山河陈醋大曲淀粉酶系分析

李中正，曹彦军，吕玉柱， 郝林*

(1.山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 太谷　030801；2.山河醋业有限公司，山西 和顺　032700)

大曲是山西陈醋生产中的重要糖化发酵剂，大曲质量的优劣直接影响到陈醋的出醋率和质量，大曲中各种淀粉酶含量及活力是大曲质量优劣的一个方面，检测分析大曲中各种淀粉酶含量及活力，对于保证陈醋正常生产及品质具有非常重要的意义。

淀粉酶是水解淀粉和糖原酶类的总称,是一类用途十分广泛的酶,在食品工业、纺织工业和医药工业都经常使用。淀粉酶主要可以分为四大类[1]：α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶[2]和淀粉脱支酶。

目前，对于大曲淀粉酶系的研究大多数集中在α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶(糖化酶)，而对淀粉脱支酶的研究报道很少。增加对大曲中淀粉脱支酶的研究，对全面分析评价大曲中淀粉酶系的性能和质量十分重要。

淀粉脱支酶又称异淀粉酶[3]，它可以水解糖原、支链淀粉和β-极限糊精中α-1，6糖苷键，对α-极限糊精具有部分水解作用，淀粉脱支酶在淀粉加工工业中具有重要的应用价值，以葡萄糖的生产为例，单独使用糖化酶，底物浓度34%时，葡萄糖值最大为95.5%，若要进一步提高葡萄糖值，需要降低底物浓度；而利用脱支酶与糖化酶协同作用，在相同底物浓度下，葡萄糖值可以达到97.0%，原料利用率提高0.3%～0.5%，并且反应时间缩短15%，糖化酶用量减少15%，每年可节省淀粉原料3万余吨[4]。

醋厂的原料淀粉先要经过液化，再用糖化酶进行糖化。糖化酶对α-1，6葡萄糖苷键水解速率较低，为了提高对淀粉分支键的水解效率，往往需要添加过量的糖化酶。糖化酶添加过多时，可以催化葡萄糖发生聚合反应，生成异麦芽糖，导致最终葡萄糖产量下降。当在糖化过程中加入淀粉脱支酶时，淀粉脱支酶能与糖化酶协同作用，可以快速地切割α-1，6葡萄糖苷键，减少糖化酶的用量，减少副反应的发生；提高淀粉的利用率，缩短糖化时间，提高生产效率。

本研究对山河陈醋大曲及大曲中分离出的糖化菌株进行淀粉酶系的分析研究，为下一步大曲的强化奠定基础。

1　材料与方法

1.1　材料与试剂

大曲:取自山河醋业有限公司制曲厂房；菌种：分离自山河陈醋大曲。

3，5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、苯酚、无水亚硫酸钠、氢氧化钠、可溶性淀粉、蜡质玉米淀粉(支链淀粉)、醋酸钠、冰醋酸、柠檬酸、柠檬酸钠、碘、碘化钾(均为分析纯)：天津欧博凯化工有限公司。

1.2　仪器与设备

FW80微型高速万能试样粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司；UV-2450紫外可见分光光度计上海光谱仪器有限公司；KLO4A离心机湖南凯达科学仪器有限公司；双列六孔恒温振荡水浴锅上海树立仪器仪表有限公司。

1.3　方法

1.3.1α-淀粉酶、β-淀粉酶活力的测定

采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定[5,6]。

1.3.2葡萄糖淀粉酶(糖化酶)活力的测定

采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色定糖法测定[7,8]。

1.3.3淀粉脱支酶(异淀粉酶)活力的测定

1.3.3.1酶活测定原理

由于线性葡聚糖与碘的结合能力比分支葡聚糖(支链淀粉)要强很多，淀粉脱支过程中与碘的结合增强，从而显示更强的蓝色[9-11]。

1.3.3.2测定步骤

吸取0.5 mL经过适当稀释的粗酶液，加入到含有3 mL 0.833%支链淀粉底物的18 mm×18 cm 试管中，50 ℃孵育30 min。30 min后取出0.5 mL反应液加入到含有0.5 mL碘液的试管中。然后迅速加入15 mL稀硫酸溶液，混匀。室温放置10 min，然后在610 nm下测定吸光度[12]。

2　结果与分析

2.1　α-淀粉酶活力的测定结果

山河陈醋大曲和12株菌株的α-淀粉酶活力测定结果，见图1。

图1　山河大曲和12种不同菌制成的麸曲的α-淀粉酶活力Fig.1 Activity of α-amylase from Shanhe Daqu and twelve different Fuqu

由图1可知，各菌株酶活力在0.303～6.238 U/g，M4，M17酶活力较高，均达到了5 U/g以上，X5在细菌中的酶活力最高，为4.006 U/g，X17的酶活力最低，其他几株的酶活力相差在3 U/g以内，山河大曲的α-淀粉酶活力只有1.540 U/g，添加优势菌株麸曲强化山河大曲[13]，可以提高山河大曲的α-淀粉酶活力。

2.2　β-淀粉酶活力的测定结果

山河大曲和12株菌株的β-淀粉酶活力测定结果，见图2。

图2　山河大曲和12种不同菌制成的麸曲的β-淀粉酶活力Fig.2 Activity of β-amylase from Shanhe Daqu and twelve different Fuqu

由图2可知，各菌株的酶活力在15.973～234.664 U/g，差异较大，细菌的酶活力普遍不高，均在50 U/g之下，M13的活力最高，为234.664 U/g，另外，大曲的酶活力为215.622 U/g，和M13的酶活力差异很小，不需要专门强化。

2.3　葡萄糖淀粉酶活力的测定结果

山河大曲和12株菌株的葡萄糖淀粉酶活力的测定结果，见图3。

图3　山河大曲和12种不同菌制成的麸曲的葡萄糖淀粉酶活力Fig.3 Activity of glucose amylase from Shanhe Daqu and twelve different Fuqu

由图3可知，各菌株的酶活力在384.970～1204.368 U/g，M17，M4，M13的菌株酶活力较高，M13的酶活力最高，为1204.368 U/g，酶活力在800 U/g及以上的菌株有5株，山河大曲的酶活力为816.815 U/g，和M13菌株的酶活力有一定差距，可以添加M13麸曲强化山河大曲，适当提高葡萄糖淀粉酶活力。

2.4　淀粉脱支酶的测定结果

山河大曲和12株菌株的淀粉脱支酶的测定结果，见图4。

图4　山河大曲和12种不同菌制成的麸曲的淀粉脱支酶活力Fig.4 Activity of debranching enzyme from Shanhe Daqu and twelve different Fuqu

由图4可知，酶活力在0.031～0.101 U/g，差异不大且普遍很低，在0.07 U/g左右的有5株菌株，M13酶活力最高，为 0.101 U/g。

将以上所有菌株及大曲各自的4种酶活力归纳成表1。

表1　淀粉酶系活力测定结果Table 1 Results of amylase activity determination

续　表

由表1可知，山河大曲的α-淀粉酶活力为1.540 U/g，β-淀粉酶活力为215.622 U/g，葡萄糖淀粉酶活力为816.815 U/g，淀粉脱支酶活力为0.073 U/g。其中山河大曲的α-淀粉酶活力和淀粉脱支酶活力明显不高，这会导致原料淀粉糖化不充分，糖化速度慢，可发酵性糖的转化率低，最终造成生产出醋率低，生产效益差的结果。针对山河大曲淀粉酶系的不足，可以选用本研究中综合表现优秀的M4和M13菌株制成麸曲，强化山河大曲，以达到提高生产出醋率，提高生产效益的目的。

3　结论

山河大曲中淀粉脱支酶的酶活力M13最高，为0.101 U/g，国内对淀粉脱支酶的报道也有一些。其中，王武等[14]首先在1993年筛选得到1株产异淀粉酶的短杆菌BI25164，经发酵优化酶活力达到0.520 U/g，段绪果等在2013年通过PCR克隆得到异淀粉酶编码基因，构建得到产重组异淀粉酶的大肠杆菌，酶活力达到0.879 U/g。在后续的研究中，可以采用基因的重组表达和分子改造的方法[15]，提高淀粉脱支酶的酶活力，以期达到更加理想的效果。

淀粉酶系活力是大曲的重要指标，也是衡量大曲质量的指标，在山河醋业原有的陈醋生产工艺基础上，添加适量的由M4和M13菌株制成的麸曲，强化原有大曲进行陈醋生产，可以在最大限度保持山河陈醋原有感官质量的基础上，提高原料出品率，对提高醋厂的经济效益有重要意义。

参考文献：

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