施歡賢，張嚴(yán)磊*，唐志書，宋忠興（陜西中醫(yī)藥大學(xué) 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西省中藥基礎(chǔ)與新藥研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712083）

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酸棗核殼木糖制備工藝研究

施歡賢，張嚴(yán)磊*，唐志書，宋忠興
（陜西中醫(yī)藥大學(xué) 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西省中藥基礎(chǔ)與新藥研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712083）

摘 要：以酸棗核殼為原料，利用硫酸水解制備木糖，通過正交實(shí)驗(yàn)法研究反應(yīng)溫度（A）、硫酸濃度（B）、料液比（C）、反應(yīng)時(shí)間（D）對(duì)木糖得率的影響。結(jié)果顯示，對(duì)酸棗核殼木糖得率的主要影響因素為料液比及硫酸濃度，優(yōu)化得出最佳制備工藝條件為：硫酸摩爾濃度2.0 mol/L，料液比為1∶5，溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，該條件下木糖的的產(chǎn)率最高可達(dá)3.96%，工藝條件穩(wěn)定。本研究為木糖的制備提供了新的原料來源，也為酸棗資源的綜合開發(fā)利用提供一條新的途徑。

關(guān)鍵詞：酸棗核殼；木糖制備；工藝研究

木糖是近年來研究熱門的一種物質(zhì)，它是一種還原性糖類，是多縮戊糖的一個(gè)組分，其分子式為C5H10O5。木糖甜度為蔗糖的72%，與葡萄糖甜度接近，風(fēng)味亦與葡萄糖相似，由于能改善甜食的風(fēng)味和口感，抑制異味且在催化劑的存在下被氫化還原生成木糖醇，因此可用作木糖醇的原料，木糖醇是目前市場前景廣闊的一類產(chǎn)品。另外木糖還具有良好的食物配伍性，在與氨基酸混合加熱過程中容易產(chǎn)生美拉德反應(yīng)，起到增香及抗氧化的效果[1]；木糖還具有良好的保健功能，能改善腸胃功能[2]。工業(yè)上，木糖被用來生產(chǎn)木糖醇、糠醛、乙醇等化工產(chǎn)品[3-5]，在飼料酵母以及在食品、醫(yī)藥、化工、皮革、染料等領(lǐng)域都有著廣泛的用途。

酸棗（Ziziphus jujuba Mill.var.spinosa （Bunge） Hu ex H.F.Chow）為鼠李科棗屬植物，廣泛分布于我國各地，尤其在北方是防風(fēng)固沙及農(nóng)民創(chuàng)收的重要林業(yè)資源之一。目前，對(duì)酸棗資源的利用主要以采收酸棗仁藥用為主，其他非傳統(tǒng)藥用部位——果肉、果核殼等，大多被當(dāng)作廢棄物處理。而研究表明果肉中也含有大量的資源性化學(xué)成分[6]，酸棗核殼中富含木質(zhì)素及礦物質(zhì)，是制備木糖、開發(fā)木質(zhì)活性炭的優(yōu)良材料。

考慮到目前木糖的工業(yè)化生產(chǎn)原料主要有玉米芯、稻殼、秸稈、甘蔗葉、核桃殼等農(nóng)林廢棄物，制備方法主要有酸解法、酶解法等[7-12]。利用酸棗核殼制備木糖鮮見有相關(guān)報(bào)道，同時(shí)考慮到酸棗資源的綜合開發(fā)與利用，本研究以酸棗核殼為資源，采用硫酸法制備木糖，為木糖的制備提供新的原料來源，也為酸棗資源的綜合開發(fā)與利用提供新的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：酸棗采自陜西省南部，經(jīng)干燥、去果皮果肉，果核砸碎取出果仁，果核殼粉碎備用；氯化鋅、氫氧化鈉、鹽酸、去離子水等試劑及溶劑均為市售分析純。

實(shí)驗(yàn)儀器：85-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，蘇州學(xué)森儀器設(shè)備有限公司；HH-4型電熱恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；粉碎機(jī)：FW-1000AD型快速開蓋高速萬能粉碎機(jī)，天津鑫博得儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)

1.2.1 木糖的制備

參考文獻(xiàn)[7]的方法，并做了少許改進(jìn)：將酸棗核殼干燥、粉碎過篩，加蒸餾水在攪拌下煮沸1 h，冷卻后抽濾，濾渣干燥。每次稱5 g干燥的濾渣，與一定量的水加入到裝置了機(jī)械攪拌和冷凝器的三口瓶中，攪拌下加入濃硫酸，一定溫度下提取一定的時(shí)間。冷卻后抽濾，濾渣水洗干燥用于制備二氧化硅。濾液在70～75℃下用氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH為3.0～3.5，保溫?cái)嚢? h，加入活性炭攪拌均勻后靜置過夜，再加熱至75℃，保溫?cái)嚢? h，趁熱抽濾，得到淡黃色透明濾液。濾液濃縮，并及時(shí)抽濾除掉沉淀，濃縮后得到透明糖漿。糖漿中加入無水乙醇，40℃水浴上攪拌使其溶解，并及時(shí)抽濾除掉不溶物，濾液減壓濃縮后冷卻，有白色結(jié)晶析出即為木糖，抽濾收集產(chǎn)品，少量無水乙醇洗掉表面母液，100℃下烘干，得酸棗核殼木糖。酸棗核殼木糖得率如式（1）所示。

酸棗核殼木糖得率/ %=木糖質(zhì)量（g）/酸棗核殼質(zhì)量（g）×100 （1）

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

硫酸濃度對(duì)木糖得率的影響：每份酸棗核殼分別加入0.5、1、1.5、2.0、2.5、3.0 mol/L的濃硫酸，料液比1∶5，溫度80℃，時(shí)間1 h。料液比對(duì)木糖得率的影響：每份酸棗核殼分別加入料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的2.0 mol/L硫酸用量，溫度80℃，時(shí)間1h。溫度對(duì)木糖得率的影響：每份酸棗核殼分別在40、50、60、70、80、90、100℃溫度下，加入2.0 mol/L的硫酸，料液比1∶5，時(shí)間1 h。時(shí)間對(duì)木糖得率的影響：每份酸棗核殼分別加熱1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h，硫酸濃度2.0 mol/L，料液比1∶5，溫度80℃。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，考查硫酸濃度、料液比、溫度、時(shí)間對(duì)木糖得率的影響，確定酸棗核殼硫酸法制備木糖的最佳工藝。

1.2.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)因素及水平如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素及水平

2 結(jié)果與討論

2.1 木糖制備工藝條件的選擇

2.1.1 硫酸濃度對(duì)木糖得率的影響

硫酸濃度對(duì)木糖得率的影響如圖1所示。由圖1可知，在硫酸摩爾濃度小于2 mol/L，隨著硫酸濃度的增大，酸棗核殼的水解速率也增大，因此木糖的產(chǎn)率也增加，但是當(dāng)硫酸摩爾濃度大于2 mol/L后，由于原料碳化結(jié)塊，水解變得困難，導(dǎo)致木糖產(chǎn)率下降，因此選擇摩爾濃度2 mol/L為最佳試驗(yàn)濃度。

圖1 硫酸濃度對(duì)木糖產(chǎn)率的影響

圖2 料液比對(duì)木糖產(chǎn)率的影響

2.1.2 料液比對(duì)木糖得率的影響

料液比對(duì)木糖得率的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著料液比的增加，木糖的得率一直增大，料液比大于1∶ 4之后木糖產(chǎn)率增加變緩，趨于穩(wěn)定，因此選擇1∶ 4為最佳試驗(yàn)料液比。

2.1.3 溫度對(duì)木糖得率的影響

溫度對(duì)木糖得率的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著溫度的升高，木糖產(chǎn)率增加，但是溫度超過80℃以后，木糖產(chǎn)率基本穩(wěn)定不再增加，從而選擇80℃為最佳試驗(yàn)溫度。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)木糖產(chǎn)率的影響

圖4 時(shí)間對(duì)木糖產(chǎn)率的影響

2.1.4 時(shí)間對(duì)木糖得率的影響

時(shí)間對(duì)木糖得率的影響如圖4所示。由圖4可知，木糖產(chǎn)率隨著時(shí)間的延長而增加，在3.5 h時(shí)達(dá)到最大值，此后隨著時(shí)間的延長，產(chǎn)率不再增加，因此選擇3.5 h為最佳試驗(yàn)時(shí)間。

2.1.5 正交試驗(yàn)及結(jié)果

單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因子水平及結(jié)果如表2所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由正交實(shí)驗(yàn)R值結(jié)果可知，硫酸濃度料液比對(duì)酸棗核殼木糖得率的影響較大，料液比對(duì)木糖得率影響最大，可能因?yàn)槿軇┰蕉鄬?duì)木糖的溶解越多；從木糖得率分析，得出最佳的提取條件為A2B3C1D2，即硫酸濃度2 mol/L、料液比1∶5、溫度70℃、提取時(shí)間3.5 h，結(jié)合單因素試驗(yàn)及考慮節(jié)約能源等因素，時(shí)間對(duì)提取得率影響的大小并不明顯，因此最終選擇最佳提取工藝條件為A2B3C1D1，即硫酸濃度2 mol/L、料液比1∶5、溫度70℃、提取時(shí)間3.0 h。

2.1.6 最佳工藝條件穩(wěn)定性試驗(yàn)

進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，對(duì)選擇的最佳工藝條件進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)證，其結(jié)果如表3所示。由表3可知，在最佳工藝條件下，木糖的產(chǎn)率為3.96%，工藝條件穩(wěn)定。

表3 最佳條件穩(wěn)定性試驗(yàn)

3 結(jié)論

以酸棗為資源制備木糖，通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)，確定了最佳提取工藝條件，即硫酸濃度2.0 mol/L、料液比為1∶5、溫度70℃、反應(yīng)時(shí)間3 h，該條件下木糖的的產(chǎn)量最高可達(dá)3.96%，工藝條件穩(wěn)定。

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Preparation of Xylose Using Wild Jujube Core-shell as the Raw Material

SHI Huan-xian, ZHANG Yan-lei*, TANG Zhi-shu, SONG Zhong-xing

（Shaanxi Collaborative Innovation Center of Industrialization of Traditional Chinese Medicine Resources, Shaanxi Key Laboratory of New Drugs and Bioactive Constituents of Traditional Chinese Medicine, Shaanxi University of Chinese Medicine, Xian Yang 712083, China）

Abstract:Using the wild Jujube core-shell as the raw material, under sulfuric acid hydrolysis to prepare xylose.Through the orthogonal experiment to study the reaction temperature (A), concentration of sulfuric acid (B), solid-liquid ratio (C) and reaction time (D) on yield of xylose.The results showed that the main influence factors for yield of wild jujube core-shell xylose were the material liquid ratio and sulfuric acid concentration, the optimized preparation conditions were as follows: sulphuric acid concentration 2.0 mol/L, liquid ratio 1∶5, temperature 70℃ and reaction time 3 h, under this condition, the yield of xylose was up to 3.96%.This study provided a new source of raw materials for the preparation of xylose, also provided a new way for comprehensive exploitation and utilization of wild jujube resources.

Key words:wild Jujube core-shell; xylose preparation; process study

中圖分類號(hào)：TS241

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-8405(2016)01-0027-05

DOI:10.16561/j.cnki.xws.2016.01.01

收稿日期：2015-09-14

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NSFC-81373978）；陜西省協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（2015xt-52）；陜西省科技資源開放共享平臺(tái)項(xiàng)目（2015FWPT-01）。

作者簡介：施歡賢（1991～），男，碩士研究生；研究方向：中藥學(xué)。940516359@qq.com

* 通訊作者：張嚴(yán)磊（1984～），男，博士，講師；研究方向：中藥資源產(chǎn)業(yè)化。nwuzyl@163.com