全 文 ：生 物 工 程
2012年第13期
Vol . 33 , No . 13 , 2012
随着近海清洁养殖的兴起，“鱼、虾、贝、藻”四元
立体生态养殖模式成为今后的发展方向，大型海藻江
蓠是立体生态养殖模式的主要藻类[1]。江蓠含有丰富
的琼胶、纤维素、半纤维素、维生素和矿物质等，是生
产琼胶和膳食纤维的优质原料[2]。长期以来，江蓠主
要用来生产琼胶[3]。近年来，膳食纤维（Dietary fiber，
DF）对人体健康有很多重要的生理功能，被国内外
大量的研究与流行病学调查结果所证实，并被现代医
学和营养学确认为与传统的六大营养素并列的“第七
营养素”，江蓠中的DF也日益受到重视。李来好等[3]进
行了从江蓠直接提取DF的研究，结果表明江蓠DF的
干基质量分数达92.83%，膨胀力为9.0mL/g，持水力为
825%，颜色为白色，质量和功能性指标远远超过西
方国家麸皮DF的标准（DF干基质量分数47%、膨胀力
4mL/g、持水力400%）[4-5]。目前，由于江蓠和琼胶价格
不断走高，采用江蓠直接提取膳食纤维成本较高，另
一方面，江蓠提取琼胶后富含膳食纤维的残渣被直接
废弃，不但浪费了优质膳食纤维资源，还对周边环境
产生了污染。蔡鹰等[6]的研究结果表明，江蓠提取琼
胶后的残渣富含DF，从中提取DF的持水力（WHC）为
570%，膨胀力（SW）为413%，持油力（OBC）为310%，
与大豆渣DF相当[7]，优于玉米皮DF的对应指标516%、
183%和267%[8]，也优于小麦麸皮的持水力168%和膨
胀力278%[9]。DF的功能特性和其组成密切相关，其中
可溶性DF比不溶性DF具有更强的持水和膨胀功能，
也更容易被肠道微生物利用[9]。纤维素酶和木聚糖酶
收稿日期：2011－09－26
作者简介：杨磊（1961-），男，教授，主要从事天然高分子材料加工及
海洋资源利用方面的研究。
江蓠残渣膳食纤维的酶法功能活化研究
杨 磊1，刘生利2，李思东1，罗剑秋2，宋康丽1，吴 迪1，梁广亮3
（1.广东海洋大学理学院，广东湛江 524088；
2.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江 524088；
3.廉江市台兴海洋生物科技有限公司，广东廉江 524431）
摘 要：为了改善江蓠残渣膳食纤维的性能，采用纤维素酶和木聚糖酶对漂白后的江蓠残渣膳食纤维进行功能活化
研究，筛选出了较佳的复合酶活化配方；采用扫描电镜研究了活化前后膳食纤维的表面结构。 研究结果表明：45u/g纤
维素酶和60u/g木聚糖酶复合酶处理膳食纤维可以使膳食纤维的可溶性膳食纤维含量（SDF）、持油能力（OBC）、膨胀
力（SW）和持水力（WHC）分别增加29%、26%、15%和14%，活化后的江蓠残渣膳食纤维的膨胀力和持水力分别达到
4.71mL/g和648%，功能性指标超过西方国家麸皮膳食纤维的标准（膨胀力4mL/g、持水力400%）；通过扫描电镜观察发
现，复合酶改性后的膳食纤维的表面结构变得蓬松，有孔隙结构出现，可能是其物理性能变好的原因。
关键词：江蓠，残渣，膳食纤维，酶，功能活化
Study on functional properties of dietary fiber from gracilaria residue
with enzymatic activation
YANG Lei1，LIU Sheng-li2，LI Si-dong1，LUO Jian-qiu2，SONG Kang-li1，WU Di1，LIANG Guang-liang3
（1.College of Science，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China；
2.College of Food Science & Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China；
3.Lianjiang Taixing Ocean Biological Technology Co.，Ltd.，Lianjiang 524431，China）
Abstract：In order to improve the functional properties of dietary fiber from gracilaria residue，the study on its
functional activation was carried out with cellulase and xylanase treatment. The optimum enzyme formula had
been chosen. The surface structure was also studied with scanning electron microscopy. The result showed
that the content of soluble dietary fiber，oil binding capacity，swelling capacity and water holding capacity
increased by 29% ，26% ，15% and 14% respectively after activation with 45u/g cellulase and 60u/g xylanase.
The swelling capacity and water holding capacity were up to 4.71mL/g and 648% respectively，which exceeded
the standard of the western nations（4.00mL/g and 400% respectively）. The study of electron micrograph showed
the surface of dietary fiber after activation became fluffy and porous，and this may be the cause of the improvement
of its physical properties.
Key words：gracilaria；residue；dietary fiber；enzyme；functional activation
中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文 章 编 号：1002-0306（2012）13-0167-04
167
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.13.076
Science and Technology of Food Industry 生 物 工 程
2012年第13期
作用时间（h） 0 1 2 3 4
持水力（%） 570.2±7.5a 563.3±2.6a 585.9±4.5a 572.2±2.5a 562.6±2.3a
持油力（g/g） 3.105±0.007a 3.334±0.008ab 3.525±0.025b 3.362±0.001a 3.264±0.072a
膨胀力（mL/g） 4.13±0.042a 5.60±0.080b 5.95±0.042a 5.78±0.059c 5.64±0.049b
表1 纤维素酶作用时间对DF-1特性的影响
Table 1 Effect of action time of cellulase on DF-1 property
注：每一行标记相同字母表示观测值在0.05水平差异不显著，不同字母表示差异显著，n=3；表2～表5同。
可以部分降解DF中的纤维素和半纤维素，使之转变
为可溶的小分子DF，同时，在酶的作用下，DF活性基
团暴露或形成更多的生物高分子立体结构的氢键、
离子键和疏水键等非共价键，二者的协同作用，可以
改善DF的物理性能[10-13]。采用酶活化陆生植物提取
的DF，提高其功能特性的研究已有不少报道 [9-10，14]，
但采用纤维素酶和木聚糖酶复合酶活化江蓠残渣提
取DF的研究少见报道。本文探索纤维素酶和木聚糖
酶对江蓠残渣DF功能特性的影响规律，找出影响其
功能特性的主要因素，筛选出较佳工艺条件，达到利
用江蓠残渣制备高品质DF的目的。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
江蓠新鲜残渣 取自廉江市台兴海洋生物科技
有限公司；纤维素酶、木聚糖酶 上海国药集团化学
试剂有限公司。
S-4800扫描电镜 日本Hitachi公司。
1.2 实验方法
1.2.1 江蓠残渣膳食纤维的制备流程 江蓠残渣→去
杂→冷冻→40℃洗涤→挤压脱水→干燥粉碎→过80目筛→碱
性H2O2漂白→干燥→粗制江蓠DF（简称DF-1）→酶法活化→
酶活化DF
1.2.2 扫描电子显微镜观察 取粗制江蓠DF（DF-1）
和酶活化DF，用S-4800扫描电镜观察。
1.2.3 纤维素酶作用时间的影响 取10g DF-1四份。
加入25u/g纤维素酶，分别加入100mL，pH5.0的柠檬酸
缓冲液，搅匀后80℃溶胀30min，冷至50℃，作用1、2、
3、4h，4倍乙醇沉淀静置8h后离心，烘干沉淀物，分别
测定所得样品的膨胀力（SW），持水力（WHC）和持油
力（OBC）以及可溶性膳食纤维（SDF）的含量。
膨胀力测定：称取1g膳食纤维粉放入量筒中，读
取干纤维粉的毫升数，然后加入20℃水使总体积达到
50mL，摇匀后于20℃下放置24h，再读取量筒中纤维
物料的毫升数，最后将膨胀后的纤维物料体积减去干
纤维物料体积即得[4]。持水力测定：采用文献[15]的方
法。持油力测定：采用文献[13]的方法。可溶性膳食纤
维测定：采用AACC32—07法[16]。
1.2.4 纤维素酶用量的影响 取10gDF-1六份，分别
添加纤维素酶0、5、15、30、45、60u/g，50℃水浴加热
2h，其他步骤同1.2.3。
1.2.5 木聚糖酶作用时间的影响 取10g DF-1四份
溶胀作用后加入50u/g木聚糖酶，分别加入100mL，pH
为4.8的柠檬酸缓冲液，酶作用时间为1、2、3、4、5h，其
他步骤同1.2.3。
1.2.6 木聚糖酶作用用量的影响 取10g DF-1六份，
搅匀后80℃溶胀30min，冷至50℃添加木聚糖酶0、10、
40、60、80、120u/g，酶作用时间为4h，其他步骤同1.2.3。
1.2.7 纤维素酶和木聚糖酶不同添加方式对DF-1的
影响 方案一：先加入纤维素酶45u/g，作用2h后，调
节pH4.8，再加入木聚糖酶60u/g，作用2h，其他同步骤
1.2.3。方案二：先加入60u/g木聚糖酶，调节pH4.8，作
用2h后，再加入45u/g纤维素酶，调节pH5.0，继续作用
2h。方案三：同时添加60u/g木聚糖酶，45u/g纤维素
酶，调节pH4.9，作用3h。
2 结果与讨论
2.1 纤维素酶对DF-1特性的影响
2.1.1 纤维素酶活化时间对DF-1特性的影响 从表1
看到，在1~2h范围内，DF-1的膨胀力随时间的增加而
增加，2h达到最大值5.95；在开始1~2h范围内，DF-1持
油力和持水力总体上略有增加，2h达到最大值，随后呈
下降趋势。这表明纤维素酶在部分降解纤维素的同时，
可以改善DF的表面结构，使其表面疏松，油和水更易
进入膳食纤维的间隙，同时暴露出一些亲水、亲油等
活性基团，使膨胀力、持油力等特性得到改善。当作用
时间超过2h后，DF-1的持水力、持油力都呈现缓慢下
降，可能是纤维素酶降解使其表面的一些活性基团和
孔隙结构被破坏，从而使亲水、亲油能力下降的缘故。
2.1.2 纤维素酶用量对DF-1特性的影响 从表2可
以看到，纤维素酶添加量对DF-1的物理性能有显著
影响，随着纤维素酶用量的增加，膨胀力、持油力等
特性得到改善，可能是因为纤维素酶对纤维素的部分
降解作用生成葡聚糖，并且原纤维表面有更多的孔隙
结构出现，其中在添加45u/g时持水力由570.2%增加
至657.1%，持油力和膨胀力分别由3.105g/g和4.13mL/g
增加至3.991g/g和5.72mL/g。但是浓度过大也使膳食
纤维的表面孔隙和活性基团被破坏，部分降解产物葡
聚糖等更易进一步降解为葡萄糖等小分子糖类。因
此确定纤维素酶的最适添加量为45u/g。
2.2 木聚糖酶对DF-1特性的影响
2.2.1 木聚糖酶活化时间对DF-1特性的影响 由表
3可以看到，木聚糖酶活化时间对DF-1的持水力、膨
胀力和持油力影响显著，1~4h总体表现为增大，4h活
纤维素酶用量
（u/g） 持水力（%） 持油力（g/g） 膨胀力（mL/g）
0 570.2±7.5a 3.105±0.007a 4.13±0.042a
5 529.3±4.9ab 3.382±0.099ab 4.91±0.070b
15 586.4±24.0ab 3.487±0.091ab 5.19±0.075 c
30 628.1±9.2b 3.667±0.071b 5.57±0.042cd
45 657.1±9.9bc 3.991±0.106bc 5.72±0.085d
60 632.3±6.4bc 3.627±0.036c 5.24±0.042c
表2 纤维素酶添加量对DF-1特性的影响
Table 2 Effect of amount of cellulase on DF-1 property
168
生 物 工 程
2012年第13期
Vol . 33 , No . 13 , 2012
图4 纤维素酶活化后的DF-1电镜图（10K倍）
Fig.4 SEM figure of DF-1 after activation effect of cellulase
（×10K）
图1 DF-1电镜图（10K倍）
Fig.1 SEM figure of DF-1（×10K）
图2 复合酶活化后DF-1电镜图（10K倍）
Fig.2 SEM figure of DF-1 after activation effect of complex
enzyme（×10K）
图3 木聚糖酶活化后的DF-1电镜图（10K倍）
Fig.3 SEM figure of DF-1 after activation effect of xylanase（×10K）
作用时间（h） 0 1 2 3 4 5
持水力（%） 570.2±7.5bc 519.8±2.2a 554±2.1abc 583.6±5.0c 657.6±3.0e 653.6±0.9de
持油力（g/g） 3.105±0.007ab 2.984±0.035ab 3.032±0.006ab 3.497±0.011bc 3.585±0.061c 3.31±0.011abc
膨胀力（mL/g） 4.13±0.042a 4.83±0.046b 5.15±0.014b 5.83±0.062c 6.22±0.089d 5.94±0.065c
表3 木聚糖酶作用时间对DF-1特性的影响
Table 3 Effect of action time of xylanase on DF-1 property
化后，三项指标分别为657.6%、6.22mL/g和3.585g/g，都
达到最大值。可能是由于木聚糖酶将半纤维素部分
降解产生可溶性的DF成分，同时使DF的表面由于半
纤维素的部分降解产生孔隙结构，一些活性基团进一
步暴露所致。活化时间超过4h，其膨胀力、持水力和
持油力呈下降趋势，这说明随着酶活化时间的增
加，降解产生的可溶性DF进一步降解，且破坏了DF
表面的蓬松结构和活性基团，导致其膨胀力、持水力
和持油力下降。所以木聚糖酶降解时间以4h为宜。
2.2.2 木聚糖酶添加量对DF-1特性的影响 由表4
可以看到，木聚糖酶添加量由10u/g增加到80u/g时，DF
的膨胀力和持水力都呈现出明显的上升趋势，主要是
由于半纤维素的部分降解产生孔隙结构，一些活性基
团进一步暴露；木聚糖酶添加量在10~40u/g范围内，
持油力略有增加，超过40u/g后缓慢下降。综合考虑，
木聚糖酶的用量选择60u/g较好。
2.3 复合酶作用对DF-1特性的影响
从表5可以看到，复合酶作用相对于单一酶作用
的DF-1的持水力，膨胀力和持油力都有显著提高，同
时添加60u/g木聚糖酶和45u/g纤维素酶DF-1的持油
力、膨胀力和持水力分别达到达到3.91g/g、4.71mL/g和
648.0%，可溶性成分含量为13.13g·100g-1，比原料增
加了29%，说明纤维素酶和木聚糖酶对底物细胞壁的
降解存在正协同效应。
2.4 电镜扫描及分析
由图1可以看出DF-1表面较整齐，碎屑和孔隙
结构都比较少，而经过复合酶活化后的DF（见图2）表
面变得疏松多孔，同时产生一些颗粒更小的碎屑。经
过单一酶木聚糖酶和纤维素酶活化后，DF表面变得
粗糙有大量褶皱产生，同时产生了较小颗粒的膳食纤
维碎屑（见图3和图4），但是相对于复合酶活化后的
DF，图像孔隙结构不明显。证明前面关于酶作用时间
和浓度的推理分析是正确的，即DF表面形态的差别
是造成其亲水亲油能力变化的一个重要原因。
3 结论
研究结果表明，纤维素酶和木聚糖酶都能显著改
善膳食纤维的持油力、持水力等物理特性；复合酶作
木聚糖酶用量
（u/g） 持水力（%） 持油力（g/g） 膨胀力（mL/g）
0 570.2±7.5a 3.105±0.007a 4.13±0.042a
10 601.2±13.4ab 3.324±0.055a 4.78±0.085abc
40 634.3±4.6bc 3.686±0.075c 5.15±0.049c
60 673.1±17.8c 3.672±0.149bc 5.34±0.125cd
80 714.3±1.4c 3.498±0.139abc 5.56±0.170bcd
120 666.0±8.5bc 3.236±0.071ab 5.81±0.127bcd
表4 木聚糖酶添加量对DF-1特性的影响
Table 4 Effect of amount of xylanase on DF-1 property
方案
持油力
（g/g）
膨胀力
（mL/g）
持水力
（%）
SDF
（g·100g-1）
方案一 3.34±0.066b 4.45±0.109b 646.0±13.0b 10.54±0.23a
方案二 3.36±0.145b 4.41±0.012b 632.0±6.1b 11.37±0.21b
方案三 3.91±0.014c 4.71±0.092c 648.0±24.5b 13.13±0.44b
原料 3.105±0.007a 4.13±0.042a 570.2±7.5a 10.20±0.29a
表5 复合酶对DF-1特性的影响
Table 5 Effect of complex enzyme on DF-1 property
（下转第173页）
169
生 物 工 程
2012年第13期
Vol . 33 , No . 13 , 2012
用在改善持油力、持水力等物理特性的同时，可以明
显的改变DF表面结构。相对于粗制江蓠DF-1，用45u/g
纤维素酶和60u/g木聚糖酶活化的DF可以使其SDF、
OBC、SW和WHC分别增加29%、26%、15%和14%。电
镜图显示复合酶改性后的江蓠残渣DF的表面结构变
为有孔隙的蓬松结构。
参考文献
[1] 何筱洁，庞田胜，刘思俭 . 生物生态防治虾病研究 [J]. 湛江
水产学院学报，1990，10（1）：37-39.
[2] 赵谋明，刘通讯，吴晖，等. 江蓠藻的营养学评价[J]. 营养学
报，1997，19（1）：64-70.
[3] 王璐，李志恩.琼胶的研究进展[J].海洋科学，1999（4）：34-36.
[4] 李来好. 海藻膳食纤维的提取、毒理和功能特性的研究[D].
青岛：中国海洋大学，2005.
[5] 郑建仙，高孔荣. 论膳食纤维[J]. 食品与发酵工业，1994（4）：
71-74.
[6] 曾少葵，蔡鹰. 琼胶胶生产残渣制备膳食纤维的研究[J]. 湛
江水产学院学报，1992，12（1）：38-40.
[7] 李凤 . 超高压处理对大豆膳食纤维的改性 [J]. 大豆科学，
2008，27（1）：141-144.
[8] 王言. 玉米皮膳食纤维的制备、功能活化及其活性研究[D].
长春：吉林大学，2010.
[9] 陶颜娟. 小麦麸皮膳食纤维改性及其应用研究[D]. 无锡：江
南大学，2008.
[10] 杨传强，李德树. 纤维素酶的活性测定及其影响因素[J]. 天
津纺织工学院学报，1999，18（4）：31-34.
[11] Clandine Gourgue，et al. Effect of extraction cooking on the
hypoglycemic properties of citrus fiber：An Zn－vitro Study[J]. Sci
Food Agric，1994，64：439-499.
[12] Eiji Y， Kamzumi M， Osamu K. Easy preparation of dietary
fiber with the high water－holding capacity from food sources[J].
Plant Foods for Human Nutrition，2005，60：17-23.
[13] A Sangnark， A Noomhorm. Effect of particle sizes on in-
vitro calcium and magnesium binding capacity of prepared
dietary fibers[J]. Food Research International，2003，36：91-96.
[14] 高培基. 纤维素酶降解机制及纤维素酶分子结构与功能
研究进展[J]. 自然科学进展，2003，13（1）：21-23.
[15] 邵佩兰，李雯霞，徐明. 不同提取方法对麦麸膳食纤维特
性的影响[J]. 食品科技，2003（11）：98-100.
[16] AACC32－07. Approved methods of the American association
of cereal chemists（10t）. St Paul，The Association，2000[S].
在葡萄糖含量20%，酵母膏含量1%的种子培养基
中，丛梗孢酵母的对数期为20~60h。
通过单因素实验分别筛选出最佳碳源为葡萄
糖，氮源为酵母膏，无机盐为CaCl2·2H2O。并通过正
交实验确定发酵培养基最优组合为：葡萄糖35%（质
量浓度），酵母膏1%（质量浓度），CaCl2·2H2O 0.2%
（质量浓度），在此条件下进行发酵对照实验，赤藓糖
醇平均产量可达105.68g/L，比原始发酵条件下产量提
高82.49%。
通氧量相同的条件下，对发酵时间、接种量、发
酵温度、初始pH等条件进行优化，通过正交实验确定
最优发酵条件为：选取培养48h的种子液，接种量1%，
初始pH6.0，30℃摇瓶发酵9d。发酵对照实验结果表
明，赤藓糖醇产量达到110.61g/L，比原始发酵条件产
量提高85.56%。
实验结果表明，野生丛梗孢酵母BH010具有较高
的赤藓糖醇产量和葡萄糖转化率，经适当育种处理后
有望获得赤藓糖醇高产菌株并用于工业化生产。
参考文献
[1] 徐雅琴. 功能性甜味剂—赤藓糖醇[J]. 食品工业，1998（3）：
27-29.
[2] 郑建仙. 功能性糖醇[M]. 北京：化学工业出版社，2005：28-
68.
[3] Jinbyung P，Byungcheol S，Jungryul K. Production of Erythritol
in fed-batch cultures of Trichosporon sp.[J]. Journal of Fermentation
and Bioengineering，1998，86（6）：577-580.
[4] Hirata Y， Igarashi K， Ezaki S. High -level production of
Erythritol by strain 618A-01 isolated from pollen[J]. Journal of
Fermentation and Bioengineering，1999，87（5）：630-635.
[5] Lin S J， Wen C Y， Huang C C， et al. Erythritol -producing
Moniliella strain：US，6916639 B2[P]. 2005.
[6] Hajny G J，Smith J H， Garver J. Erythritol production by a
yeastlike fungus[J]. American Society for Microbiology，1964，12
（3）：240-246.
[7] 陈海燕，刘俊梅，王玉华，等. 高产赤藓糖醇菌株RH-UV-L4-
F9发酵条件的优化[J]. 食品与发酵工业，2007，33（9）：70-73.
[8] 董海洲，叶娴，侯汉学 . Torulopsis sp. ERY237产赤藓糖醇
工艺条件的研究[J]. 生产与科研经验，2008，34（4）：75-78.
[9] 范光生，张海平，诸葛健. 耐高渗酵母产赤藓糖醇的影响因
素[J]. 无锡轻工业大学学报，2001，20（2）：133-136.
[10] 刘鹏，王泽南，张仕发，等. 丛梗孢酵母发酵产赤藓糖醇的
响应面优化[J]. 中国生物工程杂质，2011，31（5）：69-74.
[11] 权静，吴永宏. 高效液相色谱法测定发酵液中的赤藓糖醇
[J]. 安徽农业科学，2008，36（30）：13005-13010.
图9 原始条件下HPLC检测结果
Fig.9 Result under original condition by HPLC method
500
400
300
200
100
0
m
v
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5
时间（min）
1
2
3
3.
58
4
545
.7
53
7.
03
7
8.
52
8
10
.9
84
（上接第169页）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
173