玉米芯中木聚糖的堿法提取研究*

湯衛(wèi)華 龍尾 呂春暉

（天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，天津300350）

玉米芯中木聚糖的堿法提取研究*

湯衛(wèi)華**龍尾 呂春暉

（天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，天津300350）

木聚糖是存在于植物細胞壁中的重要聚合糖，玉米芯是木聚糖含量較高的農(nóng)業(yè)纖維廢棄物。采用不同的堿性物質(zhì)對玉米芯中木聚糖進行提取，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NaOH更適合木聚糖的提取。NaOH堿液提取木糖醇的最適提取條件為：NaOH濃度2.5 mol/L，料液比1 g∶10 mL，115℃提取60 min。在此條件下，木聚糖的提取率達到23.5%，該方法具有較高的應(yīng)用價值。

玉米芯；木聚糖；堿法；提取

木聚糖是雙子葉植物次生細胞壁中最主要的半纖維素，占植物碳水化合物總量的1/3，在自然界中含量僅次于纖維素。木聚糖在食品、醫(yī)藥、輕工等領(lǐng)域都有廣泛的用途，同時也是制備國際市場上急缺的功能性多糖（低聚木糖和木糖）的重要原料。

玉米芯是木聚糖含量較高的一種農(nóng)業(yè)纖維廢棄物，其主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。我國玉米種植面積廣、產(chǎn)量大，玉米芯是廉價而豐富的可再生資源。玉米芯中木聚糖與木質(zhì)素、纖維素等緊密結(jié)合，難于被化學(xué)物質(zhì)作用或酶解，因此，在提取之前需經(jīng)過預(yù)處理破壞木聚糖和其他碳水化合物的化學(xué)鍵以便于提取。目前，國內(nèi)外常用的木聚糖的提取方法包括酸法提取法、堿法提取法、高溫蒸煮法等，其中堿法提取法為最有效的方法。木聚糖能溶于堿性溶液中，然后從植物細胞壁中被提取出來。本研究探討不同的堿性物質(zhì)（NaOH、KOH和LiOH）對木聚糖的提取效果，并優(yōu)化其提取工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米芯，市售；NaOH、KOH、LiOH和地衣酚，均為分析純，天津市化學(xué)試劑一廠提供。

1.2 儀器與設(shè)備

F2102型粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；DZKW-D-6恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 玉米芯的預(yù)處理

選擇風干的、無發(fā)霉的玉米芯，用粉碎機粉碎過80目篩，備用。

1.3.2 不同堿液對玉米芯木聚糖含量的影響

稱取玉米芯2 g，分別加入2.5 mol/L的NaOH、KOH和LiOH溶液200 mL，在121℃下提取30 min，過濾取濾液，測定不同堿液提取下木聚糖的含量。

1.3.3 堿液濃度對木聚糖含量的影響

稱取玉米芯2 g，分別加入1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.5 mol/L和3.5 mol/L的堿液200 mL，在121℃下反應(yīng)30 min，過濾取濾液，測定木聚糖的含量。

1.3.4 料液比對木聚糖含量的影響

取2.5mol/L的堿液，考察料液比分別為1g∶5mL、1 g∶10 mL、1 g∶15 mL、1 g∶20 mL條件下，在121℃下反應(yīng)30 min，過濾取濾液，測定木聚糖的含量。

1.3.5 堿液提取時間對木聚糖含量的影響

稱取玉米芯2 g，加入2.5 mol/L的堿液200 mL，在121℃下分別提取30 min、60 min、90 min、120 min，過濾取濾液，測定木聚糖的含量。

1.3.6 堿液提取溫度對木聚糖含量的影響

稱取玉米芯2 g，加入2.5 mol/L的堿液200 mL，在80℃、100℃、115℃、121℃下分別處理30 min，過濾取濾液，測定木聚糖的含量。

1.3.7 木聚糖的測定

采用地衣酚-鹽酸法測定總糖含量（g/L）,木聚糖含量計算公式為：木聚糖含量=總糖含量× 0.88，其中0.88為校正系數(shù)。

式中：η——木聚糖提取率，%；

ρ——玉米芯中木聚糖含量，g/L；

V——濾液體積，L；

m2——玉米芯質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同的堿液對木聚糖提取率的影響

在相同的提取條件下，分別加入2.5 mol/L的NaOH、KOH和LiOH溶液于玉米芯中，考察不同的堿液對木聚糖提取率的影響，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同的堿液對木聚糖提取率的影響

由圖1可知，不同的堿液處理玉米芯后，其木聚糖提取率差異不大，相對而言，NaOH溶液提取的木聚糖提取率更高些。在成本上，LiOH的市場價格遠高于NaOH和KOH，綜合考慮堿液的成本和木聚糖的提取率，選擇的最適堿液為NaOH溶液。

2.2 堿液濃度對木聚糖提取率的影響

分別加入1 mol/L、1.5 mol/L、2.5 mol/L和3.5 mol/L的NaOH溶液于玉米芯中，在121℃下反應(yīng)30 min，考察不同的NaOH濃度對木聚糖提取率的影響，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 NaOH濃度對木聚糖提取率的影響

圖2的結(jié)果顯示，隨著NaOH濃度的提高，木聚糖提取率也隨之增加，當NaOH濃度達到2.5 mol/L時，木聚糖提取率達到21.4%，繼續(xù)增加NaOH的濃度，木聚糖提取率幾乎不再增加，因此選擇NaOH濃度為2.5 mol/L。

2.3 料液比對木聚糖提取率的影響

在相同的提取條件下，考察料液比分別為1 g∶5 mL、1 g∶10 mL、1 g∶15 mL、1 g∶20 mL對木聚糖提取率的影響，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 料液比對木聚糖提取率的影響

圖3的結(jié)果表明，隨著NaOH溶液體積的提高，木聚糖提取率也隨之增加，料液比為1 g∶5 mL時，木聚糖的提取率僅為13.5%，但當料液比提高至1 g∶10 mL時，木聚糖的提取率達到21.8%，繼續(xù)增加NaOH的體積，木聚糖的提取率稍有增加。這說明，當料液比值較小的時，NaOH溶液體積小，玉米芯顆粒無法充分溶脹，木聚糖不能充分溶出，因此木聚糖提取率較低，這跟舒國偉的研究結(jié)論一致。料液比達到一定值時，使玉米芯完全溶脹，再增加堿液體積，對木聚糖的提取無直接的促進作用，因此選擇料液比為1 g∶10 mL。

2.4 堿液提取時間和溫度對木聚糖提取率的影響

按照1.3.5和1.3.6的條件，考察提取時間（30 min、60 min、90 min、120 min）和提取溫度（80℃、100℃、115℃、121℃）對木聚糖提取率的影響，試驗結(jié)果分別見圖4，圖5。

圖4 提取時間對木聚糖提取率的影響

由圖4，圖5可知，隨著提取時間的提高，木聚糖得率也提高，當提取時間達到60 min以上時，木聚糖的提取率提高不明顯，同時提取液顏色加深，因此選擇提取時間為60 min。同時隨著提取溫度提高，木聚糖提取率也增加，但當提取溫度增至115℃時，其木聚糖提取率達到最高為22.8%，繼續(xù)提高提取溫度至121℃，木聚糖提取率稍有下降，這可能是因為過高的溫度，導(dǎo)致木聚糖的降解。因此選擇的提取溫度為115℃。

在最適條件，NaOH濃度為2.5 mol/L，料液比為1 g∶10 mL，堿液提取時間和溫度分別為60 min和115℃時，木聚糖的提取率達到23.5%。

圖5 提取溫度對木聚糖提取率的影響

3 結(jié)論

比較3種堿液（NaOH、KOH和LiOH）對玉米芯中木聚糖提取率的影響，從成本上和提取率上來說，NaOH更適合于木聚糖的提取。NaOH堿液提取木聚糖的最適工藝條件為：堿液濃度2.5 mol/L，最適料液比1 g∶10 mL，115℃提取60 min，在此條件下，木聚糖的提取率達到23.5%。

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Study on extraction of xylan from corn cob with alkaline solution*

TANG Wei-hua**LONG Wei LV Chun-hui
（Department of biological engineering，Tianjin modern vocational technology college，Tianjin300350，China）

Xylan is an important polymeric sugar in plant cell wall;corn cob is an agricultural fiber waste containing higher xylan content.Three alkaline solutions were used to extract xylan from corn cob,it was found that NaOH solution was more suitable for the extraction of xylan.The optimal extraction factors were showed that NaOH solution was 2.5mol/L, solid-liquid ratio was 1 g∶10 mL，extraction temperature was 115℃and extraction time was 60 min.Under the above conditions,the yield of xylan was up to23.5%.

corn cob；xylan；alkaline solution；extraction

TS245.8

A

1673-6044（2014）04-0042-03

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.04.013

天津市高等學(xué)校科技發(fā)展基金計劃項目（20120615）；天津市津南區(qū)科技計劃項目（2014）。

**湯衛(wèi)華，女，1979年出生，2009年畢業(yè)于天津科技大學(xué)發(fā)酵工程專業(yè)，博士，副教授。

2014-09-25