《食用水产品》课件第五章糖酶

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 糖酶,第一节 淀粉酶,第二节 乳糖酶,第三节 果胶酶,第四节 纤维素酶,第五节 蔗糖酶,第六节 葡萄糖异构酶,第七节 木聚糖酶,第八节,葡聚糖酶,第一节 淀粉酶,糖酶中的淀粉酶是用途最广、产量最大的一种酶。,淀粉酶是能催化淀粉水解转化成葡萄糖、麦芽糖及其他低聚糖的一群酶的总称。,淀粉的相关概念,（,1,）直链淀粉和支链淀粉：,淀粉是由葡萄糖通过,-1.4,糖苷键构成的直链淀粉和,-1.6,糖苷键结合的支链淀粉所组成。,不同的淀粉酶对糖苷键具有选择性,（,2,）淀粉的糊化与老化,淀粉颗粒一般不被或者很少量的被淀粉酶水解。,淀粉酶水解淀粉前一定要先将生淀粉糊化；,淀粉老化后，形成不溶性胶束的那部分淀粉就不能被淀粉酶水解。,（,3,）抗性淀粉,在小肠中不能被酶解，但在人的肠胃道结肠中可以与挥发性脂肪酸起发酵反应的一类淀粉。,直链淀粉,容易老化形成抗性淀粉。,功能性：糖尿病食品,淀粉酶的定义,淀粉酶定义：淀粉酶是指一类能催化分解淀粉,(,包括糖原、糊精等,),的糖苷键的酶之总称。,包括：,淀粉酶、,淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶、麦芽寡糖生成酶等水解酶类和葡萄糖苷转移酶、环状糊精葡萄糖苷转移酶等。,一、,淀粉酶,二、,淀粉酶,三、葡萄糖淀粉酶,四、脱支酶,一、,淀粉酶,(EC3,2,1,1,系统名：,1. 4,葡聚糖,4,葡聚糖水解酶,),淀粉酶是一种内切酶，它随机地从分子内部切开,1,4,糖苷键,(,水解中间的,1,4,键比分子末端的,1,4,键概率大,),，遇到分支点的,1,6,键不能切，但能跨越分支点而切开内部的,1,4,糖苷键，由于产物的还原性末端葡萄糖残基上的,C,1,碳原子呈,构型,(,光学,),，故称这种酶为,淀粉酶。,（一）、,淀粉酶的水解反应,（二）、,淀粉酶的基本性质,（三）、,淀粉酶的活力测定,（四）、,淀粉酶的应用,（一）,淀粉酶的水解反应,淀粉在,淀粉酶的作用下很快被切割成分子较小的糊精、低聚糖、麦芽糖、葡萄糖等，引起粘度下降，对碘呈色反应为篮紫红无色，又叫液化酶。,水解产物：,水解直链淀粉，首先将淀粉降解为寡糖、麦芽三糖和麦芽糖，然后将寡糖、麦芽三糖进一步降解为麦芽糖和葡萄糖。,水解支链淀粉，由于不能水解,-1.6,糖苷键，产物除麦芽糖、少量葡萄糖外，还有带,-1.6,键的小分子极限糊精。,（二）,淀粉酶的基本性质,1,需要钙离子,2 pH,范围,3,温度范围,4,水解极限,5,分子量及其氨基酸组成,1,需要钙离子,大多数,淀粉酶需要钙离子，钙离子可使,淀粉酶保持一定的空间构象，并可增宽其,pH,范围。,NaCL,与钙离子同时存在，可显著提高,淀粉酶的稳定性。,2 pH,范围,一般,淀粉酶的pH,范围为,pH5-10,，,最适,pH,范围为,pH5-6,。,另有少量菌种,pH,范围比较特殊。,3,温度范围,各种的热稳定性和最适温度也有一定差异。,地衣芽孢杆菌产,淀粉酶热稳定性最好，最适温度可达,90,。,枯草杆菌产,淀粉酶最适温度为,70,。,霉菌产,淀粉酶最适温度为,50,。,拟内孢霉所产,淀粉酶最不稳定，,40,即会失活。,4,水解极限,水解极限：当水解液中还原性不再增加时的水解率，称为该酶的水解极限。,各种酶的水解极限随产酶菌种不同有一定差异。,水解不同来源的淀粉（支链、直链淀粉含量不同）水解极限也不同。,5,分子量及其氨基酸组成,淀粉酶的分子量约为,50000,左右，但不同来源的酶其分子量和氨基酸组成也有所不同，共同点是含硫氨基酸（如蛋氨酸、胱氨酸）较少，而二羰酸氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸）含量较高。,（三）、,淀粉酶的活力测定,1,、原理,-,淀粉酶能将淀粉分子键的,-1,，,4,葡萄糖苷键任意切断成长短不一的短链糊精，以及少量麦芽糖和葡萄糖，而使淀粉对碘呈蓝紫色特异反应逐渐消失，以该颜色消失的速度计算酶的活力。,实验步骤,(,continued),2,、试剂,1,）、原碘液,称取碘,5.5,g,，,碘化钾,11,g,，,先用少量蒸馏水使碘完全溶解后定容至,250,ml,，,贮存于棕色瓶中。,2,）、稀碘液,取原碘液,1,ml,，,加入碘化钾,10,g,，,用蒸馏水溶解定容至,225,ml,，,贮于棕色瓶中。,3,）、,2%,可溶性淀粉,精确称取,2,g,可溶性淀粉（以绝干计），然后用少量蒸馏水调匀，徐徐倾于煮沸的蒸馏水中，加热煮沸至透明为止，冷却定容至,100,ml,。（,注意：此溶液需当天配置）,实验步骤,(,continued),4,）、,0.02,mol/L pH6.0,磷酸氢二钠,-,柠檬酸缓冲液,称取磷酸氢二钠（,Na,2,HPO,4,H,2,O,）,4.52g,和柠檬酸,(,C,6,H,8,O,7,H,2,O)0.807g,用蒸馏水溶解定容至,100,ml,，,配好后应以酸度计或精密试纸校正,pH,。,5,）、标准终点色溶液,A,液：精确称取氯化钴（,CoCl,6H,2,O,）,4.02439g,和重铬酸钾（,K,2,Cr,2,O,7,）,0.04878g,，,以蒸馏水定容至,50,ml,。,B,液：精确称取铬黑,T,（,C,20,H,12,N,2,NaO,7,S,）,5mg,以蒸馏水溶解定容至,50,ml,使用时取,A,液,40,ml,于,B,液,50,ml,混合。此混合液宜冰箱保存，使用,15,天后需要重新配制。,实验步骤,(,continued),3,、操作步骤,1),发酵液经,5000,rpm,离心,10,min,，,取上清，作为供试酶液。,2),测定：,A),取,2,ml,标准终点色溶液滴于白瓷板空穴内，作为比较颜色的标准。,B,）,取,10,ml 2%,可溶性淀粉和,10,ml pH6.0,磷酸氢二钠,-,柠檬酸缓冲液，放于大试管中，在,60,恒温水浴中预热,4,5,min,。,然后加入酶液,1,ml,，,立即记录时间，充分摇匀。定时用滴管取反应液约,0.5,ml,，,滴于预先充满比色稀碘液,(,约,1.5,ml,）,的磁板空穴内，当穴内颜色反应由紫色逐渐变为红棕色，与标准终点色相同时，即为反应终点，并记录时间,t (min),。,实验步骤,(,continued),4,、,计算酶活,酶活用,1,ml,酶液于,60,，,pH6.0,的条件下，,1,h,液化可溶性淀粉的克数来表示,g,可溶性淀粉,/,ml,h,酶活力单位,= 60/,t,10,2%,实验步骤,(,continued),1.1,面包焙烤工业,面粉中添加,-,淀粉酶不仅可以增加发酵率、降低生面团黏度（改进产品的体积和质地），增加生面团中糖的含量，改良面包的口感、外皮颜色和焙烤质量，还可以延长焙烤食品的保鲜时间。,（四）、,淀粉酶的应用,1.2,淀粉的液化作用和糖化作用,-,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,）。由于它们的高甜度，被用于饮料工业中软饮料的甜味剂。,1.3,纤维脱浆,1.4,造纸工业,1.5,除垢剂中的应用,1.6,制药和临床化学分析,现代纤维制造工艺在编织过程中会在纱线中产生大量的细菌，为防止这些纱线断裂，往往会在纱线的表面加,1,层可去除的保护层。这些表面层的材料有很多种，淀粉是非常好的一个选择，因为它便宜、容易获取，并且可以很容易去除。淀粉脱浆可以利用,-,淀粉酶，它能有选择性地去除淀粉浆而不伤害纱线纤维，还能随机地使淀粉降解为易溶于水的糊精，因而容易被洗掉。,淀粉酶在造纸工业中的用途主要是改良纸张涂层淀粉。纸张上的浆糊主要是保护纸张在处理过程中免于机械损伤，它同样也改良了成品纸的质量。浆糊提高了纸张的硬度和强度，增强了纸张的可擦除性，是一种很好的纸张涂料。当纸张穿过,2,个轧辊时，淀粉浆被加入纸张。这个过程的温度控制在,45,60,，需要淀粉有稳定的黏度。研磨同样可以根据不同纸张等级控制淀粉的黏度。自然界的淀粉浓度对于纸张上浆来说太高，可以利用,-,淀粉酶部分降解淀粉来调节。,酶是现代高效除垢剂的成分之一。酶在除垢剂中最大的功能就是使除垢剂更温和无害。早期自动洗碗机的除垢剂非常粗糙，易在进食时对人体造成伤害，而且对陶瓷、木质餐具也会造成损害。,-,淀粉酶从,1975,年就被应用于制造洗衣粉。现在，,90%,液体除垢剂都含有,-,淀粉酶，而且自动洗碗机的除垢剂对,-,淀粉酶的需求也在不断增长。,-,淀粉酶对,Ca,2+,过于敏感，在低,Ca,2+,的环境下稳定性很差，这限制了,-,淀粉酶在除垢剂中的应用。并且，大多数野生型菌株所产生的,-,淀粉酶对作为除垢剂原料的氧化剂也过于敏感。在家用除垢剂中，可通过增加一些工艺步骤进行改善。,国内外研究机构及其主要研究方向,四川大学，主要研究,-,淀粉酶的生产菌株及其培养条件；,江南大学，主要研究,-,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,-,淀粉酶的变性机理以及环境对,-,淀粉酶的影响；,华南理工大学，主要研究,-,淀粉酶的固定化和动力性质；,加拿大的,University of British Columbia,，他们对人胰腺的,-,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,-,淀粉酶结构域与结合位点；,美国的,Western RegionalResearch Center,主要研究大麦的,-,淀粉酶与抗菌素的作用以及大麦,-,淀粉酶的活性位点等。,二、,淀粉酶,(EC3,2,1,2,系统名：,1,4,葡聚糖麦芽糖水解酶,),淀粉酶又称外切型淀粉酶,(exoamylase),，它是从淀粉的非还原性末端以麦芽糖为单位顺次分解,1,4,糖苷键，同时使切下的麦芽糖还原性末端的葡萄糖残基构型转变成,型，故称为,淀粉酶。,淀粉酶不能水解,1,6,糖苷键，也不能跨越,1,6,糖苷键，水解作用在,1,6,键前,2-3,个葡萄糖残基处停止。,（一）、来源,（二）、,淀粉酶性质,（三）、影响微生物,淀粉酶产生的因素,（四）、植物,淀粉酶的提取,（一）、来源,淀粉酶广泛存在于大麦、小麦甘薯、大豆等高等植物中，,目前商品,淀粉酶,绝大部份均是从植物中提取的，芽孢杆菌,淀粉酶生产量极低。,（ ）,（二）、,淀粉酶性质,1,）最,适,pH,：,植物来源：,pH5-6,；,细菌来源：,pH6-7,2,）作用位点：淀粉的非还原末端,1,4,糖苷键,3,）,淀粉酶为外切酶,4,）作用淀粉时还原性增加，但粘度不易下降，糊化缓慢,5,）,淀粉酶较,淀粉酶分子量大,6,）水解作用：,1,、直链淀粉：可以完全水解成麦芽糖,2,、支链淀粉：麦芽糖和大分子,极限糊精,（三）、影响微生物,淀粉酶产生的因素,1,） 钙离子对,淀粉酶有降低稳定性的作用（但可以增加,淀粉酶活性）。,2,） ,SH,的影响,各种,淀粉酶都含有,SH,，,SH,易受封锁剂作用而使酶失活。,（四）、植物,淀粉酶的提取,1,）麦麸提取,淀粉酶,2,）从甘薯淀粉废液中提取,淀粉酶,3,）从大豆蛋白质废水中提取,淀粉酶,三、 葡萄糖淀粉酶,(EC3,2,1,3,系统名：,1,4,葡聚糖葡萄糖水解酶,),又称糖化酶，是一种外切酶，它是从淀粉分子的非还原性末端依次水解,1,4,糖苷键切下葡萄糖，它亦可水解麦芽糖的,1,4,键和支链淀粉分支点的,1,6,键,(,只是水解速度极慢,),，因此从理论上讲，葡萄糖淀粉酶可将淀粉,100,水解成葡萄糖，故大量用作淀粉的糖化剂。,以直链淀粉为底物时，产物葡萄糖,以支链淀粉为底物时，不完全，有葡萄糖，可能还有,-,限制糊精，如有,-,淀粉酶参与可使支链淀粉完全降解。,（一）、糖化酶的类型与性质,1,）类型：其生产菌基本都是霉菌，主要有德氏根霉、黑曲霉、拟内孢霉、米曲霉、臭曲霉、雪白根酶等。,分为两大类：,一类称为根霉型糖化酶,(,它对淀粉的水解率为,100,),。,另一类称为黑曲霉型糖化酶,(,它对淀粉的水解率为,80,左右,),。,2,）糖化酶的最适,pH,为,4,5,，最适反应温度为,5060,。,（二）、糖化酶产生菌的酶系组成,霉菌产生的淀粉酶是一种复合酶，生产糖化酶的菌种,(,霉菌,),同时也生产,淀粉酶和葡萄糖苷转移酶，这三种酶的比例因菌种不同而异，亦会受营养条件，培养条件的变化而变化。,1,）米曲霉以产,淀粉酶为主，生产糖化酶、葡萄糖苷转移酶较少。,2,）黑曲霉以产糖化酶为主，葡萄糖苷转移酶较强，,淀粉酶较弱。,3,）德氏根霉以产糖化酶为主，,淀粉酶较强，不产葡萄糖苷转移酶。,四、 脱支酶,(,Debranching,Enzyme),脱支酶是专一性水解支链淀粉或糖原的,1,6,糖苷键，从而将侧枝切下形成长短不一的直链糊精的一类酶。,根据对底物的专一性，可将脱支酶分为支链淀粉酶,(,普鲁兰酶,),和异淀粉酶两类。,（一） 、支链淀粉酶,(,普鲁兰酶,EC3,2,1,，,4l,系统名：普鲁兰,6,葡聚糖水解酶,),1,、普鲁兰酶能水解：,普鲁兰糖,(,微生物生成的由麦芽三糖通过,1,6,键连结成线状结构的多糖）的,1,6,键；,亦可以水解,极限糊精和,极限糊精中由,23,个葡萄糖残基所构成的侧枝分支点的,1,6,键；,但对于潘糖、异麦芽糖、异潘糖等在,1,6,键上只挂一个葡萄糖残基的寡糖或只含,1,6,键的多糖是不作用的；,亦就是说该酶的最小底物为,6,2,麦芽糖基麦芽糖。,2,、产酶微生物,能生产普鲁兰酶的微生物有产气气杆菌，缓和链球菌、链霉菌和普鲁兰杆菌等。我国的普鲁兰酶大多是用产气气杆菌生产的。,（二）、异淀粉酶,(EC3,，,2,，,1,，,68,系统名：支链淀粉,6,葡聚糖水解酶,),1,）定义：异淀粉酶亦是分解支链淀粉中,1,6,糖苷键的一类酶。,2,）,产酶微生物：,主要由假单胞杆菌、,酵母等生成。,3,）与普鲁兰酶的区别：,1,、它不能水解线性多糖普鲁兰糖,(,茁霉多糖,),的,1,6,键。,2,、它能水解支链淀粉、糖原等高分子多糖的,1,6,键，但不能将, ,极限糊精,上的,2,3,个葡萄糖残基移去。,