淀粉酶的分类及特性分析

淀粉酶是水解淀粉、糖原和它们的降解中间产物的酶类，广泛存在于动植物组织和微生物中，是工业酶制剂中具有广泛用途的酶制剂之一。各种淀粉酶水解淀粉的方式不同，有的只水解α-1，4糖苷键；有的还可水解α-1，6糖苷键；有的从分子内部水解糖苷键；有的只从淀粉（或葡聚糖）分子非还原性末端水解糖苷键；有的酶还具有葡萄糖苷转移作用。按酶的水解方式，与工业上应用有关的淀粉酶可分为α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、普鲁兰酶、β-淀粉酶以及环糊精葡萄糖基转移酶等（图11-2）。

图11-2 不同淀粉酶的水解方式

1.α-淀粉酶

α-淀粉酶（α-Amylase）又称α-1，4-D-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶、液化淀粉酶、退浆淀粉酶、糊精化淀粉酶等。另外，目前常见的α-淀粉酶分为耐高温α-淀粉酶、中温α-淀粉酶及真菌淀粉酶。

（1）作用方式α-淀粉酶以随机的方式作用于淀粉中的α-1，4糖苷键，产生糊精、低聚糖和单糖等长短不一的水解产物。当底物不同时，水解结果也不相同。例如，底物为直链淀粉时，最终产物是葡萄糖和麦芽糖。底物为支链淀粉时，最终产物除葡萄糖和麦芽糖外，还有一系列极限糊精，含有该酶无法作用的α-1，6糖苷键的异麦芽糖。

（2）性状 浅棕色无定形粉末，或为浅棕黄色至深棕色液体，也可分散于食用级稀释剂中，可包含稳定剂和防腐剂。溶于水，几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。可使多聚糖中的1，4-α-配糖键水解而成为糊精、低聚糖和单糖。α-淀粉酶的相对分子质量50000左右。每个分子中含有一个Ca²⁺。最适pH 4.5～7.0，最适温度50℃，耐热者可耐85～94℃。Ca²⁺对酶有激活作用，对氧化剂有抑制作用。为便于保藏，常加入适量碳酸钙之类的拮抗剂。

（3）制法 可由以下微生物受控发酵后从培养基中分离而得。

①巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium de Bary）；

②米曲霉变种（Aspergiillus oryzar var.）；

③嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus）；

④枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。

（4）毒理学参数 由巨大芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌制成者，ADI不作特殊规定，由米曲霉制得者ADI为允许使用。

（5）应用 主要用于水解淀粉制造饴糖、葡萄糖和糖浆等，以及生产糊精、啤酒、黄酒、酒精、酱油、醋、果汁和味精等。

2.葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶（Glucoamylase）又称1，4-葡聚糖葡萄糖水解酶、糖化淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、葡萄糖淀粉酶和糖化型淀粉酶。

（1）作用方式 葡萄糖淀粉酶是一种外切酶，作用于淀粉或糖原时，从糖链的非还原端开始，以葡萄糖为单位，逐一切断α-1，4糖苷键，并使葡萄糖的C₁发生构型转换，从α型转变成β型。葡萄糖淀粉酶的特异性较低，除了能作用于α-1，4糖苷键外，它还能作用于α-1，3糖苷键和α-1，6糖苷键，但对α-1，4糖苷键的作用比对其他两键的作用要强。虽然葡萄糖淀粉酶能作用于α-1，6糖苷键，但却必须要与α-淀粉酶共同作用，才能把支链淀粉彻底水解。

（2）性状 糖化酶的特征因菌种而异，大部分制品为液体。由黑曲霉而得的液体制品呈黑褐色，含有若干蛋白酶、淀粉酶或纤维素酶，在室温下最少可稳定4个月，最适pH 4.0～4.5，最适温度为60℃。由根霉而得的液体制品需要冷藏，粉末制品在室温下可稳定l年，最适pH 4.5～5.0，最适温度为55℃。糖化酶用于淀粉时，能从淀粉分子的非还原性末端逐一地将葡萄糖分子切下，并将葡萄糖分子的构型由α-型转变为β-型。它既可分解α-1，4糖苷键，也可分解α-1，6糖苷键。

因此，糖化酶用于直链淀粉和支链淀粉时，能将它们全部分解为葡萄糖。糖化酶既可催化淀粉和低聚糖水解，也可加速逆反应，即葡萄糖分子的缩合作用。逆反应的产物主要是麦芽糖和异麦芽糖。(www.xing528.com)

（3）制法 生产酶制剂的菌种有黑曲霉（Aspergillus niger）、根霉（Rhizopus）、红曲霉（Monaseus）、拟内孢霉（Endomycopsis）等。用黑曲霉制造时用深层培养，培养时间需要4～7d，然后分离菌丝进行精制。以根霉培养液作为酶使用时，则进行表面培养。

（4）毒理学参数 ADI不需要特殊规定。

（5）应用 由双酶法制造葡萄糖与味精，还可用于酒精和酒类生产。

3.β-淀粉酶

β-淀粉酶（β-amylase）又称糖化淀粉酶或β-1，4-葡聚糖麦芽糖水解酶。

（1）作用方式β-淀粉酶作用于淀粉时，是从糖链的非还原端开始，以一个个麦芽糖为单位，切断α-l，4糖苷键，并且使麦芽糖C₁的构型从α型转化为β型，也即得到的是β-麦芽糖。但是，有别于其他糖化酶的是，β-淀粉酶不能绕过α-1，6糖苷键继续作用，所以，当它作用于支链淀粉时，一般约有50%能转化为β-麦芽糖，而其余部分则是β-极限糊精。

（2）性状β-淀粉酶广泛存在于谷物（麦芽、小麦、裸麦）、山芋和大豆等植物及各种微生物中。β-淀粉酶的最适pH 5.0～6.0，在pH 5～8稳定，最适反应温度50～60℃；细菌β-淀粉酶的最适pH 6～7，最适反应温度约为50℃。β-淀粉酶的活性中心都含有巯基（—SH），重金属、巯基试剂能使之失活，半胱氨酸可使之复活。相对分子质量略高于α-淀粉酶。

（3）制法 生产β-淀粉酶的微生物有芽孢杆菌、假单胞杆菌和放线菌的某些种。但由于β-淀粉酶的最适pH较高（pH 7.0左右），热稳定性差，工业上仍使用来自植物的淀粉酶。

（4）毒理学参数 ADI值无限制性规定。

（5）应用 主要用于啤酒酿造、饴糖（麦芽糖浆）制造。

4.普鲁兰酶

普鲁兰酶（Pullulanase）又称支链淀粉酶、聚麦芽三糖酶、茁霉多糖酶、R-酶、普鲁兰6-葡聚糖水解酶等。它的主要作用酶是α-糊精-6-葡聚糖水解酶，次要作用酶包括α-淀粉酶、细菌性丝胶蛋白酶、细菌性天冬氨酸蛋白酶。

（1）作用方式 直链脱支酶，不仅能水解支链结构中的α-1，6糖苷键，而且能水解直链结构中的α-1，6糖苷键，因此它能水解含α-1，6糖苷键的葡萄糖聚合物。

（2）性状 相对分子质量在51000～156000。棕黄色细粉或近白色液体。溶于水，几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。可水解出芽短梗孢糖中的1，6-α-葡糖苷键，而α-淀粉酶和β-淀粉酶则能使糊精中的支链淀粉和糖原水解成麦芽三糖和麦芽糖，最适pH 5.5～6，最适反应温度50℃。

（3）制法 可用酵母、蚕豆、马铃薯等制取，也可由产气克雷伯氏菌（Klebsiella aero-genes）和嗜酸普鲁兰芽孢杆菌（Bacillus acidopullulyticus）在受控发酵条件下制成。

（4）应用 糖、蜂蜜、谷物、淀粉和饮料加工中除杂水解等用途。