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酸水解玉米芯制備L-阿拉伯糖晶體初探

2016-08-12 11:17:40 安裝信息網(wǎng)

李玉邯1，2，陳宇飛2，楊柳2，王維堅(jiān)2

1．吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（長(zhǎng)春130062）；2．吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院（長(zhǎng)春130062）

摘要以玉米芯為原料，通過酸水解、微生物發(fā)酵除雜、重結(jié)晶等步驟制備L-阿拉伯糖晶體的方法。用濃度為6%的H2SO4溶液在100 0C下使玉米芯水解2.5 h，再在水解液中接入球擬酵母菌30℃下發(fā)酵3 d，除去葡萄糖和木糖。最后，經(jīng)活性炭脫色和離子交換樹脂脫離子后，濃縮發(fā)酵液，重結(jié)晶制得1.03 g L-阿拉伯糖晶體。

關(guān)鍵詞L-阿拉伯糖；玉米芯：酸水解

L-阿拉伯糖(L-Arabinose)是一種新型的低熱量甜味劑，具有抑制人體腸道內(nèi)蔗糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化酶活性的作用，還有制約蔗糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化為糖原被肝臟吸收等功能，現(xiàn)已被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)列入健康食品添加劑。目前，L-阿拉伯糖的獲得主要還是通過植物提取的方法，其中酶、微生物選擇性分解含L-阿拉伯糖的植物組織及微生物選擇性吸收分解后的雜糖的提取方法更有利于L-阿拉伯糖的工業(yè)化生產(chǎn)。

Hiromi T．等用木聚糖酶直接水解甜菜粕，制得了L-阿拉伯糖。Loeza-Corte J．M．等利用天然酶水解牧豆樹膠來制備L-陋J拉伯糖。李道義等利用微生物法研究了酵母菌發(fā)酵玉米皮酸水解液制備結(jié)晶L-阿拉伯糖的工藝。鄒鴻菲等利用微生物分離玉米皮水解液中的雜糖，成功制備了L-阿拉伯糖。雖然都成功制備了L-阿拉伯糖，但牧豆樹膠、玉米皮、阿拉伯膠等

原料較少，不適宜工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，也不能滿足市場(chǎng)需求。

作為農(nóng)副產(chǎn)品的玉米芯中纖維素含量為32%N36%，半纖維素的含量為35%～40%，且價(jià)格低廉，廣泛易得，是提取L-陋J拉伯糖的優(yōu)良原料。然而，利用玉米芯制備L-阿拉伯糖的研究卻很少報(bào)道，僅徐艷麗等從提取木糖醇后的玉米芯廢液中進(jìn)行單糖的提取，制備L-阿拉伯糖。

以玉米芯為原料直接用稀硫酸水解，再利用酵母菌發(fā)酵除去水解液中的主要單糖葡萄糖和木糖，最后經(jīng)活性炭脫色和離子交換樹脂脫離子后重結(jié)晶，得到純的L-阿拉伯糖晶體。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

玉米芯，市售；L-阿拉伯糖標(biāo)準(zhǔn)品：山東協(xié)力生物科技有限公司；H2SO4、CaCO3，分析純：北京化工廠；球擬酵母（Torulopsis）：吉林工商學(xué)院食品與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心；酵母菌種子培養(yǎng)基：10 g/L酵母浸粉、20 g/L蛋白胨、20 g/L葡萄糖。

1.2儀器

核磁共振儀：德國(guó)BrukrAvanceⅢ；紫外分光度計(jì)。

1.3方法

1.3.1 玉米芯稀酸水解液的制備

玉米芯干燥，粉碎后過60目篩。稱取100 g干燥粉碎后的玉米芯加入到1 L濃度為6%的H2SO4溶液中，攪拌均勻，升溫，在100 ℃反應(yīng)2.5 h。反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，緩慢加入CaCO3粉末調(diào)節(jié)pH至5，過濾，得到玉米芯稀酸水解液。

1.3.2玉米芯酸水解液的發(fā)酵

方法培養(yǎng)所需的菌種液并接入到裝有30 m L玉米芯水解液培養(yǎng)基的250 m L三角瓶中，30℃150 r/min搖床發(fā)酵培養(yǎng)。每隔24 h取樣，采用薄層層析法( TLC)檢測(cè)發(fā)酵液中各單糖含量。

1.3.3重結(jié)晶制備L-阿拉伯糖結(jié)晶

將發(fā)酵后的玉米芯水解液離心，取上清液濃縮，再用活性碳脫色，過濾，去除活性炭。離子交換脫離子后在55℃下加熱濃縮至過飽和，加入適量乙醇，冷卻至室溫，向溶液中加入少許L-阿拉伯糖晶種，靜置結(jié)晶。

1.3.4分析與測(cè)定

單糖的定性分析采用薄層層析法( TLC)，薄層層析檢測(cè)條件：薄層板采用硅膠板；展層系統(tǒng)采用V（乙腈）：V（水）=80：20；顯色劑為5%硫酸甲醇溶液。定量分析采用顯色劑法（紫外分光光度計(jì)法），核磁共振檢測(cè)晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2結(jié)果與分析

2.1 L-阿拉伯糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及其含量測(cè)定

準(zhǔn)確稱量L-阿拉伯糖樣品5g，加入少量水溶解后轉(zhuǎn)移至50 m L容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，配制成濃度為100 mg/m L的L-阿拉伯糖溶液。再分別移取1，2，3，4，5和6 m L該溶液于10 m L容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度，配制成濃度分別為10，20，30，40，50和60 mg/m L的樣品溶液。每個(gè)樣品溶液吸取1mL與試管中，再向其中加入3，5-二羥基甲苯一三氯化鐵顯色劑4 m L，搖勻，在沸水中加熱30mm，再迅速在冷水中冷卻至室溫，在665 nm處測(cè)吸光度。以樣品濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制工作曲線。圖1顯示了L-阿拉伯糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

從水解液或發(fā)酵液中吸取1 m L待測(cè)液于試管中，再向其中加入3，5-二羥基甲苯-三氯化鐵顯色劑4 m L，搖勻，在沸水中加熱30 min，再迅速在冷水中冷卻至室溫，在665 nm處測(cè)吸光度。再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出待測(cè)液中L-阿拉伯糖的含量。

2.2玉米芯水解液的制備

根據(jù)報(bào)道，選擇水解條件為：硫酸濃度6%、水解溫度100℃、水解時(shí)間2.5 h，硫酸水解玉米芯后，TLC分析表明其糖的組成以木糖、葡萄糖和L-阿拉伯糖為主。顯色劑法測(cè)得水解液中L-阿拉伯糖的含量為13.1 mg/m L。

2.3玉米芯水解液發(fā)酵除去雜糖

球擬酵母菌經(jīng)活化培養(yǎng)后以體積分?jǐn)?shù)10%的接種量接入裝有30 m L玉米芯水解液中，150 r/min搖床發(fā)酵培養(yǎng)，每隔24 h取樣，采用TLC法定性分析發(fā)酵液中單糖成分，采用顯色劑法檢測(cè)發(fā)酵液中L-阿拉伯糖的含量。圖2顯示了發(fā)酵液中不同單糖含量隨發(fā)酵時(shí)間的變化。由圖可知，發(fā)酵1d之后基本能將葡萄糖完全消耗，在發(fā)酵3d后也基本將木糖消耗完全，發(fā)酵4d后已檢測(cè)不到木糖的殘留。而在發(fā)酵的前3d酵母菌消耗L-阿拉伯糖的速率較慢，發(fā)酵3d后對(duì)L-阿拉伯糖的利用速率明顯加快，這是由于發(fā)酵液中的木糖在發(fā)酵3d后已基本沒有剩余，L-阿拉伯糖是發(fā)酵后期唯一可以利用的豐富碳源。試驗(yàn)表明，發(fā)酵3d，酵母菌可將葡萄糖和大部分木糖消耗，僅消耗少量L-阿拉伯糖。因此，選擇發(fā)酵時(shí)間為3d，發(fā)酵后，發(fā)酵液中L-阿拉伯糖的含量為12.1 mg/m L。