文章鉴读|华南理工大学食品科学与工程学院黄强教授：新型低温α-淀粉酶水解不同晶型生淀粉的规律研究

食品工业科技编辑部

2025-08-26

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华南理工大学食品科学与工程学院的黄红波，邵苗，贾祥泽，张斌，扶雄，黄强等人主要研究了新型低温-淀粉酶AmyZ1在低于糊化温度条件下水解不同晶型生淀粉的规律。重点内容包括：1. 介绍了淀粉糖和多孔淀粉在食品、医药和化工领域的广泛应用。2. 指出传统淀粉糖制备工艺中需要高温糊化淀粉，消耗大量能源。3. 提到现有酶法改性淀粉效果不佳，多酶协同改性效果有限。4. 介绍了AmyZ1酶的低温水解生淀粉能力及其在简化淀粉水解工艺和降低能量消耗方面的优势。5. 对比了其他生淀粉酶的水解性能，指出AmyZ1具有较高比活性和快速水解能力。6. 通过实验研究了AmyZ1和猪胰腺-淀粉酶（PPA）对蜡质玉米淀粉和马铃薯淀粉的水解特性，为低温条件下水解生淀粉颗粒制备淀粉糖和多孔淀粉提供了理论依据。

摘要：目的：深海细菌Pontibacillus sp. ZY来源的低温α-淀粉酶AmyZ1是一种在30~35 ℃具有催化活性的生淀粉酶，为探究其水解规律，本文以猪胰腺α-淀粉酶（PPA）为对照，分别研究其对A型结晶淀粉（蜡质玉米淀粉（Waxy Maize Starch，WMS））和B型结晶淀粉（马铃薯淀粉（Potato Starch，PS））的水解行为。方法：采用阴离子高效液相色谱（High Performance Anion Exchange Chromatography，HPAEC）分析水解液的组分，通过扫描电镜、X射线衍射和红外光谱、差示扫描量热仪等对淀粉颗粒的理化性质进行分析。结果：当pH为7、AmyZ1与PPA分别在35、37 ℃条件下反应时，AmyZ1与PPA对WMS的水解率更高，分别为42.36%、23.28%，而对PS的水解率分别是18.34%、17.09%，说明AmyZ1对两种淀粉的水解能力更强。色谱分析结果表明，AmyZ1的酶解液中含有更多的麦芽三糖（G3）和麦芽四糖（G4），其水解WMS的酶解液中G3、G4的含量分别为24.60%、10.13%。水解后淀粉残余颗粒的性质研究表明，水解后的淀粉颗粒表面出现孔洞，且AmyZ1水解WMS产生更密集的孔洞，更适于制备多孔淀粉；此外，水解使得淀粉的长短程有序性、糊化焓值等均下降，且AmyZ1的下降幅度大于PPA，其中AmyZ1、PPA水解WMS后淀粉结晶度由35.9%分别降低至25.6%和33.6%。结论：AmyZ1与PPA都更易于水解A型淀粉，且AmyZ1水解淀粉结晶区的能力更强，其酶解液中含有更多的G3、G4，这可能是AmyZ1水解结晶区的能力更强及酶切位点的差异，研究结果为AmyZ1低温直接水解淀粉颗粒提供了理论依据。

PART.01

结果

本章节主要研究了新型低温-淀粉酶（AmyZ1）和PPA在不同水解时间下对不同晶型淀粉颗粒的水解规律。重点内容包括：1. AmyZ1和PPA对WMS的水解率均高于PS，且在48小时水解时间内，AmyZ1的水解率始终高于PPA。2. AmyZ1对淀粉颗粒的水解能力更强，破坏了更多的淀粉颗粒内部结晶结构。3. AmyZ1水解产物的组分中G3、G4含量更高，而G1、G2含量较少，与其他类型的-淀粉酶存在差异。4. AmyZ1对淀粉颗粒结晶区的水解能力更强，使淀粉的相对结晶度下降更多。5. AmyZ1水解后淀粉颗粒的微观形貌破坏更明显，产生的孔洞更深，有利于深入淀粉颗粒内部进行水解。6. AmyZ1和PPA虽同为内切型的-淀粉酶，但酶切位点存在差异，影响了水解产物的组分。

图 1 水解时间对 α-淀粉酶水解不同晶型淀粉颗粒的影响

Fig.1 Effect of hydrolysis time on the hydrolysis of different crystalline starch granules by α-amylase

注：WMS-AmyZ1：AmyZ1 水解 WMS；WMS-PPA：PPA 水解WMS；PS-AmyZ1：AmyZ1 水解 PS；PS-PPA：PPA 水解 PS。

图 2 采用阴离子交换色谱对各标准品进行分离的色谱图

Fig.2 Chromatograms of each standard separated using anion chromatography

注：G1：葡萄糖；G2：麦芽糖；G3：麦芽三糖；G4：麦芽四糖；IG2：异麦芽糖；P：潘糖；IG3：异麦芽三糖；IG4：异麦芽四糖；IG5：异麦芽五糖。

表 1 水解 48 h 后酶解液中可溶组分的聚合度分布

Table 1 Polymerisation degree distribution of soluble components in the enzymatic solution after 48 h of hydrolysis

图 3 原淀粉及其 α-淀粉酶水解后淀粉的光学显微形貌及 SEM 图

Fig.3 Optical microscopic morphology and SEM results of raw starch and its α-amylase hydrolysate

表 2 两种原淀粉及其水解后的结晶度及短程有序性比较

Table 2 Comparison of crystallinity and short-range ordering of the two original starches and their hydrolysate

表 3 两种淀粉酶解前后的热力学性质分析

Table 3 Analysis of thermodynamic properties of two starches before and after enzymatic hydrolysis

图 4 新型低温 α-淀粉酶与 PPA 水解不同晶型生淀粉的酶解规律示意图

Fig.4 Schematic diagram of the enzymatic pattern of hydrolysis of different crystalline raw starches by the novel low-temperature α-amylase with PPA

PART.02

思维导图

PART.03

结论

研究显示两种-淀粉酶在相同条件下，AmyZ1在低温下对A型结晶淀粉WMS的水解能力更强，水解率高于PPA，且生成的较长链葡聚糖含量更高。AmyZ1对淀粉颗粒的结晶结构破坏更大，表现出更低的焓值和热转变温度。这些发现为AmyZ1在低温下直接水解淀粉颗粒的应用提供了理论依据，并建议进一步研究其在不同领域的应用性能。

引用本文：黄红波，邵苗，贾祥泽，等. 新型低温α-淀粉酶水解不同晶型生淀粉的规律研究[J]. 食品工业科技，2025，46（16）：30−36. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024100261.

Citation：HUANG Hongbo, SHAO Miao, JIA Xiangze, et al. Hydrolysis Patterns of Different Crystalline Raw Starches by a Novel Cold-adapted α-Amylase[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(16): 30−36. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024100261.

基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC2805100）。

通信作者简介

黄强，教授，博导，现任华南理工大学食品科学与工程学院院长、国家热带特色健康食品国际科技合作基地常务副主任。主要从事功能碳水化合物领域的教学和科研工作，包括淀粉高值化利用、食品活性成分微胶囊包埋和缓释评价、乙烯调控和果蔬保鲜；抗性淀粉、慢消化淀粉与肠道健康等。主持完成国家和部省级项目20余项，共发表SCI收录论文180余篇，其中热点论文1篇，高被引论文8篇，被引16000余次，H指数75，入选爱思唯尔全球前2%顶尖科学家和科睿唯安高被引科学家，授权中国发明专利38件，美国发明专利1件，国际PCT 6件，出版教材、专著4部，英文专著2部，参与制定变性淀粉和全谷物食品行业标准5件，获得中国专利优秀奖（2015）、广东省科技进步一等奖（2019）和中国轻工业联合会科技进步一等奖（2022）。

（以上信息来自作者本人）

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