技术领域本发明涉及生物科学酶工程领域，特别是涉及一种改性α-淀粉酶的制备方法。
背景技术：
生物酶是随着生物技术进步而发展起来的一种新型生物催化剂，相比传统的催化剂具有高效率、低能耗、环境友好等优点。α-淀粉酶又称淀粉-1,4-糊精酶(α-1,4-葡聚糖葡聚糖水解酶，E.C.3.2.1.1)，在动物、植物、微生物中分布广泛，不同来源的α-淀粉酶已被广泛研究。α-淀粉酶主要功能是从淀粉分子的内部随机切开α-1,4糖苷键，生成糊精和还原糖，因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失，最终产物在分解直链淀粉时以麦芽糖为主。目前α-淀粉酶已经广泛应用于食品、纺织、造纸、洗涤以及制药等行业。虽然α-淀粉酶已经广泛应用于各个行业，但是由于蛋白质分子的特性，其在应用过程中仍然存在诸如环境适应性差、酶活性保持时间短及稳定性不好等不足之处。这些问题的存在，可以影响α-淀粉酶的作用效率及应用范围。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种改性α-淀粉酶的制备方法，能够提高α-淀粉酶的环境适应性和稳定性。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种改性α-淀粉酶的制备方法，包括：利用氧化剂将壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖；将所述氧化壳聚糖与α-淀粉酶反应，得到交联反应混合物；向所述交联反应混合物中加入还原剂，发生反应，得到所述改性α-淀粉酶。其中，所述α-淀粉酶的添加量与所述壳聚糖的添加量之比为1:0.6-1:1.4。其中，所述氧化剂为高碘酸钠。其中，所述利用氧化剂将壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖的步骤包括：将所述高碘酸钠溶于醋酸钠缓冲液中，得到氧化溶液；将所述壳聚糖加入所述氧化溶液中，在预定条件下发生反应，以使所述壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖溶液。其中，所述氧化溶液中，所述高碘酸钠的浓度为60-100毫摩尔每升。其中，所述预定条件为反应温度为室温，反应时间为40-120分钟。其中，所述将所述壳聚糖加入所述氧化溶液中，在预定条件下发生反应，以使所述壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖溶液的步骤之后，还包括：向所述氧化壳聚糖溶液中加入预定量的乙二醇，混合均匀后静置预定时间。其中，所述向所述氧化壳聚糖溶液中加入预定量的乙二醇，混合均匀后静置预定时间的步骤之后，还包括：采用醋酸钠缓冲液对所述氧化壳聚糖溶液进行透析。其中，所述将所述氧化壳聚糖与α-淀粉酶反应，得到交联反应混合物的步骤，包括：将所述α-淀粉酶溶于水，配制成α-淀粉酶水溶液；将所述α-淀粉酶水溶液与所述氧化壳聚糖溶液混合，反应预定时间，得到所述交联反应混合物。其中，所述还原剂为NaBH4，所述NaBH4以NaBH4溶液的形式加入所述交联反应混合物中，所述NaBH4溶液的浓度为0.6-1.2摩尔每升。本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明先将壳聚糖氧化，再利用氧化壳聚糖与α-淀粉酶反应，最后加入还原剂，使壳聚糖共价偶联到α-淀粉酶分子上，得到改性α-淀粉酶，这样通过壳聚糖分子共价修饰α-淀粉酶，使得α-淀粉酶热稳定性明显提高、理化性能得到改善、改性酶的最适pH值较游离酶往酸性方向移，且酶活性在一定范围内受pH的影响较小。附图说明图1是本发明实施方式一种改性α-淀粉酶的制备方法的流程图；图2是壳聚糖的用量对改性α-淀粉酶活力的影响的示意图；图3是氧化反应时间对改性α-淀粉酶活力的影响的示意图；图4是共价交联反应时间对改性α-淀粉酶活力的影响的示意图；图5是还原剂NaBH4溶液的浓度对改性α-淀粉酶活力的影响示意图；图6是原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的最适pH值的示意图；图7是原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的最适温度的示意图；图8是原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的最适离子浓度的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。如图1，本发明实施方式提供一种改性α-淀粉酶的制备方法，包括：步骤S101：利用氧化剂将壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖；壳聚糖是由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖和2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖通过β-1，4糖苷键缩合而成的，这种阳离子生物高分子聚合物是甲壳素脱N-乙酰基的产物；壳聚糖具有较好的生物相容性、较好的抑制细菌活性，适应环境能力强。本发明实施方式的壳聚糖可采用高脱乙酰度壳聚糖，其脱乙酰度为85％以上，例如，可为85％～95％。本发明实施方式利用氧化剂将壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖，具体是通过氧化剂把壳聚糖分子上两个分别连接有羟基的相邻的碳原子氧化成为醛基。氧化剂可选用高碘酸盐、双氧水、次氯酸以及高锰酸钾等。步骤S102：将氧化壳聚糖与α-淀粉酶反应，得到交联反应混合物；本发明实施方式将氧化壳聚糖与α-淀粉酶在适当的条件下反应，利用氧化壳聚糖得到的醛基与α-淀粉酶上的氨基进行共价交联，得到交联反应混合物；该共价交联是氧化壳聚糖上得到的醛基与α-淀粉酶上的氨基发生的席夫碱反应；该交联反应混合物包括氧化壳聚糖与α-淀粉酶共价交联反应得到的壳聚糖修饰的α-淀粉酶，还包括交联反应产生的亚胺以及其它可能的反应产物。步骤S103：向交联反应混合物中加入还原剂，发生反应，得到改性α-淀粉酶；向交联反应混合物中加入还原剂在合适的条件下反生反应，使共价交联反应中得到的亚胺还原胺化，以获得稳定的壳聚糖修饰的改性α-淀粉酶。本发明实施方式先将壳聚糖氧化，再利用氧化壳聚糖与α-淀粉酶反应，最后加入还原剂，使壳聚糖共价偶联到α-淀粉酶分子上，得到改性α-淀粉酶，这样通过壳聚糖分子共价修饰α-淀粉酶，由于壳聚糖分子的，使得α-淀粉酶热稳定性明显提高、理化性能得到改善、改性酶的最适pH值较游离酶往酸性方向移，且酶活性在一定范围内受pH的影响较小。本发明实施方式得到的改性α-淀粉酶在一些变性环境下具有更好的适应能力，易于储存和运输且成本低廉。其中，α-淀粉酶的添加量与壳聚糖的添加量之比为1:0.6-1:1.4，例如1:0.6、1:0.8或1:1.4等。图2示出了壳聚糖的用量对改性α-淀粉酶活力的影响。图中横坐标表示α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值，纵坐标OD值表示得到的改性α-淀粉酶活力大小。图中，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:0.4时，OD值为0.426，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:0.6时，OD值为0.684，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:0.8时，OD值为0.850，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:1.0时，OD值为0.821，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:1.2时，OD值为0.806，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:1.4时，OD值为0.751。可以看到，当α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值为1:0.8左右时，得到的改性α-淀粉酶活力最好，本发明实施方式中的α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值可为1:0.8-1:1.2，在另一个实施方式中，α-淀粉酶与壳聚糖的用量比值可为1:0.8。其中，本发明实施方式的氧化剂为高碘酸钠。高碘酸钠对壳聚糖的氧化效果较佳。其中，S101将高碘酸钠溶于醋酸钠缓冲液中，得到氧化溶液的步骤进一步包括：a1:将高碘酸钠溶于醋酸钠缓冲液中，得到氧化溶液；本发明实施方式中，醋酸钠缓冲液的pH值可为5，浓度为50毫摩尔每升(mmol/L)。其中，氧化溶液中，高碘酸钠的浓度为60-100mmol/L，例如60mmol/L、80mmol/L或100mmol/L等。b1：将壳聚糖加入氧化溶液中，在预定条件下发生反应，以使壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖溶液。本发明实施方式的氧化壳聚糖溶液包括氧化壳聚糖，也可能包括壳聚糖、高碘酸钠、及其它反应产物以及包括醋酸钠等。其中，高碘酸钠氧化壳聚糖的预定条件为反应温度为室温，反应时间为40-120分钟，例如40分钟、80分钟或120分钟等；即在室温下将壳聚糖加入氧化溶液中，反应40-120分钟，其中，反应可在氮气保护下，在黑暗环境中进行。图3示出了氧化反应时间对改性α-淀粉酶活力的影响。图中横坐标表示氧化反应的时间，纵坐标OD值表示得到的改性α-淀粉酶活力大小。图3中，当氧化反应时间为20分钟时，OD值为0.574；当氧化反应时间为40分钟时，OD值为0.896；当氧化反应时间为60分钟时，OD值为0.942；当氧化反应时间为80分钟时，OD值为0.956；当氧化反应时间为100分钟时，OD值为0.938；当氧化反应时间为120分钟时，OD值为0.936。可以看到当氧化反应时间为40分钟以上时，表示改性α-淀粉酶活力的OD值大大高于氧化反应时间不足40分钟时得到的改性α-淀粉酶的OD值；其中，本发明另一实施方式中，氧化反应时间可为60-120分钟。其中，b1将壳聚糖加入氧化溶液中，在预定条件下发生反应，以使壳聚糖氧化，得到氧化壳聚糖溶液的步骤之后，还包括：b2：向氧化壳聚糖溶液中加入预定量的乙二醇，混合均匀后静置预定时间。本发明实施方式通过向氧化壳聚糖溶液中加入乙二醇，使氧化反应终止，以防止后续壳聚糖进一步发生不必要的反应，从而能得到较好稳定性的改性α-淀粉酶。其中，加入的乙二醇的体积可为醋酸钠缓冲溶液的10％，静置的时间可为30分钟-120分钟。其中，b2向氧化壳聚糖溶液中加入预定量的乙二醇，混合均匀后静置预定时间的步骤之后，进一步包括：b3：采用醋酸钠缓冲液对氧化壳聚糖溶液进行透析。采用的醋酸钠缓冲液pH为5.0，浓度为200mmol/L，透析时间为48小时，并且透析过程换3次醋酸钠缓冲液透析液，例如在第6小时换一次透析液，在第16小时换一次透析液，在第30小时换一次透析液。透析在黑暗环境中进行。本发明实施方式通过醋酸钠缓冲液对氧化壳聚糖溶液进行透析，以将一些不需要的离子转移出去，利于后续氧化壳聚糖与α-淀粉酶的反应。其中，S102将氧化壳聚糖与α-淀粉酶反应，得到交联反应混合物的步骤，进一步包括：c1：将α-淀粉酶溶于水，配制成α-淀粉酶水溶液；d1：将α-淀粉酶水溶液与氧化壳聚糖溶液混合，反应预定时间，得到交联反应混合物；本发明其它实施方式也可将α-淀粉酶直接加入到氧化壳聚糖溶液中混合，使α-淀粉酶与氧化壳聚糖进行共价交联反应。α-淀粉酶与氧化壳聚糖反应的时间为2-7小时，例如2小时、5小时或7小时等；反应结束后用去离子水透析48小时。通过去离子水透析可将反应产物提纯，去掉一些不需要的离子。其中，本发明实施方式中，氧化壳聚糖溶液的pH值可为5。可通过向氧化壳聚糖溶液中或α-淀粉酶和氧化壳聚糖混合溶液中加入醋酸调节pH值，使反应在pH值为5的环境中进行。图4示出了共价交联反应时间对改性α-淀粉酶活力的影响。图中横坐标表示共价交联反应的时间，纵坐标OD值表示得到的改性α-淀粉酶活力大小。图4中，当反应时间为1小时时，OD值为0.436；当反应时间为2小时时，OD值为0.737；当反应时间为3小时时，OD值为0.871；当反应时间为4小时时，OD值为0.969；当反应时间为5小时时，OD值为0.956；当反应时间为6小时时，OD值为0.978；当反应时间为7小时时，OD值为0.950。可以看出，当反应时间为4小时以上时，得到的改性α-淀粉酶活力稳定在一个较高的水平；本发明另一实施方式中，α-淀粉酶与氧化壳聚糖反应的时间可为4-7小时。其中，本发明实施方式中，还原剂为NaBH4，NaBH4以NaBH4溶液的形式加入交联反应混合物中，NaBH4溶液的浓度为0.6-1.2mol/L，例如0.6mol/L、1mol/L或1.2mol/L等。本发明实施方式将配制好的NaBH4溶液逐滴加入到交联反应混合物中，并且不断搅拌，反应4小时。反应完后获得的产物采用pH为5.0，浓度为50毫摩尔每升的醋酸钠缓冲液透析48小时，得到改性α-淀粉酶。在其它实施方式中，反应产物也可采用去离子水进行透析。图5示出了还原剂NaBH4溶液的浓度对改性α-淀粉酶活力的影响。图中横坐标表示还原剂NaBH4溶液的浓度，纵坐标OD值表示得到的改性α-淀粉酶活力大小。图5中，当NaBH4溶液的浓度为0.4mol/L时，OD值为0.673；当NaBH4溶液的浓度为0.6mol/L时，OD值为0.791；当NaBH4溶液的浓度为0.8mol/L时，OD值为0.912；当NaBH4溶液的浓度为1.0mol/L时，OD值为0.887；当NaBH4溶液的浓度为1.2mol/L时，OD值为0.781；当NaBH4溶液的浓度为1.4mol/L时，OD值为0.730；当NaBH4溶液的浓度为1.6mol/L时，OD值为0.551。可以看出，当NaBH4溶液的浓度为0.6-1.2mol/L时，得到的改性α-淀粉酶的活力较好；本发明其它实施方式中，NaBH4溶液的浓度为0.7-1.0mol/L。本发明另一实施方式中，NaBH4溶液的浓度为0.9mol/L。本发明实施方式制备的改性α-淀粉酶可以应用到纺织品染整行业、食品及保健品行业，可以提高对整体环境的适应性，进而提高α-淀粉酶在应用过程中的处理效率，降低使用成本。下面通过具体实施例对本发明实施方式的方法作进一步说明。实施例1称取10mg壳聚糖溶解在10ml含有一定浓度高碘酸钠的醋酸钠缓冲液，醋酸钠缓冲液的pH为5.0，浓度为50mmol/L，在黑暗条件下搅拌30分钟。加入14.5ml乙二醇终止反应，静置2小时。在黑暗条件下，上述溶液用pH5.0，浓度为200mmol/L醋酸钠缓冲液进行透析48小时，中间换水3次。氧化壳聚糖溶液与8mg的α-淀粉酶混合，再溶解在2.0ml的醋酸中，在黑暗中搅拌4小时。然后，在上述溶液中逐滴加入1.0mol/L的NaBH4，并不断搅拌，反应4小时。最后，获得的产物在pH5.0，浓度50mmol/L的醋酸钠缓冲液中透析48小时，获得改性的α-淀粉酶。以上所有的操作过程均在4℃下完成。实施例2称取10mg壳聚糖溶解在10ml含有一定浓度高碘酸钠的醋酸钠缓冲液，醋酸钠缓冲液的pH为5.0，浓度为50mmol/L，在黑暗条件下搅拌60分钟。加入14.5ml乙二醇终止反应，静置2小时。在黑暗条件下，上述溶液用pH5.0，浓度为200mmol/L醋酸钠缓冲液进行透析48小时，中间换水3次。氧化壳聚糖溶液与10mg的α-淀粉酶混合，再溶解在2.0ml的醋酸中，在黑暗中搅拌4小时。然后，在上述溶液中逐滴加入1.0mol/L的NaBH4，并不断搅拌，反应6小时。最后，获得的产物在pH5.0，浓度50mmol/L的醋酸钠缓冲液中透析48小时，获得改性的α-淀粉酶。以上所有的操作过程均在4℃下完成。实施例3称取10mg壳聚糖溶解在10ml含有一定浓度高碘酸钠的醋酸钠缓冲液，醋酸钠缓冲液的pH为5.0，浓度为50mmol/L，在黑暗条件下搅拌60分钟。加入14.5ml乙二醇终止反应，静置2小时。在黑暗条件下，上述溶液用pH5.0，浓度为200mmol/L醋酸钠缓冲液进行透析48小时，中间换水3次。氧化壳聚糖溶液与8mg的α-淀粉酶混合，再溶解在2.0ml的醋酸中，在黑暗中搅拌4小时。然后，在上述溶液中逐滴加入0.8mol/L的NaBH4，并不断搅拌，反应6小时。最后，获得的产物在pH5.0，浓度50mmol/L的醋酸钠缓冲液中透析48小时，获得改性的α-淀粉酶。以上所有的操作过程均在4℃下完成。实施例4测定最适pH值：原α-淀粉酶和实施例1得到的改性α-淀粉酶分别溶解在浓度为50mmol/L，pH为2.0甘氨酸-盐酸缓冲液及浓度为50mmol/L，pH为3.0-8.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液中进行酶活力测定。图6示出了原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的最适pH值。图中横坐标表示柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液的pH值，纵坐标OD值表示原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶活力大小。图中当缓冲液pH值为2.0时，原α-淀粉酶OD值为0.306，改性α-淀粉酶OD值为0.414；当缓冲液pH值为3.0时，原α-淀粉酶OD值为0.631，改性α-淀粉酶OD值为0.727；当缓冲液pH值为4.0时，原α-淀粉酶OD值为0.871，改性α-淀粉酶OD值为0.941；当缓冲液pH值为5.0时，原α-淀粉酶OD值为0.902，改性α-淀粉酶OD值为0.926；当缓冲液pH值为6.0时，原α-淀粉酶OD值为0.720，改性α-淀粉酶OD值为0.792；当缓冲液pH值为7.0时，原α-淀粉酶OD值为0.557，改性α-淀粉酶OD值为0.616；当缓冲液pH值为8.0时，原α-淀粉酶OD值为0.382，改性α-淀粉酶OD值为0.425。实施例5最适温度测试：溶解于pH为5.0，浓度为50mmol/L柠檬酸钠缓冲液的原α-淀粉酶和实施例1中得到的改性α-淀粉酶，在不同温度(20-90℃)下与底物反应30mins后，然后检测酶活性。图7示出了原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的最适温度。图中横坐标表示与底物的反应温度，纵坐标OD值表示原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶活力大小。图中当反应温度为30℃时，原α-淀粉酶OD值为0.660，改性α-淀粉酶OD值为0.695；当反应温度为40℃时，原α-淀粉酶OD值为0.846，改性α-淀粉酶OD值为0.810；当反应温度为50℃时，原α-淀粉酶OD值为0.882，改性α-淀粉酶OD值为0.873；当反应温度为60℃时，原α-淀粉酶OD值为0.739，改性α-淀粉酶OD值为0.819；当反应温度为70℃时，原α-淀粉酶OD值为0.564，改性α-淀粉酶OD值为0.751；当反应温度为80℃时，原α-淀粉酶OD值为0.199，改性α-淀粉酶OD值为0.489；当反应温度为90℃时，原α-淀粉酶OD值为0.021，改性α-淀粉酶OD值为0.036。实施例6最适离子浓度测试：溶解于pH为5.0，浓度为50mmol/L柠檬酸钠缓冲液的原α-淀粉酶和实施例1中得到的改性α-淀粉酶，在不同NaCl浓度下(0.02-0.22mol/L)下与底物反应30mins后，然后检测酶活性。图8示出了原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的最适离子浓度。图中横坐标表示NaCl的浓度，纵坐标OD值表示原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶活力大小。图中当NaCl浓度为0.02mol/L时，原α-淀粉酶OD值为0.764，改性α-淀粉酶OD值为0.804；当NaCl浓度为0.06mol/L时，原α-淀粉酶OD值为0.848，改性α-淀粉酶OD值为0.868；当NaCl浓度为0.1mol/L时，原α-淀粉酶OD值为0.868，改性α-淀粉酶OD值为0.864；当NaCl浓度为1.4mol/L时，原α-淀粉酶OD值为0.792，改性α-淀粉酶OD值为0.716；当NaCl浓度为1.8mol/L时，原α-淀粉酶OD值为0.640，改性α-淀粉酶OD值为0.680；当NaCl浓度为0.22mol/L时，原α-淀粉酶OD值为0.496，改性α-淀粉酶OD值为0.468。可见，本发明实施方式的方法得到的改性α-淀粉酶在离子浓度为0.1-0.2218mol/L中的活性较好。实施例7热稳定性测试：把原α-淀粉酶和实施例1中得到的改性α-淀粉酶分别在50℃、60℃和70℃下孵育后，分析酶活力，并计算酶的半衰期时间t1/2(h-1)。表1示出了不同温度下处理30分钟后原α-淀粉酶和改性α-淀粉酶的热稳定性。表1从实施例4-7、图6、7及表1中看以看到：原α-淀粉酶的最适pH值在5.0左右，而本发明实施方式得到的改性α-淀粉酶的最适pH值为4.0左右，与原α-淀粉酶相比稍有酸移；并且在50℃，60℃及70℃下改性α-淀粉酶的的活性半衰期均明显增加了，改性α-淀粉酶对温度的耐受性明显增加了，这些特性有利于α-淀粉酶的储存和应用。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。