α淀粉酶产生菌的研究进展综述

α-淀粉酶产生菌的研究进展综述1309030202刘铭迪【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。本文对α-淀粉酶产生菌的研究进展进行了相关综述。【关键词】：α淀粉酶产生菌；耐受；性质；应用【正文】：α一淀粉酶(α一1，4一D一葡萄糖一葡萄糖苷水解酶)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。它以随机作用方式切断淀粉、糖原、寡聚或多聚糖分子内的α一1，4葡萄糖苷键，产生麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等，是工业生产中应用最为广的酶制剂之一。它可以由微生物发酵制备，也可以从动植物中提取。不同来源的α淀粉酶的性质有一定的区别，工业中主要应用的是真菌和细菌α一淀粉酶。目前，α一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，是一种重要工业用酶。如在淀粉加工业中，微生物α一淀粉酶已成功取代了化学降解法；在酒精工业中能显著提高出酒率。其应用于各种工业中对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用。1、α一淀粉酶的性质不同来源的α一淀粉酶的酶学和理化性质有一定的区别，它们的性质对在其工业应用中的应用影响也较大，在工业生产中要根据需要使用合适来源的酶，因此对淀粉酶性质的研究也显得比较重要。目前关于不同来源仅一淀粉酶性质的研究已经很多，但将它们进行完整归纳的比较少，本文将其性质进行总结，为以后α一淀粉酶的应用提高相关依据。1．1底物特异性α一淀粉酶和其它酶类一样，具有反应底物特异性，不同来源的淀粉酶反应底物也各不相同，通常α一淀粉酶显示出对淀粉及其衍生物有最高的特异性，这些淀粉及衍生物包括支链淀粉、直链淀粉、环糊精、糖原质和麦芽三糖等。1．2最适pH和最适温度反应温度和pH对酶活力影响较大，不同来源的α一淀粉酶有各自的最适作用pH和最适作用温度，通常在最适作用pH和最适作用温度条件下酶相对比较稳定，在此条件下进行反应能最大程度地发挥酶活力，提高酶反应效率。因此，在工业应用中应了解不同的酶最适pH和最适温度，确定反应的最佳条件，最大限度地提高酶的使用效率是很重要的。通常情况下α一淀粉酶的最适作用pH一般在2到12之间变化。真菌和细菌类α一淀粉酶的最适pH在酸性和中性范围内，如芽孢杆菌仅一淀粉酶的最适pH为3，碱性α一淀粉酶的最适pH在9～12。另外，温度和钙离子对一些α一淀粉酶的最适pH有一定的影响，会改变其最适作用范围。不同微生物来源的α一淀粉酶的最适作用温度存在着较大差异，其中最适作用温度最低的只有25c～30℃，而最高的能达到100c～130c。另外，钙离子和钠离子对一些酶的最适作用温度也有一定的影响。1.3金属离子对酶稳定性的影响α一淀粉酶是金属酶，很多金属离子，特别是重金属离子对其有抑制作用；另外，巯基，N一溴琥珀酸亚胺，p一羟基汞苯甲酸，碘乙酸，BSA，EDTA和EGTA等对α一淀粉酶也有抑制作用。2、α-淀粉酶的生产α-淀粉酶可由微生物发酵产生，也可从植物和动物中提取，目前工业生产上都以微生物发酵法进行大规模生产淀粉酶。在1908年和1917年德国的Bokin和A-front先后由细菌中生产出α-淀粉酶，用于纺织品脱浆。1937年日本的福本口获得了产生α-一淀粉酶的括革杆菌。第二次世界大战后，由干抗生素的发明，使得微生物工业大步前进，1949年Ⅱ-淀粉酶开始采用深层通风培葬法进行生产。1973年耐热性α-淀粉酶投入了生产。随淀粉酶的用途日蓝扩大，产量日见增多，生产水平也逐步提高。近些年我们国家的酶制剂行业发展较快，从1965年开始用解淀粉芽孢杆菌BF一7658生产淀粉酶，当时仅无锡酶剂厂独家生产，近年在国内生产酶制剂的厂家已发展到120多个，其中约有40%左右的工厂生产淀粉酶，产品也由单一的常温工业用α-淀粉酶，发展到现在有工业用也有食品鼓，既有常温也有耐热的，剂型上有固体的也有液体淀粉酶。酶制剂工业现已成为近代工业生产中不可缺少的组成部门，它对社会的贡献远远超过酶工业本身。3、α一淀粉酶的工业应用α一淀粉酶是淀粉及以淀粉为材料的工业生产中重要的一种水解酶，其最早的商业化应用在1984年，作为治疗消化紊乱的药物辅助剂。现在，α一淀粉酶已广泛应用于食品、清洁剂、啤酒酿造、酒精工业、纺织退浆和造纸工业。3．1在焙烤工业中的应用各种酶制剂在食品工业中的应用已有上百年的历史，最近几十年α一淀粉酶广泛地应用于焙烤工业中。焙烤工业中使用的酶制剂有很多，如蛋白酶、脂肪酶、普鲁兰酶、木聚糖酶、纤维素酶、糖化酶等，但没有一种酶能取代α一淀粉酶在焙烤食品中的应用。α一淀粉酶用于面包加工中可以使面包体积增大，纹理疏松；提高面团的发酵速度；改善面包心的组织结构，增加内部组织的柔软度；产生良好而稳定的面包外表色泽；提高人炉的急胀性；抗老化，改善面包心的弹性和口感；延长面包心储存过程中的保鲜期。目前，焙烤工业使用的α一淀粉酶主要来自大麦麦芽、真菌和细菌。1955年，美国批准真菌一淀粉酶作为面包添加剂。1963年，英国证实了它们的安全性。现在，α一淀粉酶已经在全世界范围内使用。面粉中添加的外生真菌淀粉酶具有较高的活力，在面粉中添加α一淀粉酶不仅能提高发酵速率，而且能降低面团的粘度，从而增加面包的体积，提高产品的质地，并且由于一淀粉酶的存在，面团会产生额外的糖，可以提高面包的风味，改善外表的色泽。3．2在纺织退浆中的应用由于棉织物在编织过程中需使用较大的张力，容易使丝线断裂，因此需加入一些浆料对其保护。由于淀粉资源广泛，廉价易得，易退浆，因此纺织工业中多采用淀粉浆。织物退浆主要使用α一淀粉酶，它会使淀粉大分子发生分解，生成可溶性的水解产物，减弱了对纤维的粘附力，因此可以通过水洗将其除去，最后从纤维上脱除。早期是用麦芽产生的一种内生酶来退浆，近期则使用真菌或细菌淀粉酶。细菌淀粉酶尤其适用，因为它们能够耐高温，在碱性的环境里有一定的稳定性，具有一个中性的最适pH值(pH5～7．5)。酶的催化效率高，有利于提高生产效率。如用碱分解淀粉退浆需要l0h～12h，而用一淀粉酶只要20min～30min即可完成退浆过程。淀粉酶退浆的另一原因是比其它退浆剂(如酸或氧化剂)更利于环保。在退浆浴中添加钙盐，可提高淀粉酶的稳定性，从而可用较高的温度或较低的酶剂量来达到退浆的目的.3．3在清洁剂中的应用目前，各种酶制剂广泛地应用于现代高密度清洁剂。酶用在清洁剂中最主要的优点是它的反应条件比无酶清洁剂温和，早期的洗碟机用洗涤剂反应需要的条件比较苛刻，使用时容易对餐具造成损伤，而且它不能用于清洗精巧瓷器和木质餐具，因此清洁剂工业开始寻找条件温和，更加有效的清洁剂，而将酶制剂用于清洁剂以后，可以在较低的清洗温度下就到达很好的清洗效果。1975年，α一淀粉酶开始用于洗衣粉中。现在，几乎90％以上的液体清洁剂中都含有α一淀粉酶，而且其在洗碟机用洗涤剂中的应用需求还在不断的增加。虽然如此，其在清洁剂中的应用也有一定的局限性。这主要是因为α一淀粉酶对钙离子比较敏感，如果钙离子浓度过低，其稳定性很差，容易失活。而且大部分温和型α一淀粉酶对清洁剂中的氧化剂也比较敏感。最近，世界最大的两家清洁剂酶供应商诺维信和杰能科成功的用蛋白质工程提高了淀粉酶的漂白稳定性。他们用其它氨基酸替代淀粉酶中的易氧化氨基酸，从而提高了淀粉酶抵抗氧化剂的能力，提高了清洁剂的储存稳定性和性能。目前，这些新产品已经在市场上销售.3．4在啤酒酿造中的应用啤洒是最早用酶的酿造产品之一，在啤洒酿造中添加α一淀粉酶使其较快液化以取代一部分麦芽，使辅料增加，成本降低，特别在麦芽糖化力低，辅助原料使用比例较大的场合，使用α一淀粉酶和β一淀粉酶协同麦芽糖化，可以弥补麦芽酶系不足，增加可发酵糖含量，提高麦汁率，麦汁色泽降低，过滤速度加快，提高了浸出物得率，同时又缩短了整体糊化时间。啤洒酿造中糊化时添加α一淀粉酶，在20世纪70年代主要用BF7658a一淀粉酶；80年代用食品级枯草杆菌α一淀粉酶；80年代末，我国无锡酶制剂厂首先生产出耐高温α一淀粉酶，可使副原料比例从原来的30％增加到40％以上，实现了无麦芽糊化，节粮、节能显著，使啤酒行业的综合经济效益得到进一步提高。3．7在酒精工业中的应用在玉米为原料生产酒精中添加α一淀粉酶低温蒸煮的新工艺，每生产1t酒精可节煤224.42kg。又可减少冷却用水，提高出酒率8.8％，酒精成品质量也有显著提高。酒精生产应用耐高温α一淀粉酶。采用中温95℃～105℃蒸煮，既可有效地杀死原料中带来的杂菌，降低入池酸度和染菌机率，又可保护原材料中的淀粉组织不被破坏，形成焦糖或其它物质而损失，从而提高原料利用率。4、高温α-淀粉酶的研究作为一种重要的酶制剂，耐高温α淀粉酶已得到了较为普遍的应用，如何高效地生产耐高温．淀粉酶和降低其生产成本，是一个不容忽视的问题。通过基因工程手段获得基因工程菌，是提高生产效率的重要方式，但目前耐高温α-淀粉酶基因工程菌的选育仍然存在一些不足，且缺少大规模工业化生产的验证。另一方面，不同的应用领域由于其工艺条件的特殊性，要求耐高温α一淀粉酶在应用中能够更加高效地行使其催化作用，可以适应复杂的应用环境，如在较低的pH值条件下起催化作用、减弱对Ca的依赖等。这就需要进一步从自然界中筛选，或通过基因体外定向进化和定点突变技术，获得酶学性质更加多样的耐高温α-淀粉酶。5、展望综上所述，各种α一淀粉酶作为一种重要的工业用酶，已经广泛应用于淀粉及淀粉基工业中，且已经取得了很好的使用效果。对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用。但由于不同来源α一淀粉酶的性质上的差异，导致了其应用受到一定的局限，如耐高温α一淀粉酶在高温条件下才能发挥最大活力，在低温和中温时其利用效率很低，从而限制了其应用范围。另外，不同α一淀粉酶应用于食品中，其安全性有的尚未完全肯定。因此，在以后的研究中，可以通过化学方法或生物方法对α一淀粉酶进行改性，扩展其使用的范围，提高使用效率。无论如何，随着科技的发展、研究的深入，α一淀粉酶将会得到更加广泛的应用。【参考文献】：1、罗志刚,杨景峰,罗发兴.α-淀粉酶的性质及应用[J].食品研究与开发,2007,28(8):163-167.2、谷军.α—淀粉酶的生产与应用[J].生物技术,1994,4(3):1-5.3、张强,刘成君,蒋芳,等.耐高温α-淀粉酶产生菌的分离鉴定及发酵条件与酶性质研究[J].食品与发酵工业,2005,31(2):34-37.4、朱何东,陈远钊,常峰,等.高温α-淀粉酶产生菌的筛选及酶学性质研究[J].酿酒科技,2006(5):30-32.5、张双民.土壤中淀粉酶高产菌株的分离及产酶条件的优化[J].土壤肥料,2006(2):59-61.6、宋素琴,茆军,顾美英,等.一株碱性高温α-淀粉酶产生菌的分离鉴定及其酶学性质初步研究[J].新疆农业科学,2010,47(9):1803-1807.7、阮森林.酸性α-淀粉酶产生菌的筛选及其酶学性质研究[D][J].2008.8、张强,黄丹,王川.耐高温α-淀粉酶产生菌的选育研究[J].中国酿造,2008,27(7):21-23+24.9、林必博.耐高温α-淀粉酶的研究进展[J].发酵科技通讯,2011,40(4):41-43.10、刘春莉,张文学,江孝明,等.新型耐酸性液化糖化酶的分离提取及其特性[J].酿酒,2003,30(3):73-76.11、徐颖,刘琦,王乐,等.一株耐高温α-淀粉酶生产菌的分离鉴定及其产酶条件优化[J].四川大学学报:自然科学版,2008,45(4):991-996.12、杜冰冰,郝帅,李运敏,等.高温!-淀粉酶基因突变体在大肠杆菌,毕赤酵母中的表达[J].微生物学报,2006,46(5):827-830.13、NaterUM,RohlederN,Gaab