玉米皮制備功能糖漿預(yù)處理工藝的研究

趙明　張梅娟　梁健　司美琦　崔堯鶴　錢朋智

摘要：對(duì)玉米皮熱水預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，以降低還原糖損失率和提高雜質(zhì)去除率為目的，探討熱水預(yù)處理時(shí)料液比、溫度、時(shí)間對(duì)還原糖損失率的影響。通過單因素多水平試驗(yàn)方法得到最優(yōu)預(yù)處理?xiàng)l件，料液比為1∶5，溫度為113 ℃，時(shí)間為1 h。在此最優(yōu)條件下，預(yù)處理后的玉米皮還原糖損失率為0.35%，雜質(zhì)去除率為8.90%。

關(guān)鍵詞：玉米皮;高溫蒸煮;還原糖;雜質(zhì)

中圖分類號(hào)：TS210.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.02.043

Abstract：Corn husk pretreatment in high temperature cooking conditions were optimized to reduce the loss rate of total reducing sugar and improve impurity removal rate. The effect of solid-liquid ratio，temperature，time to the sugar loss rate and impurity removal rate were investigated. By multileve1of single-factor test method，the resulted that the optimal pretreatment conditions were as follows：the solid-liquid ratio of 1∶5，the temperature 113 ℃，time 1 h. Under the optimal conditions，otal reducing sugar loss rate 0.35%，and the ash removal rate 8.90%.

Key words：corn husk;high temperature pretreatment;reducing sugar;ash

目前，玉米皮預(yù)處理的方法主要有機(jī)械粉碎[1]、擠壓膨化[2-5]、蒸汽爆破、堿法預(yù)處理、浸泡洗滌法、酶法預(yù)處理等，均存在一定的缺點(diǎn)。例如，機(jī)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(duì)木質(zhì)素的分離不徹底，形成的降解產(chǎn)物，增加后續(xù)水解工序的負(fù)擔(dān);堿法中的堿液會(huì)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(dá)不到理想的預(yù)處理效果。

預(yù)處理是制約玉米皮木質(zhì)纖維素功能糖漿工業(yè)化的障礙之一，因此開發(fā)一種低能耗、低成本、高效率的預(yù)處理方法是研究熱點(diǎn)。以淀粉加工副產(chǎn)物玉米皮為原料，利用高溫蒸煮法，考查不同的條件對(duì)預(yù)處理效果的影響，并優(yōu)化其最佳預(yù)處理?xiàng)l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(chǔ)。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

1.1.1? ?試驗(yàn)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(jīng)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(yī)療器械有限公司產(chǎn)品;布氏漏斗裝置，蜀牛玻璃儀器有限公司產(chǎn)品;手持折光計(jì)，成都泰華光學(xué)有限公司產(chǎn)品。

1.2? ?試驗(yàn)方法

1.2.1? ?單因素多水平優(yōu)化蒸煮時(shí)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(shè)定蒸煮時(shí)間為15，30，60，90，120 min進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)處理稱取50 g玉米皮（干基）。預(yù)處理完畢，對(duì)料液混合物進(jìn)行抽濾，使渣液分離，分別測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。從玉米皮還原糖損失率、雜質(zhì)去除率綜合考慮，確定最佳的蒸煮時(shí)間。

1.2.2? ?單因素多水平優(yōu)化蒸煮溫度

選定優(yōu)化的最佳蒸煮時(shí)間，按料液比為1∶8添加去離子水，設(shè)定蒸煮溫度108，113，118，123，128 ℃進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)處理稱取50 g玉米皮（干基）。預(yù)處理完畢，對(duì)料液混合物進(jìn)行抽濾，使渣液分離，分別測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。從玉米皮還原糖損失率、雜質(zhì)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(yōu)化料液比

選定優(yōu)化的最佳蒸煮時(shí)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(shí)間進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理完畢，對(duì)料液混合物進(jìn)行抽濾，使渣液分離，分別測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。從玉米皮還原糖損失率、雜質(zhì)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(cè)定;預(yù)處理液中還原糖含量采用斐林試劑法測(cè)定;玉米皮還原糖損失率（%）=預(yù)處理液中的還原糖含量（g/mL）×預(yù)處理液體積（mL）/玉米皮絕干質(zhì)量（g）×100%;玉米皮雜質(zhì)去除率（%）=（預(yù)處理前玉米皮的干基質(zhì)量-預(yù)處理后玉米皮還原糖的干基損失量-預(yù)處理后玉米皮的干基質(zhì)量）/預(yù)處理前玉米皮的質(zhì)量×100%;預(yù)處理后玉米皮的干基質(zhì)量=預(yù)處理后玉米皮的濕基質(zhì)量×（1-預(yù)處理后玉米皮的濕基含水量）。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?玉米皮主要成分測(cè)定結(jié)果

測(cè)得其水分為8.52%，半纖維素含量為45.2%（干基）。

2.2? ?玉米皮預(yù)處理工藝的研究

2.2.1? ?不同蒸煮時(shí)間的蒸煮結(jié)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(shè)定蒸煮時(shí)間為15，30，60，90，120 min進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)處理稱取50 g玉米皮（干基），每個(gè)處理重復(fù)3次。從玉米皮還原糖損失率、雜質(zhì)去除率綜合考慮，對(duì)比后確定最佳蒸煮時(shí)間。

不同蒸煮時(shí)間的蒸煮結(jié)果見表1。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米皮還原糖損失率和玉米皮雜質(zhì)去除率會(huì)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(shí)間的延長(zhǎng)，玉米皮中的雜質(zhì)去除的越多，但玉米皮中溶出的還原糖也越多。

預(yù)期通過熱水預(yù)處理后，盡量較多地除去玉米皮內(nèi)部雜質(zhì)，同時(shí)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(zhì)去除率綜合考慮，單因素法優(yōu)化的最佳蒸煮時(shí)間為60 min。

2.2.2? ?不同蒸煮溫度的蒸煮結(jié)果

選定蒸煮時(shí)間為60 min，按料液比為1∶8添加去離子水，分別設(shè)定蒸煮溫度為108，113，118，123，128 ℃進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)處理稱取50 g玉米皮（干基），每個(gè)處理3次重復(fù)。從玉米皮總還原糖損失率、雜質(zhì)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(jié)果見表2。

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

2.2.3? ?不同料液比的蒸煮結(jié)果

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

不同料液比的蒸煮結(jié)果見表3。

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

3? ?結(jié)論

試驗(yàn)利用高溫蒸煮方式對(duì)玉米皮制備功能糖漿原料進(jìn)行預(yù)處理的研究，通過單因素試驗(yàn)得出，玉米皮制備功能糖漿最優(yōu)預(yù)處理工藝為蒸煮時(shí)間60 min，蒸煮溫度113 ℃，料液比1∶5，預(yù)處理后玉米皮的還原糖損失率為0.35%，雜質(zhì)去除率為8.90%。試驗(yàn)研究方法具有操作簡(jiǎn)單、能耗和成本低、玉米皮還原糖損失率較低等優(yōu)點(diǎn)。

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