一種生產(chǎn)耐高溫α-淀粉酶的優(yōu)良菌株，它產(chǎn)生的淀粉酶最佳反應(yīng)溫度為90℃～100℃，最佳pH范圍為6.0～10.0。劉芳等人采用紫外誘變育種方法選育出了使甜酒風(fēng)味更足，甜味更濃的遺傳性能穩(wěn)定的高淀粉酶活力優(yōu)良突變菌株——SCLG-華根霉28?，F(xiàn)代基因工程手段的應(yīng)用也給淀粉酶的規(guī)?；a(chǎn)帶來了福音。劉大明等人用基因克隆的方法獲得了兩個(gè)突變株，大大提高了淀粉酶的活性，劉莉等人實(shí)現(xiàn)了在大腸桿菌中克隆芝田硫化葉B12新型淀粉酶基因。南沖等人報(bào)道了G4-新型淀粉酶對米制品回生具有很好的抑制效果，其作用機(jī)制是G4淀粉酶通過切斷支鏈淀粉的側(cè)鏈，降低其形成雙螺旋的趨向，從而降低支鏈淀粉回生的速率，抑制淀粉的回生。目前，科學(xué)家正通過多種途徑尋找產(chǎn)生淀粉酶的新菌株，并運(yùn)用分子生物學(xué)手段克隆新基因，同時(shí)構(gòu)建高效表達(dá)酶蛋白的基因工程菌，以期達(dá)到廉價(jià)大規(guī)模生產(chǎn)淀粉酶的目的。

4 展望

放眼未來，淀粉酶這一神奇的催化劑將在更多的領(lǐng)域中獲得更廣泛的應(yīng)用。新工藝需要新方法，新材料，新淀粉酶。我國雖然在淀粉酶應(yīng)用上比較早，但是我們也該清楚的看到，我國淀粉酶的商業(yè)規(guī)?；a(chǎn)仍然局限于幾種特定的真菌和細(xì)菌中，我們的酶制劑工藝與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定差距，是進(jìn)入國際市場參與國際競爭的一個(gè)瓶頸。我們必須努力研制開發(fā)新菌株，優(yōu)化酶制劑工藝流程，提高我國在該行業(yè)的國際競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鏡巖，朱圣庚，徐長法.生物化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 郭勇.酶工程（第三版）北京：科學(xué)出版社，2009.

[3] 王楠，馬榮山.耐高溫α-淀粉酶的研究進(jìn)展.中國食品添加劑，2007，04.

[4] 劉莉，陳煒，金城.芝田硫化葉菌新型α-淀粉酶淀粉酶基因在大腸桿菌的克隆和表達(dá).微生物學(xué)報(bào)，2000，40（3）.

[5] 劉芳，曹新志，任曉華.甜酒曲華根霉淀粉酶菌株紫外線誘變育種.中國釀造，2009，07.

[6] 倪嘉能，何劍飛，宋瑤瑤，孟岳成.米飯制品抗老化的研究進(jìn)展.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，14（3）.

[7]南沖，熊柳，孫慶杰.一種新型淀粉酶抑制米制品回生的研究.中國糧油學(xué)報(bào)，2012，27（2）.

[8]馮健飛.α- 淀粉酶的應(yīng)用及研究進(jìn)展.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，17.

作者介紹：段爽（1987-），女，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士，研究方向：食品新型淀粉酶的基礎(chǔ)性質(zhì)研究。