文冠果種皮制備木糖工藝及其生物活性初步研究△

嚴邑萍，宋忠興，張嚴磊*

(1.陜西中醫藥大學附屬醫院,陜西 咸陽 712083；2.陜西中醫藥大學/陜西省中藥資源產業化協同創新中心；3.陜西省中藥基礎與新藥研究重點實驗室，陜西 咸陽 712083)

·中藥工業·

文冠果種皮制備木糖工藝及其生物活性初步研究△

嚴邑萍1，宋忠興2，張嚴磊2*

(1.陜西中醫藥大學附屬醫院,陜西 咸陽712083；2.陜西中醫藥大學/陜西省中藥資源產業化協同創新中心；3.陜西省中藥基礎與新藥研究重點實驗室，陜西 咸陽712083)

目的：以文冠果種皮醇提殘渣為原料，經稀硫酸高溫短時水解、中和、脫色、低溫結晶，分離木糖、低聚木寡糖糖漿。方法：在單因素實驗的基礎上，通過正交試驗法研究水解溫度(A)、硫酸濃度(B)、料液比(C)、水解時間(D)對木糖得率的影響。結果：文冠果種皮渣水解制備木糖的最佳工藝條件為硫酸濃度1.5mol·L-1，料液比1∶5，溫度90℃，水解時間5h，該條件下木糖的的產量最高可達文冠果種皮干燥基質量的11%，工藝條件穩定；活性實驗研究顯示，以文冠果種皮制備的木糖具有良好的促乳酸菌生長作用。結論：文冠果種皮是適合制備木糖的原料，同時有助于提高文冠果產業的經濟附加值，具有開發前景。

文冠果種皮；木糖；制備

文冠果XanthocerassorbifoliaBunge屬于無患子科(Sapindaceae)文冠果屬[1]，又名木瓜，是我國特有的珍稀木本油料作物，其果種仁富含脂肪油，出油率高達53.6%～70%[2]。目前文冠果被國家列為木本燃料油能源主要樹種，其選育推廣受到國家高度重視，大力發展文冠果勢在必行。全國現有文冠果栽培面積約5.35萬hm2，年產種子在100萬kg以上，僅陜西省志丹縣就有200 hm2文冠果林，種子年產量約有2000 kg以上。目前，對文冠果的開發利用主要以種仁榨油為主，另外有文冠果葉茶和從文冠果果殼中提取文冠果果殼甘的開發利用。文冠果的種皮堅硬，重量占到種子的50%，文獻報道其醇提物含有多種化學成分[3]。分析發現，殘渣主要成分為纖維素、半纖維素及木質素，是制備木糖、木聚糖的優良材料，但是目前通常都作為廢渣處理，未能做到物盡其用。

木糖是目前市場前景廣闊的一類產品，具有良好的食物配伍性，在與氨基酸混合加熱過程中容易產生美拉德反應，起到增香及抗氧化的效果[4]；具有良好的保健功能，能改善腸胃功能[5]；工業上被用來生產木糖醇、糠醛、乙醇等化工產品[6-8]；在飼料酵母以及食品、醫藥、化工、皮革、染料等領域都有著廣泛的用途。目前，木糖的工業化生產原料主要為玉米芯，另有報道用稻殼、秸稈、甘蔗葉、核桃殼等農林廢棄物。制備方法主要有酸解法、酶解法等[9-14]，產率在11%左右，而生產成本約1.3萬元/噸。由于原料來源的限制，且制備工藝較復雜，木糖及木寡糖的生產成本一直居高不下，且具有上漲的趨勢，因此尋找新的木糖制備原料，及開發新的制備工藝非常必要。

鑒于以上原因，本文將以文冠果種皮醇提殘渣為原料，經稀硫酸高溫短時水解、中和、脫色、低溫結晶，分離木糖、低聚木寡糖糖漿。為木糖、木寡糖提供新的原料來源，也為文冠果資源的綜合開發與利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料 文冠果種子去果仁，果皮粉碎備用；氫氧化鈣、鹽酸、去離子水等試劑及溶劑均為市售分析純。

1.1.2儀器85-2數顯恒溫磁力攪拌器(蘇州學森儀器設備有限公司)；HH-4型電熱恒溫水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司)；SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)；FW-1000AD型快速開蓋高速萬能粉碎機(天津鑫博得儀器有限公司)；超導核磁共振儀(INOVA-400MHz，美國Varian公司)。

1.2方法

1.2.1木糖制備方法 參考文獻[11,15]的方法，并做少許改進：將文冠果種子砸碎，取出種仁、果皮，粉碎過篩，加乙醇回流1h，冷卻后抽濾。濾液回收乙醇得浸膏，浸膏用于制備萜類、黃酮類等藥用化合物，濾渣干燥備用。每次稱5g干燥的濾渣，加入到裝置了機械攪拌和冷凝器的三口瓶中，攪拌下加入一定量的稀硫酸溶液，一定溫度下水解一定的時間。冷卻后抽濾，濾渣水洗干燥，用于制備高吸附性能活性炭。濾液在70～75℃下用氫氧化鈣固體調節pH為3.0～3.5，保溫攪拌1h，加入活性炭攪拌均勻后靜置過夜，再加熱至75℃，保溫攪拌1h，趁熱抽濾，得到淡黃色透明濾液。濾液濃縮，并及時抽濾除掉析出的硫酸鈣沉淀，濃縮后得到透明糖漿。糖漿中加入無水乙醇，40℃水浴上攪拌使其溶解，并及時抽濾除掉不溶物，濾液減壓濃縮后冷凍結晶，有白色結晶析出即為木糖，抽濾收集產品，結晶用少量無水乙醇洗掉表面母液，100℃下烘干，得文冠果種皮木糖，濾液濃縮至無乙醇，得粘稠的低聚木寡糖糖漿。

文冠果種皮木糖得率(%)=木糖質量(g)/文冠果殼干基質量(g)×100%

1.2.2單因素試驗 硫酸濃度對木糖得率的影響：每份文冠果種皮分別加入0.5、1、1.5、2.0、2.5、3.0mol·L-1的濃硫酸，料液比為1∶5，溫度為80℃，時間為1h。

料液比對木糖得率的影響：每份文冠果種皮分別加入料液比分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的1.5mol·L-1硫酸，溫度為80℃，時間為1h。

溫度對木糖得率的影響：每份文冠果種皮分別在40、50、60、70、80、90、100℃下，加入1.5mol·L-1的硫酸，料液比1∶5，時間1h。

時間對木糖得率的影響：每份文冠果種皮分別加熱2、3、4、5、6、7、8h，硫酸濃度1.5mol·L-1，料液比1∶5，溫度80℃。在此基礎上設計正交試驗，考查硫酸濃度、料液比、溫度、時間對木糖得率的影響，確定文冠果種皮水解制備木糖的最佳工藝。

1.2.3正交試驗設計 根據單因素試驗結果設計正交試驗，因素及水平見表1。

表1 正交試驗因素及水平

2 結果與討論

2.1木糖制備工藝條件的選擇

2.1.1硫酸濃度對木糖得率的影響 硫酸濃度對木糖得率的影響見圖1。

圖1 硫酸濃度對木糖產率的影響

由圖1可知，在硫酸濃度小于1.5mol·L-1時，隨著硫酸濃度的增大，文冠果種皮的水解速率也增大，因此木糖的產量也增加，但是當硫酸濃度大于1.5mol·L-1后，由于木糖的降解及向糠醛等的轉化也加快，因此木糖的產量不但不再增加，反而有下降的趨勢，因此選擇硫酸濃度1.5mol·L-1為最佳實驗酸濃度。

2.1.2料液比對木糖得率的影響 料液比對木糖得率的影響見圖2。

圖2 料液比對木糖產率的影響

由圖2可知，隨著料液比的增加，木糖的得率一直增大，但增加的幅度并不明顯，當料液比大于1∶5之后，隨著料液比的增加，木糖產量趨于穩定，因此選擇1∶5為最佳實驗料液比。

2.1.3溫度對木糖得率的影響 溫度對木糖得率的影響見圖3。

圖3 反應溫度對木糖產率的影響

圖3可知，隨著溫度的升高，木糖產率增加明顯，但是溫度超過90℃ 以后，木糖得率有下降的趨勢，可能是因為隨著溫度的升高，木糖又會向糠醛等副產物轉化，導致木糖最終產率降低，所以選擇90℃為最佳試驗溫度。

2.1.4時間對木糖得率的影響 時間對木糖得率的影響見圖4。

圖4 時間對木糖產率的影響

圖4可知，木糖產量隨著時間的延長而增加明顯，在6h時達到最大值，此后隨著時間的延長產量不再增加，反而有下降的趨勢，可能是因為隨著時間的延長，木糖在硫酸作用下會轉變為糠醛等，導致木糖產率降低，因此選擇6h為最佳實驗時間。

2.1.5正交試驗及結果 單因素試驗的基礎，設計正交試驗，因素水平及結果見表2。

表2 正交試驗結果

由正交試驗R值結果可知，硫酸濃度、水解溫度對文冠果種皮木糖得率的影響較大，我們認為是高溫短時水解的原因，一方面高溫有利于纖維素的水解；另一方面短時減少了酸與木糖的作用，降低了木糖向糠醛的轉變率。從各單因素的K值分析，得出最佳的提取條件為A2B2C2D3，即硫酸濃度1.5 mol·L-1，料液比1∶5，溫度90 ℃，提取時間7 h。結合R值得出的結論，時間對提取得率影響并不明顯，雖然隨著時間的延長木糖產量會增加，但是過長會使得木糖向糠醛轉化，導致木糖最終得率降低；另外考慮節約能源的因素，因此最終選擇高溫短時水解的最佳提取工藝條件為A2B2C2D1，即硫酸濃度1.5 mol·L-1，料液比1∶5，溫度90 ℃，提取時間5 h。

2.1.6 最佳工藝條件穩定性試驗 進行3次平行試驗，對選擇的最佳工藝條件進行穩定性驗證，其結果見3。由表3可知，在最佳工藝條件下，木糖的產率為11%，工藝條件穩定。

表3 最佳條件穩定性試驗

2.1.7 文冠果種皮木糖的NMR表征 以氘代DMSO為溶劑，采用INOVA-400MH核磁共振儀，對文冠果種皮木糖進行了結構表征，結果見圖5。

圖5 文冠果種皮木糖NMR表征

2.1.8 文冠果種皮木糖生物活性初步研究 在確定了最佳制備工藝條件之后，對文冠果種皮木糖的生物活性進行初步研究，主要考察其促進益生乳酸菌生長作用。見圖6。

圖6 文冠果種皮木糖促乳酸菌生長曲線

由圖6可以看出，與對照組相比(對照組不含木糖)，文冠果種皮木糖具有明顯的促乳酸菌生長作用。

在氮源一定的條件下，pH的高低可以反映出碳源被微生物利用情況，pH降低越多，說明木糖中的碳源越容易被微生物利用，反之，越不易被利用。文冠果種皮木糖對益生乳酸菌生長的促進作用及過程中pH變化結果見圖7。

圖7可以看出，文冠果種皮木糖在促乳酸菌生長過程中，pH變化比對照組明顯且快，說明文冠果種皮木糖能夠很容易被益生乳酸菌所利用。

3 討論與結論

文冠果為我國特有的木本油料作物，目前對其研究與開發主要以榨油及從種皮、果殼中提取果殼甘藥用為主，過程中產生了大量的種皮，未見有效的開發利用。本研究以文冠果種皮渣為原料，制備對人體益生菌有益的木糖與木寡糖糖漿，得出的最佳工藝條件：硫酸濃度為1.5 mol·L-1，料液比為1∶5，溫度為90 ℃，水解時間為5 h，該條件下木糖的產量最高，可達文冠果種皮干燥基質量的11%，且純度高、工藝條件穩定。活性實驗研究顯示，以文冠果種皮制備的木糖具有良好的促乳酸菌生長作用。本研究為文冠果資源的綜合開發與利用提供了新的途徑。

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Preparation of Xylose by Using Seed Capsule ofXanthocerassorbifolia

YAN YiPing1，SONG ZhongXing2，ZHANG YanLei2*

(1.The Affiliated Hospital of Shaanxi University of Chinese Medicine，Xianyang，712083，China；2.Shaanxi University of Chinese Medicine/Shaanxi Collaborative Innovation Center of Industrialization of Traditional Chinese Medicine Resources,Xianyang，712083，China；3.Shaanxi Key Laboratory of New Drugs and Bioactive Constituents of Traditional Chinese Medicine，Xianyang，712083，China)

Objective：To prepare xylose by using the seed capsule ofXanthocerassorbifoliaas the raw material under sulfuric acid hydrolysis.Methods：The orthogonal experiment was applied to study the effect of reaction temperature(A)，concentration of sulfuric acid(B)，solid-liquid ratio(C)，and reaction time(D)on the yield of xylose.Results：The main influence factors for yield of xylose were sulfuric acid concentration and temperature，the optimized preparation conditions were as follows：sulphuric acid concentration 1.5 mol·L-1，liquid ratio 11∶5，temperature 90 ℃，and reaction time 5 h，under this condition the yield of xylose could be up to 11.00%.Activity study showed that xylose prepared fromX.sorbifoliahas good effect to promote the growth of lactic acid bacteria.Conclusion：The seed capsule ofX.sorbifoliais suitable for the preparation of xylose，this process can also help to improve the economic value ofX.sorbifoliaindustry with development prospects.

Seedcapsule ofXanthocerassorbifoliaseed；xylose；preparation

陜西省科技統籌創新工程計劃項目(2011KTCL03-05)；陜西省教育廳產業化中試項目(2010JC05)；陜西省科技資源開放共享平臺項目(2015FWPT-01)

] 張嚴磊，博士，講師，研究方向：中藥資源化學，Email：604033608@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.1.022

2016-03-02)

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