淀粉糖作为制糖工业的主要组成部分,是指以淀粉为原料,通过酸或酶的催化水解反应生产的糖品的总称。由于酸水解法具有特异性差、环境污染严重等缺点,目前淀粉糖的生产多采用酶法水解。我国淀粉糖的市场巨大,2013年以后淀粉糖产量高达1200多万吨,生产所使用的相关酶更是占到了整个酶制剂市场的75%左右。随着现代生物技术及酶工程技术的发展与应用,生产淀粉糖所用酶品种不断更新、水解性能不断提高,促进了淀粉糖行业的快速发展,形成了各种不同甜度及功能的系列淀粉糖产品。
淀粉糖的生产原料是淀粉,来源于含淀粉的主要农作物,如玉米、小麦、木薯、马铃薯等。淀粉糖系列产品按成分组成大致可分为葡萄糖、麦芽糖浆(饴糖、高麦芽糖浆、麦芽糖)、麦芽糊精、麦芽低聚糖和果葡糖浆等。由于不同淀粉原料在结构上存在差异,且不同淀粉糖的结构也不相同,因此在水解淀粉生产不同淀粉糖时需要各种不同类型、水解特性各异的酶共同参与。目前淀粉糖生产中所用的酶主要有:α-淀粉酶(α-amylase)、β-淀粉酶(β-amylase)、葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)、普鲁兰酶(pullulanase)、异淀粉酶(isoamylase)、环糊精葡萄糖基转移酶(cyclodextrin glucanotransferase)、葡萄糖转苷酶(transglucosidase)和葡萄糖异构酶(glucose isomerase)等。不同类型淀粉糖的生产过程及其使用的酶如图9-2所示。
图9-2 淀粉糖的转化过程及所用酶(www.daowen.com)
根据淀粉水解酶的一级结构,即氨基酸序列同源性的差异,可将它们分为不同的糖苷键水解酶家族(glycoside hydrolyase,GH),主要包括:①GH13家族α-淀粉酶;②GH14家族β-淀粉酶;③GH15家族葡萄糖糖化酶。近年来新的淀粉酶序列不断增加,共同组成了GH-H水解酶系。空间结构上,α-淀粉酶和β-淀粉酶都有一个TIM-桶折叠结构,即它们的催化区由一个(β/α)8-桶组成,但部分淀粉水解酶在桶状结构的细节上存在一些不同之处。由于结构上的差异,不同淀粉水解酶的作用机制存在很大差别,如图9-3所示。下面分别简要介绍几种主要淀粉糖生产过程中所用酶及其作用机制。
图9-3 不同淀粉水解酶的作用机制示意图
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