淀粉酶的作用原理是什么?
商业化洗衣用淀粉酶由来自解淀粉芽孢杆菌的a - 淀粉酶和来自地衣芽孢杆菌和曲霉的热稳定a -淀粉酶组成。a -淀粉酶催化由1,4 - a - D -糖苷键连接的、含有3个或者更多个葡萄糖单 位的多糖中1,4 -a-D-糖苷键的内水解。 酶可以随机地作用于淀粉、糖原和寡 糖,并释放出相应的基团。a -淀粉酶攻击淀粉聚合体的内部,随机切割a - 1,4键 产生较短的、水溶性的糊精。它们是衣用洗涤剂商比较中意的淀粉酶,常常被许多 国家添加到粉末和液体洗涤剂中。 并且a-淀粉酶在低水温和中性的洗涤剂中能 增加其他组分的活力。人们感兴趣的是其他淀粉酶如β-淀粉酶和支链淀粉酶,但这些酶并没有在 规...全部
商业化洗衣用淀粉酶由来自解淀粉芽孢杆菌的a - 淀粉酶和来自地衣芽孢杆菌和曲霉的热稳定a -淀粉酶组成。a -淀粉酶催化由1,4 - a - D -糖苷键连接的、含有3个或者更多个葡萄糖单 位的多糖中1,4 -a-D-糖苷键的内水解。
酶可以随机地作用于淀粉、糖原和寡 糖,并释放出相应的基团。a -淀粉酶攻击淀粉聚合体的内部,随机切割a - 1,4键 产生较短的、水溶性的糊精。它们是衣用洗涤剂商比较中意的淀粉酶,常常被许多 国家添加到粉末和液体洗涤剂中。
并且a-淀粉酶在低水温和中性的洗涤剂中能 增加其他组分的活力。人们感兴趣的是其他淀粉酶如β-淀粉酶和支链淀粉酶,但这些酶并没有在 规模洗涤剂工业中的商业应用。β-淀粉酶不同于a -淀粉酶,它水解1,4 - a - D -糖苷键,并且从残余的多糖链上去除与其相连的麦芽糖基团,但这并不能有效去 除污渍。
支链淀粉酶能去除淀粉分支,它水解支链淀粉中的1,6 - a - D -糖苷键, 以去除支链淀粉的分支。淀粉酶和支链淀粉酶共同作用可以更完全地降解淀粉。a -淀粉酶催化淀粉污渍的降解,它通过水解污渍中的淀粉胶改善清洁效果。
然而,淀粉酶降解天然淀粉的过程很缓慢。为了使淀粉更容易被酶作用,需要 利用胶凝作用和膨胀作用。对于大多数食物如意大利面、马铃薯、肉汁和婴儿食物 的污渍来说,烹调过程可以产生不同程度的胶凝作用。
假如食物处理过程的温度不超过食物的胶凝温度,淀粉可能以部分胶凝的颗 粒状态存在,或者会部分退化。这类淀粉通常是无定形的,不用开水难以从织物表 面去除。淀粉酶的存在可以补偿煮沸洗涤的洗涤效果,并且可以增强在低温洗涤 温度下的洗涤剂效率。
胶化的淀粉能够在织物表面形成膜,导致在洗涤后某些污溃增加。淀粉链和 某些污溃结合将使其比单独淀粉更难以去除。白色衣物在反复洗涤后会变旧,在 每千克棉织物中加入0。5g淀粉就可以证明这个效果,并且因淀粉中直链淀粉含量 的不同而不同。
直链淀粉被认为是形成膜的主要组分。在衣用洗涤剂中,淀粉酶有助于使灰暗的衣物亮化,并且可以抑制由于淀粉和 其他污溃混合而导致的白色衣物的旧化。通过预染(高浓度)和预浸泡(延长反应 时间)可以获得较好的淀粉酶作用效果。
衣用洗涤剂中来源于细菌的a -淀粉酶和洗涤剂中的蛋白酶是兼容的。两个 酶在洗涤过程中同时发挥作用。不管是在液体还是在粉末洗涤剂中,淀粉酶在蛋 白酶的存在条件下都是稳定的。对于一些钙离子依赖性的a -淀粉酶,可以通过在洗涤剂中加入少量的钙盐 来增加它们的稳定性。
如前所述,对于含有漂白剂的洗涤剂,人们已经利用蛋白质工程和遗传学技术 研制出耐漂白剂的a-淀粉酶和具有更低最适温度的淀粉酶。通 过改进在含有漂白剂的溶液中酶的活力,增加了淀粉酶的稳定性。淀粉酶是酶制剂工业发展了 20余年后,酶制剂厂商提供给洗涤剂工业的第 二种酶制剂,用于洗涤剂配方中作为进一步去除含淀粉污渍的有效成分。
衣服织 物上,含淀粉类的污渍也是很多的,例如果汁、咖啡、酱油以及各种植物的汁液等。 这类淀粉物料大多是经过部分糊化的,有着很强的胶粘力,能把其他的微粒污垢黏 附在织物上,形成难于清洗的污斑。淀粉酶能够促进淀粉类物料,包括直链淀粉、 支链淀粉以及部分糊化的淀粉的水解,使之成为可溶性糊精、低聚糖以及(根据水 解的程度)少量的麦芽糖和葡萄糖。
这个特性早就在工业上得到应用。例如,在以粮食原料制酒精的生产过程中,发酵前的处理,淀粉糖浆的制备,印 染工业中坯布的退浆等。20世纪70年代初期就有人把这个原理引入洗涤剂工业。 到80年代就已经在大范围内被使用了。
目前洗涤剂用市售碱性淀粉酶,一般是从解淀粉芽孢杆菌生产的a -淀粉酶和从地衣芽孢杆菌制得的具高热稳定性的α- 淀粉酶配制而成的。淀粉基本上是由两种分子结构构成的物质,一种是以a - 1,4 键链方式,将葡萄糖缩聚在一起的直链淀粉,另一种则是通过a - 1,6键合,将葡萄 糖形成支链淀粉。
当a -淀粉酶催化淀粉水解时,会很快将淀粉内的1,4键打开, 使其变为相对分子质量较小的水溶性物质,这样在洗涤剂的作用下,就可与污渍中 的其他污垢一起从衣物上被洗去。不过值得注意的是,淀粉类或含淀粉类物料的污垢都是以局部的污斑形式出 现的,极少会以大面积的形式存在。
因此,把淀粉酶加在洗衣粉的配方中,并在机 洗条件下应用,其效果是不会明显表现出来的。更为有效的方法是加在预浸渍污 斑清洗剂配方中,作为局部处理用。淀粉类污垢一般都是与蛋白质和脂肪等不同 类型污垢混在一起的,因此,淀粉酶多不宜单独加在配方中,与蛋白酶等复配使用 效果较佳。
尽管淀粉酶不仅具有耐高温和高碱度的特性,而且与其他酶,特别是蛋 白酶,以及洗涤剂的各组分都有良好的相容性,不过这种酶也有一定的限制,在液 体洗涤剂,特别是欧美用的含氯液体餐具洗涤剂中,遇到释氯漂白剂和甲醛防腐剂 还是很容易失活的,因而只能在过硼酸盐漂白剂的洗涤剂中使用。
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