江水短時(shí)浸漬法脫膠亞麻纖維果膠單糖組分的變化

姜彩霞，鄭喜群，劉曉蘭，田英華

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319； 2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319； 3.齊齊哈爾大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

亞麻(flax)學(xué)名為L(zhǎng)inumusitatissimumL，為一年生草本植物。亞麻纖維是一種天然的植物纖維，具有“綠色保健”的特點(diǎn)[1-2]，為紡織、生物復(fù)合材料等領(lǐng)域提供了優(yōu)質(zhì)的纖維材料[3-5]。亞麻纖維以束纖維的形式分布于亞麻莖的韌皮部，束纖維之間及單纖維之間主要依靠果膠等膠質(zhì)物質(zhì)發(fā)揮黏連作用，因此部分去除果膠等膠質(zhì)物質(zhì)，即半脫膠工藝成為了制備亞麻纖維的首要環(huán)節(jié)[6]。目前針對(duì)麻類(lèi)脫膠技術(shù)的研究多集中在脫膠菌和脫膠酶的研發(fā)與應(yīng)用方面[3,7]，而對(duì)于脫膠過(guò)程中果膠等膠質(zhì)物質(zhì)成分的變化鮮見(jiàn)報(bào)道。

一般酶法脫膠因其成本較高，故制約了其工業(yè)化進(jìn)程[8]。本文采用江水短時(shí)浸漬法脫膠，主要是指亞麻不進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間浸泡，而是短暫地浸漬在江水中，使亞麻莖盡可能吸收江水達(dá)到飽和，保持亞麻莖的高度濕潤(rùn)狀態(tài)，利用江水中存在的天然微生物所產(chǎn)生的大量酶系直接作用于亞麻莖，從而達(dá)到脫膠效果。另一方面，利用PMP (1—苯基—3—甲基—5—吡唑啉酮) 柱前衍生化高效液相色譜法測(cè)定脫膠過(guò)程中亞麻纖維果膠單糖組分的變化，為進(jìn)一步探究麻類(lèi)半脫膠工藝的機(jī)制奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 主要材料、試劑與設(shè)備

亞麻原莖(齊齊哈爾金鼎亞麻紡織有限責(zé)任公司)；江水(取自嫩江)。

D-(+)-半乳糖(Gal)、D-葡萄糖醛酸(Glu acid)、L-(+)-鼠李糖(Rha)、D-(+)-半乳糖醛酸(Gal acid)、D-甘露糖(Man)、D-(+)-木糖(Xyl)、D-(+)-巖藻糖(Fuc)、葡萄糖(Glu acid)、D-阿拉伯糖(Ara)(均為生化試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；PMP(阿拉丁化學(xué)試劑有限公司)；液相用試劑均為色譜純，其他均為分析純。

高效液相色譜儀(安捷倫科技有限公司)； SunFireTM C18色譜柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)(美國(guó)Water公司)。

1.2 試驗(yàn)條件

1.2.1 江水短時(shí)浸漬法脫膠方法

取3份烘干的亞麻纖維，每份約10.0 g，全部進(jìn)行碾壓處理，按質(zhì)量比1∶10的比例加入江水(經(jīng)4層無(wú)菌紗布過(guò)濾)，按下述流程進(jìn)行浸漬脫膠：浸漬30 min，同時(shí)以150 r/min的頻率進(jìn)行震蕩處理，震蕩結(jié)束后再淋洗30 s，37 ℃恒溫培養(yǎng)，需在脫膠過(guò)程中保持亞麻纖維濕潤(rùn)狀態(tài)，直至達(dá)到脫膠終點(diǎn)。

1.2.2 亞麻脫膠終點(diǎn)的判定

Fried評(píng)分法：將不同脫膠時(shí)間處理的亞麻莖置于試管中，加入沸水，封口，先輕搖30 s，后在垂直方向大力振搖10次，根據(jù)纖維分散情況記分：0分(不分散)；1分(部分分散)；2分(基本分散)；3分 (分散良好)。

1.2.3 亞麻纖維果膠的提取及水解條件

采用草酸銨法提取亞麻纖維果膠[2]：草酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，提取溫度90 ℃，料液比1∶45(g/mL)，提取時(shí)間4 h，提取液透析48 h，透析液冷凍干燥后備用。亞麻纖維果膠經(jīng)三氟乙酸完全水解[10]，氮?dú)獯蹈伞?/p>

1.2.4 單糖組分的測(cè)定條件

亞麻纖維果膠單糖組分的測(cè)定參照PMP柱前衍生化方法[9]：PMP與單糖物質(zhì)的量比為5∶1，NaOH與單糖物質(zhì)的量比為3∶1，水浴70 ℃，反應(yīng)30 min。

高效液相色譜檢測(cè)條件：流動(dòng)相磷酸鹽緩沖液(pH值6.7)與乙腈的體積比為83∶17；流速1.0 mL/min，波長(zhǎng)245 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 亞麻纖維脫膠終點(diǎn)的確定

采用Fried評(píng)分法對(duì)江水短時(shí)浸漬法脫膠的亞麻纖維進(jìn)行評(píng)分，由Fried評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)可知，當(dāng)評(píng)分為2分時(shí)表明亞麻纖維已基本分散，此時(shí)應(yīng)適量增加檢測(cè)的頻率，直至評(píng)分為3分，確定為脫膠終點(diǎn)，不同脫膠時(shí)間亞麻纖維的評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同脫膠時(shí)間Fried評(píng)分

由表1可知，江水短時(shí)浸漬法脫膠72 h時(shí)亞麻纖維開(kāi)始出現(xiàn)部分分散現(xiàn)象，脫膠108 h時(shí)亞麻纖維基本分散，當(dāng)脫膠時(shí)間達(dá)到120 h時(shí)纖維分散良好，到達(dá)脫膠終點(diǎn)。

2.2 9種單糖混合標(biāo)準(zhǔn)品柱前衍生高效液相色譜分析

首先采用PMP柱前衍生化方法對(duì)9種單糖標(biāo)準(zhǔn)品分別進(jìn)行高效液相色譜分析，確定每種單糖的保留時(shí)間，為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程，同時(shí)增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)品的對(duì)照性，將9種單糖混合標(biāo)準(zhǔn)品利用同樣方法衍生后進(jìn)行高效液相色譜分析，9種單糖標(biāo)準(zhǔn)品柱前衍生高效液相色譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 9種單糖標(biāo)準(zhǔn)品柱前衍生高效液相色譜圖

由不同單糖PMP柱前衍生物HPLC圖譜可確定每種單糖不同的保留時(shí)間，并以此確定混合標(biāo)準(zhǔn)品(圖1)按保留時(shí)間從小到大依次為Man、Rha、Glu acid、Gal acid、Glu、Gal、Xyl、Ara、Fuc的衍生物。

2.3 9種單糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別配制0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mmol/L 9種單糖混合標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行柱前衍生化高效液相色譜法分析，測(cè)定不同濃度下每種單糖衍生物的峰面積。以單糖濃度為橫坐標(biāo)，衍生物峰面積為縱坐標(biāo)分別繪制9種單糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線，9種單糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)表2。

表2 9種單糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線

不同濃度的單糖混合標(biāo)準(zhǔn)液經(jīng)PMP柱前衍生化高效液相色譜法分析，各單糖保留時(shí)間重現(xiàn)性良好。由表2可知，各單糖含量在0.5～10.0 mmol/L范圍內(nèi)衍生物峰面積與濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

2.4 未脫膠亞麻纖維果膠單糖組分分析

經(jīng)草酸銨法提取未脫膠亞麻纖維果膠組分，經(jīng)酸完全水解后利用PMP柱前衍生化高效液相色譜法測(cè)定其單糖組成，并通過(guò)9種單糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出各種單糖的濃度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 亞麻纖維果膠水解樣品柱前衍生高效液相色譜圖

通過(guò)亞麻纖維果膠水解后高效液相色譜圖可以看出，各單峰沒(méi)有重疊，分離效果良好。通過(guò)與9種單糖混合標(biāo)準(zhǔn)品柱前衍生高效液相色譜圖對(duì)照，最終確定亞麻纖維果膠中單糖組分為：Man、Rha、Glu acid、Gal acid、Glu、Gal、Xyl、Ara和Fuc。另外，通過(guò)各單糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出亞麻纖維果膠中各單糖物質(zhì)的量比為Gal acid∶Ara∶Gal∶Glu∶Rha∶Fuc∶Xyl∶Man∶Glu acid=64.52∶28.23∶25.55∶17.75∶13.41∶7.36∶5.72∶5.18∶5.05。

2.5 不同膠脫時(shí)間亞麻纖維果膠單糖組分的變化

采用江水短時(shí)浸漬法脫膠，從不同脫膠時(shí)間的亞麻纖維中提取果膠組分，經(jīng)完全酸水解后利用PMP柱前衍生化高效液相色譜法進(jìn)行分析，隨著脫膠時(shí)間的延長(zhǎng)亞麻纖維果膠單糖組分的變化如圖3所示。

圖3 不同脫膠時(shí)間亞麻纖維果膠單糖組分的變化

采用江水短時(shí)浸漬法脫膠后亞麻纖維果膠單糖比例為Gal acid∶Gal∶Rha∶Ara∶Glu∶Xyl∶Man∶Glu acid=2.15∶0.57∶0.53∶0.42∶0.41∶0.30∶0.29∶0.19。脫膠過(guò)程中各單糖含量逐漸降低，但單糖種類(lèi)變化不大，其中脫膠前24 h內(nèi)各單糖含量降低較為明顯，F(xiàn)uc在脫膠96 h后含量為零。此外其余各單糖含量變化從大到小依次為Ara、Gal、Glu、Gal acid、Glu acid、Rha、Xyl、Man，損失率分別為85.00%、77.64%、76.67%、66.72%、61.43%、60.44%、48.01%和44.19%。

3 結(jié) 論

經(jīng)PMP柱前衍生化高效液相色譜法測(cè)定出未脫膠亞麻纖維果膠中各單糖物質(zhì)的量比為Gal acid∶Ara∶Gal∶Glu∶Rha∶Fuc∶Xyl∶Man∶Glu acid=64.52∶28.23∶25.55∶17.75∶13.41∶7.36∶5.72∶5.18∶5.05。采用江水短時(shí)浸漬法脫膠120 h后達(dá)到脫膠終點(diǎn)，脫膠后亞麻纖維果膠各單糖物質(zhì)的量比例為Gal acid∶Gal∶Rha∶Ara∶Glu∶Xyl∶Man∶Glu acid=2.15∶0.57∶0.53∶0.42∶0.41∶0.30∶0.29∶0.19。脫膠過(guò)程中各單糖含量逐漸降低，但單糖種類(lèi)變化不大，其中脫膠前24 h內(nèi)各單糖含量降低較為明顯，F(xiàn)uc在脫膠96 h后含量為零。此外其余各單糖含量變化從大到小依次為Ara、Gal、Glu、Gal acid、Glu acid、Rha、Xyl、Man，損失率分別為85.00%、77.64%、76.67%、66.72%、61.43%、60.44%、48.01%和44.19%。本文研究通過(guò)對(duì)江水短時(shí)浸漬法脫膠過(guò)程中亞麻纖維果膠單糖組分變化的分析為進(jìn)一步探究麻半脫膠的機(jī)制奠定了理論基礎(chǔ)。