酸解玉米芯制备木糖及其提纯工艺的研究

－＝＝２Ｄ　２０１２年１月　第３３卷第１期　

食品研究与开发　

Ｆｏｏｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　基础研究　

酸解玉米芯制备木糖及其提纯工艺的研究　郭仁杰。孙婉，赵灵希，熊海容。　（中南民族大学生命科学学院，湖北武汉４３００７４）　

摘要：探讨玉米芯的酸解工艺及木糖的纯化过程。玉米芯经１％ＮａＯＨ　６０℃预处理２４　ｈ后，最优酸解条件为硫酸浓　度１．５％，料水比１：１３（咖Ｌ），反应￣ｉ－Ｎ３　ｈｏ溶液经活性炭脱色和树脂去离子，由酿酒酵－￣ｒＡｓ２．５４１－－￣，木糖母液中的葡　萄糖，纯化后的糖液经薄层层析（ＴＬＣ）鉴定其单糖种类，３－５＂－￥￣基水杨酸法（ＤＮｓ）测定还原糖总量，高效液相法　（ＨＰＬＣ）做糖液的定量分析，最后将糖液浓缩醇沉，制备木糖结晶率为１．５％，纯度为９０％。　关键词：玉米芯；木糖；酸解；纯化　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｕｒｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｘｙｌｏｓｅ　ｆｒｏｍ　Ｃｏｒｎｃｏｂ　ｂｙ　Ａｃｉｄ　Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ＧＵＯ　Ｒｅｎ－ｊｉｅ，ＳＵＮ　Ｗａｎ，ＺＨＡＯ　Ｌｉｎｇ－ｘｉ，ＸＩＯＮＧ　Ｈａｉ－ｒｏｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｆｏｒ　Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗａｓ　ｔｏ　ｅｘｐｌｏｒｅ　ｔｈｅ　ａｃｉｄ　ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ＣＯ１ＴＩ　ｃｏｂ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｘｙｌｏｓｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ．Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｒｎ　ｃｏｂ　ｗａｓ　ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ　ｂｙ　１％ＮａＯＨ　ａｔ　６０℃ｆｏｒ　２４　ｈ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ａｃｉｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｔ　１．５％ｆｏｒ　３　ｈ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｅｅｄ／ｗａｔｅｒ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　１：１３（ｇ／ｍＬ）．　Ａｆｔｅｒ　ｄｅｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｒｅｓｉｎ，ｔｈｅ　ｇｌｕｃｏｓｅ　ｉｎ　ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｔｈｅｎ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｂｙ　Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｅｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ　ｓｔａｉｎ　Ａｓ　２．５４　１　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｌａｙｅｒ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ　（ＴＬＣ）ａｓｓａｙ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｍｏｎｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅ　ｔｙｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｕｒｉｆｉｅｄ　ｓｕｇａｒ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｘｙｌｏｓｅ．Ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｕｇａｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗａｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｆｉｅｄ　ｂｙ　３，５－ｄｉｎｉｔｒｏｓａｌｉｃｙｌｉｃ　ａｃｉｄ（ＤＮＳ）ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ＨＰＬＣ）．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｔｈｅ　ｓｕｇａｒ　ｗａｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　ｂｙ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｐｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｘｙｌｏｓｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｗａｓ　ｒｅａｃｈｅｄ　ｔｏ　１．５％ａｎｄ　９０％．　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｎ—ｃｏｂ；ｘｙｌｏｓｅ；ａｃｉｄｏｌｙｓｉｓ；ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　

木糖为白色细针状结晶或结晶性粉末。它常被用　作无热量的甜味剂，以满足糖尿病患者和爱吃甜食却　又担心发胖者的需求。木糖不会被口腔内的细菌利用，　可以防龋齿。除此之外，木糖还具备膳食纤维的部分生　理功能，有降血脂、降低糖固醇及预防肠癌等作用Ｉ１］。　自然界中的木糖通常以大分子的木聚糖形式广　泛存在于植物半纤维素中，目前，工业上通常采用酸解　法制备木糖。在各种原料中，玉米芯的多缩戊糖含量最　高，而且在我国，玉米芯来源广泛、产量大、易集中。所　以，综合各种因素利用玉米芯酸解法制备木糖有显著　的社会效益和经济价值　。　基金项目：武汉市重点科技攻关计划项目（２０１０６０６２３２６７）　作者简介：郭仁杰（１９８５一），女（汉），硕士研究生，研究方向：酶工程。　通信作者：熊海容（１９６６一），男，博士，教授。　玉米芯水解的过程中会有多种杂质产生，去除杂　质，不但可以加快水解的反应速率，同时可以纯化木糖　结晶闭。　酿酒酵母属于兼性厌氧菌，在有氧的情况下，它　把葡萄糖分解成二氧化碳和水；在缺氧的情况下，酿酒　酵母把葡萄糖分解成酒精和二氧化碳。酿酒酵母代谢　过程消耗葡萄糖，但不利用木糖。而玉米芯酸解的木糖　母液中，含有少量葡萄糖。利用酿酒酵母的特性，通过　酵母发酵法，消耗掉木糖母液中的葡萄糖，可以提高木　糖的纯度圈。　ＴＬＣ法是快速分离和定性分析少量物质的一种实　验技术，利用不同的糖其分子量、羟基数目及其醛基、　酮基性质存在的差异，可以将不同种类的糖分离开来。　ＤＮＳ法可用于检测木糖母液中总还原糖含量。ＨＰＬＣ是　基础研究　郭仁杰，等：酸解玉米芯制备木糖及其提纯工艺的研究　一种快速准确的含量测定方法，根据不同糖的保留时　间、峰面积等，可准确测得木糖母液中各组分糖的含　量，是目前普遍应用的检测方法之一。　１材料与方法　１．１材料与仪器　１．１．１材料与主要试剂　酿酒酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ　Ａｓ２．５４１：从湖　北工业大学生物工程学院张华山教授实验室获得；玉　米芯粉：购于湖北武汉，去杂后烘干粉碎，过８０目筛，粉　末备用。　ＹＰＤ液体培养基：葡萄糖２　ｇ，酵母浸粉１　ｇ，蛋白胨　２ｇ，Ｈ２０　１００　ｍＬ。　３—５Ｚ硝基水杨酸（ＤＮＳ）：６．３　ｇ　ＤＮＳ，￣１２６２　ｍＬ　２　ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ，加入５００　ｍＬ含有１８２　ｇ酒石酸钾钠热水　溶液再加入５　ｇ重蒸酚和５　ｇ亚硫酸钠，搅拌溶解，冷却　后加水定容至１　Ｌ，避光备用［４】。　甲基红和亚甲基蓝混合指示剂：将甲基红乙醇溶　液（１　ｇ／Ｌ）与亚甲基蓝乙醇溶液（１　ｇ／Ｌ）按２：１的体积比　混合。　ＨＰＬＣ所用乙腈为ｓｉｇｍａ色谱纯，水为去离子水，其　余药品均为国药准字分析纯。　１．１．２仪器　高效液相色谱仪：日本岛津；真空冷冻干燥机：北　京博医康；ＡＶＡＮＴＩ　Ｊ—Ｅ高速离心机：ＢＥＣＫ　ＭＡＮ　ＣＯＵＬＴＥＲ；卧式灭菌器：上海华线医用核子；ＰＧＦ一４ＡＢ　型立式电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特；７５２型紫外可　见分光光度计：上海光谱仪器，等。　１．２方法　１．２．１玉米芯预处理　玉米芯中含有的少量蛋白质，在木糖制备过程中　会影响木糖的产率，使用２种方法对玉米芯进行预处　理，在清洗原材料的同时，可以降低蛋白质的含量，再　检测处理后玉米芯中蛋白的含量变化，选择蛋白含量　低的作为玉米芯的预处理方法。　取玉米芯粉２　ｇ，加硫酸钾６　ｇ，硫酸铜０．２　ｇ，浓硫酸　２０　ｍＬ于５００　ｍＬ定氮瓶中，瓶口加漏斗，倾斜置于电炉　上，微火加热约４　ｈ，待溶液呈蓝绿色且完全澄清后，再　加热１　ｈ，加热后的溶液冷却至室温，移至１００　ｍＬ容量　瓶中定容，用０．０５　ｍｏｌ／Ｌ盐酸标准液滴定，甲基红和亚　甲基蓝混合指示剂检测，同时做试剂空白试验嘲。　１）向玉米芯粉中加入蒸馏水［料水￣ｌ：１５（ｇ／ｍＬ）】，　搅拌均匀，１００　ｏＣ煮沸３０ｍｉｎ，纱布过滤，烘干，取２　ｇ，同　上，凯氏定氮法检测其蛋白质含量。　２１　２）向玉米芯粉中加入１％ＮａＯＨ［料水￣ｔｌ：１５（ｇ／ｍＬ）１　６０℃水浴２４ｈ，纱布过滤，蒸馏水洗至中性，烘干，取２ｇ，　同上，凯氏定氮法检测其蛋白质含量。　１．２．２优化玉米芯酸解条件　１２．２．１标准曲线的测定　精确称取２０　ｍｇ木糖￣１　１　００　ｍＬ容量瓶中，充分溶解　后定容至１００　ｍＬ，制成木糖标准溶液。取８支干净具塞　试管，分别从１至８标记，管中依次加入木糖标准液０、　０．２…０　４　０．６、０．８、１．０、１．２、１．４　ｍＬ，相应加水２、１．８、１．６、　１．４、１．２、１、０．８、０．６　ｍＬ。再加入３　ｍＬ　ＤＮＳ，混匀后煮沸　５　ｍｉｎ。冷却至室温，以１号试管为参比，测定在５４０　ａｍ　时各试管中溶液吸光度。以木糖为Ｘ（ｍＬ）轴，对吸光度　Ｙ作图，得出木糖与吸光值之间关联的标准曲线［２－３］。　１．２．２．２最适料水比的测定　取玉米芯４０　ｇ，将玉米芯粉与１．５％的稀硫酸按　１：７，１：９，１：１１，１：１３，１：１５比例（ｇｈｎＬ），加到锥形瓶中，１２１℃，　处理３　ｈ。冷却至室温，抽滤，取上清液，碳酸钙中和后，　再抽滤，活性炭脱色，ＤＮＳ法检测还原糖含量，每个样　品做３个平行。　１．２．２．３最适反应时间的测定　取４０ｇ玉米芯粉，加入１．５％的稀硫酸５２０ｍＬ，１２１　ｏＣ，　分别加热２、３、４、５　ｈ。冷却至室温，抽滤，取上清液，碳　酸钙中和后，再抽滤，活性炭脱色，ＤＮＳ法检测还原糖　含量研，每个样品做３个平行。　１．２．２．４最适硫酸浓度的测定　取玉米芯４０　ｇ，分别加１．５％、２．０％、３．０％、４．０％硫　酸５２０ｍＬ，１２１℃，加热３　ｈ，冷却至室温，抽滤，取上清　液，碳酸钙中和后，再抽滤，活性炭脱色，ＤＮＳ法检测还　原糖含量，每个样品做３个平行。　１．２＿３木糖母液的脱色及离子交换　１．２．３．１活性炭脱色　在中和后的玉米芯酸解液中加入活性炭适量，加　好后搅拌混匀，将混合液加热至８０　ｃＩ＝，真空抽滤［】ｏｌ。　１．２．３．２离子交换树脂对离子的去除　在玉米芯酸解的制备过程中，有部分离子杂质残　留，离子交换树脂可以去除木糖母液中部分离子。采用　００１ｘ１２（强酸性苯乙烯树脂磺酸钠阳离子交换树脂）为　阳离子树脂，ＡＨ一１（三聚氰胺一胍一甲醛树脂缩合弱碱　性阴离子交换树脂）为阴离子树脂。去离子水膨胀２４　ｈ　后，再水洗呈中性，分别装入１００ｍＬ层析柱，再生（阳柱　用１００　ｍＬ，２．５％Ｈ２ｓＯ４冲洗２　ｈ，阴离子柱用１００　ｍＬ，　４．５％Ｎａ２ＣＯ，冲洗２　ｈ），用恒流泵控制流速稳定，再生　完成后将树脂水洗至中性，将活性炭脱色后的木糖母　液与树脂进行置换反应，先过阳柱再过阴柱，控制木糖