淀粉水解酶在食品工業中的應用

焦國寶 石方方 丁長河 屈建行 屈凌波 劉仲敏

（1.河南工業大學，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，也是工業生產中應用最早且最為普遍的酶制劑之一。

淀粉酶的來源多種多樣，目前在工業中大部分使用微生物發酵來獲得淀粉酶。如工業中使用枯草桿菌和芽孢桿菌、霉菌等生產α-淀粉酶，巨大芽孢桿菌生產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］。它以隨機作用方式切斷淀粉、糖原、寡聚或多聚糖分子內的α-1，4葡萄糖苷鍵，生成麥芽糖、低聚糖和葡萄糖等，廣泛應用于食品加工、釀造、醫藥、造紙、工業副產品、青貯飼料及微生態制劑等多個領域，也是國內外應用最廣、產量最大的酶種之一。α-淀粉酶應用于工業生產中對縮短生產周期、提高產品得率和原料的利用率、提高產品質量和節約糧食資源，都有著極其重要的作用。

1.1 α-淀粉酶在焙烤工業中的應用

在面包制作過程中，要想制成體積明顯增大，組織結構良好的面包，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-淀粉酶就能連續地生成糊精和麥芽糖，相關研究表明，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，焙烤工業中使用α-淀粉酶會產生較大的經濟效益和社會效益［5］。

1.2 α-淀粉酶在飼料工業中的應用

在飼料加工業中，復合飼料中含有多種營養成分，這些營養物質由生物聚合物組成，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，加強消化，提高飼料利用率，促進動物幼崽的成長和發育［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-型變為β-型，發生沃爾登轉位反應（Walden inversion），因此得名β-淀粉酶［8-10］。當它作用于淀粉時，會產生麥芽糖和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-淀粉酶在生產麥芽糖漿中的應用

麥芽糖的生產只能依靠酶法制備。工業上經常利用耐高溫α-淀粉酶的液化、β-淀粉酶糖化，再利用其他的酶進一步糖化，產生出90%以上的麥芽糖漿［15］。生產醫用級和食品級麥芽糖需要將淀粉漿濃度調至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-淀粉酶在啤酒生產中的應用

在釀造工業中，β-淀粉酶是一種重要的糖化酶。在啤酒生產中，其對啤酒的品質及品種起著關鍵性作用。將β-淀粉酶用于麥芽的糖化過程中，能夠改善麥芽質量，提高得率。β-淀粉酶用于啤酒生產時，可以提高糖化率，節約麥芽的用量，并且可以使生產成本降低大約25萬元［18］，生產出來的啤酒品質良好，口味純正。另外，β-淀粉酶在制藥業中也有廣泛地應用［16］。

3 葡萄糖淀粉酶

葡萄糖淀粉酶的系統名稱為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。糖化酶還用于生產果葡糖漿，后者被廣泛應用于食品工業，另外，其還是一種很好的面包面團改良劑。糖化酶在工業生產中具有非常廣泛的應用。在酒類行業中，糖化酶制劑能夠代替自制的麩曲，簡化生產工藝，提高生產效率。在干啤酒釀造過程中，能提高麥汁中可發酵性糖的含量。在白酒和曲酒生產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。

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。當單獨使用異淀粉酶使支鏈淀粉變為直鏈淀粉，具有凝結成塊的特點。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層。異淀粉酶與糖化酶協同作用時可以提高糖化速度，如：異淀粉酶與β-淀粉酶復合使用可以大大提高麥芽糖得率［19］。在酒精發酵中采用異淀粉酶，不僅可以使發酵率提高1%～3%，同時還可以提高淀粉的利用率。

5 結語

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，導致淀粉不完全分解。葡萄糖淀粉酶（糖化酶）不僅能夠將α-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。在工業生產中，如何提高淀粉轉化成還原性糖的轉化率一直是科研人員所關注的問題。如果能在糖化時降低底物濃度，可以提高糖轉化率，但是過低的底物濃度提高了濃縮成本，使得生產率降低。所以在生產中，有很多關于采用幾種復合酶來提高淀粉轉化率的相關研究，多種研究表明，采用異淀粉酶與葡萄糖淀粉酶復合糖化，能夠提高底物濃度，從而提高了淀粉的轉化率。

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