稻壳中纤维素、半纤维素的测定

、 稻壳中木聚糖的提取工艺研究

、 2014年 5月26日 稻壳中木聚糖的提取工艺研究 摘要：以稻壳为原料，采用首先制备综纤维素再碱提取木聚糖的方法。实验过程通过分析不同碱液浓度、温度、固液比和时间对稻壳半纤维素中木聚糖提取率的影响，确定最佳工艺条件。实验结果表明，稻壳中木聚糖含量为25.93%，是丰富的木聚糖资源。稻壳木聚糖的提取方法为：稻壳在 80oC水浸泡6h进行预处理，用质量分数11%碱液，固液比(g:mL)1:10，提取时间 5h，提取温度80oC进行碱提。木聚糖提取率达原料中木聚糖总量的69.67%以上。 关键词： 稻壳；碱提；木聚糖 . Study on the extraction of xylan rice husk

Abstract: Rice husk as raw material is first prepared and then Holocellulose xylan alkali extraction method. By analyzing the influence of different experimental procedure alkali concentration, temperature, solid-liquid ratio and time of rice husk xylan hemicellulose extraction rate, to determine the optimum process conditions. Experimental results show that rice husk xylan content of 25.93%, is rich in xylan resources. Extraction of rice husk xylan as: rice husk in 80oC water immersion 6h pretreatment with mass fraction of 11% lye, solid-liquid ratio (g: mL) 1:10, extraction time 5h, alkali extraction temperature 80oC mention. 69.67% extraction rate of more than xylan xylan total raw materials

Key words: rice husk; alkaline extraction; xylan

0 前言 作为稻米加工副产物的稻壳，全世界年产量约为11360万t，其中中约占 3200万t[1]。一方面，由于稻壳堆密度小，运输、贮存不便；外壳坚硬，难以被土壤消化；营养价值低，不适合作饲料；纤维含量少、纤维短，不适合造纸，因此被视为废弃物。另一方面，稻壳中约含有40%的粗纤维（包括木质素和纤素）、20%的五碳糖聚合物（主要是半纤维素）和20%的灰分及少量粗蛋白质、粗脂肪等[2]有机化合物SiO2等，因而又是一种巨大的可再生资源。目前的利用途径主要有：燃烧[3]、热解[4]、水解[5]、制备含硅化合物[6]等，但仍未找到能形成规模生产的、能大量消耗稻壳的途径。综上可见，有效、合理地利用稻壳，不仅可以提高企业经济效益，而且可减少环境污染，具有明显的社会效益和经济效益。 低聚木糖因具有独特的生理功能而成为一种重要的功能性食品，已引起全世界的广泛关注[7-8]。各项研究表明，低聚木糖除了具有低热、稳定、安全、无毒等良好的理化特性外，还有促进肠道内有益菌的繁殖、抑制有害菌生长的独特生理功能[9-10]。本研究以富含半纤维素（主要成分多戊糖）稻壳为原料，采用制备综纤维素再碱提取木聚糖的方法，制备低聚木糖底物。研究中分析了不同碱溶液浓度、固液比、温度和时间对半纤维素中多戊糖得率的影响，为低聚木糖的制备奠定了基础。 1 实验方法 1.1 实验原料：仪器及试剂 原料：五常稻壳，粉碎筛出40 目的稻壳备用。 仪器：紫外可见分光光度计。 试剂：氢氧化钠、硫酸、3.5—二硝基水杨酸、苯酚、无水亚硫酸钠等，均为分析纯。 1.2 稻壳化学成分分析 依照国家造纸纤维原料化学分析的标准方法进行。其中木质素含量测定：Klason法；综纤维素含量测定：亚氯酸钠法；纤维素含量测定：硝酸；乙醇法；综纤维素中α-纤维素测定17.5%NaOH 法；多戊糖含量测定：二溴化法。 1.3 稻壳原料的预处理 稻壳80oC水浸泡3h，过滤后制备综纤维素再碱提取。 1.4多戊糖的提取 经预处理后的稻壳，用质量分数5%-13%的碱液进行处理，找出不同碱液浓度对木聚糖提取率影响，不同固液比对木聚糖提取率影响，不同温度对木聚糖提取率影响，不同时间对木聚糖提取率影响。 1.5 多戊糖中总糖含量的测定 提取的多戊糖用3,5—二硝基水杨酸（DNS）法测定总糖含量。 1.5.1 DNS法制备标准曲线 配制DNS试剂：将6.3gDNS 和2mol/L NaOH 262mL溶液，加到500mL 含有185g 酒石酸钾钠的热水溶液中，再加5g结晶酚和5g亚硫酸钠。冷却后加蒸馏水定容至1000mL，保存备用；配制1mg/mL 标准木糖溶液；绘制标准曲线：吸取1mg/mL标准糖液0.00 、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40、1.60mL分别于25mL具塞试管中，加1.8mL蒸馏水和3mLDNS 试剂，于沸水浴中保温 5min 显色，迅速冷却，加入20mL蒸馏水，测定糖液 480nm处的吸光值，绘制标准曲线，其回归标准方程为：y=2.932x-0.2271，R2=0.9993。 1.5.2 多戊糖中总糖含量的测定 在一定体积的木聚糖液中，加入同体积的8%的 H2SO4，在121oC保温1h。然后以20%的NaOH溶液中和至 pH值7.0，用水定容至糖质量浓度在0.2~2g/L用DNS法测定中和液的还原糖质量浓度C(g/L)， 则被测样品的总还原糖质量浓度（CT）为：CT=C×稀释倍数×0.9取一定量(1.0mL或2.0mL)降解的木聚糖液加入到25mL刻度试管中，再加入3.0mLDNS试剂，沸水浴中煮沸5min，冷却至室温，加水20mL，用紫外-可见分光光度计在480-490nm处测定吸光值，在回归标准方程中计算出还原糖的浓度。 1.6木聚糖的得率计算 木聚糖得率（%）=总还原糖质量/绝干原料中木聚糖质量×100 2 结果与讨论 2.1 稻壳化学成分分析 本研究稻壳中的多戊糖含量为25.93%，多戊糖主要成分是木聚糖，所以稻壳是制备低聚木糖的较好原料。稻壳中的灰分含量达18.32%，且灰分中60%以上为SiO2，因此可以用稻壳来制备高纯度的SiO2和高纯硅，还可以制备水玻璃、四氯化硅、碳化硅、氮化硅等一些高科技产品。稻壳中木质素、纤维素、半纤维素含有大量的碳，可以用来制备活性炭。 2.2 木聚糖的提取

2.3 碱溶液浓度的影响 从图2中可以看出，在固液比1:10，蒸煮温度80oC下，当浸泡浓度由5%增至11%时，木聚糖的溶出率从36.14%增加到70.69%，但当浸泡浓度为13%时，木聚糖的溶出率已达到71.56%。由图1可见，随着浸泡浓度的增加，木聚糖的溶出率变化较小，表明木聚糖水解速率增加较小。80oC条件下，浸泡浓度11%时，木聚糖溶出量为最高。提高浓度，可提高木聚糖的溶出率，因此浸泡浓度为 11%较适合。 2.2.2 固液比的影响 由图3可知，在时间3h，温度80oC下，当固液比为1:10时木聚糖的溶出率最高，为68.16%而当固液比在1:10以上时木聚糖溶出率有上升的趋势，因此综合实验结果表明，在选择1:10 的条件下最适合。 2.2.3提取温度的影响

从图4可以看出，温度过高会造成木聚糖发生剧烈分解，本实验考察中等温度对稻壳木聚糖溶出规律的影响，结果如图3所示。在蒸煮时间3h，当温度由40oC上升到120oC时，木聚糖的溶出率由43.12%增加到78.98%，说明增加蒸煮温度有利于木聚糖的溶出，但同时也造成了木质素的降解，增加了副反应的发生程度。因此温度确定为80oC较适合。 2.3 木聚糖漂白 碱液分离的稻壳木聚糖通常是褐色的，因此需用双氧水漂白。H2O2在碱性介质中除了具有漂白作用，还可以作为大分子木聚糖的温和增溶剂。用H2O2催化，木聚糖溶解的程度取决于反应的pH值。当pH值高达11.6时，溶液的总碱度达到足够高时，可确保活性漂白的HOO- 浓度；碱度足够高时能使H2O2分解，形成氢氧游离基和过氧化阴离子游离基它们起半纤维素增溶作用。这些游离基会进一步反应，使最终产物氧和羟基离子增加，导致反应pH值升高。研究数据表明，在pH值12~12.5温度48oC的条件下用2% H2O2处理16h，比传统的碱抽提法获得的半纤维素颜色更白[11]，碱性pH漂白木聚糖的流程如下：碱提液pH值调至11.2用2.0% H2O2在45oC处理16h，（液固比25:1，mL:g），得到的滤液用6mol/LHCl 中和至pH值5.5，然后用3倍体积的乙醇沉淀得到滤液及沉淀，其中滤液分离得到木质素，而沉淀用70%乙醇洗涤并风干，得到木聚糖。 3 结论 原料稻壳中多戊糖含量为25.93%，是丰富的木聚糖资源。碱提取稻壳中木聚糖的方法为预处理：80oC水浸泡3h，再进行碱提取；碱提取条件：碱质量分数11%，固液比(g:mL)1:10，提取时间5h，提取温度80oC，木聚糖提取率达原料中木聚糖总含量的69.67%以上。该研究拓宽稻壳的使用范围，为低聚木糖的制备奠定了实验基础。

参考文献 ［1］ 张声俭.稻壳的开发利用.粮食与饲料工业,1999,(1):20-22.