淀粉酶的类型及微生物来源全面解析

引言

淀粉酶是水解淀粉物质的一类酶的总称，广泛存在于动植物和微生物中。它是最早实现工业化生产并且迄今为止应用最广、产量最大的一类酶制剂。按照水解淀粉方式不同可分为4大类：α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶(葡萄糖淀粉酶)和异淀粉酶(分枝酶)。

淀粉酶的种类

1、α-淀粉酶

作用于淀粉时,可从底物分子内部不规则地切开α-1，4-糖苷键,但不能水解 α-1，6-糖苷键，也不能水解靠近分支点的 α-1，6-糖苷键附近的 a-1，4-糖苷键，水解产物为麦芽糖、少量葡萄糖以及一系列分子量不等的低聚糖和糊精。

2、β-淀粉酶

作用于淀粉的 α-1，4-糖苷键，其水解作用由非还原性末端开始，按麦芽糖单位依次水解，由于该酶不能水解 α-1，6-糖苷键，故遇到分支点即停止作用，并在分支点残留1~2个葡萄糖基，也不能跨越分支点水解内部的α-1，4-糖苷键，水解产物是麦芽糖和β-极限糊精。

3、葡萄糖淀粉酶

底物专一性较低，它不仅能从淀粉分子的非还原性末端切开 α-1，4-糖苷键，也能缓慢切开 α-1，6-糖苷键和 α-1，3-糖苷键。因此，它能很快地把直链淀粉从非还原性末端依次切下葡萄糖单位，在遇到 α-1，6-糖苷键时先将其水解，再将α-1，4-糖苷键水解，从而使支链淀粉水解，水解产物是葡萄糖。

4、异淀粉酶

只对支链淀粉、糖原等分支点具有专一性。根据来源不同有两种分类方法：一种是把水解支链淀粉和糖原的的酶称为异淀粉酶，主要包括异淀粉酶和普鲁兰酶(茁霉多糖酶)；另一种分类根据来源不同，分为酵母异淀粉酶、高等植物异淀粉酶(R-酶)和细菌异淀粉酶。

淀粉酶的微生物来源

1、α-淀粉酶的微生物来源

α-淀粉酶的来源非常广泛，包括动物、植物和微生物，其中微生物来源的淀粉酶具有来源丰富、性能多样和易于工业化生产的特点，在食品工业中的应用最为广泛。虽然多种微生物可以产生 α-淀粉酶，包括丝状真菌、细菌、酵母菌和放线菌等，但是目前能够满足工业应用需求的 α-淀粉酶主要来源于细菌和丝状真菌。

细菌来源的α-淀粉酶主要包括：枯草芽孢杆菌JD-32(Bacillus subtilis JD-32)、枯草芽孢杆菌BF-7658(Bacillus subtilis BF-7658)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、嗜热糖化芽孢杆菌(Bacillusthermodiastaticus)、多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)等。 枯草芽孢杆菌BF-7658(Bacillus subtilis BF-7658)所产的的淀粉酶是我国产量最大、用途最广的一种 α-淀粉酶，其最适pH6.5左右，pH低于6.0或高于10.0时，酶活显著降低；最适温度为65℃，60℃以下稳定。在淀粉浆中酶的最适温度是80~85℃，在90℃保温15min酶活保留87%。

真菌来源的α-淀粉酶有很多种，主要包括曲霉属、青霉属、木霉属、根霉属和酵母属等，例如黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、泡盛曲霉(Aspergillus awamori)、臭曲霉(Aspergillus foetidus)、字佐美曲霉( Aspergillus usamii)、烟曲霉( Aspergillus fumigatus)、扩展青霉( Penicillium expansum)、微小根毛霉Rhizomucor pusillus)、绿色木霉(Trichoderma viride)、Schwanniomyces alluvius 和隐球菌(Cryptococcus sp.)等。几种微生物α-淀粉酶的性质见表1：

表1、几种微生物α-淀粉酶的性质

根据作用温度的不同，α-淀粉酶可分为低温、中温和耐高温3种类型，其中耐高温α-淀粉酶最适温度为 90~95℃、热稳定性大于90℃，但也有学者认为，耐高温α-淀粉酶应为最适温度在60℃以上。作为一种重要的酶制剂，耐高温α-淀粉酶由于具有热稳定性好、节约能源、降低成本、保存条件范围宽、易于贮存和运输等优点，而被广泛应用于味精、啤酒、有机酸、酒精等食品发酵以及纺织印染等行业。

2、β-淀粉酶的微生物来源

β-淀粉酶广泛存在于大麦、小麦、甘薯、豆类等植物和一些微生物中，一般单独存在或与α-淀粉酶共存。β-淀粉酶含量因植物不同而异，其中麦芽粉含量最高，大麦、小麦、大豆、麸皮也存在大量的β-淀粉酶，甘薯含量稍低。啤酒酿造可直接利用麦芽中的β-淀粉酶糖化，但许多高含量的麦芽糖产品，如高麦芽糖浆、结晶麦芽糖及麦芽糖醇等的生产需较纯净、活力高的β-淀粉酶。相比而言，麦芽是进一步提取β-淀粉酶的最好原料。

许多微生物通过发酵也能生产β-淀粉酶，例如多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、日本根霉( Rhizopus japonicus)、红发夫酵母(Xanthophyllomyces dendrorhous)、链霉菌(Streptomyces sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)等。微生物发酵法生产的β-淀粉酶活力低，成本高。而来源于植物的β-淀粉酶活力高。因此在饸糖、啤酒等工业中几乎都使用植物中获得的β-淀粉酶。

3、葡萄糖淀粉酶的微生物来源

葡萄糖淀粉酶只存在于微生物中，许多霉菌都可以生产葡萄糖淀粉酶。工业生产所用的菌种是根霉、曲霉以及拟内孢霉等，例如雪白根霉(Rhizopus niveus)、德氏根霉(Rhizopus delemar)、台湾根霉(Rhizopus formosensis)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、泡盛曲霉(Aspergillus avamori)和肋状拟内孢霉(Endomycopsis fibuliger)等，其中黑曲霉是最重要的生产菌株。1977年我国选育出的黑曲霉变异株 UV-11已被广泛应用于葡萄糖淀粉酶的生产。

4、异淀粉酶的微生物来源

异淀粉酶广泛存在于自然界，在植物中如大米、蚕豆、马铃薯、麦芽和甜玉米等均发现有异淀粉酶的存在；在高等动物的肝脏、肌肉中亦有类似于异淀粉酶的分解α-1，6-糖苷键的酶存在。微生物中能够产生异淀粉酶的菌种很多，除最初在酵母中发现异淀粉酶外，后来发现不少细菌和某些放线菌均能产生异淀粉酶，不同来源的异淀粉酶对于底物作用的专一性有所不同。

可产异淀粉酶生产菌有酵母、产气杆菌、假单胞菌、放线菌、埃希氏杆菌、诺卡氏菌、乳酸杆菌、小球菌等。我国异淀粉酶生产多产用产气杆菌10016。

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更新日期：2024-05-11