利用玉米芯提取木聚糖的工藝研究

玉米是中國(guó)三大糧食作物之一，玉米芯富含的木聚糖約含37.5%多聚戊糖、34.3%纖維素，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、輕工等領(lǐng)域。目前，木聚糖的提取方法主要包括高溫蒸煮法、沉淀法、超聲波輔助法和堿法，在實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)中，堿法是最為經(jīng)濟(jì)的方法。本研究采用單因素法及正交試驗(yàn)法，優(yōu)化從玉米芯中提取木聚糖的堿法工藝，以期為清潔能源的可持續(xù)發(fā)展提供有效的數(shù)據(jù)支持。

1. 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料為玉米芯，實(shí)驗(yàn)儀器及試劑如表1所示。

2. 試驗(yàn)與方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)木糖配制

將0.10g木糖用水溶解，定容至100mL備用。

2.2 測(cè)定木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

配制濃度分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的標(biāo)準(zhǔn)木糖液，各取1mL至比色管中，再加DNS溶液3mL，沸水浴5min，以未加木糖的溶液作為對(duì)照，在500nm處測(cè)定吸光度。

2.3 提取玉米芯中木聚糖

將清潔、干燥的玉米芯粉碎、過篩、浸泡，在NaOH試劑中浸提，取上清液，離心得到木聚糖A沉淀。用3倍體積的95%酒精混合剩余上清液，得到木聚糖B沉淀。將2個(gè)沉淀混合，烘干得到粗品木聚糖。

2.4 木聚糖的測(cè)定

木聚糖中加入8%的H2S04溶液（100℃，2h），再加NaOH溶液調(diào)至pH為7.0，定容至100mL，然后從中取1mL用水定容至100mL，測(cè)定濾液的還原糖質(zhì)量。計(jì)算公式如下：

木聚糖質(zhì)量=還原糖質(zhì)量×木聚糖聚合系數(shù)0.9。

提取率（%）=木聚糖質(zhì)量m（g）/原料質(zhì)量M（g）。

2.5 單因素對(duì)玉米芯木聚糖提取的影響

2.5.1 堿液濃度對(duì)木聚糖提取率的影響。稱取10g玉米芯，放入試管1、2、3中，分別加入5%、10%、20%的NaOH溶液20mL，置于80℃恒溫水浴箱中浸提1h。

2.5.2 固液比對(duì)木聚糖提取率的影響。稱取10g玉米芯，放入試管1、2、3、4中，分別加入20%的NaOH溶液10、20、25、30mL，置于80℃恒溫水浴箱中浸提1h。

2.5.3 浸提溫度對(duì)木聚糖提取率的影響。稱取10g玉米芯，放入試管1、2、3、4中，再加入20%的NaOH溶液20mL，在70℃、80℃、90℃、100℃水浴中浸提1h。

2.5.4 提取時(shí)間對(duì)木聚糖提取率的影響。稱取10g玉米芯，放入試管1、2、3、4中，再加入20%的NaOH溶液20mL，置于80℃恒溫水浴箱中分別浸取1、2、3、4h。

2.6 正交試驗(yàn)

選取堿處理時(shí)間A、固液比B、堿液濃度C和提取溫度D作為考查因素，做4因素3水平正交試驗(yàn)以確定最佳提取工藝。

3. 結(jié)果與分析

3.1 木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定結(jié)果如表2所示。以木糖濃度為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo)，根據(jù)表2繪制木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。由圖1可知，木糖濃度為0.2—0.9mg/mL時(shí)，吸光度與其具有較好的線性關(guān)系。

圖1：木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.2 單因素對(duì)木聚糖提取率的影響

3.2.1 堿液濃度對(duì)木聚糖提取率的影響。將分別加有5%、10%、20%NaOH溶液20mL的玉米芯置于80℃恒溫水浴箱中浸提1h，由表3可知，木聚糖提取率與堿液濃度呈正相關(guān)，當(dāng)堿液濃度為20%時(shí)，提取率可達(dá)25.3%。

3.2.2 固液比對(duì)木聚糖提取率的影響。將分別加有20%NaOH溶液10、20、25、30mL的玉米芯置于80℃恒溫水浴箱中浸提1h，由表4可知，木聚糖提取率與固液比呈正相關(guān)，當(dāng)固液比為1：20時(shí)，木聚糖提取率可達(dá)26.5%；當(dāng)固液比為1：10時(shí)，提取率僅為24.9%，原因可能是較小的固液比沒有讓足量的NaOH浸提玉米芯，導(dǎo)致提取率較低。若采用高于1：20的固液比，則會(huì)因?yàn)槌樘嵋浩鄬?dǎo)致成本增大，提取率也得不到有效增加，因此最佳且最經(jīng)濟(jì)的固液比為1：20。

3.2.3 浸提溫度對(duì)木聚糖提取率的影響。將加有20%NaOH溶液20mL的玉米芯分別置于70℃、80℃、90℃、100℃的恒溫水浴箱中浸提1h，由表5可知，木聚糖提取率與浸提溫度呈正相關(guān)，但是過高的浸提溫度會(huì)使提取液的透光率降低，顏色加深，甚至?xí)到獠糠帜揪厶?，?dǎo)致浸提效率下降；當(dāng)浸提溫度偏低時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致浸提不充分。因此，實(shí)際應(yīng)用中最佳的浸提溫度為90℃。

3.2.4 提取時(shí)間對(duì)木聚糖提取率的影響。將加有20%NaOH溶液20mL的玉米芯置于80℃的恒溫水浴箱中分別浸取1、2、3和4h，由表6可知，當(dāng)浸提時(shí)間大于1h時(shí)，木聚糖提取率與浸提時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。

3.3 正交試驗(yàn)法確定最佳提取工藝

浸提時(shí)間、浸提溫度、固液比和堿液濃度均偏低時(shí)浸提不充分，偏高時(shí)會(huì)水解部分木聚糖，因此需要通過正交試驗(yàn)確定最佳的堿處理?xiàng)l件。以堿處理時(shí)間A、固液比B、堿液濃度C和提取溫度D為考查因素，作4因素3水平正交試驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。由表7可知，各因素對(duì)木聚糖提取的影響程度為C＞B＞A＞D，最佳組合為A3B2C2D2。因該組合不在已做的9次試驗(yàn)中，故又對(duì)A3B2C2D2進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)A3B2C2D2條件下測(cè)得的提取率為24.0%，高于試驗(yàn)中的A1B2C2D2，故最佳組合為A3B2C2D2。

綜上所述，利用玉米芯提取木聚糖的最佳工藝條件如下：玉米芯與NaOH溶液的最佳固液比為1：20，NaOH溶液的濃度為15%，提取時(shí)間為90min，浸提溫度為90℃。在此工藝參數(shù)下，玉米芯木聚糖的提取率為24.0%。

作者簡(jiǎn)介：馬瑜（1989—），女，漢族，山西左權(quán)人，中級(jí)工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)轱嬃稀⑷槠贰?/p>