全 文 ：包被工艺条件对植酸酶热稳定性的影响
苏东海，刘 萍，郑亚安，孙君社 !
（中国农业大学 食品科学与营养工程学院生物工程系，北京 !"""#$）
摘 要：考察了不同种类的糖、盐及浓度在干热及湿热的情况下对残存酶活的影响，通过正交实验，确定包被工艺
优化条件为：以多孔淀粉为载体，采用流化干燥法取得；包被中蔗糖的添加量为 %" &’ ( ’酶，氯化钠包覆用量为淀粉
质量的 !")，明胶作外包被，用量为淀粉质量的 !*+)，得到包埋颗粒，其包埋率为 #,*#)，包埋后，水分活度大于
"*$+时，包被酶在干热的情况下残存酶活比原酶有较大的提高，残存酶活提高 #*-)，湿热的情况下，残存酶活提高
+#*$)，胃蛋白酶对其的损坏作用也明显减小。
关键词：颗粒化；植酸酶；稳定性
中图分类号：.#!% 文献标识码：/ 文章编号：!0-, 1 $0-#（,""%）"$ 1 ""%" 1 "0
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4%0 5,$(’：G6’I96EMG；H8NJ9FG；FJ9L:M:W9J:56
随着环保意识的提高及养殖业的高速发展，植
酸酶的应用越来越广泛［!］，但植酸酶在实际应用中
遇到了一些障碍，植酸酶的活性在制粒的过程中损
失较大［,］，通常酶在干燥的情况下，结构比较稳定，
具有一定的耐热性，但在制粒过程中，在高温蒸汽的
作用下，酶就易变性失活，近年来颗粒饲料制造采取
外喷的方法进行添加植酸酶，但外喷方法不容易添
加均匀，并且在运输过程很容易将颗粒外表喷涂的
植酸酶磨擦掉，失去添加意义［$］。内添加就不存在
上述缺点。故提高植酸酶的耐热性，采取内添加还
! 收稿日期：,""%7"%7!,
作者简介：苏东海（!X0+7），男，博士生，副研究员，研究方向：食品生物技术。
联系人：孙君社，教授，@7&9:M：FE6YF80!Z,0$*6GJ
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·%"·
生 物 加 工 过 程
O8:6GFG D5EI69M 5K [:5HI5RGFF @6’:6GGI:6’
第 ,卷第 $期
,""%年 #月
万方数据
是具有重要的应用价值。
在制粒的过程中，酶既要承受干热处理，又要承
受湿热的处理，在干热的情况下，酶吸收热量，三维
结构发生改变而导致其失活，在湿热的情况下，酶不
仅吸收热量导致构像发生变化，同时水分子和酶分
子内氢键相互作用的破坏，使得酶的构像更容易发
生变化［!］。在植酸酶内添加多羟基化合物、盐等，提
高其稳定性，同时人为的制造一个小环境，使酶受到
湿热的可能性大大减少，这样，酶在受到湿热的情况
下，残存酶活性得到较大提高［"］。
! 材料与方法
#$# 试验材料和试剂
植酸酶（!% %%% & ’ (）为中国农科院畜牧研究所
提供，玉米淀粉为食用级，糖化酶，蔗糖、葡萄糖、明
胶、海藻酸钠、氯化钠、硫酸铵、硫酸钠、钼酸铵、偏钒
酸铵为分析纯，植酸钠（)*(+,）、胃蛋白酶（)*(+,）。
#$- 主要仪器设备
沸腾干燥装置，.)#%#/#01 型电热恒温鼓风干
燥箱，电热手提式杀菌锅，2-- 型分光光度计，电子
恒温水浴锅，34—-微型旋涡混合仪。
#$5 实验方法
#$5$# 微孔淀粉的制备
根据糖化酶的性质和制备微孔淀粉的有关文献
确定条件［6］。
#$5$- 植酸酶的流化床干燥法包被［2］
将微孔淀粉置于沸腾干燥装置的流化床上，在
一定的温度下沸腾 %$" 7，将一定浓度的酶液（含不
同种类的糖）从沸腾装置的上方以高压气雾的方式
喷到淀粉载体上，待其干燥后，将氯化钠盐溶液间歇
式喷到载体上，待其干燥后，将明胶溶液喷到载体
上，干燥到含水量 "8左右即可。
#$5$5 不同浓度的糖在干热及湿热的条件下对植
酸酶活性的影响
将不同浓度的蔗糖、葡萄糖和海藻糖与酶液混
合，以淀粉为载体，用上述方法干燥。干燥的酶做耐
干热及湿热实验［9］
#$5$! 不同种类的盐在干热及湿热的条件下对植
酸酶活性的影响
以淀粉为载体，将植酸酶液喷到载体上，干燥
后，分别将一定浓度的硫酸铵、氯化钠、硫酸钠和硫
酸镁喷到酶颗粒的表面，控制喷液量，干燥后得到含
有不同盐质量分数的酶颗粒，干燥的酶做耐干热及
湿热实验［:］。
#$5$" 包被植酸酶的干湿热处理方法
包被植酸酶的干热处理使用电热恒温鼓风干燥
箱，9% ;空气热处理 %$" 7，取出后自然冷却，分别
测定酶于热处理前后的酶活，以热处理前后其相对
保留酶活反映其耐热性。包被植酸酶的湿热处理，
采用手提式高压蒸汽消毒器，经 #%% ;饱和水蒸汽
处理 ! +*<，然后自然冷却，分别测定酶于热处理前
后的酶活，以热处理后其相对保留酶活反映其耐热
性。
#$5$6 包被植酸酶的包埋率［#%］
准确称取 #$%%% ( 样品平铺于布氏漏斗
（!#% =+），在抽滤的同时用 #%% +>的水洗涤样品，
收集洗涤滤液，测定洗涤滤液酶活，包埋率 ?［（样品
酶活/滤液酶活）’样品酶活］@ #%%8。
#$5$2 不同的水分活度对包被的植酸酶的耐干热
的影响
分别在干燥器中放入饱和的 >*AB、C(AB-、
D-A.5、C(（E.5）-、E,AB、DAB溶液，在 5% ;恒温培养
箱中平衡，干燥器中的水分活度分别为 %$##、%$55、
%$!-2、%$"-9、%$2"-、%$9!-，将样品放入各种水分活
度的干燥器中进行平衡直至恒重，样品的水分活度
即达到环境之水分活度，分别将不同水分活度的样
品密闭，于 #%% ;、烘箱热处理 5% +*<，之后自然冷
却。测定酶于热处理前后的酶活，以相对保留酶活
反映其耐热性。
#$5$9 胃蛋白酶对裸酶及包被植酸酶的影响
准确称取 %$-" (裸植酸酶、包被植酸酶分别加
入 # >水中，然后分别加入 %$" +>胃蛋白酶，作用
6% +*<。植酸酶活性的测定参见文献［#% F #-］。
#$5$: 植酸酶活性的定义
在 52 ;、G4 "$" 的条件下，# +*< 从 %$% %"#
+HB ’ >的植酸钠溶液中释放出 #"+HB无机磷所需的
植酸酶的量。
" 结果与讨论
-$# 不同浓度的糖在干热及湿热的条件下对植酸
酶活性的影响
干燥的植酸酶中添加糖的比例对植酸酶在干热
及湿热的情况下，剩余酶活有所不同，实验结果如图
#、图 -，从图 # 可知，在干热的情况下，当海藻糖添
-%%!年 9月 苏东海等：包被工艺条件对植酸酶热稳定性的影响 ·!#·
万方数据
加比例达 !" #$以后，随着添加比例的增加，相对剩
余酶活的提高趋势变缓；蔗糖的添加比例达 %" #$
时，相对剩余酶活的值达到最大，以后又呈下降趋
势，葡萄糖对相对剩余酶活没有提高的作用，基本呈
下降趋势。在湿热的情况下，当糖的添加比例达 &"
#$后，三种糖对保留剩余酶活的能力有一定的作
用，但在添加达 ’" #$以后又呈下降趋势。
综合上述两种情况，海藻糖的效果虽然较好，但
是它的价格较高，植酸酶包被以后，包被膜可以阻挡
蒸汽的进入，所以面临的热主要为干热，故植酸酶包
被时的酶液中应加 %" #$ ( $酶的蔗糖。
—!—蔗糖 —"—海藻糖 —#—葡萄糖
图 & 不同糖的浓度在干热情况下对植酸酶活性的影响
)*$+& ,--./0 1- 23$34 /15/.50460*15 15 789062. 206:*;*09
6$6*520 <49 8.60
—!—葡萄糖 —"—蔗糖 —#—海藻糖
图 ! 不同糖浓度在湿热情况下对植酸酶活性的影响
)*$+! ,--./0 1- 23$34 /15/.50460*15 15 08.4#6; 08.4#6; 206:*;*09
6$6*520 #1*20 8.60
!+! 不同种类的盐在干热及湿热的条件下对植酸
酶活性的影响
以淀粉为载体，将酶液喷到载体上，在流化床上
干燥后，再喷不同盐的溶液，同一种盐的包被浓度相
对淀粉的量分别为 &=、>=、&"=、&>=、!"=，在流
化床上充分干燥后，分别进行耐干热和耐湿热的实
验，结果如图 ?、图 %。
—!—硫酸镁 —"—氯化钠
—#—硫酸钠 —$—硫酸铵
图 ? 盐的种类和浓度在干热情况下对酶活的影响
)*$+? ,--./0 1- 26;0 /15/.50460*15 15 789062. 08.4#6; 206:*;*09 6@
$6*520 <49 8.60
—!—硫酸铵 —"—氯化钠
—#—硫酸钠 —$—硫酸镁
图 % 酶颗粒外表涂布不同的盐对植酸酶耐湿热的影响
)*$+% ,--./0 1- 26;0 /15/.50460*15 15 789062. 08.4#6; 206:*;*09 6@
$6*520 #1*20 8.60
从图 ?中可以看出，不同的盐及浓度在干热的
情况下对植酸酶的相对剩余酶活有着不同的影响，
硫酸纳的用量达 >=的情况下达到最大值，以后随
着添加量的增大而趋于下降，氯化钠的用量达到
&"=的情况下达到最大值，以后随着添加量的增加
而呈下降趋势，而硫酸铵和硫酸镁随着添加量的增
加相对剩余酶活都呈下降的趋势。
从图 %中可以看出，在酶颗粒表面涂布不同种
类的盐浓度，在抗耐湿热方面显示出不同的能力，硫
酸铵、硫酸镁的作用不是很明显，氯化钠和硫酸钠有
较好的保护作用，在质量分数较低的情况下，保护作
·%!· 生物加工过程 第 !卷第 ?期
万方数据
用不明显，而在质量分数分别达到 !"#和 "#时，保
护作用达到最大值。随后呈下降趋势。在盐浓度较
低的情况下，盐对酶未形成致密的保护层，耐湿热性
未表现出来，随着盐质量分数的增加，酶颗粒的耐热
性能有所下降，从理论上讲，盐不具备柔韧性，随着
盐层厚度的增加，酶颗粒表面会产生一定的裂纹，这
对酶颗粒的耐湿热将产生副面的影响。
$%& 包被胶的种类和质量分数对酶颗粒耐干热及
湿热的影响
以微孔淀粉为载体，喷液体植酸酶干燥后，分别
以海藻酸钠和明胶为包被剂，然后测定不同种类的
酶颗粒的耐湿热和耐干热的能力（见图 "、图 ’）。
—!—海藻酸钠 —"—明胶
图 " 不同种类的包被剂及质量分数在干热情况下对剩余
酶活的影响
()*%" +,,-./ 0, 1),,-2-3/ -3.456784/)3* 94/-2)486 03 5:;/46- /:-2948
6/4<)8)/; 4*4 )36/ 12; :-4/
—!—海藻酸钠 —"—明胶
图 ’ 不同种类的包被剂及质量分数在湿热情况下对剩余
酶活的影响
()*%’ +,,-./ 0, 1),,-2-3/ -3.456784/)3* 94/-2)486 03 5:;/46- /:-2948
6/4<)8)/; 4*4)36/ 90)6/ :-4/
从图 "可以看出，在耐干热的情况下，随着明胶
添加量的提高，剩余酶活开始没变化，随后略有下
降；而海藻酸钠随着添加量的提高，剩余酶活呈下降
趋势。从图 ’可以看出，随着胶的质量分数的提高，
酶颗粒的耐湿热的能力都有提高的趋势，但明胶提
高的幅度大于海藻酸钠的提高幅度，并且明胶的用
量达 !#以后提高的幅度变缓。
$%= 最佳包被条件的确定
植酸酶在制粒过程中，既要耐湿热又要耐干热，
故植酸酶的包被条件既要符合耐干热的要求又要符
合耐湿热的要求，采用正交实验的综合平衡法来找
出最好的配方方案，选用正交表（表 !）!>（&=）来安排
实验，通过上述研究可知，糖的浓度、盐的质量分数
以及包被胶是影响包被酶耐热能力的重要因素，糖
的三个水平为每 *酶分别添加 $?、=?、’? 9*的蔗糖，
盐的三个水平为添加淀粉量 "#、!?#、!"#的盐，
包被胶的三个水平为淀粉量的 ?%"#、!#和 !%"#
的明胶。
由颗粒稳定化植酸酶耐干热实验的正交表结果
可知，@$A B @&A B @!A；@&C B @$C B @!C ；@$D B
@!DB @&D，所以最佳方案为 A$C&D$，又因为 D$ B
A$ B C&，所以认为 C因素对颗粒稳定化植酸酶耐干
热影响最小。
由颗粒稳定化植酸酶耐湿热实验的正交表结果
可知，@$A B @&A B @!A；@$C B @!C B @&C ；@&D B
@$D B @!D，所以最佳方案为 A$C$D&，又因为 A$ B
C$ B D&，所以认为 D因素对颗粒稳定化植酸酶耐湿
热影响最小。
对耐干热的最佳方案是 A$C&D$，对耐湿热的最
佳方案是 A$C$D&，这两个方案不完全一样，为了得
到较好的解决办法，进行以下分析。
盐的添加对耐干热和耐湿热来说，盐的极差都
不是最大的，也就是说不是最大的影响因素，对干热
来说盐的添加取 !"#最好，但各水平间差别不大，
对湿热来说盐添加 !?#最好，各水平间差别较大，
故盐的添加量取 !?#。
从正交表看，对耐湿热来说胶是最小的影响因
素，胶用量的极差最小；对耐干热来说胶是最大的影
响因素，胶用量的极差最大，应该取舍那一个呢？植
酸酶在制粒过程中，稳定化颗粒植酸酶首先遇到的
是湿热的影响，它使酶失活的幅度最大，在保证植酸
酶能经受湿热的情况下，再考虑随之而来得的干热，
况且植酸酶的耐干热的能力较耐湿热的能力强，所
以胶的用量采用添加 !%"#的明胶。
综合考虑影响耐干热和耐湿热的因素，确定最
后稳定化方案为：A$C$D&。即蔗糖的添加 =? 9* E *
$??=年 F月 苏东海等：包被工艺条件对植酸酶热稳定性的影响 ·=&·
万方数据
酶，盐的添加量为淀粉量的 !"#，胶的添加量为淀 粉量的 !$%#。
表 ! 稳定化正交实验设计及结果
&’()* ! +*,-). /0 /1.2/3/4’) 5*,634 /0 ,.’(6)67*5 8/456.6/4
包埋植酸酶的耐干热的正交实验 !9（:;） 包埋植酸酶的耐湿热的正交实验 !9（:;）
实验号
<（糖的
质量分数）
=（盐的
质量分数）
>（包被胶
添加量）
耐干热
剩余百分
酶活（#）
实验号
<（糖的
质量分数）
=（盐的
质量分数）
>（包被胶
添加量）
耐湿热
剩余百分
酶活（#）
! ! ! ! %?$@ ! ! ! ! ;;
@ ! @ @ ?%$; @ ! @ @ %A
: ! : : %:$: : ! : : ;!
; @ ! @ A:$@ ; @ ! @ B;
% @ @ : BB$: % @ @ : ?@
B @ : ! ?9$: B @ : ! B!
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A : @ ! ?!$% A : @ ! %%
9 : : @ ?A$" 9 : : @ ;9
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C@ ?B$: ?"$@ ?A$9 C@ !9?$" !A%$" !?!$"
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C@ @%$; @:$; @B$: C@ B%$? B!$? %?$"
C: @:$? @:$? @"$; C: %;$: %"$: %?$:
+ ;$A ! %$9 + !A !!$; @$:
优方案 <@ =: >@ 优方案 <@ =@ >:
@$% 湿热及干热对包被以后的植酸酶的影响
植酸酶用流化床干燥的方法包被以后，为了验
证其耐热性，采用上述湿热及干热方法处理，然后与
未包被的植酸酶进行对比，结果如图 ?。
’ 包被酶干热； ( 未包被酶干热；
8 包被酶湿热； 5 未包被酶湿热；
图 ? 植酸酶包埋前后的耐热性
D63$? &2* .2*1E’) ,.’(6)6.F /0 /16364’) G2F.’,* ’45 ,.’(6)67*5 G2F.’,*
从图 ?可以看出，植酸酶经过包被以后，其耐湿
热及干热的能力都得到了明显提高，在干热时，蔗糖
和盐都对植酸酶的稳定起到了作用，其中蔗糖填补
了植酸酶空间结构的空隙，限制了酶由于加热而引
起的空间结构的改变。在酶涂层的外表喷上一层
盐，对裸露的酶进行了包覆，对酶的稳定也起到了重
要的作用。在湿热时，由于明胶层的阻隔，蒸汽不能
直接作用与植酸酶，内层的盐是热的不良导体且不
易吸水，这对保证包被酶耐湿热起到了重要作用，只
要包被层足够致密，蒸汽不能穿透保护膜，内部的植
酸酶受到热还是干热，从前面的实验可知，植酸酶可
耐一定程度的干热，在添加酶稳定剂的情况下，可进
一步提高其耐热程度。
@$B 植酸酶的包埋率
经测定 ! 3样品中的酶活为 ; !@: -，洗涤液中
的总酶活为 ?::$A -，故包埋率为 A@$@#。
@$? 不同的水分活度对包被的植酸酶的耐干热的
影响
将原酶粉和包被的酶在不同的水分活度下进行
平衡后，密闭后在 A% H的烘箱中加热 :" E64，然后
测定剩余酶活，结果如图 A。
·;;· 生物加工过程 第 @卷第 :期
万方数据
—!—原酶粉 —"—包被的酶
图 ! 水分活度对酶热处理后对剩余保留酶活的影响
"#$%! &’’()* +’ ,-*(. -)*#/#*0 +1 .(2-*#/( .(*-#1#1$ -)*#/#*0
+’ 340*-5( -’*(. 4(-*#1$
从图 !中可以看出，在相同的水分活度下，包被
植酸酶在干热的情况比未包被的耐干热的能力强。
6%! 胃蛋白酶对裸酶及包被植酸酶的影响
经胃蛋白酶的作用，包被酶和裸酶的残存酶活
有一定的差别，包被酶未经胃蛋白酶作用时的酶活
为 768 9，经胃蛋白酶作用后，其残存酶活为 :!6 9，
包被植酸酶的存活率为 !;%8<，未包埋的酶未经胃
蛋白酶的作用前，酶活为 = >>; 9，经胃蛋白酶的作
用后，其酶活为 ?!7 9。未包被植酸酶的存活率为
?!%?<。
! 结 论
比较不同种类的糖及浓度在干热及湿热的情况
下对残存酶活的影响，综合考虑确定其最佳添加量
为每 $植酸酶粉 ;> @$蔗糖，颗粒包覆盐的用为淀
粉质量的 =><，外包胶经对比采用明胶较好，用量
为淀粉量的 =%8<，采用流化床干燥的方法，得到包
埋颗粒，其包埋率为 !6%!<，包埋后，水分活度大于
>%A8时，包被酶在干热的情况下残存酶活比原酶有
较大的提高，比较包埋前后酶活损失情况，包埋后，
干热的情况下，残存酶活提高 !%:<，湿热的情况
下，残存酶活提高 8!%A<；胃蛋白酶对其损坏作用
也明显减小。
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万方数据