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微生物淀粉酶的研究进展(上)

   日期:2005-12-03     来源:发酵工业网    作者:发酵网    浏览:2107    评论:0    
核心提示: 淀粉酶是-淀粉酶、-淀粉酶及葡糖淀粉酶的总称,是现代科学中非常重要的一种酶。由于淀粉酶应用广泛,因此,在酶家族中,它是
  

 淀粉酶是α-淀粉酶、β-淀粉酶及葡糖淀粉酶的总称,是现代科学中非常重要的一种酶。由于淀粉酶应用广泛,因此,在酶家族中,它是非常重要的一种酶。令人感兴趣的是,从真菌中分离的淀粉酶也是第一个用于工业化生产的酶。淀粉酶在食品、发酵、纺织及造纸业中具有广泛的应用。在淀粉加工厂中,微生物淀粉酶可以成功的取代化学水解,如果酶制备成适合的性状,它也可以应用于制药和精细化工业中。
  一、淀粉酶的来源
  淀粉酶的来源很广泛,可以来自于植物、动物以及微生物。大部分的淀粉酶存在于微生物中,微生物中主要的两种淀粉酶为α-淀粉酶及葡糖淀粉酶,此外,主要存在于植物中的β-淀粉酶也存在于少量微生物中。α-淀粉酶是胞外酶,可以随机的切断线状直链淀粉链中连接相邻的两个葡萄糖单位的1,4-α-糖苷键,比如,淀粉酶可以产生自由的蔗糖称为糖,而没有产生自由蔗糖的液状淀粉只能称谓淀粉液。β-淀粉酶主要来源于植物,但也有少部分微生物产生,它是在外面起作用的酶,可以分解直链淀粉、支链淀粉以及糖原分子的非还原性末端链,它可以水解交替的糖苷键,产生麦芽糖。葡糖淀粉酶可以水解单个的葡萄糖。
  1.α-淀粉酶
  α-淀粉酶可以从几种细菌、真菌和酵母中分离获得。但是,由于细菌淀粉酶具有几个比较优良的特性,因此,细菌淀粉酶用的比较多,其中曲霉和杆菌,特别是淀粉液化芽孢杆菌已用于工业化生产。由于α-淀粉酶的应用可以减少污染和反应时间,因此节约能源。在更高的温度下进行水解可以减少D-葡萄糖到异构麦芽糖的聚合。
  2.β-淀粉酶  不像其他的淀粉酶,微生物仅产生少量的β-淀粉酶,有杆菌(假单孢杆菌和梭状芽孢杆菌)等。
  3.葡糖淀粉酶
  葡糖淀粉酶具有多种来源,植物、动物及微生物,但是,商业上所用的葡糖淀粉酶也是来源于微生物,在所有微生物中,真菌是葡糖淀粉酶的主要来源。
  二、淀粉酶的生产
  虽然淀粉酶的来源很广泛,但是要获得可以进行工业化生产的菌株也不是件容易的事情,菌株的挑选对于淀粉酶的生产是最重要的因素。有时,一种单独的菌株可以产生一种酶以上,比如α-淀粉酶和葡糖淀粉酶。淀粉酶的工业化生产分几个步骤进行,特别要考虑到环境因素,根据所需生产的酶的不同,设计微生物生长的最适条件,这些动力条件包括:添加的营养成分、培养基的酸碱度、渗透关系、通气量、温度以及发酵过程中对污染的控制。保持培养基的纯度也是非常重要的因素,特别是发酵在通气的条件下进行时,虽然不同的生产厂家所采用的发酵方法的一些细节不相同,但总的来说,淀粉酶的生产主要有两种方法,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。
  在工厂的应用中,耐热性也是大部分酶的一个特点,耐热的微生物可以生产耐热的酶。近来已经开始研究热稳定酶,特别是α-淀粉酶,集中在酶的温差电堆和最大温差电堆。在耐热的和喜温的微生物中存在非常少的共同性及非常大的未开发的兼性耐热性。兼性耐热菌通常可以生长在温性温度范围。虽然它们的最适生长温度为45℃,但是在更高的温度下,它们生长得更好,因此,这种菌具有喜温和耐热的性能。但是,人们对酶在这种生物体中的生产过程了解的并不多。通过对这两种菌的结构和生物化学特性的分析可以提供一些信息来解释耐热淀粉酶的高温承受能力的分子基础。
  1.α-淀粉酶的生产
  人们认为杆菌是α-淀粉酶的最重要的来源而且可以用于酶的生产。研究人员认为解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以生产耐热的α-淀粉酶,同时也可以进行经济生产酶及淀粉的水解。
  一些研究者在乳清、玉米浆以及大豆粉的基础上,开发了一些简单而又便宜的培养基用于α-淀粉酶的生产,这种培养基也可以进一步开发成为工业生产α-淀粉酶用的培养基。一些研究表明,不同的碳源会影响α-淀粉酶的生产,乳糖、葡聚糖及可溶性淀粉有利于酶的生产,当使用葡萄糖时,酶的产量非常高。溶氧率也是α-淀粉酶生产的一个重要的因素,高的溶氧率可以产生高产量的酶。
  人们认为丝状真菌是细胞外酶产量最大的生产者,因此,用这些菌来生产α-淀粉酶也引起人们的兴趣,嗜热真菌是α-淀粉酶最好的生产菌,调节生长条件和培养基成分,可以使酶的产量增加。(上)

 

 
     
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