何 嬌，黃廣民*

(海南大學食品學院，海南 ?？?570228)

毛薯粉漿酶法水解的響應面法優(yōu)化及其動力學研究

何 嬌，黃廣民*

(海南大學食品學院，海南 ?？?570228)

考察毛薯酶法水解液化條件及對酶解動力學進行研究。采用液態(tài)高溫α-淀粉酶在高溫下作用于毛薯粉漿，通過響應面法確定毛薯粉漿最佳水解工藝條件，并對毛薯粉漿酶法水解液化過程進行動力學分析。結果表明：加酶量0.15mL/g、水解溫度90℃、pH6.0、毛薯粉漿質(zhì)量濃度70mg/mL、水解時間50min，毛薯粉漿糖化率可達55.69%。動力學研究表明，米氏常數(shù)Km＝69.97mg/mL，最大反應速率vm=1.413mg/(mL·min)。

毛薯；響應面；酶解；動力學

目前化石能源的日趨枯竭，開發(fā)新能源已成為各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略決策。開發(fā)利用生物質(zhì)能源是新能源的重要內(nèi)涵，燃料乙醇是生物質(zhì)能源的重要組成部分。我國是一個人多地少的國家，糧食供給僅處于緊平衡，沒有富余的糧食可供釀制乙醇，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)必須堅持不與人畜爭糧食的原則。走非糧型燃料乙醇的道路，是我國開發(fā)生物質(zhì)能源的必然選擇。充分利用非糧型高糖、高碳水化合物資源，開發(fā)燃料乙醇，對我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)規(guī)模的拓展及可持續(xù)發(fā)展至關重要。

毛薯(Dioscorea esculenta (Lour) Burkill)為薯蕷科薯蕷屬藤本植物，有甜薯和蒂薯兩種。蒂薯屬革質(zhì)攀援藤本，蔓長130～150cm，每株結薯約10個。薯塊橢圓或長圓形，味稍淡而甜，煮熟后難脫皮。甜薯屬攀繞藤本，莖蔓青紫色，蔓長100～130cm；薯皮革質(zhì)，肉質(zhì)細軟，糖分高，味甜可口，煮熟后易脫皮。熟吃毛薯能健脾止瀉，益肺滋腎，解毒斂瘡[1]。自古以來，一直是海南島上居民的農(nóng)家雜糧，一年四季均可食用。海南島優(yōu)越的地理氣候環(huán)境，賦予毛薯速生快長的條件，現(xiàn)已成為海南省的一大特產(chǎn)。全省年種植面積2.7萬畝以上，畝產(chǎn)鮮薯約2500kg。

海南毛薯富含糖和淀粉，適用于制備燃料乙醇。利用毛薯制備燃料乙醇，須先將毛薯淀粉糖化，使其轉(zhuǎn)化為酵母可發(fā)酵的糖類，再接種發(fā)酵制備乙醇。酶法水解具有反應條件溫和，催化效率高和產(chǎn)物專一性而被廣泛用于糧食發(fā)酵制備乙醇工業(yè)。工業(yè)上常采用液態(tài)高溫α-淀粉酶將糧食淀粉一次性糊化和液化，再用糖化酶糖化，糖化液經(jīng)接種發(fā)酵就可制備乙醇。毛薯含有大量黏性成分，毛薯淀粉被這些黏性成分包埋，液態(tài)高溫α-淀粉酶很難作用于毛薯淀粉，使其中的淀粉液化，不能簡單地套用液態(tài)高溫α-淀粉酶液化糧食淀粉制備乙醇的工藝。本實驗擬采用液態(tài)高溫α-淀粉酶在高溫下作用于毛薯粉漿，通過響應面法確定毛薯粉漿最佳水解工藝條件，并對毛薯粉漿酶法水解液化過程進行動力學分析，以期為毛薯的開發(fā)利用提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新采收的毛薯，洗凈、切片、烘干，粉碎至80～100目，得含水量為8%～10%，備用。

苯酚、亞硫酸氫鈉、3,5-二硝基水楊酸、鹽酸、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、磷酸氫二鈉、檸檬酸等，所有試劑均為分析純；液態(tài)高溫α-淀粉酶(15183U/mL) 山東棗莊市杰諾生物酶有限公司。

1.2 儀器與設備

280-型齒爪式粉碎機 廣州廣萊農(nóng)業(yè)機械設備有限公司；721-型分光光度計 上海精密科學儀器有限公司； 601BS-型恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市晨陽電子儀器廠。

1.3 毛薯粉中淀粉含量的測定[2-3]

毛薯粉中淀粉含量的測定方法按GB/T 5009.9—2003《食品中淀粉的測定》進行。即準確稱取5.0000g毛薯粉于裝有慢速濾紙的三角漏斗中，用30mL乙醚分數(shù)次洗去脂肪，用150mL乙醇分數(shù)次洗去糖類，再用100mL水分數(shù)次洗滌殘渣，轉(zhuǎn)入250mL錐形瓶，加入30mL 6mol/L鹽酸，于沸水浴中回流2h，得毛薯淀粉水解液，迅速冷卻，加2滴甲基紅指示劑，分別用氫氧化鈉和鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至7.0，加20mL乙酸鉛溶液(200g/L)，搖勻，靜置10min，用20mL硫酸鈉(100g/L)溶液除去過量的鉛。將溶液及殘渣全部轉(zhuǎn)入500mL容量瓶，加水稀釋定容。過濾，棄去初濾液20mL，濾液供測定用。

準確吸取5.0mL濾液于100mL容量瓶，加蒸餾水稀釋定容，搖勻。再準確吸取1.0mL稀釋液于50mL容量瓶，采用DNS比色法測定其吸光度，根據(jù)吸光度對葡萄糖質(zhì)量濃度的回歸方程，計算出濾液中總還原糖的含量，所得結果再乘以0.9可得到毛薯中淀粉的含量，實測得毛薯粉中淀粉含量為77.87%。

1.4 毛薯粉漿的液化方法[4-8]

1.4.1 葡萄糖溶液標準工作曲線的繪制[9-11]

在0～2.0mL范圍，按0.1mL增序，分別準確吸取質(zhì)量濃度為1.0mg/mL的葡萄糖標準溶液于50mL容量瓶，加入1.5mL DNS溶液，2.0mL蒸餾水，使葡萄糖質(zhì)量濃度分別為0～0.04mg/mL，在100℃水浴中加熱5min，迅速冷卻，加蒸餾水稀釋定容。選擇1cm比色皿，在480nm波長處測定吸光度，以葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準工作曲線。作一元回歸分析，得吸光度對葡萄糖質(zhì)量濃度的回歸方程為：

1.4.2 毛薯粉漿的液化

分別準確稱取5.0000g毛薯粉于三頸燒瓶，加入一定量的磷酸二氫鈉-檸檬酸緩沖溶液，攪拌成漿狀，調(diào)節(jié)至適當?shù)膒H值，攪拌中升溫至合適的溫度，加入適量的液態(tài)高溫α-淀粉酶，水解一定時間，水解液轉(zhuǎn)入250mL容量瓶，加蒸餾水稀釋定容，備用。

1.4.3 毛薯粉漿糖化率的測定方法[12-13]

分別準確吸取5.0mL毛薯淀粉液于100mL容量瓶，加蒸餾水稀釋定容，搖勻。再準確吸取1.0mL此稀釋液于50mL容量瓶，加入1.5mL DNS溶液，2.0mL蒸餾水，以沸水浴加熱5min顯色，迅速冷卻，加蒸餾水稀釋定容，選用1cm比色皿，在480nm波長處，測定其吸光度，同時作空白實驗。根據(jù)吸光度對葡萄糖質(zhì)量濃度的回歸方程，計算毛薯粉漿的糖化率。

1.4.4 毛薯淀粉液糖化率的計算[14]

根據(jù)葡萄糖溶液的吸光度對葡萄糖質(zhì)量濃度的回歸方程：Y＝22.573X－0.0109，可導出毛薯粉漿糖化率的計算公式為：

式中：DE為毛薯淀粉液糖化率/%；A為糖化稀釋液的吸光度；0.7787為毛薯粉中淀粉含量；n為稀釋倍數(shù)；M為毛薯粉質(zhì)量/g。

2 結果與分析

2.1 液態(tài)高溫α-淀粉酶水解條件

2.1.1 水解溫度對毛薯粉漿水解的影響

按照1.4.2節(jié)方法，調(diào)節(jié)粉漿的pH值為6.0，毛薯粉漿質(zhì)量濃度為50mg/mL，加入預先稀釋20倍的液態(tài)高溫α-淀粉酶0.14mL/g，分別以60～95℃的溫度水解50min。水解液按1.4.3節(jié)方法測定總還原糖的含量，計算毛薯粉漿的糖化率，結果見圖1。

圖1 水解溫度對毛薯粉漿水解的影響Fig.1 Effect of hydrolysis temperature on the degree of hydrolysis Dioscorea esculenta (Lour) Burkill tubers

由圖1以看出，水解溫度小于85℃時，毛薯粉漿的糖化率隨著水解溫度的增大呈線性增大；水解溫度為85℃時，毛薯粉漿的糖化率達到最大值，說明在該溫度下，液態(tài)高溫α-淀粉酶的活力最大；水解溫度大于85℃時，隨著水解溫度的增大，毛薯粉漿的糖化率幾乎保持不變。這一現(xiàn)象與酶促反應的普遍規(guī)律非常吻合。在酶促反應中，溫度升高反應速度加快與使酶失活這兩個相反的影響同時存在。溫度升高，毛薯粉漿中淀粉粒運動加快，使得酶與淀粉分子中的α-1,4糖苷鍵的接觸幾率增加，反應速度加快。但并非溫度越高越好，若水解溫度過高，超過某一范圍時，酶蛋白將逐漸變性失活，影響反應的進行。而這個溫度是酶的最適作用溫度，即毛薯粉漿最適宜的酶解溫度為85℃。

2.1.2 粉漿的pH值對毛薯粉漿水解的影響

按照1.4.2節(jié)方法，分別調(diào)節(jié)粉漿的pH值為3.6～7.2，以85℃水解，其他條件同2.1.1節(jié)。測定毛薯粉漿的糖化率，其結果見圖2。

圖2 pH值對毛薯粉漿水解的影響Fig.2 Effect of hydrolysis pH on the degree of hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill tubers

由圖2以看出，毛薯粉漿的pH值對液態(tài)高溫α-淀粉酶的活力影響極大。毛薯粉漿pH值小于6.0時，毛薯粉漿的糖化率隨著粉漿pH值的增大呈線性增大；毛薯粉漿的pH值為6.0時，毛薯粉漿的糖化率達到最大值，表明液態(tài)高溫α-淀粉酶在此pH值時對毛薯淀粉作用的效果最佳。這與酶的性質(zhì)有關，即在此pH值，酶的活力最大，pH值高于或低于該值，都會改變酶的活性中心構象，甚至改變酶分子結構使其變性失活。pH值還會影響淀粉分子的結構形態(tài)，淀粉分子上某些基團只有在一定的結構形態(tài)下，才適宜與酶結合而發(fā)生水解反應[13]。因此液態(tài)高溫α-淀粉酶水解毛薯粉漿最佳pH值為6.0。

2.1.3 底物質(zhì)量濃度對毛薯粉漿水解的影響

按照1.4.2節(jié)方法，調(diào)節(jié)粉漿pH值為6.0，分別控制毛薯粉漿質(zhì)量濃度為10～130g/mL，其他條件同2.1.2節(jié)，計算毛薯粉漿的糖化率，其結果見圖3。

圖3 底物質(zhì)量濃度對毛薯粉漿水解的影響Fig.3 Effect of substrate concentration on the degree of hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill tubers

由圖3以看出，毛薯粉漿質(zhì)量濃度小于40mg/mL時，隨著底物質(zhì)量濃度的增大，毛薯粉漿的糖化率呈線性增大；毛薯粉漿質(zhì)量濃度達到40mg/mL時，酶與底物能完全結合，水解生成葡萄糖的量達到最大，毛薯粉漿的糖化率達到最大值。此后，隨著毛薯粉漿質(zhì)量濃度的增大，毛薯粉漿的糖化率幾乎保持不變。當毛薯質(zhì)量濃度大于70mg/mL時，隨著毛薯粉漿質(zhì)量濃度的增大，毛薯粉漿的糖化率呈線性下降。其原因在于毛薯粉漿質(zhì)量濃度過高，黏度過大，流動性差，α-淀粉酶在反應系統(tǒng)中運動速度過慢，酶與淀粉接觸幾率減小，不利于水解反應的進行。為提高毛薯粉漿的糖化率，毛薯粉漿的最佳質(zhì)量濃度應為70mg/mL。

2.1.4 加入液態(tài)高溫α-淀粉酶的量對毛薯粉漿水解的影響

按照1.4.2節(jié)方法，毛薯粉漿質(zhì)量濃度為70g/mL，分別加入預先稀釋20倍的液態(tài)高溫α-淀粉酶0.02～0.24mL/g，其他條件同2.1.3節(jié)，計算毛薯粉漿的糖化率，其結果見圖4。

圖4 加入液態(tài)高溫α-淀粉酶的量對毛薯粉漿水解的影響Fig.4 Effect of α-amylase amount on the degree of hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill tubers

由圖4以看出，液態(tài)高溫α-淀粉酶加酶量小于0.14mL/g時，隨著加酶量的增加，毛薯粉漿的糖化率呈線性迅速增大；液態(tài)高溫α-淀粉酶加酶量為0.14mL/g時，毛薯粉漿的糖化率達到最大值；液態(tài)高溫α-淀粉酶加酶量大于0.14mL/g時，繼續(xù)增加酶量，毛薯粉漿的糖化率幾乎保持不變。這是因為底物濃度恒定時，參與酶解反應的位點總是一定的，其底物分子中的α-1,4糖苷鍵已被飽和，即使繼續(xù)增加酶量，水解產(chǎn)物的量也不會發(fā)生變化。所以為節(jié)省成本，液態(tài)高溫α-淀粉酶加酶量應為0.14mL/g。

2.1.5 水解時間對毛薯粉漿水解的影響

按照1.4.2節(jié)方法，加入預先稀釋20倍的液態(tài)高溫α-淀粉酶0.14mL/g，水解時間10～100min其他條件同2.1.4節(jié)，計算毛薯粉漿的糖化率，結果見圖5。

圖5 水解時間對毛薯粉漿水解的影響Fig.5 Effect of hydrolysis time on the degree of hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill tubers

由圖5以看出，水解時間小于50min時，毛薯粉漿的糖化率隨著水解時間的延長呈線性增大，水解時間為50min時達到最大值；繼續(xù)延長水解時間，毛薯粉漿的糖化率幾乎變化不大。據(jù)張國權等[15]的蕎麥淀粉耐高溫α-淀粉酶液化工藝條件研究報道，其主要原因是耐高溫α-淀粉酶對長鏈淀粉或糊精水解的速度要比短鏈淀粉速度快，隨著水解的進行，淀粉液中短鏈淀粉產(chǎn)物的數(shù)量逐漸增加，水解的速率逐步減慢。另是淀粉中含有α-1,6糖苷鍵，也會影響酶解速度。因此，為節(jié)約能耗，毛薯粉漿液化水解時間應為50min。

2.2 毛薯粉漿液態(tài)高溫α-淀粉酶水解條件優(yōu)化

2.2.1 毛薯粉漿水解條件響應面優(yōu)化[16]

根據(jù)上述單因素試驗分析，影響毛薯粉漿水解的因素諸多。如加酶量、粉漿的pH值、水解溫度、水解時間、毛薯粉漿質(zhì)量濃度都是影響因素。為優(yōu)化毛薯粉漿的水解條件，利用Design-Expert 7.1.6軟件，采用中心組合試驗設計(central composite design，CCD)，分別以加入液態(tài)高溫α-淀粉酶的量(A)、水解溫度(B)、毛薯粉漿的pH值(C)和毛薯粉漿質(zhì)量濃度(D)為自變量，毛薯粉漿的糖化率(Y)為響應值。采用4因素5水平的響應面分析法，確定最佳水解條件，試驗因素水平設計見表1。

表1 毛薯粉漿酶解條件響應面分析因素和水平表Table 1 Factors and levels of response surface analysis

2.2.2 響應面模型的建立及顯著性分析[17]

表2 毛薯粉漿酶解條件中心組合試驗設計及結果Table 2 Central composite design and corresponding results

中心組合試驗結果見表2，將數(shù)據(jù)用Design-Expert軟件進行多元回歸擬合，得到以毛薯粉漿糖化率為目標函數(shù)Y的二次多項回歸方程：

由方程可看出，各因素對毛薯粉漿糖化率的影響順序為：水解溫度(B)＞粉漿pH值(C)＞加酶量(A)＞毛薯粉漿的質(zhì)量濃度(D)。

表3 二次回歸模型的方差分析結果Table 3 Variance analysis of the fitted quadratic regression model

由表3可知，該模型表現(xiàn)為極顯著(P＜0.0001)；失擬性表現(xiàn)為不顯著(P＝0.1775)；R2和RAdj2分別為0.9814和0.9652，說明該模型擬合度良好，其響應值的98.14%都來自所選因變量，其模型能很好的反映因變量與響應值的關系；而預測擬合度為0.9106，說明該模型預測性良好，其所得預測結果能表現(xiàn)試驗的最佳條件。從表中可以看出其中A、B、C、AB、AC、BD、A2、B2、C2、D2對響應值值有極顯著的影響(P＜0.01)，D對相應值則差異顯著(P＜0.05)，其他因素AD、BC、CD間的交互影響表現(xiàn)為不顯著(P＞0.05)。

2.2.3 因素的響應面分析及最優(yōu)條件的確定[18]

利用Design-Expert軟件，通過多元回歸方程做出對毛薯粉漿的糖化率影響極顯著的因素響應面圖和等值圖，如圖7所示。

圖7 各因素交互作用對糖化率值的影響的響應面圖Fig.7 Response surface plots for the interactive effects of hydrolysis conditions on the degree of hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill tubers

從圖7可以看出，糖化率的等值曲線最圓則相互影響最小，而AC的最扁平，則相互影響最大。

圖7a表明，加入液態(tài)高溫α-淀粉酶的量不變時，毛薯粉漿的糖化率隨著水解溫度的增大而呈線性增大；水解溫度大于92℃時，毛薯粉漿的糖化率 隨著水解溫度的增大而逐漸減小，故水解溫度為87～92℃，加酶量在0.13～0.15mL/g時，毛薯粉漿的糖化率達到最大值。

圖7b表明，加入液態(tài)高溫α-淀粉酶的量不變，毛薯粉漿的糖化率隨著粉漿的pH值增大而呈線性增加，pH值大于6.2時，毛薯粉漿的糖化率隨著粉漿pH值的增大而逐漸減?。划敺蹪{的pH值為5.8～6.2，加酶量為0.13～0.16mL/g時，毛薯粉漿的糖化率達到最大值。

圖7c表明，水解溫度不變時，毛薯粉漿的糖化率隨著毛薯粉漿質(zhì)量濃度的增大而呈線性增大；毛薯粉漿質(zhì)量濃度大于75mg/mL時，毛薯粉漿的糖化率隨著毛薯粉漿質(zhì)量濃度的增大而逐漸減小。水解溫度在86～90℃，毛薯粉漿質(zhì)量濃度在62～76mg/mL時，毛薯粉漿的糖化率達到最大值。

通過軟件分析，得到加入液態(tài)高溫α-淀粉酶的量0.15mL/g、水解溫度89.43℃、粉漿pH5.9、毛薯粉漿質(zhì)量濃度為70.7mg/mL、水解時間50min，毛薯粉漿的糖化率可達55.61%。取整后得毛薯粉漿最佳水解條件為：加酶量0.15mL/g，水解溫度90℃、粉漿pH6.0、水解時間50min，毛薯粉漿質(zhì)量濃度為70mg/mL。在該條件下，液態(tài)高溫α-淀粉酶能很好地作用于毛薯粉漿，其糖化率最高，達到55.69%[18-19]。

2.3 液態(tài)高溫α-淀粉酶水解毛薯粉漿的動力學分析

2.3.1 毛薯粉漿水解動力學模型建立[20-25]

以響應面分析法優(yōu)化取整所得的最佳結果，選擇水解溫度為90℃、毛薯粉漿pH6.0、水解時間50min、加酶量0.15mL/g，分別考察底物濃度對液態(tài)高溫α-淀粉酶水解毛薯粉漿的反應速率。根據(jù)毛薯粉漿質(zhì)量濃度與毛薯粉漿的糖化率的關系，分別計算單位時間、單位體積內(nèi)總還原糖的生成量，即葡萄糖生成速率。不同毛薯粉漿質(zhì)量濃度酶水解反應速率見圖8[26]。

圖8 底物質(zhì)量濃度與反應速率的關系Fig.8 Relationship between reaction velocity and substrate concentration

從圖8可以看出，反應初始時，隨著底物質(zhì)量濃度的增加，酶解速率迅速增大，即葡萄糖生成速率呈線性增大；當?shù)孜镔|(zhì)量濃度達到一定值，酶完全與底物結合，此時葡萄糖生成速率達到最大值。此后盡管底物濃度不斷增大，反應速率卻不再上升而是趨于平緩[27]。反應速率(v)對毛薯粉漿質(zhì)量濃度[S]呈近似的雙曲線關系，符合表征酶促反應特征的米氏方程所繪制的曲線。

以lnv對ln[S]作圖得到圖9所示直線，可認為在加酶后很短的時間內(nèi)液態(tài)高溫α-淀粉酶水解毛薯粉漿遵循一級反應規(guī)律?？捎妹资戏匠虒υ囼灁?shù)據(jù)進行擬合。

圖9 lnv與ln[S]的關系Fig.9 Relationship between lnv and ln[S]

Michaelis-Menten方程提出酶促反應分兩步進行：

式(2)中，液態(tài)高溫α-淀粉酶(E)與毛薯淀粉(S)快速結合生成絡合物(ES)，而該絡合物卻以較慢的速度分解為產(chǎn)物(P)，同時釋放出酶分子(E)；k1、k2、k3、k4分別代表各步反應的速率常數(shù)。

反應初期，沒有反應產(chǎn)物[P]或反應產(chǎn)物濃度[P]很低，k4可忽略不計，故第二步反應可認為是單向不可逆的。由質(zhì)量守恒定律可得到反應的動力學模型(米氏方程)為：

式(3)中：Km=(k3+k2)/k1，vm=k3[E]總；Km相當于液態(tài)高溫α-淀粉酶的活性部位一半被毛薯淀粉占據(jù)時所需的毛薯粉漿質(zhì)量濃度；vm表示加入酶的量不變時，液態(tài)高溫α-淀粉酶被毛薯淀粉飽和，反應速率所達到的最大值。

2.3.2 用Wilkinson[28]統(tǒng)計法求解米氏常數(shù)和最大反應速率

Wilkinson統(tǒng)計法包括非線性二乘法求估算解和泰勒展開式求精校解，計算過程分兩步，見表4、5。

式(4)(5)中：vm0為最大反應速率的估算解；Km0為米氏常數(shù)的估算解。

式中：b1、b2分別為vm和Km計算過程中修正常數(shù)。

故本實驗采用Wilkinson 統(tǒng)計法求解，其結果為：vm為1.413mg/(mL·min)，Km為69.97mg/mL。

3 結 論

綜上所述，經(jīng)單因素和響應面分析法對液態(tài)高溫α-淀粉酶水解毛薯粉漿的條件優(yōu)化，建立了毛薯粉漿的糖化率與加入酶的量、水解溫度、毛薯粉漿質(zhì)量濃度、粉漿pH值等各因素之間的二次多項式回歸模型，取整后得毛薯粉漿最佳水解條件分別為：加酶量0.15mL/g、水解溫度90℃、粉漿pH6.0、水解時間50min、毛薯粉漿質(zhì)量濃度為70mg/mL。在該條件下，其糖化率最高，達55.69%。液態(tài)高溫α-淀粉酶作用于毛薯粉漿，其酶解反應速率遵循一級反應規(guī)律，遵循Michaelis-Menten方程，米氏常數(shù)Km＝69.97mg/mL，最大反應速率vm＝1.413mg/(mL·min)。

表4 Wilkinson法求估算解Table 4 Estimated values of vm and Km by Wilkinson method

表5 Wilkinson法求精校解Table 5 Accurate values of vm and Km by Wilkinson method

上述研究結果表明，液態(tài)高溫α-淀粉酶作用于毛薯淀粉與作用于糧食淀粉一樣，能在高溫下一次性將毛薯淀粉糊化和液化，能將糧食淀粉制備乙醇生產(chǎn)工藝直接應用于毛薯淀粉制備乙醇中。這為利用薯蕷科等非糧植物資源制備燃料乙醇提供了依據(jù)，且對后續(xù)開發(fā)利用熱帶淀粉質(zhì)生物資源具有良好的應用前景。

[1] 王茀能, 汪飛杰, 王天云. 海南島大薯毛薯等資源考察初報[J]. 作物品種資源, 1991, 2(3): 8.

[2] 霍興云, 吳炳炎, 胡學智, 等. QB/T 2306—1997 耐高溫α-淀粉酶制劑[S]. 北京: 中國標準出版社, 1997.

[3] 張蔚, 吳炳炎, 郭慶文, 等. GB/T 24401—2009 α-淀粉酶制劑[S].北京: 中國標準出版社, 2009.

[4] 楊小波, 劉敦華. 果膠酶與高效淀粉酶液化澄清枸杞汁的效果對比研究[J]. 食品科技, 2011, 36(5): 95-98.

[5] 陳輝, 磷親錄, 田蔚. 耐高溫α-淀粉酶液化大米淀粉制取高麥芽糖漿的工藝研究[J]. 糧食加工報, 2008, 33(3): 39-41.

[6] 王福榮, 唐景春. 耐高溫α-淀粉酶活力測定法的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 1995(2): 27-30.

[7] 梁慧, 張貞亮, 劉珊珊, 等. 淀粉糖化工藝研究及制糖業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].農(nóng)產(chǎn)品加工, 2009(8): 36-38.

[8] HIMMEL M E, DING Shuiyou, JOHNSON D K, et al. Biomass recalcit rance: engineering plants and enzymes-forbiofuels production[J]. Science, 2007, 315(15): 804-807.

[9] 黃廣民, 劉秋實. 香/芭蕉根部球莖干粉中還原糖含量的測定[J]. 食品科學, 2008, 29(8): 485-488.

[10] 王照利, 吳萬興, 李科有. 魔芋精粉中甘露聚糖含量的測定研究[J].食品科學, 1998, 19(3): 56-58.

[11] 羅志剛, 曾滿枝, 凌晨, 等. 3,5二硝基水楊酸比色法測定煙草中水溶性總糖[J]. 中國煙草科學, 2000(2): 34-36.

[12] 鐘芳麗, 王慧竹, 王芳. 刺玫果多糖提取工藝的研究[J]. 食品與機械, 2011, 27(1): 43-45.

[13] 張國權, 史一一, 魏益民, 等. 蕎麥淀粉的真菌淀粉酶酶解動力學研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2007, 23(5): 42-46.

[14] 汪東風. 食品化學[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2007: 62.

[15] 張國權, 史一一, 魏益民, 等. 蕎麥淀粉耐高溫α-淀粉酶液化工藝條件研究[J]. 中國糧油學報, 2008, 23(3): 73-77.

[16] 涂行浩, 張弘, 鄭華, 等. 響應面法優(yōu)化微波鈍化瑪珈黑芥子酶活[J].食品科學, 2011, 32(18): 148-152.

[17] 陳琳, 孟祥晨. 響應面法優(yōu)化植物乳桿菌代謝產(chǎn)細菌素的發(fā)酵條件[J]. 食品科學, 2011, 32(3): 176-180.

[18] 王大為, 杜彩霞, 周清, 濤. 響應面法優(yōu)化玉米皮纖維雙螺桿擠出工藝[J]. 食品科學, 2011, 32(18): 6-11.

[19] 王曉陽, 唐琳, 趙壘. 響應面法優(yōu)化刺玫花多酚的超聲提取工藝[J].食品科學, 2011, 32(2): 66-70.

[20] 盧峰波, 劉桂林, 王爍, 等. 響應面法優(yōu)化果膠酶酶解提取黑莓花色苷的工藝參數(shù)[J]. 食品科學, 2010, 31(16):11-15.

[21] 李誼軒, 黃廣民. 參薯粉漿酶法水解條件優(yōu)化與動力學分析[J]. 食品科學, 2011, 32(22): 25-31.

[22] AGBOOLA S O, DALGLEISH D G. Enzymatic hydrolysis of milk proteins used for emulsion formation.1.kinetics of protein break down and storage stability of the emulsions[J]. J Agric Food Chem, 1996, 44 (11): 3631-3636.

[23] FUJII M, MURAKAMI S, YAMADA Y. A kinetic equation for hydralysis of polyssaccharides by mixed exo- and endoenzy mesystems[J]. Biotechnol Bioeng, 1981, 23(6): 1393-1398.

[24] 趙燕, 涂勇剛, 郭建軍. 玉米淀粉的β-淀粉酶酶解動力學研究[J]. 食品科學, 2009, 30(17): 190-194.

[25] TURON X, ROJAS O J, DEINHAMMER R S. Enzymatic kinetics of cellulose hydrolysis: AQCM-D study[J]. Langmuir, 2008, 24(8): 3880-3887.

[26] 陳偉, 黃廣民. 酶法水解香/芭蕉根部球莖粉漿研究及動力學分析[J].食品科學, 2010, 31(20): 260-264.

[27] 任省濤, 程可可, 宋安東, 等. 蒸汽爆破玉米秸稈酶解動力學[J]. 生物工程學報, 2011, 27(4): 592-597.

[28]夏雨, 徐勇, 李燕杰, 等. 中把大焦淀粉的穩(wěn)定性及酶解動力學[J].食品科學, 2010, 31(9): 74-78.

Optimization and Kinetics of Enzymatic Hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill Tubers

HE Jiao，HUANG Guang-min*
(College of Food Science, Hainan University, Haikou 570228, China)

The hydrolysis of Dioscorea esculenta (Lour) Burkill Tubers by thermostable alpha-amylase for starch liquefaction was optimized by response surface methodology. Meanwhile, the hydrolysis process was studied kinetically. The results showed that under the optimized hydrolysis conditions: enzyme dosage of 0.15 mL/g, hydrolysis temperature of 90 ℃, hydrolysis pH of 6.0, substrate concentration of 70 mg/mL and hydrolysis time of 50 min, the DE (dextrose equivalent) was 55.69%. The vmand Km were determined to be 1.413 mg/(mL·min) and 69.97 mg/mL, respectively.

Dioscorea esculenta (Lour) Burkill；response surface analysis；enzymatic hydrolysis；kinetics

S216.2

A

1002-6630(2012)16-0077-07

2012-04-09

何嬌(1987—)，女，碩士研究生，主要從事糖及碳水化合物測定研究。E-mail：hejiao_23@163.com

*通信作者：黃廣民(1957—)，男，研究員，教授，主要從事糖及碳水化合物和生物質(zhì)能源研究。E-mail：hgmin886699@163.com