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1、-淀粉酶在食品行业的应用研究摘要:-淀粉酶作为淀粉酶的一种,广泛应用于工业生产,在食品、医药、造纸、酿造以及饲料等工业中发挥着越来越重要的作用。文章综述了 -淀粉酶的酶学性质和在食品工业的应用,以及对 -淀粉酶未来发展的思考,如何进一步研究,使其应用价值得到更好的发挥。关键词:淀粉酶;-淀粉酶;应用;展望。1 概述淀粉酶(amylase,Amy, AMS) ,广泛存在于自然界,几乎所有的植物、动物和微生物都含有淀粉酶。依据对淀粉作用方式的不同分为:-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶和异淀粉酶等;而根据淀粉酶来源的不同又可以分为:细菌淀粉酶、真菌淀粉酶、动物淀粉酶和植物淀粉酶 1。其中
2、,-淀粉酶( -amylase)属于葡萄糖水解酶家族 13(GH13) ,国际酶学分类编号为 EC 3.2.1.12,能随机切开淀粉、糖原等大分子内部的 -1,4-葡萄糖苷键,将其水解成糊精、低聚糖和葡萄糖等一系列小分子 3,4,使淀粉黏度迅速下降 。由于产物的末端残疾 C 原子为 构型,故称 -淀粉酶 5。不同来源的 -淀粉酶性质有一定的区别,工业上主要是应用真菌和细菌产生的 -淀粉酶。2-淀粉酶性质由于 -淀粉酶来源广泛,其酶学和理化性质会有一定区别,为了满足不同工业生产需要,需要充分了解所使用 -淀粉酶的来源以及其性质,主要有以下三个方面:2.1 温度和 pH 值不同温度和 pH 值条件
3、下,-淀粉酶的活力会有所不同,只有在最适温度和 pH 值条件下,酶的稳定性最好,其活力最强,才能更好地发挥作用 6,7。2.2 底物和其他酶类一样,-淀粉酶也具有底物特异性,不同来源的淀粉酶反应底物各有不同,-淀粉酶对淀粉及其衍生物具有高度的特异性。2.3 金属离子-淀粉酶中含有金属离子 Ca2+,可以维持酶本身的特殊构象,保证酶的活性和稳定性,一旦被其他金属离子取代,酶活性将受到影响。但也有报道称Ca2+是否游离对酶的活性没有影响 8。3 应用各种酶制剂在食品工业中,已经有上百年的应用历史,已经广泛应用于食品、医药、酿造、纺织等工业生产中。而现代酶工程技术的快速发展,又使得酶制剂生产工艺不断
4、改善、效率提高、成本降低,从而获得更大的经济效益;通过利用微生物和基因工程等技术,还可以根据实际需要,获得能在不同温度和不同酸碱性环境中工作的 -淀粉酶。3.1 面粉烘烤最近几十年,-淀粉酶已经被广泛应用于焙烤工业中 9。焙烤工业中使用的酶制剂有很多种,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪氧化酶、乳糖酶、普鲁兰酶等,在面粉、蛋糕、饼干等焙烤食品制作过程中发挥着不同的重要作用。其中,尤其是 -淀粉酶,更是有着不可取代的地位。在面包加工过程中,添加 -淀粉酶不仅可以增大面包体积,改善表皮色泽和口感,提高柔软度,还可以延长保质期等 10。热稳定性 -淀粉酶在高温时发挥作用,不仅增加发酵率,使淀粉液化完全,提高面粉
5、中的糖含量,改善口感和质地,而且用量少操作简单 11;与普通 -淀粉酶比较,不受温度影响,从而不会导致面包过度液化,使口感变差 12,13。中温 -淀粉酶的最适作用温度为5070,与面包糊化温度相近,可以有效控制面包的糊化程度,使淀粉水解成聚合度合适的糊精,而这种聚合度的糊精又具有抗老化的作用。婴幼儿胃肠道功能还不是很完善,因此,对饮食的可消化性要求严格,尤其是对谷物类的食品。由于传统工艺生产加工的谷物类食品淀粉水解程度较难控制,而婴幼儿因为胃肠内淀粉水解酶较少,对谷物类等含淀粉量较多的食品消化吸收能力差,容易引起胀气和腹泻等消化问题。在谷物类淀粉中加入中温-淀粉酶,可以有效控制淀粉水解程度,
6、同时保证其营养成分不被破坏,增强了婴幼儿对谷物类营养物质的消化和吸收。与传统的食品添加剂(化学试剂、奶粉、糖酯、卵磷脂、抗氧化剂等)比较,酶制剂在焙烤过程中,具有更好的改良和抗老化作用,如 -淀粉酶、普鲁兰酶、去分支酶、-淀粉酶等,单一使用或者几种酶制剂混合使用,不仅可以改善口感、色泽,延长保质期,而且安全健康。已知中温淀粉酶已经应用于面包、果汁、葡萄糖等多种食品的生产加工 14,15。目前, 焙烤工业使用的 - 淀粉酶主要来自大麦麦芽、真菌和细菌。早在1955 年美国就已经将真菌源的 -淀粉酶作为面包添加剂。英国在 1963 年也再次证明了 -淀粉酶等酶制剂作为食品添加剂的安全性 16。3.
7、2 淀粉加工淀粉具有来源广、价格低、口感佳等优点,作为食物和能量的一个主要来源,被广泛使用。淀粉原料,通过酶的作用,转化成方便实用和使用的产品。其中耐高温 -淀粉酶,克服了普通 -淀粉酶作用温度的限制,具有较高的反应温度(最适温度为 9095) ,反应速度快、作用力度强,不仅用于淀粉加工行业,而且已经广泛应用于酒精、发酵、纺织和制药等行业。3.3 啤酒酿造和酒精生产在酿造啤酒的原料中加入 -淀粉酶,可以加快原料的液化,增加辅料,特别是在麦芽糖化力较低的情况下,可以提高原料的利用率,降低生产成本;同时使用 -淀粉酶和 -淀粉酶效果更加更明显,在节粮、节能的同时,进一步提高了经济效益 17。在酒精
8、生产过程中,添加 -淀粉酶,可以有效控制蒸煮温度,节约煤炭和冷却水的使用量,同时提高了原料的利用率,酒精品质也得到改善 18。4 展望早在 1948 年 -淀粉酶就已经开始商业化应用,作为治疗鲜花紊乱的药物辅助剂。目前,- 淀粉酶已经广泛应用在食品加工工业中,包括淀粉加工、乳品加工、果蔬加工、蛋白质加工、面粉的烘烤加工和酿酒工业中等。作为一种节能环保且高效的酶,如何将其潜在价值发挥到最高,是未来研究过程中需要努力的方向。有研究发现 -淀粉酶在一些酸性和高温环境条件下仍然可以保持高度酶活性,这一特性可以满足现代工业发展的更多需要。而微生物来源的 -淀粉酶,逐渐成为工业生产的重要来源 19。通过基
9、因改造和菌种选育等方法 20,也可以实现对 -淀粉酶实现定向化技术和结构改造,从而满足更多的工业生产需求。参考文献:1 Souza P M. Application of microbial -amylase in industry-A reviewJ. Brazilian Journal of Microbiology, 2010, 41(4): 850-861.2 Robyt J F, French D. The action pattern of porcine pancreatic -amylase in relationship to the substrate binding si
10、te of the enzymeJ. Journal of Biological Chemistry, 1970, 245(15): 3917-3927.3 Jnior B R C L, Tribst A A L, Cristianini M. High Pressure Homogenization of Porcine Pepsin Protease: Effects on Enzyme Activity, Stability, Milk Coagulation Profile and Gel DevelopmentJ. PloS one, 2015, 10(5): e0125061.4
11、李文秀 ,张旦旦,窦文芳,许泓瑜,许正宏,史劲松,陆震鸣. 中温 -淀粉酶高产菌株的选育及其粗酶性质J. 食品与发酵工业,2011,(09):16-21.5 陈阳阳. 若干酶反应抑制剂的研制及检测新方法的构建D.上海大学,2015.6 Coutinho P M, Reilly P J. Glucoamylase structural, functional, and evolutionary relationshipsJ. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 1997, 29(3): 334-347.7 Ogasahara K,
12、 Imanishi A, Isemura T. Studies on Thermophilic -Amylase from Bacillus stearothermophilusJ. The Journal of biochemistry, 1970, 67(1): 65-75.8 Mamo G, Gashe B A, Gessesse A. A highly thermostable amylase from a newly isolated thermophilic Bacillus sp. WN11J. Journal of applied microbiology, 1999, 86(
13、4): 557-560.9 Couto S R, Sanromn M A. Application of solid-state fermentation to food industrya reviewJ. Journal of Food Engineering, 2006, 76(3): 291-302.10 刘传富,董海洲,侯汉学 . 淀粉酶和蛋白酶及其在焙烤食品中作用J. 粮食与油脂,2002,(06):38-39.11 廖思明,孙靓,王青艳,申乃坤,朱婧,黄桂媛,黄纪民,陈东,黄日波. 耐热 -淀粉酶的筛选、基因克隆和酶学性质分析J. 广西科学,2017,(01):92-99.12
14、柯涛. -淀粉酶的分子定向进化及其突变体结构与功能研究D. 华中科技大学,2006.13 余清. 酶工程在食品工业中的应用研究及其未来展望A. 福建省农业工程学会.福建省农业工程学会 2006 年学术年会论文集C.福建省农业工程学会:,2006:6.14 陈穗,何松. 酶技术在果蔬汁加工中的最新应用J. 食品科技,2001,(01):51-52.15 林梦丹,王国增,叶秀云,林娟. 产 -淀粉酶海洋微生物的筛选及酶学性质研究J. 中国食品学报,2017,(02):77-84.16 罗志刚,杨景峰,罗发兴. -淀粉酶的性质及应用J. 食品研究与开发,2007,(08):163-167.17 汪建国. 酶制剂在酿造行业应用的研究及其发展前景J. 中国酿造,2004,(01):1-4.18 马福强. 耐高温 -淀粉酶在酒精生产中的应用J. 酿酒科技,2001,(03):42-43.19 Qiaoge Zhang,Ye Han,Huazhi Xiao. Microbial -amylase: A biomolecular overviewJ. Process Biochemistry,2016,:.20 丁皓 ,王冠 ,徐丽,程瑛. -淀粉酶的应用研究进展J. 饲料博览,2012,(08):12-14.