新疆胡楊樹皮提取木聚糖的研究

王晶　董翔　覃瑞

摘要：采集新疆地區(qū)胡楊（Populus euphratica）樹皮，利用堿提法提取其木聚糖。采用水煮處理脫去大部分水溶性物質(zhì)后，在胡楊樹皮中加入10%氫氧化鈉溶液（m∶V=1∶5）在70 ℃下堿提1 h，8層紗布過濾后的堿提濾液加入0.15倍體積的30%雙氧水，70 ℃脫色1 h，最后調(diào)pH至中性，加入2倍體積乙醇，醇沉獲得木聚糖。結(jié)果表明，得到木聚糖的干重收率為4.35%，自提胡楊樹皮木聚糖能夠作為木聚糖酶試驗(yàn)中的底物使用，具有一定的替代性，且其來源為新疆胡楊樹皮，對(duì)當(dāng)?shù)刭Y源開發(fā)利用有一定實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：胡楊（Populus euphratica）；資源利用；新疆；木聚糖

中圖分類號(hào)：TQ91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）03-0075-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.017

Abstract： The bark of Populus euphratica in Xinjiang was collected，and then extracted xylan by alkali extraction method. The sediment of the bark of Populus euphratica was cleaned up and most of the water-soluble substance was washed away with boiled water. After adding the 10% sodium hydroxide solution（m∶V=1∶5） at 70 ℃ for 1 h，the alkali extract which was filtered by eight-layer gauze was added with 0.15 fold volume of 30% of hydrogen peroxide at 70 ℃ for 1 h，for decolorization. The final pH was adjusted to neutral，with ethanol（V∶V=1∶2） to obtain xylan. The dry-based yield was 4.35%. The results showed that the xylan from Populus euphratica could be used as a substrate in xylanase experiment.

Key words： populus（Populus euphratica）； resource utilization； Xinjiang； xylan

木聚糖是半纖維素的主要組成成分，半纖維素的含量在自然界中僅次于纖維素，是重要的可再生資源[1]。木聚糖是一種通過β-1，4-糖苷鍵連接β-D-吡喃型木糖單元構(gòu)成主鏈的異質(zhì)多糖，其主鏈或側(cè)鏈上通常帶有多種不同的取代基，常見取代基有葡萄糖醛酸、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸、α-L-阿拉伯呋喃醛酸、乙?；?、阿魏酰基和ρ-香豆?；鵞2，3]。木聚糖可以用于生產(chǎn)低聚木糖、木糖醇、糠醛、乙醇、水溶性薄膜和水凝膠等多種產(chǎn)品[4-6]。有多種方法可以分離出半纖維素，比如堿提法、酸法、蒸汽爆破法、液態(tài)熱水法，再加以超聲輔助提取等[7，8]，其中最常用的方法為堿提法。

近年來，關(guān)于木聚糖酶的研究越來越多，利用酶解法處理纖維素和半纖維素類物質(zhì)，不僅能使造紙行業(yè)更加環(huán)保，也能在降低成本的同時(shí)使飼料利用率更高效[9，10]。新疆地區(qū)的胡楊（Populus euphratica）林占全國(guó)胡楊林總量的90%以上，是胡楊林的主要分布地區(qū)。塔里木盆地是新疆胡楊林的中心分布區(qū)，其分布范圍包括塔里木盆地各河流域流經(jīng)的阿克蘇、喀什和和田3個(gè)地區(qū)以及巴音郭楞蒙古自治州[11]。有針對(duì)胡楊的耐旱、耐鹽以及生物量等方面的研究[12-14]，對(duì)胡楊資源的利用鮮見報(bào)道[15]。目前，胡楊林大部分是作為旅游景點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)，大面積栽種胡楊以及對(duì)胡楊林的保護(hù)都需要經(jīng)濟(jì)支持，將胡楊資源化作為經(jīng)濟(jì)資源能促進(jìn)胡楊的栽種以及對(duì)胡楊林的保護(hù)力度。本研究采集了新疆地區(qū)的胡楊樹皮，采用水煮處理脫去大部分水溶性物質(zhì)后，利用堿提法提取其中的木聚糖，證明該地區(qū)胡楊樹皮能提取目前市價(jià)較貴且有一定需求量的楊樹木聚糖，通過后續(xù)工藝優(yōu)化提高木聚糖的收率，以期帶動(dòng)胡楊資源的利用以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：胡楊樹皮，采樣時(shí)間為2017年8月2日，采樣地點(diǎn)為新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌縣，坐標(biāo)北緯39°68′，東經(jīng)88°42′。

木聚糖酶：實(shí)驗(yàn)室保藏酶粉DSB（蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)PDB：1YNA），使用時(shí)采用緩沖溶液溶解稀釋。試劑（均為分析純）：氫氧化鈉、雙氧水、鹽酸、無水乙醇、酒石酸鉀鈉、3，5-二硝基水楊酸、苯酚、亞硫酸鈉、磷酸氫二鈉、檸檬酸。木聚糖標(biāo)準(zhǔn)品：X0502 （Sigma公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

FW117型中草藥粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）；SHZ-DIII型循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州朗越儀器制造有限公司）；SCIENTZ-12N型冷凍干燥機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）；V-5800型可見分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 從胡楊樹皮中提取木聚糖 用水沖洗胡楊樹皮去掉泥沙后，將其用剪刀剪碎至1 cm左右，放入粉碎機(jī)粉碎。將粉碎好的樹皮與水混合（m∶V=1∶10）后70 ℃水浴2 h，用8層紗布過濾樹皮，并用大量水沖洗，隨后50 ℃烘干至恒重。取烘干后的樹皮與10%氫氧化鈉水溶液混合（m∶V=1∶5），70 ℃水浴處理1 h，8層紗布過濾取濾液。向?yàn)V液中加入0.15倍體積的30%雙氧水?dāng)嚢璩浞郑?0 ℃水浴處理至無氣泡冒出，隨后使用鹽酸調(diào)pH至約6.5，最后加入2倍體積無水乙醇醇沉過夜。抽濾獲得濾渣即為自提木聚糖，冷凍干燥樣品獲得自提木聚糖粉末。

1.3.2 檢測(cè)胡楊樹皮木聚糖 取一定量的自提木聚糖粉末，用pH 6.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液配制成木聚糖底物，加熱煮沸使木聚糖溶解。取木聚糖酶酶粉，同樣用pH 6.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液配制成一定濃度的木聚糖酶酶液。使用DNS法檢測(cè)還原糖的存在，檢測(cè)方法如下：空白對(duì)照組（900 μL pH 6.0緩沖溶液于60 ℃反應(yīng)10 min后加入1.5 mL DNS，補(bǔ)100 μL酶液，100 ℃水浴5 min顯色），還原糖檢測(cè)組（900 μL自提木聚糖于60 ℃反應(yīng)10 min后加入1.5 mL DNS，補(bǔ)100 μL酶液，100 ℃水浴5 min顯色），酶解試驗(yàn)組（900 μL自提木聚糖中加入100 μL木聚糖酶酶液后于60 ℃反應(yīng)10 min，加入1.5 mL DNS，100 ℃水浴5 min顯色）。以空白對(duì)照組為空白，在540 nm下測(cè)定還原糖檢測(cè)組及酶解試驗(yàn)組的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 胡楊樹皮提取木聚糖的工藝路線和收率

40 g胡楊樹皮提取得到木聚糖1.74 g，自提胡楊樹皮木聚糖的收率約為4.35%，收率不高，還有改進(jìn)工藝提升收率的空間。如圖1所示，自提木聚糖工藝較為簡(jiǎn)單，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に噧?yōu)化后，能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

2.2 自提楊樹木聚糖外觀鑒定

如圖2所示，自提木聚糖粉末呈淡黃色，緩沖溶液不能將其完全溶解，加熱煮沸后，呈淡黃色，有小顆粒懸浮其中，靜置一段時(shí)間后會(huì)有少量沉淀，其外觀與Sigma公司生產(chǎn)的Brichwood xylan相似度很高。

2.3 還原糖及木聚糖檢測(cè)

通過DNS法測(cè)定了還原糖檢測(cè)組及酶解試驗(yàn)組在540 nm下的吸光度，以0.25%自提木聚糖作為底物的還原糖檢測(cè)組在540 nm下的吸光度平均值為0.036，酶解試驗(yàn)組的吸光度平均值為1.188。這說明0.25%自提木聚糖溶液中還原糖含量很低，可以忽略不計(jì)，酶解試驗(yàn)組能在酶的作用下生成大量還原糖，且由圖3可以看出其反應(yīng)液較為澄清，不會(huì)出現(xiàn)細(xì)小懸浮物干擾540 nm下吸光度的測(cè)定。

以0.5%自提木聚糖作為底物的還原糖檢測(cè)組在540 nm下的吸光度平均值為0.273，酶解試驗(yàn)組的吸光度平均值為2.39。這說明0.5%自提木聚糖溶液中含有一定量還原糖，但其含量很低，如圖4所示，酶解試驗(yàn)組能在酶的作用下生成更多的還原糖，實(shí)際使用時(shí)可以根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膩頉Q定底物配制濃度。

3 小結(jié)

新疆地區(qū)的胡楊樹樹皮能夠提取得到質(zhì)量較好的木聚糖，收率約為4.35%，其中還原糖含量少，木聚糖含量高，符合木聚糖酶研究中對(duì)底物的要求。目前，對(duì)于胡楊樹樹皮的利用研究較少，其樹葉可以作為飼料，樹干是較好的木材，這一驗(yàn)證結(jié)果不僅可以解決目前市面上購(gòu)置不到符合試驗(yàn)要求的木聚糖的問題，也提供了一種有效利用新疆地區(qū)胡楊樹樹皮資源的方法。木聚糖收率較低，后續(xù)可以對(duì)其提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以提高其收率。

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