利用玉米芯提取木聚糖的工艺研究

玉米是中国三大粮食作物之一，玉米芯富含的木聚糖约含37.5%多聚戊糖、34.3%纤维素，被广泛应用于食品、医药、轻工等领域。目前，木聚糖的提取方法主要包括高温蒸煮法、沉淀法、超声波辅助法和碱法，在实际应用生产中，碱法是最为经济的方法。本研究采用单因素法及正交试验法，优化从玉米芯中提取木聚糖的碱法工艺，以期为清洁能源的可持续发展提供有效的数据支持。

1. 材料与仪器

实验材料为玉米芯，实验仪器及试剂如表1所示。

2. 试验与方法

2.1 标准木糖配制

将0.10g木糖用水溶解，定容至100mL备用。

2.2 测定木糖标准曲线

配制浓度分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的标准木糖液，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为对照，在500nm处测定吸光度。

2.3 提取玉米芯中木聚糖

将清洁、干燥的玉米芯粉碎、过筛、浸泡，在NaOH试剂中浸提，取上清液，离心得到木聚糖A沉淀。用3倍体积的95%酒精混合剩余上清液，得到木聚糖B沉淀。将2个沉淀混合，烘干得到粗品木聚糖。

2.4 木聚糖的测定

木聚糖中加入8%的H2S04溶液（100℃，2h），再加NaOH溶液调至pH为7.0，定容至100mL，然后从中取1mL用水定容至100mL，测定滤液的还原糖质量。计算公式如下：

木聚糖质量=还原糖质量×木聚糖聚合系数0.9。

提取率（%）=木聚糖质量m（g）/原料质量M（g）。

2.5 单因素对玉米芯木聚糖提取的影响

2.5.1 碱液浓度对木聚糖提取率的影响。称取10g玉米芯，放入试管1、2、3中，分别加入5%、10%、20%的NaOH溶液20mL，置于80℃恒温水浴箱中浸提1h。

2.5.2 固液比对木聚糖提取率的影响。称取10g玉米芯，放入试管1、2、3、4中，分别加入20%的NaOH溶液10、20、25、30mL，置于80℃恒温水浴箱中浸提1h。

2.5.3 浸提温度对木聚糖提取率的影响。称取10g玉米芯，放入试管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 提取时间对木聚糖提取率的影响。称取10g玉米芯，放入试管1、2、3、4中，再加入20%的NaOH溶液20mL，置于80℃恒温水浴箱中分别浸取1、2、3、4h。

2.6 正交试验

选取碱处理时间A、固液比B、碱液浓度C和提取温度D作为考查因素，做4因素3水平正交试验以确定最佳提取工艺。

3. 结果与分析

3.1 木糖标准曲线的绘制

木糖标准曲线的测定结果如表2所示。以木糖浓度为横坐标、吸光度值为纵坐标，根据表2绘制木糖标准曲线，如图1所示。由图1可知，木糖浓度为0.2—0.9mg/mL时，吸光度与其具有较好的线性关系。

图1：木糖标准曲线

3.2 单因素对木聚糖提取率的影响

3.2.1 碱液浓度对木聚糖提取率的影响。将分别加有5%、10%、20%NaOH溶液20mL的玉米芯置于80℃恒温水浴箱中浸提1h，由表3可知，木聚糖提取率与碱液浓度呈正相关，当碱液浓度为20%时，提取率可达25.3%。

3.2.2 固液比对木聚糖提取率的影响。将分别加有20%NaOH溶液10、20、25、30mL的玉米芯置于80℃恒温水浴箱中浸提1h，由表4可知，木聚糖提取率与固液比呈正相关，当固液比为1：20时，木聚糖提取率可达26.5%；当固液比为1：10时，提取率仅为24.9%，原因可能是较小的固液比没有让足量的NaOH浸提玉米芯，导致提取率较低。若采用高于1：20的固液比，则会因为抽提液偏多导致成本增大，提取率也得不到有效增加，因此最佳且最经济的固液比为1：20。

3.2.3 浸提温度对木聚糖提取率的影响。将加有20%NaOH溶液20mL的玉米芯分别置于70℃、80℃、90℃、100℃的恒温水浴箱中浸提1h，由表5可知，木聚糖提取率与浸提温度呈正相关，但是过高的浸提温度会使提取液的透光率降低，颜色加深，甚至会降解部分木聚糖，导致浸提效率下降；当浸提温度偏低时，又会导致浸提不充分。因此，实际应用中最佳的浸提温度为90℃。

3.2.4 提取时间对木聚糖提取率的影响。将加有20%NaOH溶液20mL的玉米芯置于80℃的恒温水浴箱中分别浸取1、2、3和4h，由表6可知，当浸提时间大于1h时，木聚糖提取率与浸提时间呈负相关。

3.3 正交试验法确定最佳提取工艺

浸提时间、浸提温度、固液比和碱液浓度均偏低时浸提不充分，偏高时会水解部分木聚糖，因此需要通过正交试验确定最佳的碱处理条件。以碱处理时间A、固液比B、碱液浓度C和提取温度D为考查因素，作4因素3水平正交试验，结果如表7所示。由表7可知，各因素对木聚糖提取的影响程度为C＞B＞A＞D，最佳组合为A3B2C2D2。因该组合不在已做的9次试验中，故又对A3B2C2D2进行验证，结果发现A3B2C2D2条件下测得的提取率为24.0%，高于试验中的A1B2C2D2，故最佳组合为A3B2C2D2。

综上所述，利用玉米芯提取木聚糖的最佳工艺条件如下：玉米芯与NaOH溶液的最佳固液比为1：20，NaOH溶液的浓度为15%，提取时间为90min，浸提温度为90℃。在此工艺参数下，玉米芯木聚糖的提取率为24.0%。

作者简介：马瑜（1989—），女，汉族，山西左权人，中级工程师，大学本科，研究方向为饮料、乳品。