α-淀粉酶
α-淀粉酶分类
α-淀粉酶分类
α-淀粉酶可根据它们的基本结构和催化机制分类。
1. 胰高血糖素α-淀粉酶（Pancreatic α-amylase）：由胰腺分泌，催化淀粉分子中α-1,4-糖苷键的水解，形成糊精、麦芽糊精、麦芽三糖等，使淀粉溶解为葡萄糖。
2. 细胞外α-淀粉酶（Extracellular α-amylase）：广泛存在于
真菌、细菌、植物和动物中，催化与胰高血糖素α-淀粉酶相同的反应，
但在环境条件上具有更高的适应性，如耐低温、耐高盐、耐低pH等。
3. γ-淀粉酶（Glucoamylase）：主要由真菌和细菌产生，专门水解
淀粉分子的糖端α-1,4-糖苷键，产生单一的葡萄糖分子。
4. α-糖基转移酶（Transglycosidase）：在α-淀粉酶酶解淀粉的
过程中，通过α-1,4-糖苷键的转移反应，产生多糖和寡糖，如淀粉胶和
麦芽糖醇寡糖。
5. 改性α-淀粉酶（Modified α-amylase）：通过化学修饰或基因
工程技术改变本身的性质，如增加稳定性、减少不良反应、增加催化效率等，应用于食品、制药和环境等领域。
α-淀粉酶
α-淀粉酶在结构上的相似性使人们相信它们具有相似的 催化机制。McCarter、Davies均提出α-淀粉酶的催化过 程包括三步，共发生2次置换反应。第一步，底物某个 糖残基要先结合在酶活性部位的-1亚结合位点，该糖基 氧原子被充当质子供体的酸性氨基酸(如Glu)所质子化;第 二步，-1亚结合位点的另一亲核氨基酸(如Asp)对糖残基 的Cl碳原子进行亲核攻击，与底物形成共价中间物，同 C 时裂解Cl-OR键，置换出底物的糖基配基部分;第三步， 糖基配基离去之后，水分子被激活(可能正是被刚去质 子化的Glu所激活)，这个水分子再将Asp的亲核氧与糖残 基的C1之间的共价键Cl-Asp水解掉，置换出酶分子的Asp 残基，水解反应完成。在第二次置换反应中，如果进攻 基团不是水分子，而是一个带有游离羟基的糖(寡 糖)ROH，那么酶分子的Asp残基被置换出后，就发生了 糖基转移反应而非水解反应。
在米曲霉的Taka-淀粉酶A(TAA)中，在活性部 位发现有三个酸性氨基酸残基，Asp206， Glu230，Asp 297，定点突变研究发现它们 是催化所必需的氨基酸。研究发现TAA中这 三个催化所必需的氨基酸在其它的α-淀粉酶 以至于α-淀粉酶家族中也是共有的。
Tonozaka(1993)通过对不同来源的37个α-淀粉酶基因分支酶基因，异 淀粉酶基因等进行同源序列的比较，微生物与动物和植物产生的α-淀 粉酶的氨基酸序列之间的同源性不超过10%，但发现这些淀粉酶有 ABCD四个区域有高度的保守性，推测这些保守区域与其底物的结合 或催化中心有关。 尽管不同来源的α-淀粉酶在氨基酸序列上是不同的，但它们却共同拥 有相同的基本次级结构，如(β/α)8结构(亦称之为TIM－桶)——由8个螺 旋包围8个β-折叠组成的筒状结构。该结构被认为具有催化能力的结 构。 YJanec k，S.通过对α-淀粉酶家族研究发现大部分α-淀粉酶除了含有 八个(β/α)桶状结构的催化中心(domain A)外，还包括domains B、C和 D。其中domain B具有三个β折叠和三个α螺旋，长度和结构随来源的 不同而变化。Domain C区是催化区域后面的区域，主要由β折叠组成， 该区被认为有保护催化中心疏水氨基酸的稳定性的作用。 另外，有一些α-淀粉酶包含一个没有催化功能的淀粉结合位点(starchbinding domain)。 此外，几乎所有α-淀粉酶都是金属酶，每个酶分子至少含有一个钙离 子，钙离子使酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性和稳定 性。
淀粉酶
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α-淀粉酶分子中含有一个结合得相当牢固的钙离子，这个钙离子不直接参与酶-底物络合物的形成，其功能 是保持酶的结构，使酶具有最大的稳定性和最高的活性。
α-淀粉酶依来源不同最适pH值在4.5~7.0之间，从人类唾液和猪胰得到的α-淀粉酶的最适pH值范围较窄， 在6.0~7.0之间；枯草杆菌α-淀粉酶的最适pH值范围较宽，在5.0~7.0之间；嗜热脂肪芽孢杆菌-淀粉酶的最适 pH值则在3.0左右；高粱芽α-淀粉酶的最适pH值范围为4.8~5.4；小麦α-淀粉酶的最适pH值在4.5左右，当pH值 低于4时，活性显著下降，而超过5时，活性缓慢下降。
淀粉酶
化学物质
01 基本信息
03 功能作用 05 应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目录
02 性质 04 毒理学依据
α-淀粉酶，系统名称为1,4-α-D-葡聚糖葡聚糖水解酶，别名为液化型淀粉酶、液化酶、α-1，4-糊精酶。 黄褐色固体粉末或黄褐色至深褐色液体，含水量5%~8%。溶于水，不溶于乙醇或乙醚。FAO/WHO规定，ADI无特殊 限制。
应用
α-淀粉酶主要用于水解淀粉制造饴糖、葡萄糖和糖浆等，以及生产糊精、啤酒、黄酒、酒精、酱油、醋、果 汁和味精等。还用于面包的生产，以改良面团，如降低面团黏度、加速发酵进程，增加含糖量和缓和面包老化等。 在婴幼儿食品中用于谷类原料预处理。此外，还用于蔬菜加工中。用量：以枯草杆菌α-淀粉酶(6000IU/g)计， 添加量约为0.1% 。
性质
在高浓度淀粉保护下α-淀粉酶的耐热性很强，在适量的钙盐和食盐存在下，pH值为5.3~7.0时，温度提高到 93~95℃仍能保持足够高的活性。为便于保存，常加入适量的碳酸钙等作为抗结剂防止结块。
α-淀粉酶可以水解淀粉内部的α-1,4-糖苷键，水解产物为糊精、低聚糖和单糖，酶作用后可使糊化淀粉的 黏度迅速降低，变成液化淀粉，故又称为液化淀粉酶、液化酶、α-1,4-糊精酶。
α淀粉酶
6制药和临床化学分析
已有报道，基于α一淀粉酶的液体稳定试剂已应用于全自动生化分析仪(CibaComingExpress)临床化学系统。
二α—淀粉酶的研究现状
1国内α一淀粉酶研究现状
1965年，我国开始应用淀粉芽孢杆菌BF一7658生产一淀粉酶，当时只有无锡酶制剂厂独家生产。1967年杭州怡糖厂实现了应用α一淀粉酶生产饴糖的新工艺，可以节约麦芽7％～10％，提高出糖率10％左右。1964年我国开始了酶法水解淀粉生产葡萄糖工艺的研究。l979年9月通过了酶法注射葡萄糖新工艺的鉴定，并先后在华北制药厂、河北东风制药厂、郑州嵩山制药厂等单位得到应用，取得了良好的经济效益。
2淀粉的液化作用和糖化作用
α一淀粉酶的主要市场是淀粉水解的产物，如葡萄糖和果糖。淀粉被转化为高果糖玉米糖浆(HFCS)。由于他们的高甜度，被用于饮料工业中软饮料的甜味剂。这个液化过程就用到在高温下热稳定性好的α一淀粉酶。α一淀粉酶在淀粉液化上的应用工艺已经相当成熟，而且有很多相关报道。
3纤维脱浆
由于α一淀粉酶是具有重要应用价值的工业酶，周内外很多课题组对它进行了研究。国内有代表性的研究单位有：四川大学，主要研究α一淀粉酶的生产菌株及其培养条件；江南大学，主要研究α一淀粉酶的结构以及应用性能，如耐热性、耐酸性；西北大学，主要研究α一淀粉酶的变性机理以及环境对α一淀粉酶的影响；华南理工大学，主要研究α一淀粉酶的固定化和动力性质；还有华中农业大学，中国科学院沈阳应用生态研究所，天津科技大学，南开大学生命科学学院，中国农业科学院，中国科学院微生物研究所等多家研究机构对多种α一淀粉酶生产菌的一淀粉酶基因进行了克隆以及表达研究。国外有代表性的研究单位有：加拿大的UniversityofBritishColumbia，他们对人胰腺的一淀粉酶结构和作用机理进行了深入的研究；丹麦的Carlsberg实验室主要研究大麦α一淀粉酶结构域与结合位点；美国的WesternRegionalResearchCenter主要研究大麦的α一淀粉酶与抗菌素的作用以及大麦α一淀粉酶的活性位点。
α-淀粉酶结构
α-淀粉酶结构植物和动物体内都存在一种重要的酶类物质，它被称为α-淀粉酶。
α-淀粉酶是一种能够催化淀粉分子水解的酶，它在生物体内发挥着重要的功能。
本文将详细介绍α-淀粉酶的结构特点和功能。
α-淀粉酶是由一条由氨基酸组成的多肽链构成的，它的分子量通常在10-100 kDa之间。
α-淀粉酶的结构非常复杂，包括多个结构域和功能区域。
其中，最重要的是催化区域和结合区域。
催化区域是α-淀粉酶的关键部分，它包含有特定的氨基酸残基，能够与淀粉分子中的特定化学键发生作用。
这些氨基酸残基通常包括谷氨酸、天冬氨酸和组氨酸等。
催化区域通过与淀粉分子结合，并对其进行剪切和水解，从而将淀粉分解成较小的糖分子。
结合区域是α-淀粉酶的另一个重要部分，它能够与淀粉分子中的非催化部分结合，从而使淀粉分子更加稳定。
结合区域通常由一些疏水性氨基酸残基组成，它们与淀粉分子上的疏水性残基相互作用，从而增强了α-淀粉酶与淀粉分子的结合能力。
除了催化区域和结合区域，α-淀粉酶的结构还包括一些辅助区域和调控区域。
辅助区域通常是一些与酶的稳定性和折叠状态相关的结构域，它们能够帮助α-淀粉酶保持其稳定的结构。
调控区域则可以通过与其他蛋白质或小分子结合，从而影响α-淀粉酶的活性和功能。
α-淀粉酶在生物体内发挥着重要的功能。
它能够催化淀粉的水解反应，将淀粉分解成可溶性的糖分子，从而提供能量和营养物质。
此外，α-淀粉酶还参与了一系列与淀粉代谢相关的生物过程，如淀粉的合成和降解、淀粉颗粒的形成和分解等。
总结起来，α-淀粉酶是一种能够催化淀粉水解的酶，它的结构复杂而多样。
催化区域和结合区域是α-淀粉酶的关键部分，它们通过与淀粉分子的特定区域结合，并对其进行剪切和水解。
α-淀粉酶在生物体内发挥着重要的功能，参与了淀粉代谢的各个环节。
对α-淀粉酶结构的研究有助于我们更好地理解其功能和调控机制，为相关领域的研究提供了重要的基础。
α淀粉酶
α-淀粉酶是一种内切酶， 其相对分子量约50000左 右，
作用于淀粉时，可从淀粉 分子内部随机切开α-1，4 糖苷键，不能切开α-1，6 糖苷键以及与α-1，6糖苷 键相连的α-1，4糖苷键， 但能越过支点切开内部的 α-1，4糖苷键。其水解产 物中除含葡萄糖、麦芽糖 外还含有具有α-1，6糖苷 键的极限糊精和含α-1，6 糖苷键的具葡萄糖残基的 低聚糖。
温度对酶活性有很大影响，温度升高，酶的 反应速度就增加，一般每升高十摄氏度，反 应速度可增加2~3倍,但是大多数酶都是蛋白 质，温度过高则可导致蛋白质变质，从而使 酶失活。在一定条件下，在某一温度时酶的 反应速度最大。这使得反应速度是最适反应 温度。
α-淀粉酶是一种金属酶，每分子酶含有一个 Ca² ﹢，Ca² ﹢可使酶分子保持相当稳定的构 象，从而可以维持酶的最大活性及热稳定性。 Ca² ﹢对酶的结合度，按产生菌而言依次是 霉菌＞细菌＞动物＞植物。除了Ca² ﹢其他金 属离子也可以提高酶的热稳定性。
α-淀粉酶广泛分布于动物（唾液、胰脏等）、植 物（麦芽、山萮菜）及微生物。微生物的酶几乎 都是分泌性的。此酶以Ca2+为必需因子并作为 稳定因子，既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀 粉，无差别地切断α－1，4-链。因此，其特征是 引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失， 最终产物在分解直链淀粉时以麦芽糖为主，此外， 还有麦芽三糖及少量葡萄糖。另一方面在分解支 链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖外，还生成分支部 分具有α-1，6-键的α-极限糊精。一般分解限度 以葡萄糖为准是35-50％，但在细菌的淀粉酶中， 亦有呈现高达70％分解限度的（最终游离出葡萄 糖）；
1.PH值对酶活性的影响
2.温度对酶活性的影响
3.金属离子对酶活性的影响
实验一α-淀粉酶活力的测定
结果处理与计算
数据处理
根据实验数据，我们计算了酶活力、 反应速率等参数。
图表绘制
我们使用图表展示了实验结果，以便 更直观地分析数据。
结果分析
酶活力比较
通过比较不同浓度酶液的酶活力，我们可以得出酶活力与酶浓度 之间的关系。
反应速率分析
通过分析反应速率，我们可以了解酶促反应的动力学特征。
结论总结
综合以上分析，我们可以得出实验一α-淀粉酶活力测定的结论， 并为其应用提供依据。
用紫外可见分光光度计在540nm波长处测定各管 的吸光度值。
数据记录与处理
01
记录实验数据，计算α-淀粉酶活力。
02
根据实验数据绘制标准曲线和酶 活性曲线。
04
结果分析
数据记录
实验数据
在实验过程中，我们记录了不同浓度 酶液处理后的反应时间、温度、pH值 等数据。
实验误差
在实验过程中，我们尽量减小误差， 如使用精确的测量工具、多次测量取 平均值等。
05
实验总结与讨论
实验总结
01
实验原理
本实验通过测定α-淀粉酶催化淀粉水解生成可溶性糖的速率，从而确定
酶活力的大小。
02 03
实验步骤
准确称取适量淀粉和底物溶液，加入试管中，加入适量酶液，在适宜温 度下恒温水浴一定时间，然后加入碘液和氢氧化钠溶液终止反应，最后 用斐林试剂进行滴定。
实验结果
通过滴定结果计算出α-淀粉酶活力的大小。
DNS溶液
称取3，5-二硝基水杨酸6.3g，溶解于50mL蒸馏水中，加入2mol/L氢氧化钠溶液 16.8mL，再加入20%酒石酸钾钠溶液10mL和2mol/L硫酸溶液20mL，混合均匀后 加热至80℃，不断搅拌，直至溶液呈透明。冷却后用蒸馏水定容至100mL，避光保 存。
α-淀粉酶
保藏菌种
斜面活化
摇瓶种子 培养
厚层通风 发酵
种子罐扩 大培养
粗制品 沉淀 收集滤液 过滤
烘干 抽提 麸曲
离心
洗涤沉淀
风干
粉碎
精制品
α淀粉酶的发酵生产及应用
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固体发酵缺点
限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较 受限，一般较适合于真菌。 在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问题， 尤其是大量生产时，常限制其大规模的产能。 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针
α淀粉酶的发酵生产及应用 20
深层发酵法生产α-淀粉酶 • 停止补料后6～8小时罐温不再上升，菌体衰老， 80％形成空泡，每2～3小时取样分析一次，当酶 活不再升高，可结束发酵。而后向发酵液中添加 2%CaCl2，0.8%Na2HPO4，50～55℃加热处理 30分钟，以破坏共存的蛋白酶，促使胶体凝聚而 易于过滤。冷却到35℃，加入硅藻土为助滤剂过 滤。滤液加2.5倍水洗涤，洗涤同发酵液混合，真 空浓缩数倍后，加（NH4）2SO4盐析，盐析物加 硅藻土后压滤，滤饼于40℃烘干，磨粉而成。按 此工艺，由酶液到粉状酶制剂的收率为70％。
α淀粉酶的发酵生产及应用
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• 作用温度范围60~90℃，最适宜作用温度60~70， 作用pH值范围为5.5~7.0，最适pH值为6.0。 Ca2+具有一定的激活、提高淀粉酶活力的能力， 并且对其稳定性的提高也有一定效果。可催化水 解a-1,4糖苷键，但只能催化水解直链淀粉，生成 a-麦芽糖和少量葡萄糖。 • 主要存在于人的唾液和胰脏中，也存在于麦芽、 芽孢杆菌、枯草杆菌、黑曲霉和米曲霉中。可由 米曲霉、嗜酸性普鲁士蓝杆菌、淀粉液化杆菌、 地衣芽孢杆菌和枯草杆菌分别经发酵、精制、干 燥而得。 α淀粉酶的发酵生产及应用
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根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同，可将其分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等。
其中，α-淀粉酶（α-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶)多是胞外酶，其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的α-1，4糖苷键，而生成糊精和还原糖，产物的末端残基碳原子构型为α-构型，故称α-淀粉酶。
α-淀粉酶来源广泛，主要存在发芽谷物的糊粉细胞中，当然，从微生物到高等动、植物均可分离到，是一种重要的淀粉水解酶，也是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。
它可以由微生物发酵制备，也可以从动植物中提取。
不同来源的α-淀粉酶的性质有一定的区别，工业中主要应用的是真菌和细菌α-淀粉酶。
目前，α-淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业，是一种重要工业用酶。
如在淀粉加工业中，微生物α-淀粉酶已成功取代了化学降解法；在酒精工业中能显著提高出酒率。
其应用于各种工业中对缩短生产周期，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。
相对地，关于α-淀粉酶抑制剂国内外也有很多研究报道，α-淀粉酶抑制剂是糖苷水解酶的一种。
它能有效地抑制肠道内唾液及胰淀粉酶的活性，阻碍食物中碳水化合物的水解和消化，降低人体糖份吸收、降低血糖和血脂的含量，减少脂肪合成，减轻体重。
有报道表明，α-淀粉酶可以帮助改善糖尿病患者的耐糖量。
α-淀粉酶是淀粉及以淀粉为材料的工业生产中最重要的一种水解酶，其最早的商业化应用在1984年，作为治疗消化紊乱的药物辅助剂。
现在，α-淀粉酶已广泛应用于食品、清洁剂、啤酒酿造、酒精工业和造纸工业。
在焙烤工业中的应用：
α-淀粉酶用于面包加工中可以使面包体积增大，纹理疏松；提高面团的发酵速度；改善面包心的组织结构，增加内部组织的柔软度；产生良好而稳定的面包外表色泽；提高入炉的急胀性；抗老化，改善面包心的弹性和口感；延长面包心储存过程中的保鲜期
在啤酒酿造中的应用：
啤洒是最早用酶的酿造产品之一，在啤洒酿造中添加α-淀粉酶使其较快液化以取代一部分麦芽，使辅料增加，成本降低，特别在麦芽糖化力低，辅助原料使用比例较大的场合，使用α-淀粉酶和β-淀粉酶协同麦芽糖化，可以弥补麦芽酶系不足，增加可发酵糖含量，提高麦汁率，麦汁色泽降低，过滤速度加快，提高了浸出物得率，同时又缩短了整体糊化时间。
在酒精工业中的应用：
在玉米为原料生产酒精中添加α-淀粉酶低温蒸煮的新工艺，每生产1t酒精可节煤 224.42kg。
又可减少冷却用水，提高出酒率8.8％，酒精成品质量也有显著提高。
酒精生产应用耐高温α-淀粉酶。
采用中温95℃～105℃蒸煮，既可有效地杀死原料中带来的杂菌，降低入池酸度和染菌机率，又可保护原材料中的淀粉组织不被破坏，形成焦糖或其它物质而损失，从而提高原料利用率
在造纸工业中的应用：
当代造纸工业中，造纸用化学品在提高纸品质量、增加纸品功能、提高生产效率和降低生产成本等方面发挥着极为重要的作用。
由于淀粉与造纸用植物纤维素结构相近，相互间有良好的亲和作用，资源广泛，廉价易得，尤其是经变性处理的淀粉，能赋予纸张优异的性能，因此各类变性淀粉在造纸中广泛用于湿部添加、层间喷雾、表面施胶和涂布粘合。
α-淀粉酶可以生产涂布粘合用变性淀粉
造纸工业的图：
：酒精工业的图
：：在焙烤工业中的图
：在啤酒酿造中的图
这些图与上面一一对应，做的话可以适当的删减。