Adv Biochem Eng Biotechnol (2020) 172: 221–244
DOI: 10.1007/10_2019_91
© Springer Nature Switzerland AG 2019
Published online: 2 April 2019
Starch-Modifying Enzymes
Suhaila Omar Hashim
Contents
1 Starch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
2 Scope of Enzymes that Act on Starch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
2.1 Endoamylases . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 224
2.2 Exoamylases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
2.3 Debranching Enzyme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 225
2.4 Transferases . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 226
3 Starch-Modifying Enzymes from Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
4 Biotechnological Application of Alkaline-Active Starch-Modifying Enzymes . . . . . . . . . . . . 227
4.1 Detergent Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
4.2 Production of Maltoligosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
4.3 Production of Cyclodextrins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
4.4 Food Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
4.5 Alkaline-Active Raw Starch-Degrading Amylases for Pulp and Paper Industry . . . . 235
4.6 Textile Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.7 Alkaline Waste Water Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.8 Leather Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Abstract Starch is a carbohydrate polymer found abundantly on earth. It is synthesized in plants as a short-term storage compound for respiration in the leaves and
for long-term storage in the tubers, seeds and roots of plants. A wide variety of
enzymes modify or convert starch into various products. The classes of enzymes
that act on starch include endoamylases, exoamylases, debranching enzymes and
transferases. Starch-modifying enzymes of microbial origin are utilized in a wide
variety of industrial applications. Alkaline-active amylases are diverse in terms of
optimum reaction conditions, substrate and product specificity. Amylases that are
active at lower temperatures and alkaline conditions are most suited for detergent
S. O. Hashim (*)
Department of Biochemistry and Biotechnology, Pwani University, Kilifi, Kenya
e-mail: s.hashim@pu.ac.ke
DOI: 10.1007/10_2019_91
© Springer Nature Switzerland AG 2019
Published online: 2 April 2019
Starch-Modifying Enzymes
Suhaila Omar Hashim
Contents
1 Starch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
2 Scope of Enzymes that Act on Starch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
2.1 Endoamylases . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 224
2.2 Exoamylases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
2.3 Debranching Enzyme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 225
2.4 Transferases . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 226
3 Starch-Modifying Enzymes from Alkaliphiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
4 Biotechnological Application of Alkaline-Active Starch-Modifying Enzymes . . . . . . . . . . . . 227
4.1 Detergent Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
4.2 Production of Maltoligosaccharides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
4.3 Production of Cyclodextrins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
4.4 Food Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
4.5 Alkaline-Active Raw Starch-Degrading Amylases for Pulp and Paper Industry . . . . 235
4.6 Textile Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.7 Alkaline Waste Water Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.8 Leather Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Abstract Starch is a carbohydrate polymer found abundantly on earth. It is synthesized in plants as a short-term storage compound for respiration in the leaves and
for long-term storage in the tubers, seeds and roots of plants. A wide variety of
enzymes modify or convert starch into various products. The classes of enzymes
that act on starch include endoamylases, exoamylases, debranching enzymes and
transferases. Starch-modifying enzymes of microbial origin are utilized in a wide
variety of industrial applications. Alkaline-active amylases are diverse in terms of
optimum reaction conditions, substrate and product specificity. Amylases that are
active at lower temperatures and alkaline conditions are most suited for detergent
S. O. Hashim (*)
Department of Biochemistry and Biotechnology, Pwani University, Kilifi, Kenya
e-mail: s.hashim@pu.ac.ke