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淀粉酶在食品中的应用
刘宝琴
摘 要：酶，是一种蛋白质，它是由生物活性细胞所产生的，它具有高效率的催化的作用，并且其专一性很强，并且性质温和，没有毒害、无味吧，不会对食品产生幂良的影响，从而大量的应用到食品的焙烤加工中[1]。淀粉酶在生活中的应用很广泛。淀粉糖的生产，甜味剂的生产都离不开淀粉酶。本文主要介绍各种淀粉酶在食品工业中的应用。

关键词： α-淀粉酶 食品工业β-淀粉酶
一.定义及分类
淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称，通常通过淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料，由于淀粉酶的高效性及专一性，酶退浆的退浆率高，退浆快，污染少，产品比酸法、碱法更柔软，且不损伤纤维。是目前发酵工业上应用最广泛的一类酶。淀粉酶一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖原等α-1,4-葡聚糖，水解α-1,4-糖苷键的酶。根据酶水解产物异构类型的不同可分为α-淀粉酶（EC3．2．1．1．）与β-淀粉酶（EC3．2．1．2．）。
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和激活因子，也有部分淀粉酶为非Ca2+依赖型。淀粉酶既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地随机切断糖链内部的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葡萄糖为主，此外，还有少量麦芽三糖及麦芽糖，其中真菌a-淀粉酶水解淀粉的终产物主要以麦芽糖为主且不含大分子极限糊精，在烘焙业和麦芽糖制造业具有广泛的应用。另一方面在分解支链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖、麦芽三糖外，还生成分支部分具有α-1，6-键的α-极限糊精（又称α-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）；
β-淀粉酶广泛分布
　　与α-淀粉酶的不同点在于从非还原性末端逐次以麦芽糖为单位切断α－1，4-葡聚糖链。主要见于高等植物中（大麦、小麦、甘薯、大豆等），但也有报告在细菌、牛乳、霉菌中存在。对于象直链淀粉那样没有分支的底物能完全分解得到麦芽糖和少量的葡萄糖。作用于支链淀粉或葡聚糖的时候，切断至α－1，6-键的前面反应就停止了，因此生成分子量比较大的极限糊精。从上述的α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用方式，分别提出α－1，4-葡聚糖-4-葡萄糖水解酶（α－1，4－glucan 4-glucanohydrolase）和 α－1， 4-葡聚糖-麦芽糖水解酶（α-1，4－glucan maltohydrolase）的名称等而被使用。
γ-淀粉酶
　　葡萄糖淀粉酶，糖化酶，编号E.C.3.2.1.3
　　γ-淀粉酶（γ-amylase）是外切酶，从淀粉分子非还原端依次切割α（1→4）链糖苷键和α（1→6）链糖苷键，逐个切下葡萄糖残基，与β-淀粉酶类似，水解产生的游离半缩醛羟基发生转位作用，释放β-葡萄糖。无论作用于直链淀粉还是支链淀粉，最终产物均为葡萄糖。
异淀粉酶
　　淀粉-1，6-葡萄糖苷酶，编号E.C.3.2.1.33
　　动物、植物、微生物都产生异淀粉酶。来源不同，名称也不同，如：脱支酶、Q酶、R酶、普鲁蓝酶、茁霉多糖酶等。
　　水解支链淀粉或糖原的α-1，6-糖苷键，生成长短不一的直链淀粉（糊精）。
主要由微生物发酵生产，菌种有酵母、细菌、放线菌。
根据PH值稳定性不同，可分为耐酸性，普通型，耐碱性淀粉酶。碱性淀粉酶在PH值9-11的碱性环境中具有高效催化活性和稳定性，碱性淀粉酶在强碱性条件下水解淀粉的潜力使其可应用于淀粉加工，纺织退浆以及自动洗衣机的洗涤剂添加等工业领域。添加碱性淀粉酶可有效去除餐具上和衣物上淀粉残留物，提高纺织品印染质量，有着良好的实际应用效果和广阔的市场需求[2]。

二．研究与在食品中的应用

1. α-淀粉酶
分别以玉米和木薯淀粉为原料，采用α-淀粉酶和不同枝切酶的双酶的协同作用，研究适合工业化生产麦芽低聚糖的工艺。将耐高温α-淀粉酶用于超高麦芽糖浆生产中，使淀粉液化更为安全，并且降低了酶的使用量。在冷饮制作中，由于淀粉糊具有老化的物理性质，低温静置会形成不溶性的硬性凝胶块，影响冷饮的质量与口感，α-淀粉酶的加入，能很快将淀粉水解到糊精和低聚糖的范围大小的分子，使料液粘度迅速降低，流动性增强，从而保证了高淀粉冷饮的质量，使其在口感上更适合人们的需要。假蜂蜜中添加了耐高温α-淀粉酶，在高温下，假蜂蜜的α-淀粉酶活力未发生明显变化，真蜂蜜在同样的高温下，α-淀粉酶活力会发生明显下降，由此可判断蜂蜜的真假[3]。
α-淀粉酶作为一种安全，高效的改良剂，多用于面制品行业，适量加入α-淀粉酶可改良面包品质。用于面包工业。[4]将自制真菌α-淀粉酶用做面包添加剂，其效果与进口的酶制剂相当，可代替进口酶制剂，且成本大大低于进口面包添加剂，缩短了发酵时间，为工业化生产缩短了周期。可替代原有面包改良剂中有致癌作用的溴酸钾。由于不同种类的α-淀粉酶对面包质量影响不同，就常用的几种α-淀粉酶对面包品质及贮存性的影响做了研究，由面包比容，评分及压缩值结果得到，较好的酶为细菌α-淀粉酶。研究细菌α-淀粉酶对馒头品质的影响，表明细菌α-淀粉酶添加量在2mg／kg时，能较好地提高馒头贮存过程中的感官评分和和仪器测量结果[5]。真菌α-淀粉酶是一种传统的酶制剂，最适温度为50到60度，常用于小麦粉α-淀粉酶增补剂，是馒头生产过程需要控制的一个重要指标。最经济，安全，有效的酶为真菌α-淀粉酶。谷朊粉和真菌α-淀粉酶两种添加剂不仅具有营养价值及改善食品的功效，而且在使用上具有较高的安全性。麦芽糖α-淀粉酶是一种新型的酶制剂，有DNA重组细菌经深层发酵获得，酶的最适温度范围45到75度，比真菌α-淀粉酶具有更宽的最适温度，具有延迟面食保鲜期的潜在优势[6]。
α-淀粉酶在甜玉米饮料中也有应用，陶兴无研究了甜玉米加水磨浆、酶解、冷却去沉淀等技术对饮料中玉米可溶性固形物含量、产品稳定性、风味和口感的影响.优化出的酶解条件是:α-淀粉酶用量为16 u/g湿玉米粒、温度70℃、自然pH、酶解60 min.利用本工艺生产的甜玉米饮料,玉米固形物含量高、粘度合适、风味突出、口感好、久置无沉淀,保质期可达12个月.[7]
耐高温α-淀粉酶是一种新型液化酶制剂，是发酵行业用量最大的酶类，其热稳定性有蛋白本身的热稳定性决定的广泛应用于啤酒酿造，酒精工业[8]。在液态法白酒生产中应用耐高温α-淀粉酶后，可以进行“中温蒸煮”和“浓醿发酵”从而节约能源，稳定出酒率，利于提高酒基质量，提高综合经济效益。将耐高温α-淀粉酶应用于酒精生产过程中，采用中温蒸煮，节能降耗，流动性好，有利于管道运输，便于发酵，提高设备利用率，其酒糟固液容易分离，有理由废糟水的治理，减少了环境的污染[9]。
耐酸性α-淀粉酶是在酸性条件下水解淀粉的酶类，可应用于酸性条件下淀粉原料的加工，随着对其分子组成和酶学性质的研究，人们对其利用价值的认识越来越深刻。由于特殊的耐酸性和热稳定性，酸性α-淀粉酶主要应用于酿造工业和酒精废液处理，饲料工业，焙烤工业和医药工业。
在酿造工业中，中温蒸煮后，若使用耐酸性耐酸性α-淀粉酶，淀粉质原料科直接进行液化糖化过程，解决了液化酶和糖化酶不能联用的问题，这样在工业生产中不需要加入酸性物质调节PH值，这样既降低了工业成本，同时也有效减缓了含有S离子恶臭酸性废水对环境的污染。若用耐酸性α-淀粉酶发酵酒精废液，一方面废液中残留的淀粉质可以循环利用，另一方面基本可以实现酒精生产废水零排放。这样既降低了发酵酒精生产总成本，又可节约大量清水和减少酒精废水的排放，减缓了后期污水处理工作量，实现了经济效益和环境效益的统一[10]。
2. β-淀粉酶
作为一种糖化酶，最适PH为5.5-6.5 最适温度为50-60度在60度以下不易失活，热稳定较好。
β-淀粉酶由于采用现代高科技方法生产的新产品，具有酶活力高，酶系纯，用量少，使用方便等特点。在实际应用中，设备投资少，可以提高原料出糖率，比酸法糖化DE值提高6%-8%，缩短糖化时间，降低产品色度，提高麦芽糖含量，改善非生物性物质对产品稳定性的影响。被广泛用于饴糖和啤酒工业。
(1).用于生产麦芽糖浆
麦芽糖浆又称饴糖，是一种用途很广的甜味剂。麦芽糖具有耐热，不易着色，易溶于水，吸湿性低，发酵性高的特点，甜味与砂糖不同，爽口，清淡，甜度约为砂糖的三分之一，与砂糖混用可降低食品的甜度。广泛用于糖果，果酱，饮料，啤酒等产品生产。
(2).配合普鲁兰酶生产高麦芽糖浆
β-淀粉酶不能水解直链淀粉的α－1，6-键，也不能跨过分支点α－1，6-键切开内部的α－1，4-键水解支链淀粉是不完全的。对于支链淀粉含量多的淀粉原料，单独使用β-淀粉酶，麦芽糖生产率只有40%-50%。
普鲁兰酶能够专一性切开支链淀粉的分支点的α－1，6-键，从而剪下整个侧支，形成长短不一的直链淀粉，β-淀粉酶.配合普鲁兰酶使用，可以用于生产麦芽糖含量高达70%-80%的高麦芽糖浆。
(3)．用于啤酒工业外加酶法糖化
啤酒生产原料为大麦芽和辅助大米。当麦芽质量较差或大米用量过多时，麦芽中β-淀粉酶不足，糖化是生产麦芽糖的量降低，将影响啤酒品质，。糖化开始时，加入β-淀粉酶与麦芽中的β-淀粉酶的协同作用，可生成足够的麦芽糖，是啤酒品质得到保障。[11]
在面制品中也有应用。熊柳等人做了β-淀粉酶抑制面制品回生工艺优化的研究，以小麦粉为原料,通过β-淀粉酶对面制品进行抗回生处理,研究了加酶量、酶作用时间、酶作用温度对β-淀粉酶抑制面制品回生效果的影响,并在单因素试验基础上,采用响应面分析法对β-淀粉酶抑制面制品回生工艺进行优化,结果表明,β-淀粉酶抑制面制品回生工艺的最佳条件为:酶浓度为45.8 U,酶作用温度为57℃,酶作用时间32.2 min。在此工艺条件下制得的面制品,经4℃下冷藏48 h后测得的硬度为(3 299.86±8.32)g,而未经β-淀粉酶抗回生处理的面制品,经4℃下冷藏48 h后测得的硬度为(12 950±7.22)g。面制品硬度降低了74.52%[12]。
3. γ-淀粉酶
相对于其他淀粉酶而言，在食品中的应用没有那么广泛了。通过蜂蜜中外源性γ-淀粉酶残留量的测定，可判断蜂蜜的真假。采用液相色谱-同位素质谱联用法(LC-IRMS)建立了测定蜂蜜中外源性γ-淀粉酶残留量的方法。先采用凝胶色谱柱对蜂蜜样品进行预分离,将样品中所含的酶与糖分离开。根据γ-淀粉酶可将底物麦芽糖酶解为葡萄糖的原理,在55℃、pH 4.5的0.03mol/L磷酸盐缓冲液中将γ-淀粉酶与麦芽糖反应48h后,采用LC分离麦芽糖和葡萄糖,以IRMS测定酶解产物葡萄糖的含量来确定γ-淀粉酶的残留量。本方法的线性范围为5～200U/kg,定量限为5U/kg,回收率为89.6%～108.2%,相对标准偏差为3.3%～4.9%。采用本方法对市售蜂蜜和大米糖浆共38个样本进行了考察,γ-淀粉酶的检出率为76.3%。为了进一步验证本方法的检测能力,测定了掺入15%(质量分数)大米糖浆的蜂蜜样品,测得γ-淀粉酶的含量为10.2U/kg。本方法能够有效地从酶学的角度鉴定蜂蜜中是否含有大米糖浆。[13]
4. 异淀粉酶
近年来,人们在开发改善可食淀粉包装膜性能方面做了大量细致工作,但到目前为止几乎没有淀粉基包装膜得到工业化生产和实际商业应用,这主要是由于现有可食性淀粉包装膜力学性能较差,抗水稳定性不够理想。因此,淀粉膜性能改善方面一直是关注的焦点,需要不断的探索。异淀粉酶可以使淀粉中的支链淀粉脱支而形成直链淀粉,从而提高淀粉膜的成膜性能及强度。研究了异淀粉酶酶解淀粉的工艺,酶解淀粉的成膜条件,用正交试验法优化了异淀粉酶酶解淀粉膜的工艺。然后研究了酶解淀粉与不同塑化剂的成膜性能。塑化剂塑化的玉米淀粉糊的粘度,随着塑化剂浓度的增加淀粉糊的回生率先增大后减小,回生率的大小影响淀粉膜的内部结构和性能。随着塑化剂浓度的增加水蒸气透过率逐渐增大。多元醇塑化的膜的水蒸气透过率明显的大于单糖塑化的膜,其中果糖和葡萄糖塑化的淀粉膜随着浓度的增加变化不明显。[14]
三．前景展望
淀粉酶经过几十年的发展，在食品中的应用也越来越广泛。一些新型的淀粉酶被不断开发利用。为适应加工需要，开发了低温淀粉酶，中温淀粉酶，耐高温淀粉酶，针对不同酸度，有耐酸性淀粉酶，耐碱性淀粉酶。多功能淀粉酶是α淀粉酶家族(α-amylase family)的新一类成员,包括新普鲁兰酶、麦芽糖淀粉酶和环麦芽糊精酶,它们在结构上具有α淀粉酶家族共有的4个高度保守的区域,但在功能上又兼有糖苷水解酶和糖基转移酶的催化活性,而不同的多功能淀粉酶虽然在结构与功能上具有一定的相似性,但不同来源的酶在底物特异性和水解、转移糖苷键的特异性等方面存在着差异.多功能淀粉酶大多存在单体与二聚体或多聚体之间的平衡,其多聚化与N结构域和环境中的离子强度调控有关.实验证明,通过突变可以改变多功能淀粉酶的催化特性,甚至仅1个氨基酸的替换就能实现功能改变.多功能淀粉酶的结构保守性和催化多样性具有重要的研究价值及应用前景[15]. 新型淀粉酶(小麦β-淀粉酶)替代传统工艺使用的大麦β-淀粉酶糖化淀粉液化液生产啤酒用糖浆,同时,探讨了小麦β-淀粉酶的添加量、糖化温度、pH值、时间等因素对麦芽糖含量的影响。试验结果结合经济效益,得出最适合的工艺条件为:小麦β-淀粉酶添加0.010%(m/m),糖化温度61℃,pH值5.5、糖化24h。[16]
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沈阳师范大学
课 程 论 文

题目：淀粉酶在食品中的应用
学生：刘宝琴
学号：09105057
年级：2009级
专业：食品科学与工程
学院：粮食学院

沈阳师范大学