全 文 ：广西轻工业
GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY
2010年 6月
第 6期（总第 139期） 食品与生物
【作者简介】陈秀霞（1980-），女，河南周口人，教师，硕士，研究方向：食品营养与卫生。
赤豆原产于我国，产区主要分布在华北、东北、西北地区，
南方部分地区也有少量种植，每年产量为 20 ~ 40万吨。赤豆中
含有较多的膳食纤维，约为 5.6％- 18.6％，主要集中在豆皮内，
而在传统赤豆的加工工艺中，豆渣往往做为废物或杂质而被丢
弃，影响了其作为食物纤维这一功能性食品基料的使用。
本文采用酶法制备全赤豆澄清饮料进行实验，探讨复合纤
维素酶酶解赤豆纤维工艺，使用二次回归通用旋转正交设计和
SAS软件，就主要工艺参数对提取率的影响进行响应面分析，
并探讨了该酶酶解赤豆纤维反应的动力特性，为赤豆纤维的酶
法酶解提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 实验材料
Viscozyme L(复合纤维素酶)，诺维信（中国）产品，活力
100FEB/g；赤豆（南昌市购）；赤豆纤维（酸性洗涤纤维
87.65％），自制；自动精密酸度计，上海雷磁分析仪器厂，
pHS- 2C型。其它试剂均为分析纯。
1.2 实验方法
1.2.1 赤豆纤维的提取
赤豆纤维提取工艺：赤豆除杂→磨粉→浸泡（20h）→过筛
（120目）→筛下（MF）干燥研磨，得赤豆纤维粉。
1.2.2 水溶性纤维提取率计算
水溶性纤维提取率计算
提取率%=（A- B）A ×100
A：赤豆渣中酸性洗涤纤维干重（g）
B：提取后残渣中酸性洗涤纤维干重（g）
1.2.3 试验设计
采用二次回归通用旋转设计（5因素、5水平，1/2实施）安
排实验，其中 5因素包括加酶量（X1）、pH（X2）、赤豆粗纤维干
重 /水重（X3）、酶解时间（X4）、温度（X5）。具体安排见表 1
1.2.4 实验结果分析
响应面分析法[3](Response Surface Methodology)，简称 RSM
是利用合理的设计并通过实验得到一定数据，采用多元二次回
归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程
的分析来寻求最佳工艺参数，解决多变量问题的一种统计方
法。本实验结果采用 SASV9.0软件进行响应面分析，采用脊岭
分析优化工艺，在 SAS软件分析基础上，应用 MATLAB 7.0进
行直观作图分析。
2 结果与讨论
2.1 响应面分析
在单因素试验基础上选择二次回归通用旋转正交设计实
验方案，研究了加酶量、温度、酶解时间，固液比和 pH值对提
取率的影响，结果见表 1。
表 1 二次旋转正交试验设计和结果
利用 SAS软件进行二次拟合，得各因数对提取率影响
的数学模型如表 2。
复合纤维素酶解赤豆纤维工艺及其动力学探析
陈秀霞
（广西工商职业技术学院经济工业系，广西 南宁 530003）
【摘 要】 探讨了以加工后的赤豆豆渣为原料，以酶解后的纤维素提取率为指标，评价复合纤维素酶的酶解效果，为赤豆
纤维加工的深加工提供了方向，同时也为赤豆的进一步加工和综合利用提供可靠数据。
【关键词】 赤豆；纤维；动力学；响应面
【中图分类号】TS71 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003- 2673(2010)06－09－03
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表 2 工艺和提取率数学模型
表 2表明，温度(P<0.01)对酶解反映影响显著均达到显著性
标准（α=0.05），且在试验范围内，一次项的偏回归系数对酶解反
应速率影响从大到小依次是温度、时间、固液比、pH值、加酶量。
表 3 方差分析表
表 4 模型可信度分析
表 3的方差分析和表 4的模型可信度分析可知，回归模型
中一次项和二次项极显著，交互项显著性差，回归模型拟合度
好，方程复相关系数的平方数 R2=0.9245，说明模型能解释水
解度变化的 92.45%，模型拟合度良好，回归方程显著，能够很
好地描述赤豆纤维酶解随加酶量、pH值、固液比、酶解时间和
温度的变化规律。
2. 2 响应面直观分析
为了使响应面分析图更加清晰的表示出各因素之间的交
互关系，将回归方程中的因素任意两个水平固定在零水平，所
以对表 2方程进行标准化，标准化公式如表 5。
表 5 标准化结果
根据标准化后的数学模型，采用Mata lab软件进行直观分
析得响应面图如图 1～6。从响应面图可以直观了解各因素对
提取率的影响以及各因素之间的交互作用。图 1表明，在底物
浓度一定并远高于酶浓度时，随着加酶量的增加提取率也上
升，但当时间到达一定值后，水解度趋向稳定，不再增加，因为
纤维素酶解为底物抑制型反应，随着反应进行，产物中某些组
分如葡萄糖对酶解产生抑制，这一作用随反映时间及酶浓度而
增加；纤维素酶酶解是固液多相反应，酶首先必须接触吸附到
纤维素底物上，Gharpuray等[4- 6]研究表明比表面积是影响纤维
素酶解主要因素，其次是木质素含量，最后才是结晶度，所以随
着产物浓度的增加，体系中有效底物浓度与酶结合过程中阻碍
作用增大，也会影响到水解率。pH值在零水平的时候提取率最
高，酶的活性部只有在酶蛋白保持一定的空间构象时才能表现
出最大的催化活力，而活性部位的基团对反应体系 pH值的变
化比较敏感，其解离状态随着 pH值的变化而变化，这些变化
会影响酶分子的特殊构象；另外，底物也随 pH值的变化表现
出不同的解离状态，因此 pH值直接影响了酶与底物的结合和
酶对底物的催化。
图 2显示，固液比对提取率的影响较小，但它与酶解速度
的关系符合米氏酶促动力学方程。当底物浓度较低时，反应速
度与底物浓度呈正比关系，表现为一级反应；随着底物浓度的
增加，反应速度不按正比升高，反应表现为混合级反应；此时如
果再继续加大底物浓度，酶反应速度却不再上升，而是趋向一
个极限，表现为零级反应。总之，从各相应面图中可以看出，实
验所选各因素之间交互作用显著，与表 3分析结果相同。
图 1 加酶量和 pH对提取率的影响 图 2 加酶量和固液比对提取率的影响
（固定条件：x3= 0，x4= 0，x5= 0） （固定条件：x2= 0，x4= 0，x5= 0）
图 3 固液比和 pH值对提取率的影响 图 4 温度和 pH值对提取率的影响
（固定条件：x1= 0，x4= 0，x5= 0） （固定条件：x1= 0，x3= 0，x4= 0）
图 5 时间和固液比对提取率的影响 图 6 时间和温度对提取率的影响
（固定条件：x1= 0，x2= 0，x5= 0） （固定条件：x1= 0，x2= 0，x3= 0）
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2.3 酶解最佳工艺的优化
采用 SAS软件的脊岭分析得到本文确定的酶解最佳工艺
为加酶量 0.46％、pH值为 4.8、固液比为 1:11(g纤维粉 /g水)、
时间为 17h、温度为 46℃，在此条件下提取率度为 51.65％。验
证实验结果见表 4，与预测结果在 a=0.05水平无显著性差异。
表 4 验证实验结果
2.4 米氏常数 Km和最大反应速度 Vmax的测定
分别称取 15.00g、10.00g、6.67g、5.00g、4.00g 赤豆纤维
粉，加入复合纤维素酶 0.46％和 100mL水，在温度T＝46℃，
pH=4.8的条件下酶解 17h，以提取率为标准结果见表 5，结果
按 Langmiur作图法绘图求取最大反应速度和米氏常数。
表 5 提取率实验结果
通过 EXCEL 统计函数回归分析，得线性方程为 y =
63.394x+25.55，R2=0.9592，如图 5.13，说明线性相关性较好，
同时表明在该实验条件下，Viscozyme L是一种典型的蛋白构
象比较稳定的米氏酶。从方程得出该酶催化酶解赤豆纤维反应
的 Km=0.403035g·mL- 1，Vmax=0.015774g·h- 1·mL- 1。
3 结论
（1）采用二次回归通用旋转正交设计，通过 SAS软件进
行响应面分析，建立了 Viscozyme L酶解赤豆纤维工艺中加酶
量、温度、酶解时间，固液比和 pH值对提取率的数学模型。
（2）实验条件下各因素对酶解反应速率影响从大到小依
次是温度、加酶量、酶解时间、pH值、固液比。
（3）采用 SAS的脊岭分析优化 Viscozyme L酶酶解赤豆
纤维工艺参数为：加酶量 0.46%、酶解温度 46℃，酶解时间
17h、固液比 1:11(g纤维 /g水)、pH值 4.8。验证实验结果与预测
结果在 a=0.05水平无显著性差异。
（4）在实验条件下（加酶量 0.46%、温度 46℃，时间 17h、
固液比 1:11(g纤维 /g水)、pH值 4.8），Viscozyme L是一种典型
的蛋白构象比较稳定的米氏酶。该酶催化酶解赤豆纤维反应的
动力学参数如下：Km=0.403035g·mL- 1，Vmax=0.015774 g·
h- 1·mL- 1。
参考文献
[1]杨静,郑为完,李积华等.酶法制备全绿豆速溶饮品[J].南昌大学学报
（工科版）,2006, (2):115- 118.
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精细与专业化学品,1999(21):17- 19.

     
        


  

 







    
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