淀粉水解酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

焦國寶 石方方 丁長河 屈建行 屈凌波 劉仲敏

（1.河南工業(yè)大學(xué)，河南 鄭州450001；2.河南仰韶生化工程有限公司，河南 三門峽472400）

淀粉水解酶是指一類能催化水解淀粉的酶的總稱，具有底物專一性，能將底物水解為各種還原性、非還原性單糖和少量的多糖等。淀粉廣泛分布于自然界中，是重要的能源來源［1］。淀粉酶是生物體中最為重要的酶類之一，也是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最早且最為普遍的酶制劑之一。

淀粉酶的來源多種多樣，目前在工業(yè)中大部分使用微生物發(fā)酵來獲得淀粉酶。如工業(yè)中使用枯草桿菌和芽孢桿菌、霉菌等生產(chǎn)α-淀粉酶，巨大芽孢桿菌生產(chǎn)β-淀粉酶等［2］。

α-淀粉酶通常pH值為5.5～8.0，按其酶解時最適作用pH范圍不同，可分為耐酸型和耐堿型；淀粉酶主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、異淀粉酶4種。α-淀粉酶的種類非常多，按其水解產(chǎn)物的不同，可分為糖化型和液化型;按其作用溫度的不同，可分為中溫型和高溫型；按其來源不同，可分為細(xì)菌α-淀粉酶，真菌α-淀粉酶，植物α-淀粉酶，和動物α-淀粉酶。

1 α-淀粉酶

α-淀粉酶（α-1，4-D-葡萄糖-葡萄糖苷水解酶）是一種非常重要的淀粉水解酶［4］。它以隨機(jī)作用方式切斷淀粉、糖原、寡聚或多聚糖分子內(nèi)的α-1，4葡萄糖苷鍵，生成麥芽糖、低聚糖和葡萄糖等，廣泛應(yīng)用于食品加工、釀造、醫(yī)藥、造紙、工業(yè)副產(chǎn)品、青貯飼料及微生態(tài)制劑等多個領(lǐng)域，也是國內(nèi)外應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的酶種之一。α-淀粉酶應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中對縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品得率和原料的利用率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約糧食資源，都有著極其重要的作用。

1.1 α-淀粉酶在焙烤工業(yè)中的應(yīng)用

在面包制作過程中，要想制成體積明顯增大，組織結(jié)構(gòu)良好的面包，就要確保淀粉糊化過程不能過度，但是在焙烤過程中溫度明顯高于60℃，普通的α-淀粉酶將迅速失活，因此，需要一種耐高溫α-淀粉酶解決這個問題。在面包發(fā)酵過程中需要一定量的還原糖，加入耐酸的α-淀粉酶就能連續(xù)地生成糊精和麥芽糖，相關(guān)研究表明，耐酸α-淀粉酶還可以代替溴酸鉀（有致癌作用的面包改良劑）。因此，從食品安全角度講，焙烤工業(yè)中使用α-淀粉酶會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益［5］。

1.2 α-淀粉酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用

在飼料加工業(yè)中，復(fù)合飼料中含有多種營養(yǎng)成分，這些營養(yǎng)物質(zhì)由生物聚合物組成，只有通過酶解，才可以被動物的腸道吸收。動物幼崽處于快速成長的階段，但自身的酶系不完整，酶活性不夠，通過耐酸性α-淀粉酶的使用，能夠降解生物聚合物，加強(qiáng)消化，提高飼料利用率，促進(jìn)動物幼崽的成長和發(fā)育［7］。

2 β-淀粉酶

β-淀粉酶（EC 3.2.1.2）是糖化酶的一種。該酶作用專一性底物時，可以使麥芽糖由α-型變?yōu)棣?型，發(fā)生沃爾登轉(zhuǎn)位反應(yīng)（Walden inversion），因此得名β-淀粉酶［8-10］。當(dāng)它作用于淀粉時，會產(chǎn)生麥芽糖和β-界限糊精。其廣泛存在于各種植物（甘薯、小麥、玉米、大豆）和微生物中。在制藥方面，由于其可以制造麥芽糖，所以通常和α-淀粉酶一起用作消化劑［14］。

2.1 β-淀粉酶在生產(chǎn)麥芽糖漿中的應(yīng)用

麥芽糖的生產(chǎn)只能依靠酶法制備。工業(yè)上經(jīng)常利用耐高溫α-淀粉酶的液化、β-淀粉酶糖化，再利用其他的酶進(jìn)一步糖化，產(chǎn)生出90%以上的麥芽糖漿［15］。生產(chǎn)醫(yī)用級和食品級麥芽糖需要將淀粉漿濃度調(diào)至10%～20%［16，17］。麥芽糖的吸收不依賴于胰島素，所以糖尿病病人也可以攝取定量的麥芽糖。2005年，徐忠等人用β-淀粉酶和普魯蘭酶作用成功制備了淀粉糖漿［17］。

2.2 β-淀粉酶在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

在釀造工業(yè)中，β-淀粉酶是一種重要的糖化酶。在啤酒生產(chǎn)中，其對啤酒的品質(zhì)及品種起著關(guān)鍵性作用。將β-淀粉酶用于麥芽的糖化過程中，能夠改善麥芽質(zhì)量，提高得率。β-淀粉酶用于啤酒生產(chǎn)時，可以提高糖化率，節(jié)約麥芽的用量，并且可以使生產(chǎn)成本降低大約25萬元［18］，生產(chǎn)出來的啤酒品質(zhì)良好，口味純正。另外，β-淀粉酶在制藥業(yè)中也有廣泛地應(yīng)用［16］。

3 葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶的系統(tǒng)名稱為a-1，4葡聚糖葡萄糖苷水解酶，簡稱糖化酶，是一種單鏈的酸性糖苷水解酶，具有外切酶活性。它由淀粉或類似物分子的非還原末端順序切開a-1，4糖苷鍵，生成β-葡萄糖。另外，它還可以水解a-1，6糖苷鍵和a-1，3糖苷鍵。糖化酶還用于生產(chǎn)果葡糖漿，后者被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，另外，其還是一種很好的面包面團(tuán)改良劑。糖化酶在工業(yè)生產(chǎn)中具有非常廣泛的應(yīng)用。在酒類行業(yè)中，糖化酶制劑能夠代替自制的麩曲，簡化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。在干啤酒釀造過程中，能提高麥汁中可發(fā)酵性糖的含量。在白酒和曲酒生產(chǎn)中以糖化酶代替酒曲，可以提高出酒率，減少食物的消耗，同時提升了酒的品質(zhì)。

4 異淀粉酶

異淀粉酶是一種脫支酶，可以專一性地切開α-1，6糖苷鍵形成直鏈淀粉。當(dāng)單獨(dú)使用異淀粉酶使支鏈淀粉變?yōu)橹辨湹矸郏哂心Y(jié)成塊的特點(diǎn)。利用它的這個特性，可以用作食品薄膜，這種薄膜對氧和油脂劇透具有良好的隔絕性，很適合作為食品的保護(hù)層。異淀粉酶與糖化酶協(xié)同作用時可以提高糖化速度，如：異淀粉酶與β-淀粉酶復(fù)合使用可以大大提高麥芽糖得率［19］。在酒精發(fā)酵中采用異淀粉酶，不僅可以使發(fā)酵率提高1%～3%，同時還可以提高淀粉的利用率。

5 結(jié)語

α-淀粉酶和β-淀粉酶可以分解淀粉分子中α-1，4糖苷鍵，但不能水解α-1，6糖苷鍵，導(dǎo)致淀粉不完全分解。葡萄糖淀粉酶（糖化酶）不僅能夠?qū)ⅵ?1，4糖苷鍵水解，而且可以作用在α-1，6鍵，但是水解α-1，4鍵的速度比α-1，6鍵要快得多。在工業(yè)生產(chǎn)中，如何提高淀粉轉(zhuǎn)化成還原性糖的轉(zhuǎn)化率一直是科研人員所關(guān)注的問題。如果能在糖化時降低底物濃度，可以提高糖轉(zhuǎn)化率，但是過低的底物濃度提高了濃縮成本，使得生產(chǎn)率降低。所以在生產(chǎn)中，有很多關(guān)于采用幾種復(fù)合酶來提高淀粉轉(zhuǎn)化率的相關(guān)研究，多種研究表明，采用異淀粉酶與葡萄糖淀粉酶復(fù)合糖化，能夠提高底物濃度，從而提高了淀粉的轉(zhuǎn)化率。

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