棉籽殼中木聚糖的制備

棉籽殼中木聚糖的制備

中國是世界上最大的棉花生產(chǎn)和消費(fèi)國。據(jù)統(tǒng)計(jì),2006年全國棉花種植面積約8000萬畝,其中新疆棉花播種面積1927.83萬畝,約占全國棉花種植總面積的25%。人們在獲得大量棉花的同時(shí)也得到了食品加工業(yè)中的重要原料——棉籽殼。據(jù)分析,棉籽殼主要由纖維素(37%~48%)、半纖維素(22%~28%)、木質(zhì)素(29%~32%)等組成。半纖維素是植物細(xì)胞壁中除纖維素、木質(zhì)素、果膠質(zhì)、淀粉以外的一種重要多糖,也是生產(chǎn)低聚糖的重要中間原料。隨著人們生活水平的不斷提高,保健食品越來越引起人們的重視,低聚糖因具有顯著的增殖雙歧桿菌和改善胃腸道的作用,增強(qiáng)機(jī)體免疫力、預(yù)防疾病發(fā)生等功效而倍受人們關(guān)注。低聚糖中低聚木糖的生產(chǎn)原料主要為玉米芯,而富含半纖維素的棉籽殼目前多作為廢棄物處理,若能利用生物酶解技術(shù)將大量廉價(jià)的棉籽殼制備成高附加值的功能性低聚木糖產(chǎn)品,將為棉籽殼資源的綜合利用創(chuàng)造新的亮點(diǎn),使其變廢為寶,產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。本研究以新疆棉籽殼為原料,通過對棉酚的檢測,采用蒸煮加堿提的復(fù)合提取方式,分析了堿溶液濃度、固液比、溫度、時(shí)間等因素對棉籽殼中木聚糖得率的影響,為低聚木糖的制備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1材料和方法1.1精密分光光度計(jì)原料:棉籽殼(石河子大學(xué)綠洲生態(tài)實(shí)驗(yàn)室提供)。儀器:HP-1100型高效液相色譜儀(美國惠普公司)、722可見分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)、HHS-216型恒溫水浴槽、烘箱。試劑:木糖(Merck公司)、木聚糖(Sigma公司)、棉酚對照品(Sigma公司)、工業(yè)酒精(青島醫(yī)療器械站化學(xué)試劑經(jīng)營部)、DNS溶液等,均為分析純。1.2關(guān)于棉酚的測量1.2.1流動相、柱溫度C18柱(4.6nm×150mm,5μl):進(jìn)樣量20μl;流動相:甲醇∶2%磷酸=90∶10;流速:1.00ml/min;柱溫:40;檢測波長:235nm;跑樣時(shí)間:10min。1.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制精密稱取2mg棉酚對照品,用混合溶劑(95%乙醇∶水∶乙醚∶冰乙酸=71.5∶28.5∶20∶0.02)溶解,并定容至100ml,為20μg/ml的棉酚標(biāo)準(zhǔn)溶液。再準(zhǔn)確移取0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5ml棉酚標(biāo)準(zhǔn)儲備液于25ml容量瓶中,用混合溶劑定容,混勻,進(jìn)樣量20μl,并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。將峰面積A與濃度C進(jìn)行線性回歸,得方程為A=155.58x+273.65(r=0.9991),線性范圍1.0~2.0μg/ml,檢測限為0.1μg/ml。1.2.3蒸干溶劑的制備準(zhǔn)確稱取棉籽殼粉2.0g于玻璃瓶中,加入無水乙醚50ml,振蕩后靜置5h(避光條件下),經(jīng)2次抽濾后用循環(huán)式真空器蒸干溶劑。用I溶液(95%乙醇:水∶乙醚∶冰乙酸=71.5∶28.5∶20∶0.02)溶解殘留物并移入25ml容量瓶中定容。1.3.2木聚糖含量的測定(1)木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。0.1%木糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:準(zhǔn)確稱取25mg分析純的木糖(預(yù)先在105℃干燥至恒重),定容于250ml容量瓶。分別吸取該溶液5ml,10ml,15ml,20ml,25ml均定容于50ml,并取樣置于25ml恒量管(容量瓶)中,沸水浴加熱5min,迅速用流動水冷卻,定容,然后測540nm處吸光值。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,其回歸標(biāo)準(zhǔn)方程:y=14.457x-0.0107(R2=0.9992)。(2)木聚糖含量的測定。還原糖(RS)的測定:采用DNS法?？偺?TS)的測定:在50ml的三角燒瓶中加入0.2000g待測樣和10ml8%的硫酸搖勻,于100℃沸水中反應(yīng)2h,冷卻至室溫后,32%NaOH溶液中和至中性,5000r/min離心20min,取上清液,定容至100ml,用DNS法測定還原糖濃度。產(chǎn)品中半纖維素含量(%)=總糖含量(%)-還原糖含量(%)。2結(jié)果與討論2.1關(guān)于棉酚的測量1.3木聚糖的制備2.2木聚糖的制備2.2.1不同蒸煮條件對木聚糖提取效果的影響在初始范圍條件下(85~115℃蒸煮15~60min,加水量0.5~2g/L),分別對40g棉籽殼進(jìn)行蒸煮處理,依次考查蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間、加水量對木聚糖提取的影響,結(jié)果見圖1、圖2、圖3。由圖1、圖2、圖3可知,棉籽殼在蒸煮溫度115℃、加水100g/L的條件下蒸煮45min得到的木聚糖含量最高。2.2.2堿浸提實(shí)驗(yàn)條件的確定堿液浸提是木聚糖提取工藝中的主要環(huán)節(jié),提高木聚糖產(chǎn)品中的半纖維素含量是堿提取條件優(yōu)化的主要目的,因此本部分以產(chǎn)品中半纖維素的含量作為評價(jià)指標(biāo)。除原料特性外,堿液濃度、原料與堿溶液的固液比、處理溫度和時(shí)間是堿法提取中影響提取效果的主要因素。將棉籽殼在蒸煮溫度115℃、加水100g/L的條件下蒸煮45min,參與堿液浸提初始條件范圍,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),優(yōu)化堿法提取木聚糖的條件。結(jié)果見表2。通過L9(34)優(yōu)化組合得出堿浸提木聚糖的最佳條件為:固液比1∶15,10%NaOH,100℃,浸提0.5h,提取率可達(dá)62.8%,比最優(yōu)組(第八組)高6.25個百分點(diǎn);因素影響主次順序?yàn)?堿液濃度>固液比>浸提溫度>浸提時(shí)間。3食用棉籽殼中的棉酚含量(1)經(jīng)HPLC測定每1g棉籽殼粉中含有0.163mg棉酚,即該棉籽殼中棉酚含量為0.0163%,符合聯(lián)合國咨詢委員會規(guī)定(食用棉籽殼中棉酚的含量≤0.06%)。(2)棉籽殼在蒸煮溫度115℃、加水100g/L的條件下蒸煮45min,以固液比1∶15,10%NaOH,100℃浸提0.5h,提取率可達(dá)62.8%。

1.3.1高效液相分析蒸煮初始條件范圍為:85~115℃蒸煮15~60min,加水量0.5~2g/L。堿液浸提初始條件范圍為:4%~10%、堿液與原料固液比1∶5~1