固定化细胞培养技术也用于α-淀粉酶的生产,用这种技术可以极大地提高酶的产量,如将地衣芽孢杆菌固定在膜上,产生的α-淀粉酶比游离细胞多176%。
2.β-淀粉酶的生产
如前所述,β-淀粉酶主要来源于植物,因此用微生物生产β-淀粉酶的工作不多。可以产生β-淀粉酶的微生物有多黏芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、假单胞菌等。
人们用来自于木薯、玉米、土豆、小麦和小麦麸等的废弃淀粉作为底物来生产β-淀粉酶,发现以木萝和小麦麸为底物的β-淀粉酶产量最高;还有人用固定化细胞的方法来生产β-淀粉酶,在所有的方法中,离子化的凝胶作用于β-淀粉酶的生产最有效。
3.葡糖淀粉酶的生产
用黑曲霉以固状培养的方式生产葡糖淀粉酶已作了大量的工作,这些研究包括农副业与工业的废弃物如小麦麸、米糠等对黑曲霉生长和活性的影响,此外,这些物质及湿度还明显地影响酶的生产。一些细菌和酵母也可以生产葡糖淀粉酶。
发酵罐的设计和结构也影响酶的生产,如栽培木箱36小时所产生的酶的量相当于摇瓶培养96小时所产生的酶的量。此外,培养方法不同酶的产量也不一样,如分批培养比一次投料的效果要好。
三、淀粉酶的纯化和性质
运用于医药和治疗的淀粉酶需要更高的纯度,因此,开发出一种经济有效的方法对酶进行纯化从而获得具有活性的化学纯的酶是非常重要的。传统上,对发酵罐中的淀粉酶的纯化分为几个步骤:培养物的离心、用超滤法获得选择一定浓度的上清液、用硫酸铵或有机溶剂如冷乙醇获得沉淀中的酶、粗制的酶用色谱法和胶过滤纯化。
α-淀粉酶
a.细菌的α-淀粉酶
细菌的α-淀粉酶可以从杆菌中获得,人们已经研究了喜温菌株和耐热菌株的纯化和特性。一些研究者用硫酸铵沉淀、离子交换色谱和胶过滤法纯化获得了同质的α-淀粉酶,焦碳酸二乙酯可以抑制此酶的活性。由地衣芽孢杆菌生产的细胞外耐热型α-淀粉酶可以用下面的方法纯化:在乙二醇/葡聚糖系统中做两层分离,然后用胶过滤和离子交换色谱进行纯化。
细胞外淀粉酶的基本性质反映了细菌所生长环境的酸碱度和温度,如某些碱性杆菌生长于50℃,pH为10.5,其产生的α-淀粉酶的最适温度和pH分别为60℃和pH值11.0~12.0;另一类杆菌生长的最适pH为8.5,所产的α-淀粉酶最适pH为9.0。
在工业化的生产中,人们常常用自动聚焦的纯化技术获得化学纯的淀粉酶,这种方法可以纯化一些枯草芽孢杆菌产生的α-淀粉酶。此法可以采用大量的起始反应物,可以大量生产α-淀粉酶。
b.真菌的α-淀粉酶
在真菌中,获得纯化的α-淀粉酶仅有很少的一些菌株,因此它们的性质研究也不多。不同的菌株所产的α-淀粉酶性质不一样。
c.酵母的α-淀粉酶获得纯化的酵母α-淀粉酶也不多,从隐球酵母生产的可以消化生淀粉的耐热α-淀粉酶的纯化仅用一步方法便可以解决,这种酶与黑曲霉和米曲霉产生的α-淀粉酶性质相似。
β-淀粉酶
从微生物中获得的β-淀粉酶比从植物中获得的β-淀粉酶具有更高的耐热性,β-淀粉酶与α-淀粉酶相比,其最适的pH更高,而且不需要Ca2+作为酶的稳定剂和提高酶的活性,用硫酸分级分离,离子交换色谱和胶过滤的方法纯化。Hg2+、Zn2+和Cu2+可以抑制酶的活性,Na+可以激活酶。加入支链淀粉酶可以极大地提高酶对生淀粉的降解。此外,麦芽糖是β-淀粉酶运用于生谷物淀粉的水解产物。
葡糖淀粉酶
许多菌株产生的葡糖淀粉酶已获得纯化,性质也获得了确定。总的来说,葡糖淀粉酶的最适pH为4.5~5.0,最适温度为40~60℃,但也有一些例外,有些酶的最适pH值可达11.0。
商业上从黑曲霉中获得的葡糖淀粉酶制备物中包含有六种类型,其分子大小明显不同,最适的pH值在3.5~5.0之间。通过纯化根霉产生的葡糖淀粉酶,可以获得两种葡糖淀粉酶,一种酶具有强的脱支链的活性,另一种酶脱支链的能力较强。此外,还有对生淀粉的吸收和消化能力都特别强。
从耐热细菌中也纯化了葡糖淀粉酶,这种酶仅由一个亚单位组成,它可以分解许多种葡聚糖的连接键,对多糖的分解效果较好。
淀粉酶是工业中最重要的酶。如今,在生物制药领域,它也具有重要的作用。虽然淀粉酶具有很多来源,但是微生物来源的淀粉酶,特别是α-淀粉酶和葡糖淀粉酶,在商业上发挥着重要的作用。由于淀粉是可以由淀粉酶水解的惟一天然物质,分离有效的微生物菌株生产对生淀粉有效性高的淀粉酶是非常理想的。应用新的耐热性葡糖淀粉酶可以促进淀粉的水解过程,而使用α-淀粉酶可以使整个过程一步便可以完成,具有经济效益。现在,必须开发具有双重功效的,如液化作用和糖化作用的微生物菌株如淀粉分解酵母。也应该开发具有有效β-淀粉酶活性的菌株,β-淀粉酶可以用来生产麦芽糖浆。可以用农业和工业上的废物作为淀粉酶生产的底物,从而降低开支,也解决了废物的处理和污染问题。在工业上的作用,淀粉酶的耐热性已成为非常重要的性质,因此,我们也应该努力从耐热和极端耐热的微生物中生产淀粉酶。另外,将淀粉酶的应用范围拓宽如应用于生物制药领域也具有积极的意义。