α-АМИЛАЗА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В РАЗНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ж.Б. Сулейменова; Р.К. Блиева; Г.Б. Нармуратова; Г.К. Жумагалиева; А.К. Калиева; Г.A. Aль-Mаали; Г.Б. Адманова; Б. Бақытжанқызы

МРНТИ: 62.09.39

Ж.Б. СУЛЕЙМЕНОВА1, Р.К. БЛИЕВА2*, Г.Б. НАРМУРАТОВА25, Г.К. ЖУМАГАЛИЕВА2, А.К. КАЛИЕВА3, ГА. АЛЬ-МААЛИ4, Г.Б. АДМАНОВА3,

Б. БАКЫТЖАЩЫЗЫ3 Научно-производственный центр микробиологии и вирусологии, Алматы, Казахстан 2Научно-производственное предприятие «Антиген», Алматы, Kазахстан 3Актюбинский региональный университет имени К. Жубанова, Актобе, Казахстан 4Институт ботаники имени Н.Г. Холодного, Киев, Украина

5Казахский национальный исследовательский технический университет имени

К.И. Сатпаева, Алматы, Kазахстан *e-mail: msyban@mail.ru

а-АМИЛАЗА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В РАЗНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

doi: 10.53729/MV-AS.2023.03.03

Аннотация

Амилазы представляют собой группу ферментов, которые широко распространены в микробном, растительном и животном мире. Они разлагают крахмал и родственные полимеры с образованием олигосахаридов. По субстратной специфичности амилазы классифицируются на а- и в- амилазу, которые катализируют гидролиз гликозидных связей в амилозе и амилопектине. Настоящий обзор посвящен ферменту а-амилаза, который составляет основную долю ферментов на мировом рынке и находит широкое применение в разных отраслях промышленности, таких как пищевая, текстильная, бумажная, крахмалоперерабатывающая, где он полностью заменил химический гидролиз.

Ключевые слова: а-амилаза, бактерии, грибы, крахмал.

Ферменты являются высокоэффективными биокатализаторами, которые применяются в разных отраслях промышленности благодаря своим неоспоримым преимуществам, таким как мягкие условия реакции и повышенная селективность и специфичность, что приводит к снижению риска образования нежелательных побочных продуктов, повышению выхода конечных продуктов, низкой энергозатратности и высокой экологичности процессов, что, в конечном счете, способствует развитию концепции устойчивого развития [1-6].

Основными ферментами, которые широко используются в разных отраслях промышленности являются амилазы, глюкозидазы, протеазы, пектиназы, целлюлазы, липазы, ксиланазы. Из них амилазы являются одними из наиболее значимых для биотехнологии ферментов, на долю которых приходится примерно 25% всего мирового рынка ферментных препаратов. Амилолитические ферменты получают из различных источников - растений, животных и микроорганизмов [7-13]. Среди них ферменты, полученные из микроорганизмов, нашли наиболее широкое промышленное применение благодаря высокому выходу конечного продукта.

Известно, что все микробные ферменты получают путем глубинного и твердофазного культивирования. Глубинное культивирование — это культивирование микроорганизмов в богатой питательными веществами жидкой среде. Данный метод традиционно используется для производства ферментов из-за легкости контроля различных параметров культивирования, таких как рН, температура, аэрация, влажность, которые, в конечном счете, влияют на экономичность всего процесса. Существуют периодический и непрерывный режимы глубинного культивирования. Как правило, в качестве питательной среды могут быть использованы различные промышленные отходы, такие как шелуха растений, патока, сыворотка и т. д.

Твердофазное культивирование - это выращивание микроорганизмов на увлажненных, хорошо аэрируемых твердых (сыпучих) питательных средах. В настоящее время использованию твердофазного культивирования уделяется особое внимание из-за способности производить большое разнообразие ферментов, устойчивости микроорганизмов к катаболической репрессии, возможности использования агропромышленных отходов в качестве субстрата, минимальных затрат на стерилизацию, и, следовательно, небольшому расходу электроэнергии [14]. Все это, в конечном счете, ведет к снижению общей себестоимости конечного продукта.

По субстратной специфичности амилазы классифицируются на альфа-, бета- и гамма-амилазу, которые катализируют гидролиз гликозидных связей в амилозе и амилопектине [15]. Основными продуцентами амилаз являются бактерии - Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Lactobacillus manihotivorans и др. и микроскопические грибы - Aspergillus oryzae, A. niger, A. terreus, A. awamori, A. fumigatus, A. favus, Thermomyces lanuginosus, Paecilomyces variotii, Penicillium fellutanum, P. chrysogenum, Rhizopus oryzae, Mucor sp. и Trichodermapseudo koningii [16-25].

В настоящее время а-амилазы составляют основную долю ферментов на мировом рынке и находят широкое применение во всех отраслях промышленности, таких как пищевая, текстильная, бумажная, крахмалоперерабатывающая, где микробные амилазы полностью заменили химический гидролиз. Кроме того, они также применяются в фармацевтической и химической промышленности, кормопроизводстве.

а-амилаза (EC 3.2.1.1) представляет собой фермент, который катализирует гидролиз а-1,4-гликозидных связей и некоторых разветвленных а-1,6-гликозидных связей внутренних цепей крахмала. а-амилаза имеет трехмерную структуру, способную связываться с субстратом и под действием высокоспецифичных каталитических групп разрывать гликозидные связи. Это, в первую очередь, приводит к высвобождению мальтозы, а также более мелких олигосахаридов и декстринов.

а-Амилазу получают методом глубинной и твердофазной ферментации. Первый метод традиционно используется для производства фермента из-за легкости контроля различных параметров культивирования, которые влияют на экономичность процесса. Роль данных факторов должна изучаться для производства конкретной а-амилазы и соответствовать ее применению. Так, а-амилазы, используемые в гидролизе крахмала, должны быть активными и стабильными при низких значениях pH, тогда как в производстве моющих средств - при высоких значениях pH. Физические и химические параметры а-амилазы бактерий и грибов широко изучены и описаны в литературе [26-34]. В таблице 1 показаны свойства а-амилазы из некоторых микроорганизмов.

Таблица 1 - Физические и химические свойства бактериальной и грибной а-амилазы

Микроорганизм Культивирование pH Температура Ингибиторы

Bacillus amyloliquefaciens глубинное 7.0 33 °C -

Bacillus sp. глубинное 7.0 70 °C EDTA, HgCl2

Bacillus subtilis твердофазное 7.0 37 °C

Lactobacillus manihotivorans глубинное 5.5 55 °C Ni2+, Cu2+, Hg2+, Fe3+, Al3+

Thermomyces lanuginosus твердофазное 6.0 50 °C -

Aspergillus niger твердофазное 5.5 70 °C -

Aspergillus niger UO-1 глубинное 4.95 50 °C Cu2+, Hg2+, Zn2+

Aspergillus oryzae твердофазное 5.0-9.0 25-35°C -

Aspergillus fumigatus глубинное 6.0 30 °C -

Pycnoporus sanguineus глубинное 7.0 37 °C Глюкоза, мальтоза

Бактериальные а-амилазы. а-Амилаза может продуцироваться различными бактериальными культурами, но для коммерческого применения в основном используют бактерии рода Bacillus. а-Амилазы, полученные из Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus и Bacillus amyloliquefaciens, нашли потенциальное применение в пищевой, текстильной и бумажной промышленности. Известно, что Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus, Bacillus licheniformis и Bacillus amyloliquefaciens являются продуцентами термостабильной а-амилазы и широко используются для коммерческого производства фермента [35, 36]. Термостабильность является важной характеристикой большинства промышленных ферментов. Поскольку ферментативный гидролиз и осахаривание крахмала осуществляются при высоких температурах (100-110°C), в настоящее время большой интерес представляют термостабильные амилазы, которые применяются для производства таких ценных продуктов как глюкоза, кристаллическая и жидкая декстроза, мальтоза и мальтодекстрины. В литературе имеются данные о термостабильных а-амилазах, продуцируемых некоторыми бактериальными штаммами, полученными путем как глубинного, так и твердофазного культивирования [37]. Однако, было установлено, что использование глубинного культивирования в промышленных масштабах является наиболее выгодным [38]. Производство а-амилазы путем твердофазного культивирования ограничено бактериями B. subtilis, B. polymyxia, B.mesentericus, B. vulgarus, B. megaterium и B. licheniformis [39].

Грибные а-амилазы. Большинство данных, касающихся грибных культур, продуцирующих а-амилазу, ограничены лишь несколькими видами (главным образом родов Aspergillus и Penicillium) [40, 41]. Использование грибной а-амилазы предпочтительнее для промышленного применения по сравнению с бактериальной из-за ее статуса GRAS (Generally Recognized As Safe), т.е. общепризнанного как безопасного [20].

Виды Aspergillus, такие как Aspergillus oryzae и Aspergillus niger широко используются для производства а-амилазы в промышленных масштабах [42]. Так, A. oryzae применяется в производстве пищевых продуктов, таких как соевый соус, лимонная и уксусная кислоты, крахмал и т.д. [43]. A. niger же, благодаря своей кислотоустойчивости (рН < 3), позволяет избегать бактериального заражения в промышленных масштабах [19]. A. niger описан в литаратуре как вид, секретирующий ферменты а-амилазу и глюкоамилазу в глубинных условиях роста с различной молекулярной массой [44]. Он используется для промышленного производства антибиотиков (пенициллина и цефалоспорина), органических кислот (лимонная и уксусная кислоты) и т.д.

Очистка а-амилазы. Коммерческое использование а-амилазы обычно не требует очистки фермента, но для применения в фармацевтической и пищевой промышленности требуются ферменты высокой чистоты. Кроме того, ферменты в очищенном виде также необходимы для изучения их структурно-функциональных особенностей и биохимических свойств [20]. В настоящее время исследованы различные стратегии очистки ферментов с использованием их специфических характеристик. Лабораторная очистка а-амилазы включает различные комбинации ионнообменной хроматографии, гель-фильтрации и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Эти традиционные методы требуют использования дорогостоящего оборудования на каждом этапе, что делает их трудоемкими и могут привести к увеличению потерь конечного продукта [45]. В качестве альтернативы используют экстракцию а-амилазы органическими растворителями, такими как этанол, ацетон [30, 46] и ультрафильтрацию [47]. Экстракция представляет собой переход определенных компонентов из одной фазы в другую при контакте несмешивающихся или частично растворимых жидких фаз друг с другом. Этот процесс широко используется в химической промышленности благодаря своей простоте, низкой стоимости и легкости масштабирования. Очистка биомолекул при помощи жидкостной экстракции успешно проводится в промышленных масштабах уже более десятка лет. Преимуществом использования этой системы является пониженная вязкость, низкая стоимость реагентов и укороченное время разделения фаз [48].

Применение а-амилазы.

Крахмалоперерабатывающая промышленность. Наиболее широко а-амилазы применяются в крахмалоперерабатывающей промышленности для гидролиза крахмала. Ферментативный гидролиз крахмала включает в себя несколько этапов: желатинизацию, при которой происходит растворение гранул крахмала с образованием вязкой суспензии; разжижение, при котором происходит частичный гидролиз кразмала и снижение вязкости; и осахаривание, включающее образование глюкозы и мальтозы [20, 49]. Для этих целей изначально использовалась а-амилаза Bacillus amyloliquefaciens, после чего ее заменили а-амилазой Bacillus stearothermophilus и Bacillus licheniformis [35]. Бактериальные ферменты видов Bacillus представляют особый интерес для крупномасштабных биотехнологических процессов из-за их высокой термостабильности [49].

Производство моющих средств. Производство моющих средств является основным потребителем ферментов как по объему, так и по стоимости. Использование ферментов в составе моющих средств повышает их способность удалять трудновыводимые пятна и делает их экологически безопасным продуктом. а-Амилазы имеются в составе всех жидких моющих средств [20, 29, 50]. Они используются в средствах для стирки и мытья посуды с целью разложения остатков крахмальных продуктов, таких как картофель, подливка, заварной крем, шоколад и т. д. до декстринов и других олигосахаридов [51]. а-Амилазы обладают активностью при низких температурах и щелочном рН, сохраняя необходимую стабильность в процессе стирки. Примером амилаз, используемых в производстве моющих средств, может служить а-амилаза видов Bacillus и Aspergillus [50].

Производство спирта. Производство этанола играет важную роль в экономике многих стран мира. В производстве этанола крахмал является наиболее широко используемым субстратом из-за его низкой цены и легкодоступности сырья [52]. При производстве спирта крахмал необходимо сначала растворить, а затем подвергнуть двум ферментативным стадиям гидролиза для получения ферментируемых сахаров. Биоконверсия крахмала в этанол включает в себя гидролиз и осахаривание, при которых крахмал превращается в сахар при помощи а-амилазы Saccharomyces cerevisiae [47, 53]. С целью получения нового активного штамма дрожжей, с помощью которого можно было бы непосредственно получать этанол из крахмала без необходимости проведения дополнительного этапа осахаривания, было проведено слияние протопластов S. fibuligera и S. cerevisiae [52]. Среди бактерий на первой стадии гидролиза крахмала используется а-амилаза, полученная из терморезистентных бактерий Bacillus licheniformis, или рекомбинантных штаммов Escherichia coli или Bacillus subtilis [54].

Пищевая промышленность. а-амилаза нашла широкое применение в пищевой промышленности, а именно, в хлебопечении, пивоварении, приготовлении пищевых добавок, производстве тортов, фруктовых соков и крахмальных сиропов [44]. В хлебопечении применяют разные ферменты, из которых амилолитические являются основной группой, используемой для интенсификации процесса приготовления теста и улучшения качества хлеба [55-57]. Ведущую роль в предотвращении черствения хлеба играют амилолитические ферменты - а-амилаза и глюкоамилаза, расщепляющие полисахариды крахмала до декстринов, которые впоследствии ферментируются дрожжами, препятствуя образованию новых водородных связей между цепочками олигосахаридов и возникновению поперечных связей между молекулами крахмала и белков клейковины, ведущих к кристаллизации структуры хлеба. Добавление а-амилазы в тесто приводит к увеличению скорости брожения и снижению вязкости теста, что приводит к улучшению объема и текстуры готового продукта. Кроме того, в тесте образуется дополнительный сахар, который улучшает вкусовые качества хлеба и цвет корочки. Помимо образования ферментируемых соединений, а-амилазы сохраняют мягкость хлебобулочных изделий, увеличивая срок их хранения [20]. В настоящее время в хлебопекарной промышленности широко используется термостабильная мальтогенная амилаза Bacillus stearothermophilus [35].

Текстильная промышленность. а-амилаза используется в текстильной промышленности для расшлихтовки текстиля. Проклеивающие вещества, такие как крахмал, наносятся на пряжу для предотвращения разрыва нити, после чего он легко вымывается водой [20, 58]. Для этих целей используется главным образом а-амилаза рода Bacillus.

Бумажная промышленность. Применение а-амилазы в целлюлозно-бумажной промышленности связано с модификацией крахмала мелованной бумаги, т. е. для производства низковязкого высокомолекулярного крахмала [20, 35]. Крахмал - хороший проклеивающий материал для отделки бумаги, улучшающий ее качество и повышающий ее жесткость и прочность. Данное покрытие служит для того, чтобы сделать поверхность бумаги достаточно гладкой и прочной, а также для улучшения качества письма. Вязкость природного крахмала, используемого для этих целей, слишком высока и ее можно изменить путем частичного гидролиза полимера с помощью а-амилазы [20, 59]. Примером а-амилазы, полученной из микроорганизмов и используемой в бумажной промышленности, является а-амилаза Amizyme® (PMP Fermentation Products, США), Termamyl®, Fungamyl, BAN® (Novozymes, Дания) и а-амилаза G9995® (Enzyme Biosystems, США) [60].

Таким образом, а-амилаза является основной группой ферментов, используемой для разных отраслей промышленности, основанных на гидролизе крахмала. В настоящее время существует ряд микроорганизмов для эффективного производства данного фермента, но лишь некоторые из них соответствуют критериям для широкого коммерческого применения. Поиск новых микроорганизмов, которые можно использовать для получения промышленной а-амилазы, является непрерывным процессом, требующим постоянного проведения глубоких научных исследований.

Финансирование

Данное исследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № AP19674476).

Литература:

1 Cruz-Casas D.E., Cristóbal N.A., Juan A.A., Raúl R., Mónica L.C., Adriana C.F. Enzymatic hydrolysis and microbial fermentation: The most favorable biotechnological methods for the release of bioactive peptides. Food Chemistry: Molecular Sciences, 2021, 3: 100047 (https://doi.org/10.1016/j.fochms.2021.100047)

2 Chiang J.H., Loveday S.M., Hardacre M.E., Parker M.E. Effects of enzymatic hydrolysis treatments on the physicochemical properties of beef bone extract using endo- and exoproteases. International Journal of Food Science and Technology, 2019, 54 (1): 111-120. (https://doi.org/10.1111/ijfs.13911)

3 Xiaolin L., Yan S., Weiwei K., Jiping W., Wenjun S., Suying W. Improving enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass by bio-coordinated physicochemical pretreatment - A review. Energy Reports, 2022, 8: 696-709. (https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.12.015)

4 Chourasia R., Phukon L.C., Abedin M.M., Padhi S., Singh S.P., Rai A.K. Whey valorization by microbial and enzymatic bioprocesses for the production of nutraceuticals and value-added products. Bioresource Technology Reports, 2022, 19: 101144. (https://doi.org/10.1016/j.biteb.2022.101144)

5 Dawei N., Chen Z., Tian Y., Xu W., Zhang W., Kim B., Mu W. Comprehensive utilization of sucrose resources via chemical and biotechnological processes: A review. Biotechnology Advances, 2022, 60: 107990. (https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2022.107990)

6 Сулейменова Ж., Блиева Р., Бисько Н., Жакипбекова А., Нармуратова Ж., Ахметжанова М., Калиева А. Скрининг микромицетов рода Aspergillus по способности к биосинтезу целлюллазы.Микробиология жэне вирусология, 2022, 3(38): 73-82. (https://doi.org/10.53729/MV-AS.2022.03.06)

7 Mamo J., Getachew P., Kuria, M.S., Assefa, F. Application of Milk-Clotting Protease from Aspergillus oryzae DRDFS13 MN726447 and Bacillus subtilis SMDFS 2B MN715837 for Danbo Cheese Production. Journal of Food Quality, 2020, 2020: 12. (https://doi.org/10.1155/2020/8869010)

8 Shih N.J., Labbe R.G. Purification and Characterization of an Extracellular a-Amylase from Clostridium perfringens type A. Applied and Environmental Microbiology, 1995, 61(5): 1776-1779. (https://doi.org/10.1128/aem.6L5.1776-1779.1995)

9 Uma MRJ, Satyanarayana T. Improving production of hyperthermostable and high maltose-forming a- amylase by an extreme thermophile Geobacillus thermoleovorans using response surface methodology and its application. Bioresource Technology, 2007, 98(2): 345-352. (https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.12.022)

10 Baysal Z., Uyar F., Dogru M., Alkan H. Production of Extracellular alkaline alpha amylase by solid state fermentation with newly isolated Bacillus sp. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 2008, 38(2): 184-190. (https://doi.org/10.1080/10826060701885167)

11 . El-Safey E.L., Ammar M.S. Purification and characterization of alpha amylase isolated from Aspergilus Falvus Var. columnaris. Ass. Univ. Bull. Res. 2004, 7(1): 93-100. (https://journals.ekb.eg/article_150611_f8821e1ad506bbb27c85a8d5e2be0012.pdf)

12 Gouda M, Elbahloul Y. Statistical optimization and partial characterization of amylases produced by halotolerant Penicillium sp. World journal of Ag. Sci, 2008, 4(3): 359-368. (https: //www .idosi.org/wj as/wjas4(3)/13.pdf)

13 Affifi A.F., Kamel E.M., Foaad M.A., Fwwzi E.M., Housay M.M. Purification and characterization of alpha amylase from Pencillium olsonii under the effect of some antioxidents vitamins. Glob. I. J of Biotech, 2008, 3(1): 14-21. (https://idosi.org/gjbb/gjbb3(1)08/3.pdf)

14 Singhania R.R., Patel A.K., Soccol C.R., Pandey A. Recent advances in solid-state fermentation. Biochem. Eng. J. 2009, 44: 13-18. (https://doi.org/10.1016Zj.bej.2008.10.019)

15 Liu X., Kokare C. Microbial enzymes of use in industry. Academic Press, 2017. 267-298. (https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803725-6.00011-X)

16 Khoo S.L., Amirul A.A., Kamaruzaman M., Nazalan N., Azizan M.N. Purification and characterization of alpha-amylase from Aspergillus flavus. Folia Microbiol (Praha), 1994, 39: 392-398. (https://doi.org/10.1007/BF02814445)

17 Kathiresan K., Manivannan S. a-Amylase production by Penicillium fellutanum isolated from mangrove rhizosphere soil. Afr. J. Biotechnol. 2006, 5(10): 829-832. (D0I:10.3923/jm.2006.438.442)

18 C.L. Gee, J.M. Holton, A. McPherson Structures of two novel crystal forms of Aspergillus oryzae alpha amylase (taka-amylase). J Biosc and Bioeng, 2021, 131(6): 605-612. (https://doi.org/10.1016/jjbiosc.2021.02.008)

19 Djekrif-Dakhmouche S., Gheribi-Aoulmi Z., Meraihi Z., Bennamoun L. Application of a statistical design to the optimization of culture medium for a-amylase production by Aspergillus niger ATCC16404 grown on orange waste powder. J Food Process Eng., 2006, 73(2): 190-197. (https://doi.org/10.1016/jjfoodeng.2005.01.021)

20 Gupta R., Gigras P., Mohapatra H., Goswami V.K., Chauhan B. Microbial a-amylases: a biotechnological perspective. Process Biochemistry, 2003, 38(11): 1599-1616. (https://doi.org/10.1016/S0032-9592(03)00053-0)

21 Mohapatra B.R., Banerjee U.C., Bapuji M. Characterization of a fungal amylase from Mucor sp. Associated with the marine sponge Spirastrella sp. J. Biotechnol, 1998, 60: 113-117. (http://dx.doi.org/10.1016/S0168-1656(97)00197-1)

22 Pandey A., Nigam P., Soccol C.R., Soccol V.T., Singh D., Mohan R. Advances in microbial amylases. BiotechnolApplBiochem, 2000, 31(2): 135-152. (https://doi.org/10.1042/ba19990073)

23 Reddy N.S., Nimmagadda A., Sambasiva Rao K.R.S. An overview of the microbial a-amylase family. Afr. J. Biotechnol, 2003, 2: 645-648. (https://doi.org/10.5897/AJB2003.000-1119)

24 Saxena R.K., Malhotra B., Batra A. Commercial Importance of Some Fungal Enzymes. Handbook of fungal biotechnology, 2004, 20: 287-297. (doi: 10.1590/S1517-83822010000400004)

25 Abdulaal W.H. Purification and characterization of a-amylase from Trichoderma pseudokoningii. BMC Biochem, 2018, 19(4): 1471-2091. (https://doi.org/10.1186/s12858-018-0094-8).

26 Rahardjo Y.S., Weber F.J., Haemers S., Tramper J., Rinzema A. Aerial mycelia of Aspergillus oryzae accelerate a-amylase production in a model solid-state fermentation system. Enzyme Microb. Technol, 2005, 36: 900-902. (https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2005.01.010)

27 Mukherjee A.K., Borah M., Rai S.K. To study the influence of different components of fermentable substrates on induction of extracellular a-amylase synthesis by Bacillus subtilis DM-03 in solid-state fermentation and exploration of feasibility for inclusion of a-amylase in laundry detergent formulations. Biochem. Eng. J., 2009, 43: 149-156. (D0I:10.1016/j.bej.2008.09.011)

28 Ikram ul H., Ashraf H., Iqbal J., Qadeer M.A. Production of alpha amylase by Bacillus licheniformis using an economical medium. Bioresour Technol, 2003, 87: 57-61. (https://doi.org/10.1016/s0960-8524(02)00198-0)

29 Hmidet N., El-Hadj A.N., Haddar A., Kanoun S., Alya S., Nasri M. Alkaline proteases and thermostable a-amylase co-produced by Bacillus licheniformis NH1: Characterization and potential application as detergent additive. Biochemical Engineering Journal, 2009, 47: 71-79. (https://doi.org/10.10167j.bej.2009.07.005)

30 Hamilton L.M., Kelly C.T., Fogarty W.M. Purification and properties of the raw starch degrading -amylase of Bacillus sp. IMD434. Biotechnol. Lett, 1999, 21: 111-115. (https://doi.org/10.1023/A: 1005413816101)

31 Gangadharan D., Sivaramakrishnan S., Nampoothiri K.M., Sukumaran R.K., Pandey A. Response surface methodology for the optimization of alpha amylase production by Bacillus amyloliquefaciens. Bioresour Technol, 2008, 99: 4597-4602. (DOI: 10.1016/j.biortech.2007.07.028)

32 Deutch C.E. Characterization of a salt-tolerant extracellular a-amylase from Bacillus dipsosauri. LettApplMicrobiol, 2002, 35: 78-84. (DOI: 10.1046/j.1472-765x.2002.01142.x)

33 Asoodeh A., Chamani J., Lagzian M. A novel thermostable, acidophilic alpha-amylase from a new thermophilic "Bacillus sp. Ferdowsicous" isolated from Ferdows hot mineral spring in Iran: Purification and biochemical characterization. Int J Biol Macromol, 2010, 46: 289-297. (https://doi.org/ 10.1016/j .ijbiomac.2010.01.013)

34 J. Lee, L. Xiang, S. Byambabaatar, H. Kim, K.S. Jin, M. Ree Bacillus licheniformis a-amylase: Structural feature in a biomimetic solution and structural changes in extrinsic conditions. International Journal of Biol Macromol, 2019, 127: 286-296. (https://doi.org/10.1016/jijbiomac.2019.01.053)

35 Maarel M.J., Veen B., Uitdehaag J.C., Leemhuis H., Dijkhuizen L. Properties and applications of starch-converting enzymes of the alpha-amylase family. J Biotechnol, 2002, 94: 137-155. (DOI: 10.1016/s0168-1656(01)00407-2)

36 Gavrilescu M., Chisti Y. Biotechnology-a sustainable alternative for chemical industry. BiotechnolAdv, 2005, 23: 471-499. (DOI: 10.1016/j.biotechadv.2005.03.004)

37 Teodoro C.E.S., Martins M.L.L. Culture conditions for the production of thermostable amylase by Bacillus sp. Braz. J. Microbiol, 2000, 31: 298-302. (https://www.scielo.br/j/bjm/a/T9LH7Wm9tmgfdr4n5nFjT7F/?lang=en&format=pdf)

38 Sodhi H.K., Sharma K., Gupta J.K., Soni S.K. Production of a thermostable a-amylase from Bacillus sp. PS-7 by solid state fermentation and its synergistic use in the hydrolysis of malt starch for alcohol production. Process Biochem, 2005, 40: 525-534. (DOI:10.1016/j.procbio.2003.10.008)

39 Baysal Z., Uyar F., Aytekin C. Solid state fermentation for production of a-amylase by a thermotolerant Bacillus subtilis from hot-spring water. Process Biochemistry, 2003, 38: 1665-1668. (DOI: 10.1016/S0032-9592(02)00150-4)

40 Djekrif D.S., Gheribi A.Z., Meraihi Z., Bennamoun L. Application of a statistical design to the optimization of culture medium for a-amylase production by Aspergillus niger ATCC16404 grown on orange waste powder. J Food Process Eng, 2006, 73: 190-197. (DOI:10.1016/j.jfoodeng.2005.01.021)

41 G.H. Dar, A.N. Kamili, R. Nazir, S.A. Bandh, T. R. Jan, M. Z. Chishti Enhanced production of a-amylase by Penicillium chrysogenum in liquid culture by modifying the process parameters. Microbial Pathogenesis, 88: 10-15. (https://doi.org/10.1016/_j.micpath.2015.07.016)

42 Hernandez M.S., Rodriguez M.R., Guerra N.P., Roses R.P. Amylase production by Aspergillus niger in submerged cultivation on two wastes from food industries. J Food Process Eng., 2006, 73: 93-100. (DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2005.01.009)

43 Kammoun R., Naili B., Bejar S. Application of a statistical design to the optimization of parameters and culture medium for alpha-amylase production by Aspergillus oryzae CBS 819.72 grown on gruel (wheat grinding by-product). Bioresour Technol., 2008, 99: 5602-5609. (DOI: 10.1016/j.biortech.2007.10.045)

44 Couto S.R., Sanroman M.A. Application of solid-state fermentation to food industry - A review. Journal of Food Engineering, 2006, 76: 291-302. (DOI:10.1016/j.jfoodeng.2005.05.022)

45 Arauza L.J., Jozalaa A.F., Mazzolab P.G., Penna T.C.V. Nisin biotechnological production and application: a review. Trends Food Sci Technol., 2009; 20: 146-154. (doi: 10.1590/S1517-83822010000400004)

46 Glymph J.L., Stutzenberger F.J. Production, purification, and characterization of alpha-amylase from Thermomonospora curvata. Appl Environ Microbiol., 1977, 34: 391-397. (doi: 10.1128/aem.34.4.391-397.1977)

47 Moraes L.M.P., Filho S.A., Ulhoa C.J. Purification and some properties of an a-amylase glucoamylase fusion protein from Saccharomyces cerevisiae. World J. Microbiol. Biotechnol., 1999, 15: 561-564. . (https://link.springer.com/article/10.1023/A:1008961015119)

48 Mazzola P.G., Lopes A.M., Hasmann F.A., Jozala A.F., Penna T.C.V., Magalhaes P.O., Rangel-Yagui C.O., Pessoa A. Liquid-liquid extraction of biomolecules: an overview and update of the main techniques. JChem TechnolBiotechnol., 2008, 83: 143-157. (https://doi.org/10.1002/jctb.1794)

49 Prakash O., Jaiswal N. Alpha-Amylase: An Ideal Representative of Thermostable Enzymes. Appl Biochem Biotechnol, 2010, 160(8): 2401-2414. (https://doi.org/10.1007/s12010-009-8735-4)

50 Mitidieri S., Souza Martinelli A.H., Schrank A., Vainstein M.H. Enzymatic detergent formulation containing amylase from Aspergillus niger: a comparative study with commercial detergent formulations. Bioresour Technol., 2006, 97: 1217-1224. (D0I:10.1016/j.biortech.2005.05.022)

51 Mukherjee A.K., Borah M., Rai S.K. To study the influence of different components of fermentable substrates on induction of extracellular a-amylase synthesis by Bacillus subtilis DM-03 in solid-state fermentation and exploration of feasibility for inclusion of a-amylase in laundry detergent formulations. Biochem. Eng. J., 2009, 43: 149-156. (D0I:10.1016/j.bej.2008.09.011)

52 Chi Z., Chi Z., Liu G., Wang F., Ju L., Zhang T. Saccharomycopsisfibuligera and its applications in biotechnology. Biotechnol Adv., 2009, 27: 423-431. (DOI: 10.1016/j.biotechadv.2009.03.003)

53 Oner E.T. Optimization of ethanol production from starch by an amylolytic nuclear petite Saccharomyces cerevisiae strain. Yeast, 2006, 23(12): 849-856. (https://doi.org/10.1002/yea.1399)

54 Sanchez O.J., Cardona C.A. Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks. Bioresour Technol., 2008, 99: 5270-5295. (DOI:10.1016/j.biortech.2007.11.013)

55 Renzetti S., Rosell S.M. Role of enzymes in improving the functionality of proteins in non-wheat dough systems. Journal of Cereal Science, 2016, 67: 35-45. (DOI:10.1016/j.jcs.2015.09.008)

56 S.F. S. Motahar, S. Ariaeenejad, M. Salami, Z. Emam-Djomeh, A.S.A. Mamaghani Improving the quality of gluten-free bread by a novel acidic thermostable a-amylase from metagenomics data. Food Chemistry, 2021, 352: 129307. (https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129307)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

57 Sharma A., Satyanarayana T. Microbial acid-stable a-amylases: Characteristics, genetic engineering and applications. Process Biochemistry, 2013, 48(2): 201-211. (DOI: 10.1016/j .procbio.2012.12.018)

58 Ahlawat S., Dhiman S.S., Battan B., Mandhan R.P., Sharma J. Pectinase production by Bacillus subtilis and its potential application in biopreparation of cotton and micropoly fabric. Process Biochemistry, 2009, 44: 521-526. (https://doi.org/10.1016/j.procbio.2009.01.003)

59 Bruinenberg P.M., Hulst A.C., Faber A., Voogd R.H. A process for surface sizing or coating of paper. In: European Patent Application, 1996. (https://patents.google.com/patent/EP0690170A1/en)

60 Hyde, K.D., Xu, J., Rapior, S. et al. The amazing potential of fungi: 50 ways we can exploit fungi industrially. Fungal Diversity 97, 1-136 (2019). https://doi.org/10.1007/s13225-019-00430-9.

Ж.Б. СУЛЕЙМЕНОВА1, Р.К. БЛИЕВА2*, Г.Б. НАРМУРАТОВА25, Г.К. ЖУМАГАЛИЕВА2, А.К. КАЛИЕВА3, Г.А. АЛЬ-МААЛИ4, Г.Б. АДМАНОВА3,

Б. БАКЫТЖАЩЫЗЫ3 1Микробиология жэне вирусология Fылыми-eндiрiстiк орталыгы, Алматы, ^азакстан ^Казакстан «Антиген» Fылыми-eндiрiстiк кэсшорны, Алматы, ^азакстан 3^.Ж^банов aтындaFы Актебе ещрлш университетi, Актебе, ^азакстан 4Н.Г. Холодный атындаFы Ботаника институты, Киев, Украина 5^.И.Сэтбаев атындаFы ^азак Улттьщ Техникалык Университетi, Алматы, ^азакстан

*e-mail: msyban@mail.ru

а-АМИЛАЗА ЖЭНЕ ОНЫ 0НЕРКЭСШТЩ ЭРТYРЛI САЛАЛАРЫНДА

ЦОЛДАНУ

ТYЙiн

Амилазалар микроб, edi44iK жэне жануарлар элемiнде кец таралFан ферменттер тобы. Олар крахмал жэне онымен байланысты полимерлердi ыдыратып, ^сак олигосахаридтер тYзедi. Субстраттьщ ерекшелш бойынша амилазалар а- жэне в- aмилaзaFa жiктеледi. Олар амилоза мен амилопектиндеп гликозидтiк байланыстардьщ гидролизiн катализдейдг Б^л шолу элемдiк нaрыктaFы ферменттердщ негiзгi Yлесiн к¥райтын жэне микробтык амилазалар химиялык гидролиздi толыFымен aуыстырFaн тамак, токыма, кaFaз, крахмал ецдеу сиякты эртYрлi салаларда кещнен колданылатын а-амилаза ферментiне aрнaлFaн.

Кiлттi сездер: а-амилаза, бактериялар, сацыраук¥лактар, крахмал.

IRSTI: 62.09.39

Zh.B. SULEIMENOVA1, R.K. BLIEVA2*, Zh.B. NARMURATOVA2 5,

G.K. ZHUMAGALIEVA2, А.К. KALIEVA3, G.A. AL-MAALI4, G.B. АDMANOVA3,

B. BAKYTZHANKYZY3

1Research and Production Center for Microbiology and Virology, Almaty, Kazakhstan 2Scientific-Production Enterprise «Antigen», Almaty, Kazakhstan 3K. Zhubanov Aktobe Regional University, АЙоЬе, Kazakhstan 4N.G. Kholodny Institute of Botany, Kiev, Ukraine 5Satbayev University, Almaty, Kazakhstan *e-mail: msyban@mail.ru

а-AMYLASE AND ITS APPLICATIONS IN INDUSTRY

doi: 10.53729/MV-AS.2023.03.03

Abstract

Amylases are a group of enzymes that are widely distributed in microbial, plant and animal kingdoms. They degrade starch and related polymers to small oligosaccharides. By substrate specificity, amylases are classified to а-, and в- amylases, which catalyze the hydrolysis of glycoside bonds in amylose and amylopectin. This review focuses on the microbial а-amylase, which has potential application in a wide number of industrial processes such as food, textile, paper, starch processing, where enzymes have completely replaced chemical hydrolysis.

Keywords: а-amylase, bacteria, fungi, starch.

Enzymes are highly efficient biocatalysts researched for industrial-scale catalysis because of their several distinct advantages that range from their operation in milder reaction conditions, to their exceptional product selectivity, and to their lower environmental and physiological toxicity [1-6]. All this ensures contributes to the development of the concept of sustainable development.

The main enzymes that are widely used in various industries are amylases, glucosidases, proteases, pectinases, cellulases, lipases, xylanases. Of these, amylases are one of the most significant enzymes for biotechnology, accounting for approximately 25% of the total world market for enzyme preparations. Amylolytic enzymes are obtained from various sources - plants, animals and microorganisms [7-13]. Among them, microbial enzymes have found the widest industrial application due to the high yield of the final product.

It is known that all microbial enzymes are obtained by submerged and solid-state cultivation. Submerged is the cultivation of microorganisms in a nutrient-rich liquid medium. This method is traditionally used for the production of microbial enzymes because of the ease of control of various cultivation parameters such as pH, temperature, aeration, humidity, which ultimately affect the economics of the process. There are periodic and continuous modes of submerged cultivation. As a rule, various industrial wastes, such as plant husks, molasses, whey, etc., can be used as a nutrient medium.

Solid-state cultivation is the cultivation of microorganisms on moist, well-aerated solid (free-flowing) nutrient media. At present, the use of solid-state cultivation is given special attention due to the ability to produce a variety of enzymes, the resistance of microorganisms to catabolic repression, the possibility of using agro-industrial waste as a substrate, minimal sterilization costs, and therefore low energy consumption, low susceptibility to contamination [14]. All this ultimately leads to a reduction in the overall cost of the final product.

Based on substrate specificity, amylases are classified into alpha, beta, and gamma amylase, which catalyze the hydrolysis of glycosidic bonds in amylose and amylopectin [15]. The main producers of amylases are bacteria - Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Lactobacillus manihotivorans, etc. and microscopic fungi - Aspergillus oryzae, A. niger, A. terreus, A. awamori, A. fumigatus, A. favus, Thermomyces lanuginosus, Paecilomyces variotii, Penicillium fellutanum, P. chrysogenum, Rhizopus oryzae, Mucor sp. and Trichodermapseudokoningii [16-25].

Currently, a-amylases make up the bulk of enzymes on the world market and widely used in all industries, such as food, textile, paper, starch processing, where microbial amylases have completely replaced chemical hydrolysis. In addition, they are also used in the pharmaceutical and chemical industries, feed production.

a-amylase (EC 3.2.1.1) is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of a-1,4 glycosidic linkages and some branched a-1,6 glycosidic linkages of starch internal chains. a-amylase has a three-dimensional structure that can bind to a substrate and, under the action of highly specific catalytic groups, break glycosidic bonds (Figure 1). This primarily results in the release of maltose, as well as smaller oligosaccharides and dextrin.

a-Amylase is obtained by deep and solid phase fermentation. The first method is traditionally used for enzyme production due to the ease of controlling various cultivation parameters such as pH, temperature, aeration, humidity, which affect the economics of the process. The role of these factors should be studied for the production of a particular a-amylase and appropriate for its application. Thus, a-amylases used in the production of starch must be active and stable at low pH values, while in the production of detergents at high pH values. The physical and chemical parameters of a-amylase of bacteria and fungi are widely studied and described in the literature [26-34]. Table presents the properties of microbial a-amylase.

Table 1 - Physical and chemical properties of bacterial and fungal a-amylases

Microorganism Cultivation pH Temperature Inhibitor

1 2 3 4 5

Bacillus amylolique faciens submerged 7.0 33 °C -

Bacillus sp. submerged 7.0 70 °C EDTA, HgCl2

Bacillus subtilis solid-state 7.0 37 °C -

Table lcontinued

1 2 3 4 5

Lactobacillus manihotivorans Ni2+, Cu2+,

submerged 5.5 55 °C Hg2+, Fe3+, Al3+

Thermomyces lanuginosus solid-state 6.0 50 °C -

Aspergillus niger solid-state 5.5 70 °C -

Aspergillus niger UO-1 submerged 4.95 50 °C Cu2+, Hg2+, Zn2+

Aspergillus oryzae solid-state 5.0-9.0 25-35°C -

Aspergillus fumigatus submerged 6.0 30 °C -

Pycnoporus sanguineus submerged 7.0 37 °C glucose, maltose

Bacterial a-amylases. a-Amylase can be produced by various bacteria, but Bacillus bacterial strains are the main group for commercial use. a-Amylases from Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus and Bacillus amyloliquefaciens have found potential applications in the food, textile and paper industries and are known to produce thermostable a-amylase for commercial production [35, 36]. Thermal stability is an important characteristic of industrial enzymes. Since enzymatic hydrolysis and saccharification of starch are carried out at high temperatures (100-110°C), thermostable amylases for starch hydrolysis are currently of great interest for the production of valuable products such as glucose, crystalline dextrose, dextrose syrup, maltose and maltodextrins.

There is literature data on thermostable a-amylases produced by some bacterial strains obtained both by submerged and solid-state cultivation [37]. However, submerged cultivation has been found to be more beneficial than solid-state cultivation [38]. a-amylase production by solidstate cultivation is limited by B. subtilis, B. polymyxia, B. mesentericus, B. vulgarus, B. megaterium and B. licheniformis [39].

Fungal a-amylases. Most data on a-amylase-producing fungal strains have been limited to Aspergillus and Penicillium genera. Attempts have been made to increase production of microbial enzymes in industrial scale by selection of optimal conditions [40, 41]. The use of fungal a-amylase is preferred for industrial applications over bacteria and yeast due to their GRAS (Generally Recognized As Safe) status, i.e. generally recognized as safe [20].

Aspergillus species such as Aspergillus oryzae and Aspergillus niger are the most important for industrial-scale production of a-amylase enzyme [42]. Thus, A. oryzae is widely used for soy sauce, citric and acetic acid, starch, etc. production [43]. Aspergillus niger, on the other hand, has an important hydrolytic potential in the production of industrial a-amylase and, due to its acid resistance (pH < 3), avoids bacterial contamination [19]. A. niger is described in the literature as a species that secretes the enzymes a-amylase and glucoamylase under submerged growth conditions with different molecular weights [44]. It is used for the industrial production of antibiotics (penicillin and cephalosporin), organic acids (citric and acetic acids), etc.

Purification of a-amylase. Commercial use of a-amylase usually does not require enzyme purification, but high purity a-amylases are required for pharmaceutical industry. Purified enzyme is also necessary for studying its structural-functional and biochemical properties [20]. Various strategies for enzyme purification using the specific characteristics of the target biomolecule are currently being investigated. Laboratory purification of a-amylase involves various combinations of ion exchange, gel filtration, and high performance liquid chromatography. These traditional methods require the use of expensive equipment, which makes them labor intensive and can lead to increased wastage of the final product [45]. Alternatively, extraction of a-amylase can be made by ethanol, acetone [30, 46] and ultrafiltration [47]. Extraction is the transition of certain components from one phase to another when immiscible or partially soluble liquid phases come into contact to each other. This process is widely used in the chemical industry due to its simplicity,

62

low cost and ease of scale-up production. Purification of biomolecules by liquid extraction has been successfully carried out on a large scale for more than a decade. The advantages of using this system are lower viscosity, price of reagents, and short separation time [48].

a-Amylase application.

Starch processing industry. Enzymatic hydrolysis of starch includes several steps: gelatinization, where the starch granules dissolve to form a viscous suspension; liquefaction, a partial hydrolysis of starch and a loss of viscosity; and saccharification involving the formation of glucose and maltose [20, 49]. For this purpose, a-amylases from Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus stearothermophilus and Bacillus licheniformis can be used [35]. Enzymes of Bacillus species are of particular interest for large-scale biotechnological processes due to their high thermal stability [49].

Detergents production. Detergent industry is a major consumer of enzymes, both in terms of volume and value. The use of enzymes in detergents increases their ability to remove stubborn stains and makes them an environmentally friendly product. Amylases are enzymes used in all liquid detergents [20, 29, 50]. They are used in laundry and dishwashing detergents to break down leftover starchy foods like potatoes, gravy, custard, chocolate, etc. into dextrin's and other small oligosaccharides [51]. a-Amylases are active at lower temperatures and alkaline pH, maintaining the necessary stability during the washing process. Removing starch from various surfaces is also important to improve their whiteness, as starch is an attractant for many types of soil solids. An example of amylases used in the manufacture of detergents is a-amylase of Bacillus and Aspergillus species [50].

Ethanol production. For ethanol production, starch is the most widely used substrate due to its low cost and readily available feedstock [52]. In this production, the starch must be dissolved and then subjected to two enzymatic hydrolysis steps to produce fermentable sugars. The bioconversion of starch to ethanol includes hydrolysis and saccharification, where starch is converted to sugar by a-amylase of Saccharomyces cerevisiae [47, 53]. In order to obtain a new yeast strain that can directly produce ethanol from starch without the need for a separate saccharifying process, protoplast fusion was performed between the amylolytic yeast Saccharomyces fibuligera and S. cerevisiae [52]. Among bacteria, a-amylase obtained from thermoresistant bacteria like Bacillus licheniformis or from engineered strains of Escherichia coli or Bacillus subtilis is used during the first step of hydrolysis of starch suspensions [54].

Food industry. a-Amylase has found wide application in the food industry, namely in baking, brewing, food additives, cakes, fruit juices and starch syrups [44]. Different groups of enzymes are used in baking, of which amylolytic enzymes are the main group of enzymes used to intensify the dough preparation process and improve the quality of bread [55-57]. a-Amylase and glucoamylase, play important role in preventing the staleness of bread, breaking down starch polysaccharides into dextrins, which are subsequently fermented by yeast, preventing the formation of new hydrogen bonds between oligosaccharide chains and the emergence of crosslinks between starch molecules and gluten proteins, leading to crystallization of the structure of bread.

The addition of a-amylase to the dough leads to an increase in the fermentation rate and a decrease in the dough viscosity, which leads to an improvement in the volume and texture of the finished product. Besides, additional sugar is formed in the dough, which improves the taste, color of the crust and properties of the bread. In addition to producing fermentable compounds, a-amylases keep baked goods soft, increasing their shelf life [20]. Currently, the thermostable maltogenic amylase of Bacillus stearothermophilus is widely used in the baking industry [35].

Textile industry. Amylases are used in the textile industry for desizing process. Sizing agents such as starch are applied to the yarn to prevent thread breakage, after which it is easily washed out with water [20, 58]. Amylase from Bacillus stain was employed in textile industries for a long time.

Paper industry. The use of a-amylase in the pulp and paper industry is associated with the modification of coated paper starch, i.e., for the production of low-viscosity high-molecular starch

[20, 35]. Starch is a good sizing material for finishing paper, improving its quality and increasing its rigidity and strength. This coating serves to make the surface of the paper sufficiently smooth and durable, as well as to improve the quality of writing. The viscosity of natural starch used for this purpose is too high and can be changed by partial hydrolysis of the polymer with a-amylase [20, 59]. Examples of microorganism-derived amylases used in the paper industry include Amizyme® (PMP Fermentation Products, USA), Termamyl®, Fungamyl, BAN® (Novozymes, Denmark), and a-amylase G9995® (Enzyme Biosystems, USA) [60].

Thus, a-amylase is the main group of enzymes used for various industries based on starch hydrolysis. Currently, there are a number of microorganisms for the efficient production of this enzyme, but only a few of them meet the criteria for widespread commercial use. The search for new microorganisms that can be used to obtain industrial a-amylase is a process that requires scientific research.

Funding

The research was carried out with the financial support of the Scientific Committee of the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan (grant №AP 19674476).

References:

1 Cruz-Casas D.E., Cristóbal N.A., Juan A.A., Raúl R., Mónica L.C., Adriana C.F. Enzymatic hydrolysis and microbial fermentation: The most favorable biotechnological methods for the release of bioactive peptides. Food Chemistry: Molecular Sciences, 2021, 3: 100047 (https://doi.org/10.1016/j.fochms.2021.100047)

2 Chiang J.H., Loveday S.M., Hardacre M.E., Parker M.E. Effects of enzymatic hydrolysis treatments on the physicochemical properties of beef bone extract using endo- and exoproteases. International Journal of Food Science and Technology, 2019, 54 (1): 111-120. (https://doi.org/10.1111/ijfs.13911)

3 Xiaolin L., Yan S., Weiwei K., Jiping W., Wenjun S., Suying W. Improving enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass by bio-coordinated physicochemical pretreatment—A review. Energy Reports, 2022, 8: 696-709. (https://doi.org/10.1016Zj.egyr.2021.12.015)

4 Chourasia R., Phukon L.C., Abedin M.M., Padhi S., Singh S.P., Rai A.K. Whey valorization by microbial and enzymatic bioprocesses for the production of nutraceuticals and value-added products. Bioresource Technology Reports, 2022, 19: 101144. (https://doi.org/10.1016/j.biteb.2022.101144)

5 Dawei N., Chen Z., Tian Y., Xu W., Zhang W., Kim B., Mu W. Comprehensive utilization of sucrose resources via chemical and biotechnological processes: A review. Biotechnology Advances, 2022, 60: 107990. (https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2022.107990)

6 Sulejmenova Zh., Blieva R., Bisko N., ZHakipbekova A., Narmuratova Zh., Ahmetzhanova M., Kalieva A. Skrining mikromicetov roda Aspergillus po sposobnosti k biosintezu cellyullazy. Mikrobiologiya zhane virusologiya, 2022, 3(38): 73-82. (https://doi.org/10.53729/MV-AS.2022.03.06)

7 Mamo J., Getachew P., Kuria, M.S., Assefa, F. Application of Milk-Clotting Protease from Aspergillus oryzae DRDFS13 MN726447 and Bacillus subtilis SMDFS 2B MN715837 for Danbo Cheese Production. Journal of Food Quality, 2020, 2020: 12. (https://doi.org/10.1155/2020/8869010)

8 Shih N.J., Labbe R.G. Purification and Characterization of an Extracellular a-Amylase from Clostridium perfringens type A. Applied and Environmental Microbiology, 1995, 61(5): 1776-1779. (https://doi.org/10.1128/aem.6L5.1776-1779.1995)

9 Uma MRJ, Satyanarayana T. Improving production of hyperthermostable and high maltose-forming a- amylase by an extreme thermophile Geobacillus thermoleovorans using response surface methodology and its application. Bioresource Technology, 2007, 98(2): 345-352. (https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.12.022)

10 Baysal Z., Uyar F., Dogru M., Alkan H. Production of Extracellular alkaline alpha amylase by solid state fermentation with newly isolated Bacillus sp. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 2008, 38(2): 184-190. (https://doi.org/10.1080/10826060701885167)

11 El-Safey E.L., Ammar M.S. Purification and characterization of alpha amylase isolated from Aspergilus Falvus Var. columnaris. Ass. Univ. Bull. Res. 2004, 7(1): 93-100. (https://journals.ekb.eg/article_150611_f8821e1ad506bbb27c85a8d5e2be0012.pdf)

12 Gouda M, Elbahloul Y. Statistical optimization and partial characterization of amylases produced by halotolerant Penicillium sp. World journal of Ag. Sci, 2008, 4(3): 359-368. (https: //www .idosi.org/wj as/wjas4(3)/13.pdf)

13 Affifi A.F., Kamel E.M., Foaad M.A., Fwwzi E.M., Housay M.M. Purification and characterization of alpha amylase from pencillium olsonii under the effect of some antioxidents vitamins. Glob. I. J of Biotech, 2008, 3(1): 14-21. (https://idosi.org/gjbb/gjbb3(1)08/3.pdf)

14 Singhania R.R., Patel A.K., Soccol C.R., Pandey A. Recent advances in solid-state fermentation. Biochem. Eng. J. 2009, 44: 13-18. (https://doi.org/10.1016/j.bej.2008.10.019)

15 Liu X., Kokare C. Microbial enzymes of use in industry. Academic Press, 2017. 267-298. (https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803725-6.00011-X)

16 Khoo S.L., Amirul A.A., Kamaruzaman M., Nazalan N., Azizan M.N. Purification and characterization of alpha-amylase from Aspergillus flavus. Folia Microbiol (Praha), 1994, 39: 392-398. (https://doi.org/10.1007/BF02814445)

17 Kathiresan K., Manivannan S. a-Amylase production by Penicillium fellutanum isolated from mangrove rhizosphere soil. Afr. J. Biotechnol. 2006, 5(10): 829-832. (D0I:10.3923/jm.2006.438.442)

18 C.L. Gee, J.M. Holton, A. McPherson Structures of two novel crystal forms of Aspergillus oryzae alpha amylase (taka-amylase). J Biosc and Bioeng, 2021, 131(6): 605-612. (https://doi.org/10.1016/jjbiosc.2021.02.008)

19 Djekrif-Dakhmouche S., Gheribi-Aoulmi Z., Meraihi Z., Bennamoun L. Application of a statistical design to the optimization of culture medium for a-amylase production by Aspergillus niger ATCC16404 grown on orange waste powder. J Food Process Eng., 2006, 73(2): 190-197. (https://doi.org/10.1016/jjfoodeng.2005.01.021)

20 Gupta R., Gigras P., Mohapatra H., Goswami V.K., Chauhan B. Microbial a-amylases: a biotechnological perspective. Process Biochemistry, 2003, 38(11): 1599-1616. (https://doi.org/10.1016/S0032-9592(03)00053-0)

21 Mohapatra B.R., Banerjee U.C., Bapuji M. Characterization of a fungal amylase from Mucor sp. Associated with the marine sponge Spirastrella sp. J. Biotechnol, 1998, 60: 113-117. (http://dx.doi.org/10.1016/S0168-1656(97)00197-1)

22 Pandey A., Nigam P., Soccol C.R., Soccol V.T., Singh D., Mohan R. Advances in microbial amylases. Biotechnol ApplBiochem, 2000, 31(2): 135-152. (https://doi.org/10.1042/ba19990073)

23 Reddy N.S., Nimmagadda A., Sambasiva Rao K.R.S. An overview of the microbial a-amylase family. Afr. J. Biotechnol, 2003, 2: 645-648. (https://doi.org/10.5897/AJB2003.000-1119)

24 Saxena R.K., Malhotra B., Batra A. Commercial Importance of Some Fungal Enzymes. Handbook of fungal biotechnology, 2004, 20: 287-297. (doi: 10.1590/S1517-83822010000400004)

25 Abdulaal W.H. Purification and characterization of a-amylase from Trichoderma pseudokoningii. BMC Biochem, 2018, 19(4): 1471-2091. (https://doi.org/10.1186/s12858-018-0094-8).

26 Rahardjo Y.S., Weber F.J., Haemers S., Tramper J., Rinzema A. Aerial mycelia of Aspergillus oryzae accelerate a-amylase production in a model solid-state fermentation system. Enzyme Microb. Technol, 2005, 36: 900-902. (https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2005.01.010)

27 Mukherjee A.K., Borah M., Rai S.K. To study the influence of different components of fermentable substrates on induction of extracellular a-amylase synthesis by Bacillus subtilis DM-03 in solid-state fermentation and exploration of feasibility for inclusion of a-amylase in laundry detergent formulations. Biochem. Eng. J., 2009, 43: 149-156. (D0I:10.1016/j.bej.2008.09.011)

28 Ikram ul H., Ashraf H., Iqbal J., Qadeer M.A. Production of alpha amylase by Bacillus licheniformis using an economical medium. Bioresour Technol, 2003, 87: 57-61. (https://doi.org/10.1016/s0960-8524(02)00198-0)

29 Hmidet N., El-Hadj A.N., Haddar A., Kanoun S., Alya S., Nasri M. Alkaline proteases and thermostable a-amylase co-produced by Bacillus licheniformis NH1: Characterization and potential application as detergent additive. Biochemical Engineering Journal, 2009, 47: 71-79. (https://doi.org/10.1016/j.bej.2009.07.005)