淀粉的分解

淀粉主要来自植物，它是植物的重要贮藏物质。从化学结构上看，淀粉是由葡萄糖通过糖苷键聚合而成的大分子，可细分为直链淀粉和支链淀粉。在直链淀粉中，葡萄糖单元彼此以α-1，4-糖苷键连接。支链淀粉带有分支，其中的葡萄糖单元除了以α-1，4-糖苷键结合外，在直链与支链的交接处以α-1，6-糖苷键连接。在自然界，直链淀粉约占10％ ～20％ ，支链淀粉约占80％ ～90％ 。淀粉是易被微生物利用的有机物质。

图10-1 自然界的碳素循环

能够利用淀粉的微生物种类很多。细菌中的枯草杆菌，真菌中的曲霉、根霉和毛霉都是很强的淀粉分解菌。放线菌中的小单孢菌、诺卡氏菌和链霉菌也能分解淀粉，但能力相对较弱。微生物分解淀粉的方式是：先分泌胞外淀粉酶，将淀粉水解成双糖和单糖，然后再摄入体内利用。淀粉不能直接透过细胞膜，如没有淀粉酶，微生物就不能利用淀粉。

淀粉酶是一类水解淀粉糖苷键的酶，有如下四种：

（1）α-淀粉酶 此酶是一种内切酶，能够水解淀粉分子内部的α-1，4-糖苷键，但不能对α-1，6-糖苷键以及靠近α-1，6-糖苷键的α-1，4-糖苷键产生作用。它的水解产物是麦芽糖，以及含多个葡萄糖单元的直链寡糖和支链寡糖。由于这些产物的构型均为α-构型，故称为α-淀粉酶。经过该酶的作用，淀粉液的黏度下降，因而又称为液化性淀粉酶。

（2）β-淀粉酶 此酶是一种外切酶，能够从淀粉分子的非还原性末端开始，以双糖为单位，逐步水解α-1，4-糖苷键，生成麦芽糖。但不能作用于淀粉分子中的α-1，6-糖苷键，也不能越过α-1，6-糖苷键去水解α-1，4-糖苷键。在水解过程中，遇到α-1，6-糖苷键即停止作用。它的水解产物是麦芽糖和极限糊精。由于该酶的作用部位是β-位的糖苷键，故称为β-淀粉酶。

（3）糖化淀粉酶 这种酶能够从淀粉的非还原性末端开始，以葡萄糖为单位，依次水解α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。虽然不能作用于淀粉中的α-1，6-糖苷键，却能越过α-1，6-糖苷键去水解α-1，4-糖苷键。该酶的作用产物有两种：如果被作用的底物是直链淀粉，则产物为葡萄糖（该酶由此得名）；如果被水解的底物是支链淀粉，其产物是葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的支链寡糖。

（4）淀粉酶 此酶作用于支链淀粉中直链和支链交接处的α-1，6-糖苷键，故能水解淀粉经α-淀粉酶和β-淀粉酶作用后留下的糊精。由于只水解α-1，6-糖苷键，异淀粉酶自身的作用产物也是糊精。两者的差别在于所含的糖苷键不同。

淀粉分解菌（糖化菌）在食品发酵上有着广泛的应用。例如，在白酒生产中，常用淀粉（如番薯干、大米等）做原料，先用糖化菌（如曲霉、毛霉、根霉）将淀粉水解，然后再加酵母菌进行酒精发酵。如果没有糖化菌的水解作用，酵母菌就不能进行酒精发酵，因为后者不能直接利用淀粉。