玉米芯木聚糖的提取及特性研究

金顯春

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南 鄭州 450002)

木聚糖是半纖維素的主要成分，是植物界第二多的生物聚合物[1]，玉米芯則是天然的木聚糖儲(chǔ)庫(kù)。我國(guó)每年約產(chǎn)玉米芯0.4億t[2]，目前利用率僅10%～15%[3]，大部分被就地燃燒。如何有效利用玉米芯一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題。

木聚糖對(duì)人體有諸多有益作用[4～6]：如增殖雙歧桿菌、膳食纖維脫毒、消炎、促進(jìn)有絲分裂。玉米芯木聚糖分為兩大類，即水溶性木聚糖(ws-X)和水不溶性木聚糖(wis-X)，兩者在結(jié)構(gòu)上的差異主要體現(xiàn)在分支程度和側(cè)鏈取代基的不同[7]。wis-X的一個(gè)重要特征是在胃及小腸處能保持原形，不被降解，但在盲腸的厭氧菌作用下卻可降解，因此，有望作為盲腸靶向給藥的載體[5，8]。

目前，關(guān)于玉米芯木聚糖的研究主要集中在其提取，其特性的表征以及在醫(yī)藥中的應(yīng)用則鮮見(jiàn)報(bào)道，而該類木聚糖的特性對(duì)于其在制藥領(lǐng)域作為施藥劑或用于盲腸靶向給藥研究極具價(jià)值。為此，作者以玉米芯為原料提取其中的水不溶性木聚糖，研究了其紅外光譜以及多方面的物理特性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及試劑

玉米芯，河南安陽(yáng)，粉碎后備用。

次氯酸鈉、NaOH、乙酸、甲醇、異丙醇。

1.2 方法

參考Garcia等[1]的提取方法并略作修改：500 g玉米芯與水按質(zhì)量比1∶20放入燒杯中，攪拌24 h，然后加入1.5%(體積分?jǐn)?shù))的次氯酸鈉氧化除雜，再加入4%NaOH溶液提取5 h。堿提物用0.2 mol·L-1乙酸中和后加入甲醇進(jìn)行沉淀，沉淀用甲醇和異丙醇洗滌，過(guò)濾后凍干。

1.3 測(cè)試表征

1.3.1 FTIR、形態(tài)以及粒徑分布

采用KBr壓片法，用Nanometrics QS-1200型紅外光譜儀進(jìn)行光譜分析；用SX-40型掃描電子顯微鏡進(jìn)行形態(tài)分析；用CAMSIZER型多功能粒徑分析儀測(cè)定粒徑分布。

1.3.2 流動(dòng)性分析

堆積密度、振實(shí)密度、壓縮指數(shù)、Hausner比率以及安息角的測(cè)定參見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 木聚糖的提取

木聚糖的提取受多種因素的影響，經(jīng)正交實(shí)驗(yàn)得出了1.2所述提取條件，木聚糖得率18.9%，低于舒國(guó)偉等[10]的提取率。這可能是因?yàn)橐肓顺s以及醇沉兩步操作。

2.2 紅外光譜分析(圖1)

圖1 玉米芯水不溶性木聚糖的紅外光譜圖

參見(jiàn)文獻(xiàn)[11～14]，所提取的玉米芯水不溶性木聚糖FTIR解析如下：3412 cm-1處的強(qiáng)寬峰為與極性基團(tuán)通過(guò)分子內(nèi)或分子間氫鍵而鍵合的-OH的伸縮振動(dòng)峰；3412 cm-1和1168 cm-1處的中強(qiáng)伸縮振動(dòng)為糖苷鍵的特征峰，其中1168 cm-1處的伸縮振動(dòng)是半纖維素中CC、COC引起的；2920 cm-1處的中強(qiáng)峰為-CH2-和-CH3的伸縮振動(dòng)峰；1638 cm-1處的中強(qiáng)尖峰為吸附水的HOH伸縮峰；1642 cm-1處的中強(qiáng)峰為結(jié)合水的HOH伸縮峰；1462 cm-1處的中強(qiáng)峰為-CH2-的伸縮峰；1380 cm-1處的中強(qiáng)峰為C-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、COO-不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、酚-OH面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰；1050 cm-1處的中強(qiáng)峰為半纖維素的C-O彎曲振動(dòng)峰；900 cm-1處的強(qiáng)尖峰為半纖維素中典型的β-糖苷鍵異頭區(qū)存在的表現(xiàn)。

2.3 流動(dòng)性(表1)

表1 玉米芯水不溶性木聚糖粒子流變學(xué)特性

壓縮指數(shù)和Hausner比率雖然經(jīng)常用來(lái)初步表征粒子的流動(dòng)性，但僅是一種間接測(cè)量。據(jù)Wells[15]報(bào)道，如果Hausner比率<1.2，表明粒子流動(dòng)性好，而如果該值≥1.5，則說(shuō)明該類粒子流動(dòng)性差。安息角則是直接表征粒子流動(dòng)性參數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，安息角越大，流動(dòng)性越差，安息角大于30°說(shuō)明粒子間存在內(nèi)聚性。所提取玉米芯水不溶性木聚糖的安息角為41.02°，即流動(dòng)性較差，這可能有兩方面的原因：粒子形狀不規(guī)則；表面粗糙。

2.4 形態(tài)以及粒徑分布

所提取的玉米芯水不溶性木聚糖的電鏡掃描圖見(jiàn)圖2。

圖2 玉米芯水不溶性木聚糖電鏡掃描圖

由圖2可知，木聚糖以聚集和非聚集不規(guī)則形態(tài)存在，表面粗糙。

玉米芯水不溶性木聚糖的激光衍射粒徑分布見(jiàn)圖3。

圖3 玉米芯水不溶性木聚糖的粒徑分布

由圖3可知，所提木聚糖的平均粒徑約為30.5 μm，由積分面積可知90%、50%和10%粒徑分別小于64.8 μm、22.5 μm和7.5 μm，粒徑均勻分布在平均粒徑左右，并呈單峰。

粒徑、形態(tài)是設(shè)計(jì)諸如生物醫(yī)藥類移植材料、壓片劑等醫(yī)學(xué)材料的重要特性。眾所周知，對(duì)于固體劑型來(lái)說(shuō)，輔料的粒子特性、藥物的組成，會(huì)影響藥物的脆-韌轉(zhuǎn)變特性、包裝特性以及壓片性能。粒子形態(tài)、特征固然與提取方法密切相關(guān)，會(huì)影響粒子的堆積密度和濕度，同時(shí)，也會(huì)影響其復(fù)水性和揮發(fā)性。

3 結(jié)論

(1)FTIR光譜可有效表征玉米芯水不溶性木聚糖的形態(tài)結(jié)構(gòu)。

(2)所提取的玉米芯水不溶性木聚糖粉末密度低、流動(dòng)性較差，不適于應(yīng)用到固體劑型中。但是，有望作為盲腸靶向給藥的輔料。

(3)關(guān)于該類木聚糖在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

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