余森艷，謝 敏，王婷婷

(湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)系，湖北 孝感 432000)

0 引 言

我國是生產(chǎn)花生的大國，年總產(chǎn)量達(dá)1 450萬噸以上，占世界總產(chǎn)量的42%，每年約產(chǎn)生450萬噸花生殼[1]，除少部分被用作飼料、制造膠合板等，其余大部分被丟棄或燒掉，造成資源的極大浪費(fèi)和環(huán)境污染.花生殼中含有大量的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等天然高分子物質(zhì)，其中纖維素的含量最高[2]，若將其轉(zhuǎn)化為容易利用的單糖不僅可以解決環(huán)境污染問題，還能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益.

天然纖維的水解常用的是酸解法和酶解法，由于酶解法條件溫和，耗能少，因此，酶解法是纖維素水解的必然趨勢.但對未經(jīng)預(yù)處理的天然纖維，其水解效率極低，而NaOH有較強(qiáng)的脫木質(zhì)素作用，可顯著提高酶解糖化率[3].本研究采用NaOH預(yù)處理花生殼，并探討不同的預(yù)處理工藝對酶解制備還原糖得率的影響，為花生殼及植物纖維原料用于制糖工業(yè)提供一定的參考和依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

花生殼：市售普通花生取殼；纖維素酶：酶活力4 500 IU/mg，寶麗美化工生產(chǎn)；NaOH等試劑,均為分析純.

721型紫外分光光度計(jì)；DGX-9243BC恒溫鼓風(fēng)干燥箱；FW135中草藥粉碎機(jī)；JY2002電子天平；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋等.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線 采用DNS(3,5-二硝基水楊酸)法[4]繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1.

回歸方程為 y=1.681 8x-0.144 2，R2=0.987 3.

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線圖Fig.1 The standard curve of glucose

1.2.2 NaOH預(yù)處理花生殼 花生取殼后，經(jīng)清洗、風(fēng)干，粉碎后過孔徑為0.425 mm篩，稱取一定量篩分后的花生殼粉于250 mL 三角瓶中，按照固液比1∶10(g/mL，下同) 加入一定體積和質(zhì)數(shù)分?jǐn)?shù)的NaOH，在不同溫度、時(shí)間、NaOH用量下對花生殼粉進(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn).NaOH預(yù)處理后樣品用蒸餾水洗至中性，烘干后用于酶解試驗(yàn).

1.2.3 NaOH預(yù)處理花生殼后酶解及還原糖含量測定 向NaOH預(yù)處理后的花生殼粉中加入0.6 IU/g 纖維素酶，在pH 4.8，50 ℃條件下酶解反應(yīng)48 h.水解結(jié)束后在80 ℃滅酶一段時(shí)間，離心10 min取上清液，脫色，在具塞刻度試管中加2 mL待測液和1.5 mL DNS試劑，沸水浴中反應(yīng)5 min，取出冷卻至室溫，用蒸餾水定容至10 mL，加塞搖勻，在540 nm波長下進(jìn)行比色測定，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線得到樣品中還原糖的含量.

1.2.4 單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn) 主要以NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)、預(yù)處理溫度、預(yù)處理時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn).在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定正交試驗(yàn)工藝參數(shù)范圍，因素水平見表1.以酶解后還原糖得率為指標(biāo)，得出NaOH預(yù)處理花生殼的優(yōu)化工藝條件.

表1 NaOH預(yù)處理工藝正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal test on preparation by sodium hydroxide of peanut shell

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaOH預(yù)處理對花生殼酶解制備還原糖的影響 花生殼在溫度70 ℃，固液比1∶10的條件下用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH預(yù)處理4 h，同時(shí)做對照試驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后酶解測定其還原糖得率.

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaOH預(yù)處理對花生殼酶解還原糖得率的影響Fig.2 Pretreatment by different sodium hydroxide concentration on reducing sugar of peanut shell by enzymatic hydrolysis

如圖2所示，還原糖得率隨NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加呈現(xiàn)先上升、到某一最大值后又下降的趨勢.對照實(shí)驗(yàn)中，未進(jìn)行預(yù)處理的樣品酶解后還原糖得率較低，只有18.6%.因花生殼中的木質(zhì)素對纖維素的降解有屏蔽作用，導(dǎo)致水解糖化率低[6-7].因此，在對花生殼酶解前，用NaOH預(yù)處理除去木質(zhì)素后，能有效提高水解糖化率.在本試驗(yàn)條件下，NaOH預(yù)處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，酶解后還原糖得率較為理想.

2.1.2 預(yù)處理溫度對花生殼酶解制備還原糖的影響 花生殼在固液比1∶10，不同溫度條件下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaOH處理4 h，反應(yīng)結(jié)束后酶解測定其還原糖得率.

圖3 預(yù)處理溫度對花生殼酶解還原糖得率的影響Fig.3 Pretreatment of different temperature by sodium hydroxide on reducing sugar of peanut shell by enzymatic hydrolysis

如圖3所示，一定溫度范圍內(nèi)提高預(yù)處理溫度對酶解后還原糖得率有較大影響，隨著預(yù)處理溫度的升高，還原糖得率也升高，在70 ℃時(shí)還原糖得率為71.5%達(dá)到最大，當(dāng)溫度超過70 ℃時(shí)還原糖的得率有所下降，因此預(yù)處理溫度不宜過高.

2.1.3 預(yù)處理時(shí)間對花生殼酶解制備還原糖的影響 花生殼在70 ℃溫度，固液比1∶10的條件下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的NaOH預(yù)處理不同時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后酶解測定其還原糖得率.

圖4 預(yù)處理時(shí)間對花生殼酶解還原糖得率的影響Fig.4 Pretreatment of different time by sodium hydroxide on reducing sugar of peanut shell by enzymatic hydrolysis

如圖4所示，隨著預(yù)處理時(shí)間的延長，花生殼酶解后還原糖得率也不斷增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過6 h后酶解得率變化不大，影響不明顯.

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)，以NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)、預(yù)處理溫度、預(yù)處理時(shí)間三個(gè)因素，按表1進(jìn)行正交試驗(yàn)，以還原糖得率為參考指標(biāo)，其結(jié)果如表2所示.

表2 NaOH預(yù)處理工藝正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test on sodium hydroxide pretreatment

從表2結(jié)果可知，在NaOH預(yù)處理花生殼酶解制備還原糖的各個(gè)影響因素中，影響程度大小依次是：A>C>B，即NaOH濃度對還原糖得率的影響最大，預(yù)處理溫度對還原糖得率的影響最小，最佳工藝參數(shù)組合為A2B2C3，即預(yù)處理NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，溫度為70 ℃，預(yù)處理時(shí)間為6 h.通過驗(yàn)證性試驗(yàn)，結(jié)果表明花生殼在最佳預(yù)處理工藝條件下還原糖得率達(dá)到72.5%，比未進(jìn)行預(yù)處理直接酶解制備還原糖得率提高了53.9%.

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