今日食普744期：普鲁兰酶，用好这个武器

在家做酒酿，或者作坊里用发芽的小麦做麦芽糖，是先人传下来的获得甜食的加工方法。这都是利用微生物或植物中的淀粉酶，将没有甜味的淀粉转化为甜味糖的过程。

小家小户生产对成本掌控要求不高，可若是工业化生产，淀粉转化率就成为一个重要的指标。究竟有百分之多少的淀粉转化成糖了？

淀粉转化为具有甜味的葡萄糖或麦芽糖，是水解过程，淀粉酶是起关键作用的催化剂。工业生产为了提高效率和降低成本，采用纯化的酶制剂。淀粉酶中有一类为淀粉脱支酶，普鲁兰酶是这类酶的较优良品种。

普鲁兰酶

Pullulanase。属于淀粉酶中的淀粉脱支酶，因能特异性地水解普鲁兰糖而得名。普鲁兰糖别名茁酶多糖，因而该酶也称茁酶多糖酶。

普鲁兰糖 pullulan，或茁酶多糖，也叫短梗霉多糖。是麦芽三糖以α-1,6苷键连接起来的聚合物，由芽短梗霉发酵产生。它是优质的增稠剂、被膜剂。这么宝贵的食品添加剂怎么会再被水解呢？

其实，普鲁兰酶并不是用来水解普鲁兰糖的，而是用来水解支链淀粉的。

两类淀粉

淀粉是以α葡萄糖为基本单位的高分子聚合物。葡萄糖分子之间靠一种叫糖苷键的化学键相互连接成大分子。按连接方式分成两类，直链淀粉和支链淀粉。

两类淀粉主要区别是：

直链淀粉 相互连接基本是α-1,4苷键，头尾相连成一条链状。对碘显蓝色；

支链淀粉  与直链淀粉不同，相互连接既有α-1,4苷键，还有从腰间分叉的α-1,6苷键，形成分枝结构。对碘显红棕色。（两类淀粉混合对碘显紫色）

两类淀粉彻底水解得到的都是葡萄糖。水解方法可用酸，但效率低。利用酶法水解的好处就是高效、低能耗。酶催化具有专一性，不同酶的底物、作用方式和产物不同。

淀粉酶水解的目标是糖苷键。糖苷键不止淀粉中有，纤维素等其他多糖和皂苷等物质中都有。淀粉酶只是各种糖苷水解酶（简称糖苷酶）中的一类。

然而，淀粉酶也不是个小家庭，种类多得足以将下属分成几十个家族。对应于两类不同结构淀粉的酶，各有几套系列和组合。

工业上用的淀粉糖化酶主要是α-1,4苷键酶，只能水解直链淀粉。然而自然界中的淀粉大部分是支链淀粉。淀粉中的支链阻碍了淀粉的彻底降解，残留了一堆限制水解的糊精，降低了淀粉的利用率。

这就要请淀粉脱支酶出马了。

淀粉脱支酶

生物体内有天然的淀粉脱支酶，或称淀粉解支酶或R-酶，几乎存在于所有的生物体中。

异淀粉酶 1940年日本研究人员首次在酵母中提取到了一种酶。在用于以支链淀粉为主的糯米时，发现产品对碘不是显紫红色，而是变成蓝色。当时误以为是合成出了直链淀粉，并将此酶错称为“直链淀粉合成酶”。后来发现是糯米中的支链淀粉转化成直链淀粉造成的。因此纠正了错误，将该酶重新命名为异淀粉酶。

异淀粉酶可以水解支链淀粉分枝点上的α-1,6苷键。但它有个缺点，只能切下支链淀粉的整个侧枝，形成长短不一的直链淀粉，对小分子低聚糖上的α-1,6苷键就无能为力了。如何将大小分子上的α-1,6苷键一锅端彻底全切干净，则是普鲁兰酶的本事了。

普鲁兰酶  支链淀粉与普鲁兰糖有着相同的α-1,6苷键结构，因而普鲁兰酶被借用到切支链淀粉，工业上也叫支链淀粉酶。它的特点是耐热，通常在60℃以上温度使用。

1961年德国研究者在产气杆菌代谢物中发现了普鲁兰酶。之后逐渐从实验室里走出，应用到淀粉糖浆、啤酒和酒精生产等淀粉深加工领域。目前主要由基因工程改造的地衣芽胞杆菌等微生物发酵制得。

国际上普鲁兰酶的工业化生产一度被丹麦的诺维信集团、丹尼斯克（现被美国杜邦并购）等公司垄断。国产目前有了一些突破，但酶活性尚有待提高，国内有多家生物公司在攻关研发。

实际应用

包括普鲁兰酶在内的淀粉脱支酶，还真不是用于生产直链淀粉的。

之所以使用淀粉脱支酶，是为了帮助切开卡住支链淀粉的α-1,6苷键，给糖化酶解套。这样可减少粮耗和能耗，从而降低生产成本。

单用普鲁兰酶等淀粉脱支酶没有意义，它只对α-1,6苷键起作用，对α-1,4苷键无动于衷。两类酶配合使用，将支链淀粉全部转化为直链淀粉，后续步骤交由糖化酶处理就得心应手了。

普鲁兰酶配合不同的α-1,4苷键酶，常应用于葡萄糖、麦芽糖、果糖、低聚糖、果葡糖浆等生产。

• 在酿造生产味精、酒精、醋、酱油等的前期糖化步骤中，都可加入普鲁兰酶提高葡萄糖含量，缩短糖化时间。

• 在一些啤酒酿造中，也用普鲁兰酶提高麦汁发酵度，并改变麦汁糖化的组分。

• 普鲁兰酶还在面包生产中起面团改良作用。

• 普鲁兰酶也可与β-苷键酶联合使用，将一些非淀粉类的纤维素等葡聚物转变为糖，因此被用在饲料工业上。

随着食品工业的发展，这类酶制剂的需求量将会越来越大。