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为解决天然淀粉性能难满足工业需求的问题，研究人员开展嗜热真菌源 TtGA 对生玉米淀粉改性研究。发现 TtGA 处理使淀粉颗粒变小、结晶度和 amylose 含量增加，流变及热特性改变，为淀粉改性工业应用提供依据。
在食品、医药和化工等领域，天然淀粉作为一种丰富的天然多糖，虽应用广泛，但其原始性能却常常难以满足工业生产的多样化需求。例如，在食品加工中，天然淀粉的糊化特性、凝胶形成能力等可能无法达到特定产品的质量要求；在工业应用中，其物理和化学性质的局限性也限制了它在更多领域的拓展。因此，对天然淀粉进行改性以改变其结构、改善理化性质，成为扩大其工业应用的关键途径。物理改性特异性较低，化学改性又可能导致化学残留，而酶法改性凭借高效、特异、环保及温和的反应条件等优势，成为极具潜力的改性方法。热稳定酶因能适应更高反应温度、减少酶用量，在淀粉改性中备受青睐。然而，目前可用于淀粉改性的热稳定酶种类有限，开发性能优良的新型热稳定酶具有重要的现实意义。
为了探索新型热稳定酶在淀粉改性中的应用，国内研究人员开展了关于嗜热真菌 Thermothelomyces thermophilus 来源的热稳定葡萄糖淀粉酶（TtGA）对生玉米淀粉改性的研究。该研究成果发表在《Grain》上，为淀粉改性领域提供了新的思路和数据支持。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，将 TtGA 在毕赤酵母（Pichia pastoris）中进行异源表达，通过密码子优化合成成熟的 TtGA 编码序列，并构建重组质粒 pPIC9K-TtGA，经转化和诱导表达后，利用阴离子交换层析纯化获得 TtGA。然后，将生玉米淀粉配制成 200g/L 的溶液，在 50℃下用 TtGA 处理 24h，制备改性淀粉。通过扫描电子显微镜（SEM）观察淀粉颗粒的微观结构，利用激光衍射粒度分析仪测定颗粒大小分布，采用 X 射线衍射（XRD）分析晶体结构，借助傅里叶变换红外光谱（FTIR）研究短程有序结构，运用差示扫描量热法（DSC）测定热性质，使用快速粘度分析仪（RVA）和流变仪分析糊化特性和流变性质，同时通过薄层层析（TLC）和高效液相色谱（HPLC）分析水解产物。
3.1 TtGA 在毕赤酵母中的表达
通过序列比对和密码子优化，成功在毕赤酵母中表达 TtGA，其分子量约为 66kDa。氨基酸序列与其他来源的葡萄糖淀粉酶具有一定的同源性，表明其可能具有相似的功能结构域。
3.2 TtGA 的生化特性
TtGA 的最适反应温度为 70℃，在 50℃、60℃处理 2h 后仍能保留＞60% 的酶活性，显示出良好的热稳定性。最适反应 pH 为 5.0，在 pH4.0-7.0 范围内处理 6h 后，酶活性保留＞80%，说明其在较宽的 pH 范围内具有稳定性。以生玉米淀粉为底物，在 50℃下处理 24h，水解度约为 3%，水解产物仅为葡萄糖，表明 TtGA 具有外切淀粉酶活性。
3.3 玉米淀粉的结构特性
SEM 观察显示，天然玉米淀粉颗粒表面光滑，有小孔，而改性淀粉（EMS）表面形成了更多更大更深的孔，表明 TtGA 不仅作用于淀粉颗粒表面，还能深入内部。颗粒大小分布分析表明，EMS 的 D (4,3) 值显著降低，颗粒体积和表面积加权平均减小。XRD 结果显示，NS 和 EMS 均呈现典型的 A 型衍射图案，说明 TtGA 未改变淀粉的晶型，但 EMS 的相对结晶度从 40.17% 提高至 48.73%。FTIR 分析显示，EMS 的 1047/1022cm-1比值略高于 NS，表明其短程有序结构的有序度提高。此外，EMS 的 amylose 含量从 27.77% 增加至 31.34%，可能是由于 TtGA 水解了支链淀粉的侧链，增加了直链淀粉的比例。
3.4 玉米淀粉的理化性质
DSC 结果显示，EMS 的起始温度（T0）、峰值温度（Tp）和结束温度（Tc）均有所升高，而糊化焓（ΔHg）降低，表明 TtGA 处理影响了淀粉结晶区的致密结构，减少了双螺旋结构的数量。RVA 分析表明，EMS 的峰值粘度（PV）、破损粘度（BV）、最终粘度（FV）和回生粘度（SV）均显著增加，说明其粘度提高，颗粒在加热和剪切过程中更易破裂，冷却时更易形成凝胶。流变学研究显示，EMS 的剪切粘度低于 NS，表现出剪切变稀行为。储能模量（G’）和损耗模量（G''）在低频时高于 NS，高频时低于 NS，峰值 G’和 G'' 值均低于 NS，表明其凝胶的刚性、强度和粘弹性降低，粘性成分相对增加，流动性增强。
研究结论表明，TtGA 成功在毕赤酵母中表达，其热稳定性和 pH 稳定性良好，适用于淀粉改性。TtGA 处理生玉米淀粉后，使淀粉颗粒变小，表面形成更多孔洞，相对结晶度和 amylose 含量增加，短程有序结构的有序度提高，热特性和流变性质发生改变，如糊化温度升高、糊化焓降低、粘度增加、凝胶粘弹性降低等。这些变化为淀粉在食品、化工等领域的应用提供了更多的可能性，例如可作为吸附剂或凝胶剂使用。
讨论部分指出，TtGA 的热稳定性优于某些曲霉来源的葡萄糖淀粉酶，在工业应用中可减少酶用量，降低成本。其在 pH4.5-6.0 范围内的高活性和稳定性，与工业改性淀粉生产的 pH 条件相兼容。尽管本研究中 TtGA 对生玉米淀粉的水解度较低，但可与其他淀粉酶结合使用，进一步提高改性效果。此外，EMS 的颗粒大小和结构变化可能影响其吸水吸油率，使其在工业应用中具有独特的优势。然而，TtGA 在工业加工条件下的酶效率，如在更高浓度或更复杂淀粉基质中的表现，仍需进一步研究。该研究为热稳定酶在淀粉改性中的应用提供了实验依据，拓宽了淀粉改性的技术路径，对推动淀粉基材料的工业应用具有重要的理论和实践意义。
