劉靜，劉俊康

(江南大學 化學與材料工程學院 食品膠體與生物技術教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

目前我國玉米麩皮主要用作動物飼料或農業(yè)肥料，其價值未被充分開發(fā)利用。根據國家調整農業(yè)結構和綜合開發(fā)農業(yè)政策，綜合利用農業(yè)可再生資源，對社會經濟發(fā)展和環(huán)境保護有著極大的促進作用。

阿拉伯木聚糖是一種半纖維素，廣泛存在于玉米、小麥、燕麥等谷物的胚乳和麩皮中［1］。研究發(fā)現(xiàn)，阿拉伯木聚糖具有許多重要的生理功能，已受到廣泛關注。如可作為膳食纖維，具有潤腸通便、預防結腸癌、減肥美容之功效;作為免疫調節(jié)劑，增強人體免疫功能，具有抗腫瘤、抗病毒及減輕癌癥治療中的毒副作用的功效;還具有抗氧化、降低膽固醇及調節(jié)血糖水平等功能［2］。

麩皮中大量的阿拉伯木聚糖與體系中的木質素、纖維素、蛋白質等組分以阿魏酸連接的共價酯鍵，減少了其可溶性［3］。但在堿性條件下，酯鍵的結合可被打斷，能夠使阿拉伯木聚糖游離出來。因此，堿液通常被作為小麥麩皮、米糠、玉米皮中阿拉伯木聚糖的提取液。有文獻報道［4］，用過氧化氫對堿液提取的半纖維素進行漂白，可使其顏色變淺，其原理在于過氧化氫在堿性介質中不僅具有脫木素和漂白的作用，還可用作多糖溫和的增溶劑。故堿-過氧化氫法是用來提取玉米麩皮中的阿拉伯木聚糖的一種有效方法。

關于阿拉伯木聚糖提取及其基本性質的研究，對阿拉伯木聚糖的實際應用具有十分重要的意義。本文采用堿-過氧化氫法從玉米麩皮中提取阿拉伯木聚糖，考察了堿濃度對其提取的影響，通過單糖分析和紅外光譜圖對所提取的阿拉伯木聚糖的結構進行了初步鑒定，并探究了其熱穩(wěn)定性、流變性能和乳化性能。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

玉米麩皮，工業(yè)品;乙醇、氫氧化鈉、濃鹽酸、30%雙氧水、濃硫酸、碳酸鈣、吐溫80、液體石蠟均為分析純;去離子水。

上海雷磁PHSJ-3F pH 計;FTLA2000 型傅里葉紅外光譜儀;Vario EL Ⅲ元素分析儀;GC-14 A 氣相色譜儀;Waters 600 高效液相色譜儀;TGA1 型熱重分析儀;DHR-2 流變儀。

1.2 阿拉伯木聚糖的提取

稱取一定量玉米麩皮，加入至不同濃度的NaOH 溶 液 中(濃 度 分 別 為0. 25，0. 50，1. 0，2.0 mol/L)，再緩慢滴加適量H2O2溶液，60 ℃下機械攪拌4 h，降溫后，通過離心收集上層清液。用鹽酸調節(jié)溶液pH 至6 ～7，加入4 倍體積的無水乙醇，收集沉淀，干燥，即得阿拉伯木聚糖(AX)。

1.3 阿拉伯木聚糖提取率計算

計算阿拉伯木聚糖質量WAX和玉米麩皮質量W麩皮的比值，可得到阿拉伯木聚糖的提取率Y，如公式(1)所示:

1.4 阿拉伯木聚糖分子量分布的測定

將提取的玉米麩皮AX 配制成1 ～2 mg/mL 的水溶液，用0.45 μm 微孔過濾膜過濾后，通過高效液相色譜法測定相對分子量分布。

1.5 單糖分析

采用氣相色譜法測定阿拉伯木聚糖單糖組成，方法如下［5］:

取一定量阿拉伯木聚糖(保證單糖濃度，＞5 mg/mL)于20 mL 1 mol/L H2SO4溶液中100 ℃水解4 h。冷卻至室溫，加BaCO3中和至pH 7.0。過濾，收集濾液，將濾液冷凍干燥，得到游離單糖。將干燥單糖樣品衍生化后進行氣相色譜分析。

1.6 紅外光譜的測定

少量AX 與溴化鉀混合研磨、壓片，傅里葉紅外光譜儀掃描紅外譜圖。

1.7 熱穩(wěn)定性測定

稱取6 ～10 mg 阿拉伯木聚糖，升溫速率設為5 ℃/min，初始溫度為25 ℃，終止溫度為600 ℃，以純度99.999%的氮氣為保護氣，流量為30 mL/min，儀器記錄質量損失情況。

1.8 流變性能測定

稱取一定量玉米麩皮阿拉伯木聚糖，配制成不同濃度的水溶液，用流變儀進行測試(40 mm 錐板)，作粘度隨剪切速率的變化圖。

1.9 乳化性能測定

分別在質量分數(shù)1.0%吐溫80(Tween 80)和1.0% AX 水溶液中加入一定量的液體石蠟，體積比為O/W=2/8。在室溫下，設定轉速為10 000 r/min，均質機乳化3 min，制備乳液。待乳液穩(wěn)定1 d 后，滴少量乳液分別于水中和液體石蠟中，觀察其分散狀態(tài)［6］。另取少量乳液用去離子水稀釋，用光學顯微鏡觀察其乳液液滴形態(tài)［7］。拍攝靜置1，10，30 d后乳液照片，考察其穩(wěn)定性。

2 結果與討論

2.1 堿濃度對AX 的提取率、顏色和分子量的影響

由表1 可知，隨著NaOH 濃度的增加，提取所得的阿拉伯木聚糖的顏色在逐漸加深，而相對平均分子量隨著濃度的增加變化不大。當濃度低于1 mol/L時，其提取率呈增加趨勢;當濃度為2 mol/L 時，其提取率有所降低。這是由于麩皮中將阿拉伯木聚糖與木質素和纖維素等緊密結合的酯鍵，在堿性環(huán)境下被打斷，使阿拉伯木聚糖能夠被提取出來。當堿濃度過高時，可能導致部分阿拉伯木聚糖發(fā)生降解，使得提取率有所降低，且顏色加深。由于0.50 mol/L氫氧化鈉溶液提得的AX 產率較高、顏色較淺，故該濃度是從玉米麩皮提取AX 的較佳條件。

表1 不同濃度的堿對AX 提取的影響Table 1 The influence of alkali concentration on the extraction of Arabinoxylan

2.2 單糖分析結果

單糖分析結果見圖1、圖2 和表2。堿-過氧化氫提取法提取的AX 單糖組分相對比較簡單，主要由木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖組成。其中木糖和阿拉伯糖的相對含量占總量的92%，葡萄糖和半乳糖的相對含量約8%。

圖1 單糖標樣的氣相色譜圖Fig.1 The gas chromatographic of standard monosaccharides

圖1 中根據出峰次序，依次為鼠李糖t =12.543 min，阿 拉 伯 糖t = 13. 553 min，木 糖t =14.130 min，甘 露 糖t = 17. 813 min，葡 萄 糖t =18.567 min，半 乳 糖 t = 19. 128 min，肌 醇t =20.848 min(內標)。

圖2 玉米麩皮AX 水解產物氣相色譜圖Fig.2 The gas chromatographic of hydrolysates of corn bran AX

圖2 中根據出峰次序，依次為阿拉伯木聚糖t=13.613 min，木聚糖t = 14. 225 min，葡萄糖t =18.578 min，半乳糖t=19.160 min。

表2 AX 的單糖相對含量Table 2 The relative contents of monosaccharides of AX

2.3 紅外圖譜

AX 的紅外圖譜見圖3。

紅外光譜中可以看出較為明顯的多糖特征峰［8］:3 400 cm－1的O—H 伸縮振動;2 890 cm－1的烷基C—H 伸縮振動;1 638 cm－1的締合水的吸收峰;1 385 cm－1的烷基C—H 彎曲振動;1 070 cm－1的C—O—C 伸縮振動，詳細解析見表3。

圖3 AX 的紅外圖譜Fig.3 FTIR spectrum of AX

表3 AX 紅外圖譜解析Table 3 IR spectrum analysis of AX

2.4 熱穩(wěn)定性

AX 的熱穩(wěn)定性見圖4。

圖4 AX 的TGA 圖Fig.4 TGA curve of AX

AX 具有較好的吸濕性，能從空氣中吸收并保持一定水分［9］。TGA 圖中，50 ～100 ℃是由于失水造成的質量損失，約10%;隨著溫度升高，AX 在215 ℃時開始分解，350 ℃時分解完全，質量損失約57%。由此表明，AX 在215 ℃以下時，有較好的熱穩(wěn)定性。

2.5 粘度

不同濃度AX 的粘度變化見圖5。

圖5 不同濃度AX 的黏度隨剪切速率變化圖Fig.5 The relation curves between viscosity of AX solution and share rates

低濃度阿拉伯木聚糖水溶液粘度較低，沒有明顯增稠效果，但5%的阿拉伯木聚糖水溶液的粘度顯著增大。這是由于低濃度的阿拉伯木聚糖在水溶液中分散較開，分子之間不會相互影響;當濃度增加時，阿拉伯木聚糖分子在水溶液中相互聚集纏結，形成一定的網絡結構，增加了水溶液的粘度。

2.6 乳化性能

實驗表明，由AX 制得的乳液可以很好的分散在水中，但不能在液體石蠟中分散，表明其為水包油型(O/W)乳液。

室溫靜置1 d 后光學顯微鏡拍攝的乳液顆粒照片見圖6，兩種物質都能將油滴均勻分散在水相中形成穩(wěn)定的乳液顆粒。其中以吐溫80 作乳化劑制得乳液粒徑較小且均勻，而AX 為乳化劑的乳液粒徑較大但不均勻。

室溫靜置1，10，30 d 后，拍攝分別用吐溫80(Tween 80)和AX 為乳化劑制備乳液的照片，見圖7。兩種乳液在1 d 時都有分層現(xiàn)象，這是重力作用和乳化劑的乳化能力導致的。在30 d 時，兩種乳液的高度都沒有發(fā)生變化，也沒有破乳現(xiàn)象，說明AX制備的乳液十分穩(wěn)定。

圖6 室溫靜置1 d 后光學顯微鏡拍攝的不同乳液體系照片(標尺為10 μm)Fig.6 Photograph by optical microscope of the emulsions over 1 d storage period at room temperature

圖7 吐溫80 和AX 為乳化劑制備乳液室溫靜置1 d(a)、10 d(b)和30 d(c)的照片F(xiàn)ig.7 Photograph of the emulsions over 1 d(a)，10 d(b)and 30 d(c)storage periods at room temperature

3 結論

實驗表明，0.5 mol/L 的氫氧化鈉的堿-過氧化氫法提取的玉米阿拉伯木聚糖色澤淺、收率高、未降解。所提得的阿拉伯木聚糖中只含有4 種單糖，峰面積從大到小依次為:木糖＞阿拉伯糖＞葡萄糖＞半乳糖，其中阿拉伯糖和木糖的峰面積之和約為92%。阿拉伯木聚糖熱穩(wěn)定性較好，從215 ℃開始熱分解，還具有一定的增稠效果和較好的乳化能力。阿拉伯木聚糖是一種極為豐富的可再生資源，將其充分開發(fā)利用，對食品、醫(yī)藥、生工和化工等行業(yè)的發(fā)展十分有益。

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