玉米芯多糖的提取及其單糖組成的探討

張靜靜

（濰坊職業(yè)學(xué)院 山東濰坊 262737）

自然界里面有著多種多樣的多糖，這些多糖有著良好的生物活性，具體包括降低血糖、抗炎、抗腫瘤、抗輻射、增強(qiáng)免疫力等。隨著提取技術(shù)水平的提升，人們將更多精力放在了玉米芯中多糖成分的提取上。玉米作為世界范圍內(nèi)的大宗糧食作物之一，總耕種面積占據(jù)世界農(nóng)作物種植的第三位，僅在水稻和小麥之下。而我國(guó)玉米種植面積也非常廣闊，產(chǎn)量能夠達(dá)到世界的第二位。為更好提升玉米品種的附加值，相關(guān)研究人員對(duì)玉米芯多糖的提取以及其多糖的單糖組成進(jìn)行了研究。

1 玉米芯多糖提取

1.1 熱水浸提法的提取

1.1.1 實(shí)驗(yàn)方法

國(guó)內(nèi)研究學(xué)者運(yùn)用熱水浸提法提取玉米芯含有的多糖，主要方法為：將干燥玉米芯進(jìn)行粉碎，然后運(yùn)用熱水浸提方式浸提，離心取上面清液進(jìn)行濃縮，之后對(duì)濃縮液進(jìn)行醇沉、離心，再將醇沉物加入水中復(fù)溶，以凍融的方式去除雜物。再借助Sevag 方法將其中蛋白去除掉，再次進(jìn)行離心，獲得上面清液，干燥之后獲得多糖。

運(yùn)用此種方法，研究者針對(duì)提取影響因素進(jìn)行了研究。所采用的玉米芯為普通玉米芯，運(yùn)用日本生產(chǎn)的UV-2401 紫外分光光度計(jì)，常熟市衡陽(yáng)電器廠的DT200 型的電子天平，上海亞榮生化儀器廠的RE-52 C 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，北京醫(yī)用離心機(jī)廠的LG10 -2.4A 離心機(jī)。在此次實(shí)驗(yàn)中，也對(duì)多糖含量進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)定。測(cè)定多糖含量的方法為苯酚-硫酸法，在這個(gè)方法中使用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制作出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.1.2 提取率影響因素

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析提取次數(shù)對(duì)于提取率的影響：當(dāng)料水比是1∶20 的時(shí)候，保持浸提的溫度為80 ℃，以及2 h 的總浸提時(shí)間提取玉米芯中多糖，1 次提取的提取率是10.12 %，2 次提取的提取率是0.78 %，從經(jīng)濟(jì)成本以及效能的角度考慮，進(jìn)行1 次提取即可。

醇沉濃度對(duì)提取的影響：此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明醇沉操作過程中乙醇濃度升高，也會(huì)增加提取率。當(dāng)醇沉濃度是90 %的時(shí)候，可以達(dá)到最高的提取率。從綜合性的角度考慮，最好要在醇沉度為80 %的時(shí)候進(jìn)行提取。

時(shí)間對(duì)提取率的影響：實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，時(shí)間逐漸增加，提取率確實(shí)有一定變化，先增加后下降，當(dāng)時(shí)間為3 h的時(shí)候，達(dá)到最大值。研究人員提出這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間高溫，造成糖破壞，提取液顏色也會(huì)隨著時(shí)間的增加，逐漸加深，所以浸提的時(shí)間不能太長(zhǎng)。并且研究人員注意到，當(dāng)時(shí)間為2 h 的時(shí)候，與3 h 的時(shí)候相比較，提取率變化不大，因此從多方面考慮，2 h 為最合適的提取時(shí)間。

料水比對(duì)于提取率的影響：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)料水比從1∶10 增加到1∶30 的過程中，提取率也是先增加，然后下降，處于1∶25 的時(shí)候，是提取率最佳的的比率。這是因?yàn)槿芤嘿|(zhì)量恒定的條件下，不會(huì)產(chǎn)生其他變化，這個(gè)溶解度的時(shí)候，糖已經(jīng)被溶解，因此數(shù)值變動(dòng)可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的誤差所導(dǎo)致。

溫度對(duì)于提取率的影響：當(dāng)溫度不斷增加，提取率也會(huì)逐漸上升，當(dāng)溫度是90 ℃的時(shí)候，呈現(xiàn)為11.76 %的最大值。研究人員分析原因，溫度升高，導(dǎo)致分子運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化，傳質(zhì)的速率提升，溶解度增加，所以出現(xiàn)這樣情況。但是溫度達(dá)到100 ℃的時(shí)候，提取率有回落的現(xiàn)象，分析原因則是高溫的時(shí)候，部分糖受到破壞。實(shí)驗(yàn)中還存在一個(gè)問題，因?yàn)槊览滦?yīng)，當(dāng)溫度變得越高，提取液的顏色也會(huì)變得越深，所提取的液體中，色素等一些雜質(zhì)變多。

正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：以上述單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，選擇浸提時(shí)間、料水比、浸提溫度等作為考察因素，進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，得到這樣的結(jié)論：選擇的三個(gè)影響因素中，溫度對(duì)于提取率的影響最大，之后則是料水比，最小的則是浸提時(shí)間。從而得到理論上最佳的提取條件，溫度在90 ℃，料水比是1∶30，浸提的時(shí)間保持2.5 h。但是下一步，還需要對(duì)提取的工藝程序進(jìn)行驗(yàn)證。

1.1.3 最佳提取工藝的確定

實(shí)驗(yàn)人員為找到最為合適的提取工藝路線，將理論上最佳工藝路線同實(shí)驗(yàn)中提取率最高的工藝路線做了對(duì)比。理論最佳路線：溫度在90 ℃，料水比是1∶30，浸提的時(shí)間保持2.5 h；實(shí)驗(yàn)最佳路線：溫度在90 ℃，料水比是1∶25，浸提的時(shí)間保持2.5 h。前者提取率是13.31 %；后者提取率是13.18 %。這個(gè)結(jié)果可以看出，兩個(gè)提取率相差并不大，但是想要達(dá)到最佳路線并不容易，所以應(yīng)當(dāng)選擇實(shí)驗(yàn)中最佳路線。

1.2 超聲波為基礎(chǔ)的提取方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方法

選擇合適的玉米芯，并洗凈烘干，粉碎后用60 目的篩子篩選。選取一定質(zhì)量玉米芯粉末，重量記為M，然后將其分散到NaOH 的溶液中，運(yùn)用超聲進(jìn)行提取，離心20 min，4 000 r/min，再添加稀鹽酸溶液，將PH 值調(diào)和到5。加入體積為其3 倍的無水乙醇，進(jìn)行一段時(shí)間的靜置，一般要過夜，之后進(jìn)行抽濾和水洗，以80 ℃進(jìn)行烘干，得到木聚糖的粗品，稱得重量為m。

配制標(biāo)準(zhǔn)木聚糖標(biāo)準(zhǔn)溶液：選擇質(zhì)量為0.1 g 燕麥木聚糖的標(biāo)準(zhǔn)品放在25 ml 0.5mol/l 硫酸溶液中，并于沸水中進(jìn)行水解反應(yīng)2 h，然后進(jìn)行冷卻備用，使用NaOH 溶液調(diào)成中性，放入到100 ml 的量瓶中，以去離子水，進(jìn)行定容，然后搖勻以備用。

計(jì)算木聚糖的提取率：選擇一定數(shù)量的木聚糖粗品，以木聚糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置方法制作成0.6 mg/ml 溶液，運(yùn)用DNS 比色法，在480 nm 波長(zhǎng)中測(cè)量吸光度。木聚糖含量C(%)=Y，*100 /Y。Y 為回歸方程測(cè)定理論吸光值；Y，為實(shí)際測(cè)量的吸光值。木聚糖提取率/(%)=m*C*100 /M。

1.2.2 提取率影響因素

總體條件為：超聲的功率設(shè)定為240 w，溫度設(shè)定為65 ℃，超聲時(shí)間為40 min，NaOH 濃度是10 %，固液比20∶1 ml/g。然后改變各個(gè)提取條件，分析提取率的影響因素。

液固比對(duì)提取率的影響：分別分析不一樣固液比對(duì)于提取率的影響。液固比提高，提取率先上升，再降低，最后確定出當(dāng)液固比是20∶1 ml/g 的時(shí)候最為合適。

超聲功率對(duì)于提取率的影響：保持其他條件不變，超聲功率從150 w，逐漸增加為280 w，分析最佳提取率是功率是240 w。

溫度對(duì)提取率的影響：溫度從30 ℃，逐漸上升到80 ℃，分析最佳提取率的溫度是65 ℃左右。

超聲時(shí)間對(duì)于提取率的影響：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲時(shí)間變長(zhǎng)，提取率先增加，隨后減少，時(shí)間為40 min 時(shí)，達(dá)到最大的提取率為40 %。實(shí)驗(yàn)人員分析原因，短時(shí)間的超聲，不能更好地對(duì)細(xì)胞壁進(jìn)行破壞，因此溶出率比較低；而時(shí)間過長(zhǎng)，則能提升提取率，但是木聚糖會(huì)分解，也會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)，因此時(shí)間過長(zhǎng)，提取率變低。

堿液濃度對(duì)提取率的影響：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在濃度沒有達(dá)到15 %的時(shí)候，濃度增加，提取率也增加；但是超出15 %的時(shí)候，濃度增加，提取率降低。分析原因，低濃度范圍內(nèi)，隨著堿液濃度增加，能加快細(xì)胞壁破壞，有利于木聚糖溶出；而高濃度范圍則會(huì)提高木聚糖溶解速度，同時(shí)高濃度堿性溶液會(huì)增強(qiáng)對(duì)設(shè)備的腐蝕程度。綜合考慮，10 %濃度時(shí)是最為科學(xué)的提取條件。

1.2.3 最佳提取工藝的確定

通過以上實(shí)驗(yàn)，得到超聲的提取方式下，最佳提取條件為，超聲的功率設(shè)定為240 w，溫度設(shè)定為65 ℃，超聲時(shí)間為40 min，NaOH 濃度是10 %，固液比20∶1 ml/g。

2 玉米芯多糖的單糖組成

運(yùn)用薄層層析技術(shù)方法，確定出浸提提取法下玉米芯多糖中單糖組成成分，包括葡萄糖、樹膠醛糖、木糖。

運(yùn)用薄層層析技術(shù)方法分析出水不溶性的玉米木聚糖，單糖組成包括少量阿拉伯糖、葡萄糖、木糖；醇不溶性的玉米芯木聚糖，單糖成分同前者，但是阿拉伯糖含量比較高。

3 小結(jié)

研究玉米芯多糖的提取，能夠有效拉長(zhǎng)與玉米有關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)而提升玉米資源的綜合利用效益：對(duì)玉米果穗進(jìn)行脫粒，剩下部分則是玉米芯，這部分占整個(gè)玉米質(zhì)量的20 %～30 %，它是玉米生產(chǎn)中副產(chǎn)品，但是在農(nóng)村中被用來當(dāng)成廢料而燃燒掉，綜合利用的程度比較低，所以如果能夠加強(qiáng)玉米芯多糖的提取的研究，可以進(jìn)一步提升玉米的綜合利用率。