玉米芯中木聚糖的碱法提取研究*

汤卫华 龙尾 吕春晖

（天津现代职业技术学院生物工程学院，天津300350）

玉米芯中木聚糖的碱法提取研究*

汤卫华**龙尾 吕春晖

（天津现代职业技术学院生物工程学院，天津300350）

木聚糖是存在于植物细胞壁中的重要聚合糖，玉米芯是木聚糖含量较高的农业纤维废弃物。采用不同的碱性物质对玉米芯中木聚糖进行提取，结果发现NaOH更适合木聚糖的提取。NaOH碱液提取木糖醇的最适提取条件为：NaOH浓度2.5 mol/L，料液比1 g∶10 mL，115℃提取60 min。在此条件下，木聚糖的提取率达到23.5%，该方法具有较高的应用价值。

玉米芯；木聚糖；碱法；提取

木聚糖是双子叶植物次生细胞壁中最主要的半纤维素，占植物碳水化合物总量的1/3，在自然界中含量仅次于纤维素。木聚糖在食品、医药、轻工等领域都有广泛的用途，同时也是制备国际市场上急缺的功能性多糖（低聚木糖和木糖）的重要原料。

玉米芯是木聚糖含量较高的一种农业纤维废弃物，其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。我国玉米种植面积广、产量大，玉米芯是廉价而丰富的可再生资源。玉米芯中木聚糖与木质素、纤维素等紧密结合，难于被化学物质作用或酶解，因此，在提取之前需经过预处理破坏木聚糖和其他碳水化合物的化学键以便于提取。目前，国内外常用的木聚糖的提取方法包括酸法提取法、碱法提取法、高温蒸煮法等，其中碱法提取法为最有效的方法。木聚糖能溶于碱性溶液中，然后从植物细胞壁中被提取出来。本研究探讨不同的碱性物质（NaOH、KOH和LiOH）对木聚糖的提取效果，并优化其提取工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米芯，市售；NaOH、KOH、LiOH和地衣酚，均为分析纯，天津市化学试剂一厂提供。

1.2 仪器与设备

F2102型粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司；DZKW-D-6恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 玉米芯的预处理

选择风干的、无发霉的玉米芯，用粉碎机粉碎过80目筛，备用。

1.3.2 不同碱液对玉米芯木聚糖含量的影响

称取玉米芯2 g，分别加入2.5 mol/L的NaOH、KOH和LiOH溶液200 mL，在121℃下提取30 min，过滤取滤液，测定不同碱液提取下木聚糖的含量。

1.3.3 碱液浓度对木聚糖含量的影响

称取玉米芯2 g，分别加入1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.5 mol/L和3.5 mol/L的碱液200 mL，在121℃下反应30 min，过滤取滤液，测定木聚糖的含量。

1.3.4 料液比对木聚糖含量的影响

取2.5mol/L的碱液，考察料液比分别为1g∶5mL、1 g∶10 mL、1 g∶15 mL、1 g∶20 mL条件下，在121℃下反应30 min，过滤取滤液，测定木聚糖的含量。

1.3.5 碱液提取时间对木聚糖含量的影响

称取玉米芯2 g，加入2.5 mol/L的碱液200 mL，在121℃下分别提取30 min、60 min、90 min、120 min，过滤取滤液，测定木聚糖的含量。

1.3.6 碱液提取温度对木聚糖含量的影响

称取玉米芯2 g，加入2.5 mol/L的碱液200 mL，在80℃、100℃、115℃、121℃下分别处理30 min，过滤取滤液，测定木聚糖的含量。

1.3.7 木聚糖的测定

采用地衣酚-盐酸法测定总糖含量（g/L）,木聚糖含量计算公式为：木聚糖含量=总糖含量× 0.88，其中0.88为校正系数。

式中：η——木聚糖提取率，%；

ρ——玉米芯中木聚糖含量，g/L；

V——滤液体积，L；

m2——玉米芯质量，g。

2 结果与讨论

2.1 不同的碱液对木聚糖提取率的影响

在相同的提取条件下，分别加入2.5 mol/L的NaOH、KOH和LiOH溶液于玉米芯中，考察不同的碱液对木聚糖提取率的影响，试验结果如图1所示。

图1 不同的碱液对木聚糖提取率的影响

由图1可知，不同的碱液处理玉米芯后，其木聚糖提取率差异不大，相对而言，NaOH溶液提取的木聚糖提取率更高些。在成本上，LiOH的市场价格远高于NaOH和KOH，综合考虑碱液的成本和木聚糖的提取率，选择的最适碱液为NaOH溶液。

2.2 碱液浓度对木聚糖提取率的影响

分别加入1 mol/L、1.5 mol/L、2.5 mol/L和3.5 mol/L的NaOH溶液于玉米芯中，在121℃下反应30 min，考察不同的NaOH浓度对木聚糖提取率的影响，试验结果如图2所示。

图2 NaOH浓度对木聚糖提取率的影响

图2的结果显示，随着NaOH浓度的提高，木聚糖提取率也随之增加，当NaOH浓度达到2.5 mol/L时，木聚糖提取率达到21.4%，继续增加NaOH的浓度，木聚糖提取率几乎不再增加，因此选择NaOH浓度为2.5 mol/L。

2.3 料液比对木聚糖提取率的影响

在相同的提取条件下，考察料液比分别为1 g∶5 mL、1 g∶10 mL、1 g∶15 mL、1 g∶20 mL对木聚糖提取率的影响，试验结果如图3所示。

图3 料液比对木聚糖提取率的影响

图3的结果表明，随着NaOH溶液体积的提高，木聚糖提取率也随之增加，料液比为1 g∶5 mL时，木聚糖的提取率仅为13.5%，但当料液比提高至1 g∶10 mL时，木聚糖的提取率达到21.8%，继续增加NaOH的体积，木聚糖的提取率稍有增加。这说明，当料液比值较小的时，NaOH溶液体积小，玉米芯颗粒无法充分溶胀，木聚糖不能充分溶出，因此木聚糖提取率较低，这跟舒国伟的研究结论一致。料液比达到一定值时，使玉米芯完全溶胀，再增加碱液体积，对木聚糖的提取无直接的促进作用，因此选择料液比为1 g∶10 mL。

2.4 碱液提取时间和温度对木聚糖提取率的影响

按照1.3.5和1.3.6的条件，考察提取时间（30 min、60 min、90 min、120 min）和提取温度（80℃、100℃、115℃、121℃）对木聚糖提取率的影响，试验结果分别见图4，图5。

图4 提取时间对木聚糖提取率的影响

由图4，图5可知，随着提取时间的提高，木聚糖得率也提高，当提取时间达到60 min以上时，木聚糖的提取率提高不明显，同时提取液颜色加深，因此选择提取时间为60 min。同时随着提取温度提高，木聚糖提取率也增加，但当提取温度增至115℃时，其木聚糖提取率达到最高为22.8%，继续提高提取温度至121℃，木聚糖提取率稍有下降，这可能是因为过高的温度，导致木聚糖的降解。因此选择的提取温度为115℃。

在最适条件，NaOH浓度为2.5 mol/L，料液比为1 g∶10 mL，碱液提取时间和温度分别为60 min和115℃时，木聚糖的提取率达到23.5%。

图5 提取温度对木聚糖提取率的影响

3 结论

比较3种碱液（NaOH、KOH和LiOH）对玉米芯中木聚糖提取率的影响，从成本上和提取率上来说，NaOH更适合于木聚糖的提取。NaOH碱液提取木聚糖的最适工艺条件为：碱液浓度2.5 mol/L，最适料液比1 g∶10 mL，115℃提取60 min，在此条件下，木聚糖的提取率达到23.5%。

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Study on extraction of xylan from corn cob with alkaline solution*

TANG Wei-hua**LONG Wei LV Chun-hui
（Department of biological engineering，Tianjin modern vocational technology college，Tianjin300350，China）

Xylan is an important polymeric sugar in plant cell wall;corn cob is an agricultural fiber waste containing higher xylan content.Three alkaline solutions were used to extract xylan from corn cob,it was found that NaOH solution was more suitable for the extraction of xylan.The optimal extraction factors were showed that NaOH solution was 2.5mol/L, solid-liquid ratio was 1 g∶10 mL，extraction temperature was 115℃and extraction time was 60 min.Under the above conditions,the yield of xylan was up to23.5%.

corn cob；xylan；alkaline solution；extraction

TS245.8

A

1673-6044（2014）04-0042-03

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.04.013

天津市高等学校科技发展基金计划项目（20120615）；天津市津南区科技计划项目（2014）。

**汤卫华，女，1979年出生，2009年毕业于天津科技大学发酵工程专业，博士，副教授。

2014-09-25