木聚糖與玉米芯的制備

木聚糖與玉米芯的制備

木聚糖是植物園二級(jí)細(xì)胞中最重要的半養(yǎng)分，占植物碳總量的1.3%。它對(duì)自然界的健康狀況僅次于纖維。木聚糖在食品、醫(yī)藥、輕工等領(lǐng)域都有廣泛的用途,同時(shí)也是制備國(guó)際市場(chǎng)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(guó)玉米種植面積廣、產(chǎn)量大,玉米芯是廉價(jià)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(guò)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(guó)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(xì)胞壁中被提取出來(lái)。本研究探討不同的堿性物質(zhì)(NaOH、KOH和LiOH)對(duì)木聚糖的提取效果,并優(yōu)化其提取工藝。1材料和方法1.1材料和試劑玉米芯,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設(shè)備和設(shè)備F2102型粉碎機(jī),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測(cè)試方法1.3.1玉米芯的預(yù)處理選擇風(fēng)干的、無(wú)發(fā)霉的玉米芯,用粉碎機(jī)粉碎過(guò)80目篩,備用。1.3.2不同堿液對(duì)木聚糖含量的影響稱取玉米芯2g,分別加入2.5mol/L的NaOH、KOH和LiOH溶液200mL,在121℃下提取30min,過(guò)濾取濾液,測(cè)定不同堿液提取下木聚糖的含量。1.3.3木聚糖的合成稱取玉米芯2g,分別加入1.0mol/L、1.5mol/L、2.5mol/L和3.5mol/L的堿液200mL,在121℃下反應(yīng)30min,過(guò)濾取濾液,測(cè)定木聚糖的含量。1.3.4木聚糖含量的測(cè)定取2.5mol/L的堿液,考察料液比分別為1g∶5mL、1g∶10mL、1g∶15mL、1g∶20mL條件下,在121℃下反應(yīng)30min,過(guò)濾取濾液,測(cè)定木聚糖的含量。1.3.5木聚糖含量的測(cè)定稱取玉米芯2g,加入2.5mol/L的堿液200mL,在121℃下分別提取30min、60min、90min、120min,過(guò)濾取濾液,測(cè)定木聚糖的含量。1.3.6木聚糖堿液的制備稱取玉米芯2g,加入2.5mol/L的堿液200mL,在80℃、100℃、115℃、121℃下分別處理30min,過(guò)濾取濾液,測(cè)定木聚糖的含量。1.3.7木聚糖含量的計(jì)算采用地衣酚-鹽酸法測(cè)定總糖含量(g/L),木聚糖含量計(jì)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;m2——玉米芯質(zhì)量,g。2結(jié)果與討論2.1不同的堿液對(duì)木聚糖提取率的影響在相同的提取條件下,分別加入2.5mol/L的NaOH、KOH和LiOH溶液于玉米芯中,考察不同的堿液對(duì)木聚糖提取率的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。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(duì)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(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)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不同的naoh濃度對(duì)木聚糖提取率的影響分別加入1mol/L、1.5mol/L、2.5mol/L和3.5mol/L的NaOH溶液于玉米芯中,在121℃下反應(yīng)30min,考察不同的NaOH濃度對(duì)木聚糖提取率的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。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(dāng)NaOH濃度達(dá)到2.5mol/L時(shí),木聚糖提取率達(dá)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2.5mol/L。2.3料液比對(duì)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1g∶5mL、1g∶10mL、1g∶15mL、1g∶20mL對(duì)木聚糖提取率的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。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1g∶5mL時(shí),木聚糖的提取率僅為13.5%,但當(dāng)料液比提高至1g∶10mL時(shí),木聚糖的提取率達(dá)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(shuō)明,當(dāng)料液比值較小的時(shí),NaOH溶液體積小,玉米芯顆粒無(wú)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(guó)偉的研究結(jié)論一致。料液比達(dá)到一定值時(shí),使玉米芯完全溶脹,再增加堿液體積,對(duì)木聚糖的提取無(wú)直接的促進(jìn)作用,因此選擇料液比為1g∶10mL。2.4分別采用不同的方式來(lái)開(kāi)展對(duì)比按照1.3.5和1.3.6的條件,考察提取時(shí)間(30min、60min、90min、120min)和提取溫度(80℃、100℃、115℃、121℃)對(duì)木聚糖提取率的影響,試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖4,圖5。由圖4,圖5可知,隨著提取時(shí)間的提高,木聚糖得率也提高,當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到60min以上時(shí),木聚糖的提取率提高不明顯,同時(shí)提取液顏色加深,因此選擇提取時(shí)間為60min。同時(shí)隨著提取溫度提高,木聚糖提取率也增加,但當(dāng)提取溫度增至115℃時(shí),其木聚糖提取率達(dá)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?yàn)檫^(guò)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2.5mol/L,料液比為1g∶10mL,堿液提取時(shí)間和溫度分別為60min和115℃時(shí),木聚糖的提取率達(dá)到23.5%。3水處理木聚糖最佳工藝條件的確定比較3種堿液(NaOH、KOH和LiOH)對(duì)玉米芯中木聚糖提取率