葡糖澱粉酶
糖化酶，全名葡萄糖澱粉酶(Glucoamylase EC. 3.2.1.3)，又稱為澱粉 α-1，4 葡萄糖苷酶或γ- 澱粉酶，是一種單鏈的酸性糖苷水解酶，具有外切酶活性的胞外酶，因為在發酵行業中主要用作將澱粉轉化為葡萄糖，所以習慣上被稱為糖化酶。
糖化酶是世界上生產量最大、套用範圍最廣的酶制劑。糖化酶不僅用於酒類和酒精生產，還廣泛地套用於葡萄糖、果葡糖漿、有機酸、味精等食品工業的多個領域。
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糖化酶的
結構、
分類與分布
糖化酶是一種含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和糖醛酸的糖蛋白，分子量在60～1000kDa之間，其中，碳水化合物占4%～18%。這些碳水化合物主要是半乳糖、葡萄糖、葡萄糖胺和甘露糖，但糖化酵母產生的糖化酶碳水化合物高達80%。
糖化酶是糖苷水解酶的一種，它一般由催化域(catalytic domain，CD)、澱粉結合域(starch-binding domain，SBD) 以及連線CD與SBD的O- 糖基化連線域(O-glycosylated linker domain)組成。
分離純化後的糖化酶可分為3類：GⅠ、GⅡ和GⅢ，其中GⅠ、GⅡ能水解糊化的澱粉，但不能水解生澱粉或作用能力非常弱；而GⅢ能夠水解生澱粉。
目前，普遍認為糖化酶的多型性可能由三個原因引起：
一是基因調控、轉錄的方式不同；
二是蛋白質合成的修飾作用不同，即結合的糖量不同；
三是在發酵過程中受到自身蛋白水解酶和糖苷酶的作用，由糖化酶的原始形式衍變成糖化酶的。
此外，培養基的成分和生長條件也對糖化酶組分多型性有影響。
糖化酶廣泛地存在於微生物中。已報道的產糖化酶菌株中真菌有23個屬35個種；某些細菌中也可以分離到熱穩定的糖化酶。
在工業中套用的糖化酶主要是從黑曲黴、米曲黴、根黴等絲狀真菌和酵母中獲得的。
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糖化酶的性質
及作用機制
01
糖化酶的性質
糖化酶的熱穩定性較高，細菌產生的糖化酶耐高溫效能優於真菌。CLostridiumthermohydro-sulfuricum 糖化酶是目前已報道的糖化酶中耐熱最高的酶，在50%的澱粉溶液中，70℃下酶完全穩定，而且在10%酒精液中仍很穩定。即使在85℃下處理1h其酶活性仍保持50%，而且這種酶不受Ca2+、EDTA和α-，β-，γ- 環狀糊精的影響。
一般糖化酶都具有較窄的pH值適應範圍，最適pH一般為4.5～6.5。不同微生物菌株產生的糖化酶由於其結構和功能有一定的差異，其耐熱性、pH穩定性也各不相同。
02
糖化酶的作用機制
糖化酶的主要作用機制是，從澱粉、糊精、糖原等碳鏈上的非還原性末端依次水解α-1，4糖苷鍵，切下一個個葡萄糖單元，生成葡萄糖；並像β-澱粉酶一樣，使水解下來的葡萄糖發生構型變化，形成β-D- 葡萄糖。
當遇到支鏈澱粉的分支點時，糖化酶也可以水解α-1，6糖苷鍵和α-1，3糖苷鍵，由此將支鏈澱粉全部水解成葡萄糖，但是相對水解速度較慢。
糖化酶對澱粉的分解能力與酶活力、吸附性、解支能力、原料的性質、溫度、pH等糖化工藝條件有關。
受質的水解速率主要受受質分子的大小及結構的影響，同時也受水解碳鏈序列中下一個鍵的影響。
其受質親和性與受質的碳鏈長度呈線性關系，碳鏈越長受質親和力就越大;糖化酶所水解的受質分子越大其水解速度就越快，而且酶的水解速度還受到受質分子排列上的下一個鍵影響，鄰近α-1，4鏈的α-1，6糖苷鍵較獨立的α-1，6鏈更易被開啟。
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糖化酶在食品
工業中的套用
01
糖化酶在傳統
白酒生產
中的套用
中國傳統白酒的生產一直沿用固態發酵法，大多使用澱粉質原料，一般以曲為糖化劑，成本高、產酒率低是一個普遍存在的問題。
據理論分析，高粱原料出酒率可達55%左右，而實際上，從清香型、濃香型到醬香型白酒，隨著制曲溫度的提高，出酒率只有40%到20%左右，呈明顯的下降趨勢。
影響出酒率的因素雖然是多方面的，但主要原因卻是因為澱粉質原料的糖化不完全所致，而糖化是發酵的基礎，因而糖化不好就成了影響出酒率的首要問題。
隨著白酒工業的發展，利用糖化酶代替部份曲，以提高出酒率，降低生產成本，已被眾多白酒企業普遍采用。尤其近幾年活性幹酵母的出現，更使糖化酶在白酒中的用量飛速增長。
趙金松等改進了清香型小曲白酒的傳統加工工藝，在不減或減少小曲用量的情況下，適量添加糖化酶，使澱粉的糖化進行得更加徹底，可以提高出酒率5%，酒質風味不變。
經測算，添加糖化酶操作法生產小曲酒，新工藝生產所獲得的經濟效益要比原傳統工藝的經濟效益約高出1倍。
覃雪珍等報道，在湘泉濃香型白酒的混蒸混燒工藝中添加耐高溫酒用活性幹酵母（TH-AADY）和糖化酶，有助於提高出酒率和酒質，提高己酸乙酯的含量，抑制乙酸乙酯的生成，提高己酸乙酯/乙酸乙酯比值，突出湘泉濃香型酒的主體香成分己酸乙酯的特征。
02
糖化酶在釀制
幹啤酒中的套用
幹啤酒是一種發酵度高的淡爽型啤酒。生產幹啤酒與生產普通啤酒的不同之處，在於它提高了啤酒的發酵度。
提高發酵度的方法主要有添加發酵性糖法（加糖法）、添加酶制劑法（加酶法）和添加特種酵母法。
左永泉報道了一種經過加酶法改進的幹啤酒發酵生產工藝，采用多溫度段糖化，提高麥汁可發酵性糖的比例，結果顯示，套用此工藝釀制幹啤酒，能夠達到有效地提高啤酒發酵度的目的，生產出的幹啤酒具有風味獨特、口味幹爽純正等優點。
03
糖化酶在黃酒
釀造中的套用
傳統的黃酒釀造主要使用活性幹酵母作為糖化發酵劑，依然存在產酒率低的普遍問題。
王衛國等首次將糖化酶套用於黃酒生產，由於糖化力高、發酵快，使生產周期大大縮短，並使出酒率有很大提高。這樣，既節約了原料，又降低了成本，提高了經濟效益。
研究結果表明，糖化酶的加酶量為0.02%，最適溫度為32℃，最適pH值為4.6，主發酵期縮短2～3天，後發酵期縮短10～60天，出酒率高達92.07%，是傳統法的3.1～4.6倍。
04
糖化酶在食醋
釀造中的套用
目前，中國食醋釀造仍以傳統工藝為主，具有多菌種低溫混合發酵的特點。
傳統釀醋工藝存在著酒母培養條件差、酒母質素不穩定、原料澱粉利用率低、出醋率低、高溫季節生產不穩定等諸多生產技術難題。
王傳榮在前液後固發酵工藝和液體深層發酵工藝中套用耐高溫酒用活性幹酵母（TH-AADY）和糖化酶，TH-AADY具有耐高溫、耐酸度、抑制雜菌能力強的特性，能夠保證食醋夏季生產的正常進行，不僅降低了原材料的消耗，而且顯著提高了澱粉利用率和出醋率，具有較好的經濟效益。
張安寧等利用TH-AADY、糖化酶以及耐高溫α- 澱粉酶提高原料出酒率，進而提高食醋出醋率。試驗表明，該方法可平均提高食醋出醋率1.56Kg/Kg主糧。
05
糖化酶在冰凍食
品生產中的套用
一般膨化雪糕中的總固體含量為18%～28%，總固體含量低會影響膨化雪糕的膨脹率，產品口感變差。
要提高冷食品中的總固體含量就勢必增加白砂糖、奶粉、澱粉、鮮奶油等的用量，從而導致原料成本增加。而只有增加澱粉的用量，才不至於使原料成本增加太多。但當澱粉的含量超過3%時，冷凍食品貯藏一段時間後，澱粉易發生老化返生現象，出現生澱粉味，這也限制了澱粉在冷凍食品中的用量。
劉愛國等采用α- 澱粉酶對冷凍食品中的澱粉進行水解，並用糖化酶糖化使其生成葡萄糖。由於葡萄糖的增加降低了漿料的冰點，使冷凍食品組織狀態更加完善；同時由於改變澱粉的分子結構，可以防止澱粉老化返生，消除澱粉味感。
這種方法可以適當降低白砂糖、奶粉、鮮奶油的用量，並增加澱粉的用量，從而降低了產品的生產成本；同時可使產品的口感細膩、柔軟，質素得到改善。
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展 望
糖化酶在食品工業中具有重要的套用價值，國內外越來越多的研究者正在將目光投向糖化酶的基礎研究和工業套用中。
目前的套用研究熱點：
一方面是利用基因誘變、DNA重組技術或其他生物學方法獲得優良菌株，進一步提高糖化酶的活力；
另一方面，透過誘變篩選耐熱糖化酶產生菌或複制耐熱糖化酶基因並轉入受體菌進行表達與純化，耐熱糖化酶在發酵業的套用將會大大降低能源消耗，從而降低生產成本，將給糖化酶在工業中的套用開辟更為廣闊的前景。糖化酶在食品工業中的套用研究進展
