《武汉工程大学学报》  2012年8期 39-41   出版日期：2012-09-10   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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氢氧化钠预处理工艺对花生壳酶解制备还原糖的影响



0引言我国是生产花生的大国，年总产量达1 450万吨以上，占世界总产量的42%，每年约产生450万吨花生壳\[1\]，除少部分被用作饲料、制造胶合板等，其余大部分被丢弃或烧掉，造成资源的极大浪费和环境污染.花生壳中含有大量的纤维素、木质素、半纤维素等天然高分子物质，其中纤维素的含量最高\[2\]，若将其转化为容易利用的单糖不仅可以解决环境污染问题，还能产生良好的经济效益.天然纤维的水解常用的是酸解法和酶解法，由于酶解法条件温和，耗能少，因此，酶解法是纤维素水解的必然趋势.但对未经预处理的天然纤维，其水解效率极低，而NaOH有较强的脱木质素作用，可显著提高酶解糖化率\[3\].本研究采用NaOH预处理花生壳，并探讨不同的预处理工艺对酶解制备还原糖得率的影响，为花生壳及植物纤维原料用于制糖工业提供一定的参考和依据.1实验部分1.1材料与设备花生壳：市售普通花生取壳；纤维素酶：酶活力4 500 IU/mg，宝丽美化工生产；NaOH等试剂,均为分析纯.721型紫外分光光度计；DGX-9243BC恒温鼓风干燥箱；FW135中草药粉碎机；JY2002电子天平；HH-6数显恒温水浴锅等.1.2实验方法
1.2.1葡萄糖标准曲线采用DNS（3,5-二硝基水杨酸）法\[4\]绘制葡萄糖标准曲线，见图1.回归方程为 y=1.681 8x-0.144 2，R2=0.987 3.
图1葡萄糖标准曲线图
Fig.1The standard curve of glucose1.2.2NaOH预处理花生壳花生取壳后，经清洗、风干，粉碎后过孔径为0.425 mm筛，称取一定量筛分后的花生壳粉于250 mL 三角瓶中，按照固液比1∶10（g/mL，下同） 加入一定体积和质数分数的NaOH，在不同温度、时间、NaOH用量下对花生壳粉进行预处理试验.NaOH预处理后样品用蒸馏水洗至中性，烘干后用于酶解试验.
1.2.3NaOH预处理花生壳后酶解及还原糖含量测定向NaOH预处理后的花生壳粉中加入0.6 IU/g 纤维素酶，在pH 4.8，50 ℃条件下酶解反应48 h.水解结束后在80 ℃灭酶一段时间，离心10 min取上清液，脱色，在具塞刻度试管中加2 mL待测液和1.5 mL DNS试剂，沸水浴中反应5 min，取出冷却至室温，用蒸馏水定容至10 mL，加塞摇匀，在540 nm波长下进行比色测定，对照标准曲线得到样品中还原糖的含量.
1.2.4单因素试验及正交试验主要以NaOH质量分数、预处理温度、预处理时间进行单因素试验.在单因素试验的基础上确定正交试验工艺参数范围，因素水平见表1.以酶解后还原糖得率为指标，得出NaOH预处理花生壳的优化工艺条件.
第7期余森艳，等：氢氧化钠预处理工艺对花生壳酶解制备还原糖的影响
武汉工程大学学报第34卷
表1NaOH预处理工艺正交试验因素水平表
Table 1Orthogonal test on preparation by sodium hydroxide of peanut shell
水平因素A( NaOH质量分数)/%B (预处理温度)/℃C (预处理时间)/h11.56042270532.58062结果与讨论2.1单因素试验结果
2.1.1不同质量分数NaOH预处理对花生壳酶解制备还原糖的影响花生壳在温度70 ℃，固液比1∶10的条件下用不同质量分数的NaOH预处理4 h，同时做对照试验，反应结束后酶解测定其还原糖得率.图2不同质量分数NaOH预处理对花
生壳酶解还原糖得率的影响
Fig.2Pretreatment by different sodium
hydroxide concentration on reducing sugar of
peanut shell by enzymatic hydrolysis如图2所示，还原糖得率随NaOH质量分数增加呈现先上升、到某一最大值后又下降的趋势.对照实验中，未进行预处理的样品酶解后还原糖得率较低，只有18.6%.因花生壳中的木质素对纤维素的降解有屏蔽作用，导致水解糖化率低\[6-7\].因此，在对花生壳酶解前，用NaOH预处理除去木质素后，能有效提高水解糖化率.在本试验条件下，NaOH预处理质量分数为2%时，酶解后还原糖得率较为理想.
2.1.2预处理温度对花生壳酶解制备还原糖的影响花生壳在固液比1∶10，不同温度条件下用质量分数为2%的NaOH处理4 h，反应结束后酶解测定其还原糖得率.图3预处理温度对花生壳酶解还原糖得率的影响
Fig.3Pretreatment of different temperature by
sodium hydroxide on reducing sugar of peanut
shell by enzymatic hydrolysis如图3所示，一定温度范围内提高预处理温度对酶解后还原糖得率有较大影响，随着预处理温度的升高，还原糖得率也升高，在70 ℃时还原糖得率为71.5%达到最大，当温度超过70 ℃时还原糖的得率有所下降，因此预处理温度不宜过高.
2.1.3预处理时间对花生壳酶解制备还原糖的影响花生壳在70 ℃温度，固液比1∶10的条件下用质量分数2%的NaOH预处理不同时间，反应结束后酶解测定其还原糖得率.图4预处理时间对花生壳酶解还原糖得率的影响
Fig.4Pretreatment of different time by
sodium hydroxide on reducing sugar of
peanut shell by enzymatic hydrolysis如图4所示，随着预处理时间的延长，花生壳酶解后还原糖得率也不断增加，当反应时间超过6 h后酶解得率变化不大，影响不明显.2.2正交试验结果根据单因素试验，以NaOH质量分数、预处理温度、预处理时间三个因素，按表1进行正交试验，以还原糖得率为参考指标，其结果如表2所示.
表2NaOH预处理工艺正交试验结果
Table 2Results of orthogonal test on sodium
hydroxide pretreatment
试验号ABC还原糖得率/%111154.1212260.8313364.9421370.8522168.7623271.4731260.1832363.6933162.5K1179.8185.0185.3K2210.9193.1192.3K3186.2198.8199.3k159.961.761.8k270.364.464.1k362.162.366.4R10.42.74.6从表2结果可知，在NaOH预处理花生壳酶解制备还原糖的各个影响因素中，影响程度大小依次是：A>C>B，即NaOH浓度对还原糖得率的影响最大，预处理温度对还原糖得率的影响最小，最佳工艺参数组合为A2B2C3，即预处理NaOH质量分数为2%，温度为70 ℃，预处理时间为6 h.通过验证性试验，结果表明花生壳在最佳预处理工艺条件下还原糖得率达到72.5%，比未进行预处理直接酶解制备还原糖得率提高了53.9%.