超聲法制備小麥木聚糖的研究

超聲提取技術(shù)是國(guó)內(nèi)外研究和開(kāi)發(fā)的一種輔助溶劑提取方法。超聲在高輸出下破碎細(xì)胞，迅速有效地提取提取物，縮短提取時(shí)間，提高提取效率。木聚糖是生產(chǎn)低聚木糖的主要原料,通常木聚糖存在于植物的細(xì)胞壁中。木聚糖在玉米芯、甘蔗渣、棉籽殼和麩皮等農(nóng)作物廢棄物中含量較高,一般均在30%以上。與小麥麩皮相比,同樣提取條件下,麩皮木聚糖提取率達(dá)35%時(shí),小麥秸稈木聚糖只有18%。由此可見(jiàn),小麥麩皮中的木聚糖是制備低聚木糖的優(yōu)質(zhì)原料。木聚糖的提取方法目前主要是酸法提取。但稀酸提取半纖維素時(shí)木聚糖基本上都水解成單糖,不利于低聚木糖的制備。高壓蒸煮法是在高溫高壓下,木聚糖鏈發(fā)生水解斷裂,木質(zhì)素因烯丙醚鍵斷裂而生成低分子物質(zhì),纖維素和半纖維素充分暴露、分離的技術(shù)。李慧靜等利用蒸煮法對(duì)玉米芯中的木聚糖提取進(jìn)行研究,木聚糖提取率為31.21%。楊建等利用超聲法提取玉米芯種的木聚糖,提取時(shí)間為2h,提取率為33.01%。本研究把超聲波技術(shù)應(yīng)用到麩皮蒸煮法提取木聚糖的前處理過(guò)程中,探索出能夠提高木聚糖提取效率的方法,將具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1材料和方法1.1材料和試劑黑龍江小麥麩皮;氫氧化鈉、乙醇等:分析純?cè)噭?.2設(shè)備和設(shè)備JBT超聲波藥品處理機(jī):濟(jì)寧金百特電子有限公司;臺(tái)式高速離心機(jī):上海力申科學(xué)儀器分公司。1.3方法1.3.1原料的制備1.3.2木聚糖的沉淀加入3倍體積的95%(體積分?jǐn)?shù))乙醇,可使水溶液中醇不溶性木聚糖也沉淀析出。4000r/min離心15min得沉淀,將沉淀烘干至恒質(zhì)量。木聚糖得率(%)=提取的木聚糖質(zhì)量(g)/絕干原料中木聚糖質(zhì)量(g)×1002結(jié)果與討論2.1超聲波處理的不同技術(shù)的研究2.1.1超聲強(qiáng)化處理對(duì)木聚糖得率的影響稱(chēng)取5g預(yù)處理后的麩皮2份,分別置于2個(gè)250mL的錐形瓶中,設(shè)定超聲功率分別為220、320W,料液比1∶20,分別在20℃下超聲20min進(jìn)行試驗(yàn)后蒸煮提取木聚糖,并計(jì)算木聚糖得率。根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制出木聚糖得率與超聲功率的關(guān)系柱形圖,見(jiàn)圖1。由圖1可知,經(jīng)不同功率超聲處理后木聚糖含量顯著不同,320W時(shí)超聲波對(duì)麩皮中的木聚糖提取率有顯著的提高。分析認(rèn)為在220W時(shí),功率較低,細(xì)胞壁不能完全被破壞,木聚糖只是部分溶出;當(dāng)功率在320W時(shí),由于強(qiáng)度增大,使大部分細(xì)胞壁破壞,木聚糖溶出量因而大幅度的提高,因而木聚糖的得率提高。因此,采用320W的超聲波前處理功率對(duì)麩皮中木聚糖的提取具有較明顯的效果。2.1.2木聚糖提取率測(cè)定稱(chēng)取5g預(yù)處理后的麩皮7份分別置于7個(gè)250mL的錐形瓶中,設(shè)定超聲功率為320W,料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶357個(gè)水平在20℃下超聲20min進(jìn)行試驗(yàn)后蒸煮提取木聚糖,并計(jì)算木聚糖得率。由圖2可知,經(jīng)不同料液比處理后木聚糖提取含量顯著不同,料液比1∶15以上對(duì)麩皮中的木聚糖提取率有顯著的提高。而料液比大于1∶20以后,木聚糖的溶出量提高的不明顯。因此,綜合考慮選取料液比1∶20較為適宜。2.1.3超聲時(shí)間對(duì)木聚糖得率的影響稱(chēng)取5g預(yù)處理后的麩皮7份分別置于7個(gè)250mL的錐形瓶中,設(shè)定超聲功率為320W,料液比分別為1∶20在20℃下分別超聲5、10、15、20、25、30、35min進(jìn)行試驗(yàn)后蒸煮提取木聚糖,并計(jì)算木聚糖得率。由圖3可知,超聲波作用時(shí)間短細(xì)胞壁未能完全破碎,因此木聚糖的溶出量較低;但是超過(guò)25min后提取率曲線(xiàn)趨于平緩,說(shuō)明此時(shí)細(xì)胞壁破碎完全。因此,綜合考慮選取超聲時(shí)間25min較為適宜。2.1.4超聲溫度對(duì)木聚糖得率的影響稱(chēng)取5g預(yù)處理后的麩皮5份分別置于5個(gè)250mL的錐形瓶中,設(shè)定超聲功率為320W,料液比1∶15分別在在20、30、40、50、60℃下超聲15min進(jìn)行試驗(yàn)后蒸煮提取木聚糖,并計(jì)算木聚糖得率。由圖4可知,溫度升高后,分子運(yùn)動(dòng)加快,傳質(zhì)速率也隨之變快,木聚糖提取率逐漸增加,60℃時(shí)達(dá)到最大。提取溫度超過(guò)40℃,提取率增加緩慢。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),由于美拉德效應(yīng),溫度越高,提取液顏色越深,透光率越低。提取液中色素等雜質(zhì)增多。所以,本試驗(yàn)選擇40℃較為適宜。2.2超聲提取工藝參數(shù)的確定綜合考慮料液比、超聲處理時(shí)間、超聲處理溫度之間交互作用對(duì)提取過(guò)程的影響,采用3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)對(duì)超聲波處理技術(shù)參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定各因素的合理水平。按照L9(33)正交表設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表1。由表2可知,采用SAS8.2統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通過(guò)方差分析,結(jié)果顯示:正交實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腇值為69.79,P值為0.0150,大于在0.05水平上的F值(見(jiàn)表3)。由此可知,模型有效,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可靠的。A因素(料液比)F值為175.08,P=0.0057>F0.01,因此,因素A對(duì)試驗(yàn)的影響極顯著;B因素(超聲處理溫度)F值為1.60,P=0.3842<F0.05水平上的統(tǒng)計(jì)量的值,因此,因素B對(duì)試驗(yàn)的影響不顯著;C因素(超聲處理時(shí)間)F值為20.68,P=0.0461>F0.05,因此因素C對(duì)試驗(yàn)的影響顯著。由表3可知,可以說(shuō)明各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響大小。比較F值大小:Fa>Fc>Fb。F值越大,影響作用越大,各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響程度大小的次序?yàn)锳>C>B。最佳工藝參數(shù)的確定,對(duì)A、C因素進(jìn)行多重比較:由表5可知,A因素K3-K2=0.068>LSR0.01=0.06104,所以A2、A3差異極顯著,因此A3(重復(fù)實(shí)驗(yàn)的第3個(gè)水平)效果最佳。由表6可知,C因素K2-K3=0.89>LSR0.01=0.02556所以C2、C3差異極顯著,因此C2(重復(fù)實(shí)驗(yàn)的第2個(gè)水平效果最佳)。經(jīng)多重比較分析后,最佳的超聲波提取工藝為A3B3C2,即料液比為1∶25,超聲波處理溫度為40℃,超聲波處理時(shí)間20min。取最佳組合進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果木聚糖提取率為52.87%。3超聲波輔助蒸煮法本實(shí)驗(yàn)通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化得到最優(yōu)的提取工藝條件為:超聲波功率為320W,料液比為1∶25,超聲波處理溫度為40