淀粉水解酶在食品工业中的应用

焦国宝 石方方 丁长河 屈建行 屈凌波 刘仲敏

（1.河南工业大学，河南 郑州450001；2.河南仰韶生化工程有限公司，河南 三门峡472400）

淀粉水解酶是指一类能催化水解淀粉的酶的总称，具有底物专一性，能将底物水解为各种还原性、非还原性单糖和少量的多糖等。淀粉广泛分布于自然界中，是重要的能源来源［1］。淀粉酶是生物体中最为重要的酶类之一，也是工业生产中应用最早且最为普遍的酶制剂之一。

淀粉酶的来源多种多样，目前在工业中大部分使用微生物发酵来获得淀粉酶。如工业中使用枯草杆菌和芽孢杆菌、霉菌等生产α-淀粉酶，巨大芽孢杆菌生产β-淀粉酶等［2］。

α-淀粉酶通常pH值为5.5～8.0，按其酶解时最适作用pH范围不同，可分为耐酸型和耐碱型；淀粉酶主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、异淀粉酶4种。α-淀粉酶的种类非常多，按其水解产物的不同，可分为糖化型和液化型;按其作用温度的不同，可分为中温型和高温型；按其来源不同，可分为细菌α-淀粉酶，真菌α-淀粉酶，植物α-淀粉酶，和动物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）是一种非常重要的淀粉水解酶［4］。它以随机作用方式切断淀粉、糖原、寡聚或多聚糖分子内的α-1，4葡萄糖苷键，生成麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等，广泛应用于食品加工、酿造、医药、造纸、工业副产品、青贮饲料及微生态制剂等多个领域，也是国内外应用最广、产量最大的酶种之一。α-淀粉酶应用于工业生产中对缩短生产周期、提高产品得率和原料的利用率、提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用。

1.1 α-淀粉酶在焙烤工业中的应用

在面包制作过程中，要想制成体积明显增大，组织结构良好的面包，就要确保淀粉糊化过程不能过度，但是在焙烤过程中温度明显高于60℃，普通的α-淀粉酶将迅速失活，因此，需要一种耐高温α-淀粉酶解决这个问题。在面包发酵过程中需要一定量的还原糖，加入耐酸的α-淀粉酶就能连续地生成糊精和麦芽糖，相关研究表明，耐酸α-淀粉酶还可以代替溴酸钾（有致癌作用的面包改良剂）。因此，从食品安全角度讲，焙烤工业中使用α-淀粉酶会产生较大的经济效益和社会效益［5］。

1.2 α-淀粉酶在饲料工业中的应用

在饲料加工业中，复合饲料中含有多种营养成分，这些营养物质由生物聚合物组成，只有通过酶解，才可以被动物的肠道吸收。动物幼崽处于快速成长的阶段，但自身的酶系不完整，酶活性不够，通过耐酸性α-淀粉酶的使用，能够降解生物聚合物，加强消化，提高饲料利用率，促进动物幼崽的成长和发育［7］。

2 β-淀粉酶

β-淀粉酶（EC 3.2.1.2）是糖化酶的一种。该酶作用专一性底物时，可以使麦芽糖由α-型变为β-型，发生沃尔登转位反应（Walden inversion），因此得名β-淀粉酶［8-10］。当它作用于淀粉时，会产生麦芽糖和β-界限糊精。其广泛存在于各种植物（甘薯、小麦、玉米、大豆）和微生物中。在制药方面，由于其可以制造麦芽糖，所以通常和α-淀粉酶一起用作消化剂［14］。

2.1 β-淀粉酶在生产麦芽糖浆中的应用

麦芽糖的生产只能依靠酶法制备。工业上经常利用耐高温α-淀粉酶的液化、β-淀粉酶糖化，再利用其他的酶进一步糖化，产生出90%以上的麦芽糖浆［15］。生产医用级和食品级麦芽糖需要将淀粉浆浓度调至10%～20%［16，17］。麦芽糖的吸收不依赖于胰岛素，所以糖尿病病人也可以摄取定量的麦芽糖。2005年，徐忠等人用β-淀粉酶和普鲁兰酶作用成功制备了淀粉糖浆［17］。

2.2 β-淀粉酶在啤酒生产中的应用

在酿造工业中，β-淀粉酶是一种重要的糖化酶。在啤酒生产中，其对啤酒的品质及品种起着关键性作用。将β-淀粉酶用于麦芽的糖化过程中，能够改善麦芽质量，提高得率。β-淀粉酶用于啤酒生产时，可以提高糖化率，节约麦芽的用量，并且可以使生产成本降低大约25万元［18］，生产出来的啤酒品质良好，口味纯正。另外，β-淀粉酶在制药业中也有广泛地应用［16］。

3 葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶的系统名称为a-1，4葡聚糖葡萄糖苷水解酶，简称糖化酶，是一种单链的酸性糖苷水解酶，具有外切酶活性。它由淀粉或类似物分子的非还原末端顺序切开a-1，4糖苷键，生成β-葡萄糖。另外，它还可以水解a-1，6糖苷键和a-1，3糖苷键。糖化酶还用于生产果葡糖浆，后者被广泛应用于食品工业，另外，其还是一种很好的面包面团改良剂。糖化酶在工业生产中具有非常广泛的应用。在酒类行业中，糖化酶制剂能够代替自制的麸曲，简化生产工艺，提高生产效率。在干啤酒酿造过程中，能提高麦汁中可发酵性糖的含量。在白酒和曲酒生产中以糖化酶代替酒曲，可以提高出酒率，减少食物的消耗，同时提升了酒的品质。

4 异淀粉酶

异淀粉酶是一种脱支酶，可以专一性地切开α-1，6糖苷键形成直链淀粉。当单独使用异淀粉酶使支链淀粉变为直链淀粉，具有凝结成块的特点。利用它的这个特性，可以用作食品薄膜，这种薄膜对氧和油脂剧透具有良好的隔绝性，很适合作为食品的保护层。异淀粉酶与糖化酶协同作用时可以提高糖化速度，如：异淀粉酶与β-淀粉酶复合使用可以大大提高麦芽糖得率［19］。在酒精发酵中采用异淀粉酶，不仅可以使发酵率提高1%～3%，同时还可以提高淀粉的利用率。

5 结语

α-淀粉酶和β-淀粉酶可以分解淀粉分子中α-1，4糖苷键，但不能水解α-1，6糖苷键，导致淀粉不完全分解。葡萄糖淀粉酶（糖化酶）不仅能够将α-1，4糖苷键水解，而且可以作用在α-1，6键，但是水解α-1，4键的速度比α-1，6键要快得多。在工业生产中，如何提高淀粉转化成还原性糖的转化率一直是科研人员所关注的问题。如果能在糖化时降低底物浓度，可以提高糖转化率，但是过低的底物浓度提高了浓缩成本，使得生产率降低。所以在生产中，有很多关于采用几种复合酶来提高淀粉转化率的相关研究，多种研究表明，采用异淀粉酶与葡萄糖淀粉酶复合糖化，能够提高底物浓度，从而提高了淀粉的转化率。

［1］N.S.Reddy.Annapoorna Nimmagadda and K.R.SSambasiva RaoAnover view of the microbialα-amylase family African［J］.Journal of Biotechnology，2003，2（12）:645-648.

［2］张志国，韩科，叶海梅，等.真菌α-淀粉酶产生菌的筛选及酶学特性的研究［J］.福建轻纺，2005，8（195）:14-17.

［3］陈运.中淀粉酶的性质和分类［J］.武汉粮食工业学院学报，1990，1:15-20.

［4］罗志刚，杨景峰，罗发兴，等.α-淀粉酶的性质及应用［J］.食品研究与开发，2007，128（08）:163-166.

［5］汪钊，郑裕国，叶月恒.真菌α一淀粉酶应用于面包生产的研究［J］.食品科学，1998，19：29-33.

［6］邱发福.真菌α-淀粉酶在面粉生产中的应用［J］.粮油食品科技，1994，4：22-23，

［7］孟庆红.淀粉酶的作用机理及在面包和饲料中的应用［J］.粮食与饲料工业，1997（6）：34.

［8］Dicko M H，Searle-van Leeuwen M J F，Beldman G，et al.Purification and characterization ofβ-amylase from Curculigo pilosa［J］.Appl Microbiol Biot，1999，52：802-805.

［9］Fatma K，Dong Y S，Charles L G.Roles ofβ-amylase and starch breakdown during temperatures stress［J］.Physiol plantarum，2006，126：120-128.

［10］张剑，王素珍，张开诚.无机试剂对β-淀粉酶活力的影响［J］酿酒科技，2008，1：32-34.

［11］Diaz A，Sieiro C，Villa TG.Production and partial characterization of aβ-amylase by Xanthophyllomyces dendrorhous［J］.Lett Appl Microbiol，2003，36：203-207.

［12］Swanston J S，Molina-cano J L.Beta-amylase activity and thermostability in twomutants derived from themalting berley cvTriumph［J］.JCereal Sci，2001，33：155-161.

［13］Van Damme J M，Hu J，Barre A，et al.Purification，characterization，immunolocalization and structural analysis of the abundant cytoplasmicβ-amylase from calystegia sepium（hedge bindweed）rhizomes［J］.Eur JBiochem，2001，268：6263-6273.

［14］陈淘声，胡学智.酶制剂生产技术［M］.北京：化学工业出版社，1994.

［15］施安辉.微生物酶在食品、酿造工业中应用的现状及前景［J］.中国酿造，1984，4：1-5，11.

［16］Zieglar P.Cereal Beta-Amylases［J］.Journal of Cereal Science，1999，29（3）：195-204.

［17］徐忠，张洪微，韩玉洁.酶法制备马铃薯麦芽糖浆的研究［J］.中国食品学报，2005，5（1）：38-41.

［18］蒋高松，马强.甘薯β-淀粉酶在啤酒生产中的应用研究［J］.中国酿造，1996（2）：36-3.

［19］石艳军，金义鑫，袁琳，等.食品蛋白质中血管紧张素转化酶抑制肽的研究［J］.生物技术通报，2004（6）:6-10.