α-淀粉酶_生物学_自然科学_专业信息

α-淀粉酶概述摘要:α-淀粉酶(α-1,4-D-葡萄糖-葡萄糖苷水解酶)广泛分布于动植物,微生物中,是一种重要的淀粉水解酶。当它作用于淀粉时,α-1,4糖苷键会从淀粉分子内部随机切割,从而生成糊精和还原糖。由于产物末端残基的碳原子构型为α构型,因此称为α-淀粉酶。现在,α-淀粉酶通常是指可以从淀粉分子内部随机剪切α-1,4糖苷键以发挥液化作用的一类酶。 α-淀粉酶分布广泛,从微生物到高等植物。 α-淀粉酶是非常重要的酶制剂,广泛用于食品加工,食品工业,酿造,发酵,纺织工业和制药工业等。它是使用最广泛的酶制剂之一。本文综述了α-淀粉酶的发现与应用,分离纯化,结构性质,催化机理,工业生产,应用现状及发展趋势。关键字:α-淀粉酶的生产,结构,性质,催化机理,分离和纯化应用1α-淀粉酶啤酒的发现是最古老的酒精饮料,而发酵是其关键步骤。涉及的糖化过程是淀粉转化为糖。转化过程的机制从未阐明。 19世纪初期,Nasse(1811)发现,从活生物体中提取的淀粉可以转化为糖,而从沸水杀死的植物细胞中提取的淀粉则不能转化为糖。

基尔霍夫(Kirchhoff)的实验发现为发现谷物中可以将淀粉转化为糖的蛋白质奠定了基础。 Payen和Persoz(1833)发现发酵液的酒精提取物含有一种对热不稳定的物质,该物质可以将淀粉转化为糖,他们称其为“淀粉酶”。 1886年,林特纳发现了两种淀粉酶,即淀粉液化酶和淀粉糖化酶。 1924年,库恩将淀粉水解酶分为两类。在发酵过程中,淀粉可以水解为β-淀粉酶,淀粉可以将淀粉水解为β-麦芽糖。可以使淀粉液化和糊化的酶称为α-淀粉酶,作用于淀粉的产物旋光度低,这是α-麦芽糖和相关糖类的特征[1]。 1949年,日本采用深层通风培养法生产α-淀粉酶。 1959年,日本使用淀粉酶和糖化酶进行淀粉液化和糖化,并确定了生产葡萄糖浆的酶促过程。除了具有100年历史的酸水解工业之外α-淀粉酶作用,淀粉糖产量的比率从80%增加到100%。 1973年耐热性α-淀粉酶投入生产。从那时起,淀粉酶的生产进入了一个新阶段[2]。目前,除了进行大量常规突变育种工作外,国外还初步弄清了α-淀粉酶的调控基因,并探讨了转导转化和基因克隆等育种技术。

枯草芽孢杆菌重组体基因被导入到阴性生产菌株中,使α-淀粉酶的产量增加了7-10倍,并已应用于食品和葡萄酒工业,开创了高产的新品种。产生α-淀粉酶菌株。新方法[3]。 α-淀粉酶可以在动物,植物和微生物中产生,但是大量生产仍然主要取决于微生物发酵。世界上许多国家以枯草芽孢杆菌产生的细菌淀粉酶和米曲霉产生的真菌淀粉酶为主要产品[4]。 2α-淀粉酶的催化机理,空间结构和性质2. 1α-淀粉酶的催化机理McCarter和Davies提出,α-淀粉酶的催化过程包括三个步骤,总共发生两个取代反应。在第一步中,底物的某些糖残基必须首先与酶活性位点的亚结合位点结合;在第二步中,亚结合位点中的另一个亲核氨基酸将亲核性攻击糖残基的C1碳原子。与底物形成共价中间产物,同时破坏C1-OR键,取代底物的糖基配体部分;在第三步中,除去糖基配体后,水分子被激活,该水分子将水解ASP的亲核氧与糖残基的C1之间的共价键C1-ASP,从而取代ASP中的残基。酶分子,完成水解反应。在第二次取代反应中,如果令人讨厌的残基不是水分子,而是具有游离羟基的糖(寡糖)ROH,则在取代酶分子的ASP残基后,就会发生糖基转移。反应而不是水解反应[5]。

2. 2α-淀粉酶的空间结构α-淀粉酶由478个氨基酸残基组成,这些残基折叠在三级结构的两个主要区域中。其中,前380个残基构成区域ABG视讯 ,其余构成区域B。区域A包含(βα)8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三糖磷酸异构酶,丙酮酸激酶或醛缩酶相似。区域B由8个反平行的β-折叠组成。这两个区域通过单链多肽连接。多肽链具有宽的结合位点,其主要由疏水残基组成。较大的裂纹位于平行于区域A的β-桶的羧基末端。在电子密度图中,通过共价键连接的碳水化合物基团是ASN197的大分支。裂纹周围隐藏着一个电子密度孤峰,这是由钙离子产生的。钙离子通过周围的残留物连接在一起,以稳定裂纹结构[6]。 2. 3α-淀粉酶的性质2. 3. 1底物特异性α-淀粉酶对淀粉及其衍生物具有最高的特异性。这些淀粉和衍生物包括支链淀粉,直链淀粉,直链淀粉,环糊精,糖原,麦芽三糖等。2. 3. 2最佳pH和最佳温度通常,真菌和细菌α-淀粉酶的最佳pH在酸性和中性范围内,例如,芽孢杆菌α-淀粉酶的最适pH为3,碱性α-淀粉酶的最适pH为9-12。

α-淀粉酶作用_几丁质酶作用_淀粉作用

此外,温度和钙离子对某些α-淀粉酶的最佳pH有一定的影响,这将改变它们的最佳作用范围。来自不同微生物的一种淀粉酶的最佳温度存在很大差异。其中,最佳温度仅为25℃〜30℃,最高可达100℃〜130℃。 2. 3. 3金属离子α-淀粉酶是一种金属酶,许多金属离子,尤其是重金属离子对其具有抑制作用。此外,巯基,N-溴丁二酸亚胺,对羟基汞苯甲酸,碘乙酸,BSA,EDTA和EGTA也对α-淀粉酶有抑制作用。 α-淀粉酶包含至少一种Ca2 +,可使酶分子保持适当的构象,从而保持其最大活性和稳定性。 Ca2 +对仅一种淀粉酶的亲和力强于其他离子。通常,结合一种Ca2 +足以使α-淀粉酶非常稳定。 EDTA透析或电渗析可从淀粉酶中去除Ca2 +,添加Ca2 +可激活游离钙酶。也有报道说,α-淀粉酶在Ca2 +存在下会失活亚博集团 ,但在用EDTA 2+处理后仍能保持其活性[7]。另外,有报道说Ca对α-淀粉酶没有影响。 2. 3. 4电场强度实验结果表明,不同强度的电场对酶活性的增加具有不同的影响,并且显示出非单调变化。尽管电场能量不足以改变酶蛋白的氨基酸序列,但它可以改变酶蛋白的构象。姚占权等。 [8]用不同强度的电场处理α-淀粉酶5分钟,表明电场对酶的影响在一定时间后趋于消失。

3.α-淀粉酶的分离和纯化高纯度α-淀粉酶是水解淀粉酶的重要酶制剂。通常基于酶分子的大小和形状,有许多分离和纯化α-淀粉酶的方法。 ,电荷性质,溶解度,稳定性,特异性结合位点等性质。为了获得高纯度的α-淀粉酶,通常必须结合各种方法。通过超滤,浓缩,脱盐和聚丙烯酰胺垂直平板凝胶电泳纯化基因工程菌产生的重组超耐热2-耐酸α-淀粉酶,得到电泳纯的超耐热-耐酸性α-淀粉酶,进行纯化因子为1 1. 7,活动恢复率为2 9. 8%[9]。然而,上述方法的共同问题是连续操作和按比例放大是相对困难的。反胶束萃取具有选择性高,同时进行正向萃取和反向萃取,同时分离和浓缩,操作简单,易于扩增的优点,并可以有效地防止生物分子的变性和失活[10]。使用CTAB /正丁醇/异辛烷形成反胶束系统,并通过反胶束萃取纯化和精制α-淀粉酶。最佳反应条件为:萃取温度40℃,水相组成为NaCl 0. 03 mol / L,pH 1 2. 0,有机相:无机相= 1:2,振摇时间10min。反萃取的最佳条件为:温度60℃,水相组成为KCl 3 mol / L,pH 4. 0,有机相:无机相= 2:1,反萃取振荡时间10 min。

在上述条件下,经过一系列的提取和汽提,淀粉酶的提取率可达到9 0. 78%[11]。两相水相技术具有处理量大,能耗低,易于连续运行和工程规模化的优点。使用两相水性体系PEG /磷酸盐分离和纯化α-淀粉酶。增加PEG浓度有助于丰富酶的上层相。同样,使用PEG /磷酸盐水溶液两相系统直接从发酵液中提取和分离低温α-淀粉酶,其分配系数和回收率分别为4. 8和87%[12]。使用由PEG和硫酸铵组成的PEG(聚乙二醇)/硫酸铵两相水体系,α-淀粉酶的回收率可以达到9 4. 84%,分配系数可以达到9 4. 1 7. 10 [13]。水两相技术具有溶液粘度高,相分离时间长yabo手机版 ,易引起界面乳化等缺点,给实际操作带来很多问题。软基质色谱介质分离并纯化α-淀粉酶的粗酶提取物。缺点是机械强度低,在压力下容易变形,分析速度慢,分离效率低,色谱柱寿命短以及固定的相对pH,离子强度和压力非常敏感。重复使用时,配体碎片容易脱落。在硬基质色谱法的应用中,李华茹等人首次合成了对α-淀粉酶具有特异性亲和力的色谱介质,并成功分离纯化出工业粗酶,获得了活性回收率> 88的高纯度产品。 %。该方法的研究成功为大规模制备高纯度α-淀粉酶提供了一条新的工艺路线[14]。

4α-淀粉酶4. 1的应用在面包业中,麦芽α-淀粉酶和微生物α-淀粉酶被广泛用作面包业的防腐剂。这些酶在面包工业中用于使这些产品膨大。更大,更好的颜色α-淀粉酶作用,更柔和的颗粒。真菌α-淀粉酶可以水解面粉中受损的淀粉,产生小分子糊精,并进一步通过酵母发酵产生醇和二氧化碳,从而增加面包的体积[15]。在面包烘烤过程中,该过程中产生的还原糖可以参与美拉德反应,这有助于改善面包的外观。 4. 2淀粉的液化和糖化α-淀粉酶的主要市场是淀粉水解的产物,例如葡萄糖和果糖。淀粉被转化为高果糖玉米糖浆(HFCS)。由于它们的高甜度,它们在饮料工业中用作软饮料中的甜味剂。该液化过程使用在高温下热稳定的α-淀粉酶。 α-淀粉酶在淀粉液化中的应用过程已经相当成熟,有许多相关报道。目前,大多数欧美国家使用真菌α-淀粉酶作为糖化剂生产高麦芽糖浆,其麦芽糖含量超过70%甚至更高[16]。 4. 3在啤酒酿造中的应用啤酒是最早使用酶的酿造产品之一。在啤酒酿造中,添加α-淀粉酶使其液化速度更快,以替代一部分麦芽,这增加了辅助材料并降低了成本。当麦芽糖化能力低且辅助材料的使用比例大于3时,使用α-淀粉酶和β-淀粉酶协同麦芽糖化可以弥补麦芽糖酶体系的不足,增加可发酵糖的含量,并提高麦芽汁率。减少颜色,提高过滤速度,提高提取物的收率,并缩短总糊化时间。

4. 4淀粉退浆的现代纤维制造工艺将在编织过程中在纱线中产生大量细菌。为了防止纱线断裂,通常在纱线表面上添加可去除的保护层。 。这些表层的材料很多,而淀粉是很好的选择。因为它便宜,容易获得并且可以轻松删除。淀粉退浆可以使用α-淀粉酶,该淀粉酶可以选择性地去除淀粉浆而不损害纱线纤维,还可以将淀粉随机降解为水溶性糊精,易于洗去。 4. 5造纸中的变粘度淀粉酶淀粉酶在造纸工业中的主要应用是改善纸张涂层淀粉。不同的纸张施胶对淀粉的分子量和粘度有不同的要求。粘度太高,不利于淀粉的均匀铺展。通过水解成短链分子,可以降低淀粉的粘度。一种方法是稀酸水解,另一种是用α-淀粉酶水解[17]。相反,该酶具有高的催化速率,并且可以通过少量的使用来实现。同时,它是一种生物活性物质,不会造成污染。 4. 6用于除垢剂的酶是现代高效除垢剂的成分之一。现在,洗涤剂酶的两个主要制造商Novozymes和Genencor已使用蛋白质技术来改善淀粉酶的漂白稳定性。他们用亮氨酸取代了地衣芽孢杆菌α-淀粉酶蛋白197处的蛋氨酸,这大大增强了该酶对氧化剂成分的抵抗力,改善了其氧化稳定性,并使该酶在储存过程中更加稳定。

这些新产品已投放市场[18]。 4. 7在制药行业中的应用在制药行业中,为了补偿每个个体在卵巢血清学检查中乳酸脱氢酶(LDH),α-淀粉酶(α-Amy)和癌胚抗原(CEA)的敏感性诊断低缺点,对三者进行联合检查,其中任何两个联合检查均为阳性,可提高卵巢癌的阳性检出率。唾液α-淀粉酶与致龋性血链球菌黏附关系的研究为龋病的病因和预防提供了理论依据[12,19]。由于其耐酸性,黑曲霉α-淀粉酶适用于制造消化药物。适用于胃的酸性环境(约pH 2. 0)的耐酸性α-淀粉酶的开发将用于制备消化助剂。使医疗效果更有效[12,20]。 5小结通过对α-淀粉酶的研究,可以看出,对α-淀粉酶的研究已经深入,其空间结构,蛋白质序列,催化机理等都应被发现。对于工业应用,由于在不同环境中对酶的要求不同,普通α-淀粉酶的应用范围相对狭窄,主要应用是耐高温和低温,酸和碱的α-淀粉酶。但是,由于技术上的限制,我国的α-淀粉酶活性低于国外。因此,必须增强该菌株的选择水平以获得具有更高酶产生活性的菌株。参考文献4 [1]孟敏敏。淀粉酶的发现。植物生物学发现。第1卷:215-232 [2]刘春丽,张文学乐鱼app ,杨瑞,α-淀粉酶特殊前景的研究现状与应用前景[J]。四川食品与发酵,2002(2)。[3]冯建飞,α-淀粉酶的应用及研究进展[J]。现代农业技术,2010(1 7)。[4]孔宪良,王俊英,, [4] [1]。微生物学杂志,1989(5)。[5] Birte Svensson.α-淀粉酶家族中的蛋白质工程:催化机理,底物特异性和稳定性。植物分子生物学25: 141-157,199 4. [6]松浦芳树,木昌树,原田若子和角藤昌雄。高淀粉酶A的结构和可能的催化残基。生物化学,第95卷,第3期:697-70 2. [7]罗志刚,杨景峰,罗传真,α-淀粉酶的性质及应用[J]。食品研究与开发,2007,28(8); 163-166。[8]姚占权,田晓,杨体强,电场对淀粉酶活性和保留时间的影响[J]。内蒙古师范大学学报,2007,36(1):58-60。[9]李慧,郭吉安强,岳丽丽等,重组超耐热酸性α-淀粉酶的分离纯化及其性质[J]。微生物学报,2005,45(4):547-5 5. [10]夏川波,杨艳照,反胶束提取蛋白技术的反提取工艺研究进展[J]。中国生物工程学报,2009,29(1):134-1 3. [11]吴亚瑞,刘健,李玉良,林曙,CTAB /正丁醇/异辛烷反胶束纯化α-淀粉酶[J]。应用化学,2007,36(8)。[12]王会超,陈金超,韩宗贤,α-淀粉酶的研究与应用[J]。清宫上科大学学报(自然科学版)2010 ,27(4)。[13]李波,陆飞,张俊和,等。两相水萃取法分离纯化α-淀粉酶的研究[J]。食品工业科技,2006。 ,27(8):77-7 9. [14]李涵,李华如,离子交换色谱法快速纯化α-淀粉酶[J]。色谱,1994年,第12卷第2期。[15] Ji建海,王艳霞,闵维宏,面筋和真菌α-淀粉酶在面粉中的应用前景[J]。食品加工,2006(2):53-5 5. [16]李松,王正祥,贾晓红,李建华,王建军,张建军,张建华。真菌α-淀粉酶的研究进展[J]。生物技术通报,2011(3):66-7 [k1 4] [17]托尼·戈弗雷,斯图亚特·韦斯特,《工业酶学》(第二版)[J]。 Macmillan press Ltd,1996,32 9. [18] Van Ee JH,van Rijswijk WC,Bollier M.酶促自动洗碗洗涤剂[J]。 ChimOggi,1992,10:21-2 4. [19]邓书立,韩曙光,陈辉等,利用α-唾液淀粉酶结合能力鉴定血链球菌[J]。浙江预防医学,2004,16(2):14-l 5. [20]陈元照,罗俊成,胡佳等。酸性α-淀粉酶菌株的突变及其酶学性质研究[J] ]。中国酿造,2007(1):10-1 3. 5

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