环糊精与α-淀粉酶相互作用的研究

发布时间：2020-05-18 08:50

【摘要】：环糊精(Cyclodextrins,CDs)作为一类环状低聚糖的总称,是芽孢杆菌的某些种所产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用于淀粉而产生的,且由D-吡喃葡糖糖组成。其中葡萄糖单元处于椅式构象,使环糊精拥有了内疏水,外亲水的特殊环状结构,能通过分子间的作用力与多种客体物质形成主客体包合物,从而对客体物质起着屏蔽、保护活性等作用,并被广泛地应用到多个领域。α-淀粉酶作为一种内切酶能从淀粉分子内部切开α-1,4-糖苷键,从而使淀粉降解。它作为应用最广的酶制剂之一,在食品、洗涤、纺织中得到广泛应用。将α-淀粉酶应用于发酵面制品中,能使发酵面团的气孔结构更均匀,弹性和口感得到改善,体积增大。但α-淀粉酶活力过高时,则使淀粉过度水解,对面团品质产生不利影响。目前用于抑制α-淀粉酶活力多采用α-淀粉酶抑制剂,而它的主要来源小麦粉和白芸豆是人类的主要粮食之一。若长期从中提取α-淀粉酶抑制剂,则无法使作物的利用率达到最大化。同时有研究表明,一定条件下环糊精能抑制某些酶的活性,但对于α-淀粉酶活性的抑制还鲜有报道。本文研究了α-、β-和γ-环糊精三种主体环糊精对α-淀粉酶的影响。以相对剩余酶活性作为评价指标,选择环糊精浓度、作用时间、温度及pH作为单因素来探究环糊精对α-淀粉酶活性的影响。运用荧光光谱和圆二色谱来表征α-淀粉酶在不同作用条件下的变化,并通过核磁共振探究作用位点。通过高效液相-质谱联用的方法,探究α-淀粉酶对环糊精的水解,并分析水解产物及规律。最后以面团及馒头为载体探究两者及其相互作用在宏观上的表现。主要研究成果如下:(1)通过设置单因素实验研究α-、β-和γ-三种环糊精对α-淀粉酶活性的影响,根据实验结果看出,总体来说β-环糊精对α-淀粉酶活力的影响最明显,故选择β-环糊精进行正交试验,得出最大抑制条件:浓度为1mM,时间120 min,温度45℃,pH为5.9,相对剩余酶活接近41%。(2)运用荧光光谱探究在不同条件下,环糊精的加入对α-淀粉酶内源性荧光强度的影响。环糊精的添加在一定的条件下能够改变酶分子的内源性荧光强度,即改变色氨酸所处的微环境。不同环糊精的影响效果不同,可能是由于三种环糊精的结构不同导致相互作用的强弱不同。同时,不同的作用条件也对酶分子自身的结构造成了影响。(3)圆二色谱结果显示环糊精的加入引起了α-淀粉酶二级结构的转变,整体来看α-CD和γ-CD的作用规律类似,这可能是由于环糊精的空腔尺寸及溶解度的不同而引起的。此外,运用核磁共振对两者作用前后环糊精的氢质子位移进行探究,结果表明在这个过程中,酶分子的部分氨基酸进入疏水性空腔,而部分氨基酸则与环糊精的亲水性外表面发生作用,形成非包合型复合物。(4)α-淀粉酶对β-CD的水解作用通过高效液相色谱-质谱联用(HPLC-ESIMS)的方法测得。结果表明,实验中所产生的水解产物是葡萄糖。通过测定不同作用条件下的葡萄糖含量,得到最低水解率的条件分别是:环糊精浓度为2mg/mL,温度为45℃,且水解程度随时间延长而增加,在3 h后较为稳定,而pH不是主要影响因素。(5)设置α-淀粉酶、β-CD、α-淀粉酶及β-CD的物理混合物、α-淀粉酶与β-CD一定条件下相互作用形成的复合物作为实验组添加到面团中,与空白组对比,面团的性质发生变化,包括面团形成特性、拉伸特性及发酵性质,实验组较空白组都对面团性质有一定的改善,通过馒头品质的测试也表示了两者相互作用的存在。
【图文】：

分子结构图,环糊精,分子结构

图 1-1 环糊精的分子结构Figure 1-1 Structure of cyclodextrins环糊精种类较多，就研究较多的 α-、β-和 γ-三种环糖单元数目不同，导致三者虽空腔高度相同但在性-1[12]:表 1-1: 常见环糊精的基本性质[3]Table 1-1: Basic properties of common CDsα-CD β-CD 数 6 7 量 972 1135 0mL) 14.5 1.85 nm) 0.47~0.52 0.60~0.65 0nm) 1.45 ±0.04 1.54 ±0.04 1 单斜晶系

α-淀粉酶,结构模型,麦芽糖浆

图 1-2 α-淀粉酶结构模型Figure 1-2 The model of α-amylase化机理，目前普遍认可的是由 Koshl在 α-淀粉酶活性位点中，天冬氨酸作产物，而谷氨酸作为催化剂，激活水用酶因为其酶学性质上的优势，被大规作为一种中温淀粉酶，作用条件温和中，淀粉类物质在 α-淀粉酶作用下水到麦芽糖含量较高的麦芽糖浆[51]。
【学位授予单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS213.2;O641.3

【相似文献】