玉米皮制備功能糖漿預處理工藝的研究

趙 明，張梅娟，梁 健，司美琦，崔堯鶴，錢朋智

（1. 齊齊哈爾大學食品科學與工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161006；2. 齊齊哈爾大學生命科學與農林學院，抗性基因工程與寒地生物多樣性保護黑龍江省重點實驗室，黑龍江齊齊哈爾 161006）

目前，玉米皮預處理的方法主要有機械粉碎[1]、擠壓膨化[2-5]、蒸汽爆破、堿法預處理、浸泡洗滌法、酶法預處理等，均存在一定的缺點。例如，機械粉碎耗能多；擠壓膨化和蒸汽爆破存在破壞部分木聚糖，對木質素的分離不徹底，形成的降解產物，增加后續水解工序的負擔；堿法中的堿液會使一部分半纖維素降解損失。因此，單一的堿處理法也往往達不到理想的預處理效果。

預處理是制約玉米皮木質纖維素功能糖漿工業化的障礙之一，因此開發一種低能耗、低成本、高效率的預處理方法是研究熱點。以淀粉加工副產物玉米皮為原料，利用高溫蒸煮法，考查不同的條件對預處理效果的影響，并優化其最佳預處理條件，為玉米皮半纖維素水解制備功能糖漿提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗原料

玉米皮，由齊齊哈爾龍江阜豐生物科技有限公司提供，經粉碎，過40 目篩，備用。

1.1.2 主要試劑

去離子水、斐林試劑、葡萄糖。

1.1.3 儀器

立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫療器械有限公司產品；布氏漏斗裝置，蜀牛玻璃儀器有限公司產品；手持折光計，成都泰華光學有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 單因素多水平優化蒸煮時間

選定蒸煮溫度為118 ℃，按料液比為1∶8 添加去離子水，分別設定蒸煮時間為15，30，60，90，120 min 進行試驗。每個處理稱取50 g 玉米皮（干基）。預處理完畢，對料液混合物進行抽濾，使渣液分離，分別測定相關指標。從玉米皮還原糖損失率、雜質去除率綜合考慮，確定最佳的蒸煮時間。

1.2.2 單因素多水平優化蒸煮溫度

選定優化的最佳蒸煮時間，按料液比為1∶8 添加去離子水，設定蒸煮溫度108，113，118，123，128 ℃進行試驗。每個處理稱取50 g 玉米皮（干基）。預處理完畢，對料液混合物進行抽濾，使渣液分離，分別測定相關指標。從玉米皮還原糖損失率、雜質去除率綜合考慮，確定最佳的蒸煮溫度。

1.2.3 單因素多水平優化料液比

選定優化的最佳蒸煮時間、蒸煮溫度，按料液比1∶5，1∶8，1∶10，1∶15，1∶20 加入去離子水，放入高壓滅菌鍋中以最佳溫度、最佳時間進行預處理。預處理完畢，對料液混合物進行抽濾，使渣液分離，分別測定相關指標。從玉米皮還原糖損失率、雜質去除率綜合考慮，確定最佳料液比。

1.2.4 分析方法

玉米秸稈中水分含量采用烘干法測定；預處理液中還原糖含量采用斐林試劑法測定；玉米皮還原糖損失率（%） =預處理液中的還原糖含量（g/mL） ×預處理液體積（mL） /玉米皮絕干質量（g） ×100%；玉米皮雜質去除率（%） =（預處理前玉米皮的干基質量-預處理后玉米皮還原糖的干基損失量-預處理后玉米皮的干基質量） / 預處理前玉米皮的質量×100%；預處理后玉米皮的干基質量=預處理后玉米皮的濕基質量×（1-預處理后玉米皮的濕基含水量）。

2 結果與分析

2.1 玉米皮主要成分測定結果

測得其水分為8.52%，半纖維素含量為45.2%（干基）。

2.2 玉米皮預處理工藝的研究

2.2.1 不同蒸煮時間的蒸煮結果

選定蒸煮溫度為118 ℃，按料液比為1∶8 添加去離子水，分別設定蒸煮時間為15，30，60，90，120 min 進行試驗。每個處理稱取50 g 玉米皮（干基），每個處理重復3 次。從玉米皮還原糖損失率、雜質去除率綜合考慮，對比后確定最佳蒸煮時間。

不同蒸煮時間的蒸煮結果見表1。

研究發現，隨著預處理時間的延長，玉米皮還原糖損失率和玉米皮雜質去除率會逐漸升高。在蒸煮料液比和蒸煮溫度不變的情況下，隨著蒸煮時間的延長，玉米皮中的雜質去除的越多，但玉米皮中溶出的還原糖也越多。

表1 不同蒸煮時間的蒸煮結果

預期通過熱水預處理后，盡量較多地除去玉米皮內部雜質，同時盡量減少糖類還原物的損失。從玉米皮還原糖損失率和雜質去除率綜合考慮，單因素法優化的最佳蒸煮時間為60 min。

2.2.2 不同蒸煮溫度的蒸煮結果

選定蒸煮時間為60 min，按料液比為1∶8 添加去離子水，分別設定蒸煮溫度為108，113，118，123，128 ℃進行試驗。每個處理稱取50 g 玉米皮（干基），每個處理3 次重復。從玉米皮總還原糖損失率、雜質去除率綜合考慮，確定最佳的蒸煮溫度。

不同蒸煮溫度的蒸煮結果見表2。

表2 不同蒸煮溫度的蒸煮結果

結果表明，玉米皮還原糖損失率隨著預處理溫度的升高而增大；玉米皮雜質去除率隨著預處理溫度的升高而增大。從玉米皮還原糖損失率和雜質去除率考慮，單因素法優化的最佳蒸煮溫度為113 ℃。

2.2.3 不同料液比的蒸煮結果

按料液比1∶5，1∶8，1∶10，1∶15，1∶20進行調制后，選定蒸煮溫度為113 ℃，蒸煮時間為60 min 來進行試驗，每個處理稱取50 g 玉米皮（干基），每個處理重復3 次。從玉米皮總還原糖損失率、雜質去除率綜合考慮，確定最佳料液比。

不同料液比的蒸煮結果見表3。

表3 不同料液比的蒸煮結果

結果表明，玉米皮還原糖損失率和雜質去除率隨料液比的增加均呈現先升高后降低的趨勢。從玉米皮還原糖損失率和雜質去除率綜合考慮，單因素法料液比為1∶5 是優化后的最佳配比。

3 結論

試驗利用高溫蒸煮方式對玉米皮制備功能糖漿原料進行預處理的研究，通過單因素試驗得出，玉米皮制備功能糖漿最優預處理工藝為蒸煮時間60 min，蒸煮溫度113 ℃，料液比1∶5，預處理后玉米皮的還原糖損失率為0.35%，雜質去除率為8.90%。試驗研究方法具有操作簡單、能耗和成本低、玉米皮還原糖損失率較低等優點。