不同预处理方法对玉米芯成分的影响

    吕晓霞，李海燕，黄克瀛
（中南林学院，湖南  株洲  412006）
摘要：对辽宁康平和湖北襄樊产的两种玉米芯进行了原始成分分析，并分别1%氢氧化钠、10%氨水、热水、氢氧化钠-过氧化氢溶液、1%硫酸进行处理，然后再进行成分测定，比较了不同的处理方法对玉米芯中纤维素、戊聚糖、木质素含量的影响。
关健词：玉米芯；预处理；成分分析
中图分类号：S513；065  文献标识码：A   文章编号：1005-3433（2004）02-0011-03
    玉米在我国的产量丰富，尤其是在东北和西北以及西南地区。玉米的利用也很广泛，但基本上都是其中的淀粉。在工业生产中玉米芯的利用却在很大程度上只是利用了其中的半纤维素[1-2]。然而玉米芯的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素和产纤维素都是用途广泛的可再生资源。要想有效利用这种成分在很多情况下都要先将其水解使其变为低聚糖或单糖，但是在细胞壁植物组织生物合成中，形成层中发生细胞分化，细胞内部是原生质，外部是一层半纤维素初生壁膜，随着细胞的增长，形成第二层细胞壁，它基本上只是由纤维素构成，细胞的生活周期随着植物组织的本质素化的完成而结束，随后细胞衰亡。木质素的生物合成是在胞间层半纤维素和第二层细胞壁中进行的，所以纤维素、半纤维素和木质素组分呈不连续的层状结构[3-5]，对酸或碱的水解有阻碍作用。要使纤维素和半纤维素有效的水解进而得到充分利用，必须对玉米芯进行预处理，破坏细胞壁结构，以便适合酸和酶进攻。
1 原料试剂与仪器
1.1原料与试剂
玉米芯分别来自辽宁康平二牛乡和湖北襄樊县效区（均为风干）；氢氧化钠、氨水、过氧化氢、硫酸、苯、乙醇、硝酸等均为分析纯。
1.2  仪器
水浴锅、摇床、循环水式真空泵、G2玻璃滤器、布氏漏斗、烘箱等。
2 实验方法
2.1 10%氨水处理
原料与10%氨水固液比为1：10，室温下在摇床上摇24h，取出，真空抽滤，用水洗至中性，然后低温干燥剩余固体。
2.2  10%氢氧化钠处理
原料与1%氢氧化钠固液化为1：10，室温下在摇床上摇24h，取出，真空抽滤，用水洗至中性，然后低温干燥剩余固体。
2.3  热水处理
原料与热水固液比为1：10，在80℃水浴中处理4h，真空抽滤，低温干燥滤渣。
2.4  硫酸处理
原料与1%硫酸固液比为1：10，于0.15Mpa下处理30min，处理后抽滤，水洗至中性，低温干燥剩余固体。
2.5  氢氧化钠一过氧化氢水溶液处理
氢氧化钠-过氧化氢水溶液为：溶液中含4%氢氧化钠和0.5%过氧化氢。原料与氢氧化钠-过氧化氢水溶液按固液比为1：8，于95~100℃水浴4h取出，真空抽滤，低温干燥剩余固体。滤液可以用冰醋酸调节pH值至5~6，然后用乙醇沉淀得到粗木糖。
3 分析方法和实验结果
3.1  分析方法
水分测定：按GB/T2677.2-93;灰分测定：按GB/T2677.3-93；水抽出物含量测定：按GB/T2677.4-93；1%氢氧化钠抽出物含量测定：按GB/T2677.5-93；有机溶剂抽出物含量测定：按GB/T2677.6-93；纤维素含量测定[6]：按造纸工业化学分析;戊聚糖含量测定：按GB/T2677.9-93;酸不溶木质素含量测定：按GB/T2677.8-93。
3.2  预处理前玉米芯的成分
对两产地样品分别按上述测定方法进行成分分析，其中各含量均绝干样品为标准（下同），结果如表1。
   表1处理前玉米芯的成分

从以上数据可以看出；不同产地相同粒度的玉米芯未处理时，抽提物含量有很大差距，湖北玉米芯的抽提物含量均小于辽宁产玉米芯；其戊聚糖和木质素的含量相差不大。产地相同但粒度不同的原料抽出物含量相差较大，但纤维素、成聚糖和木质素含量没有大的变化。
3.3  氨水、氢氧化钠、热水和硫酸处理后玉米芯成分的变化
对湖北产玉米芯（粒度为30~50目）分别用10%氨水、1%氢氧化钠、热水和1%硫酸进预处理，对处理后固体样品的纤维素、成聚糖和木质素进行分析，结果如表2
表2氨水、氢氧化钠、热水和硫酸处理后玉米芯成分分析

    从以上实验数据可以看出；氨水处理后样品中的纤维素含量增高，木质素含量明显减少，这说明10%氨水有较强的脱除木质素的作用，但同时成聚糖含量也有所减少，说明有一定的脱除半纤维素的作用；1%氢氧化钠处理后纤维素含量升高很多，戊聚糖含量大量减少，说明它有较强的除去半纤维素的作用，木质素含量升高，说明1%氢氧化钠在常温下基本功无脱除木质素的能力；80℃的热水处理也有一定的除去半纤维素的作用；1%硫酸处理后戊聚糖含量大幅度减少，说明溶解产纤维素的能力很强，可以除去大部分的半纤维素。
3.4  氢氧化钠-过氧化氢水溶液处理后玉米芯成分的变化
有些情况下要求单独利用原料中的纤维素或半纤维素，所以需要把纤维素和半纤维素分离。对湖北产玉米芯（30~50目）用氢氧化钠-过氧化氢水溶液在95~100℃进行处理，然后对处理后的样品进行成分分析，结果为：水分12.46%，纤维素72.79%；戊聚糖6.32%，木质素11.36%。
从以上实验数据可以看出：用氢氧化钠-过氧化氢水溶液在95~100℃处理4h后，纤维素含量大提高，而戊聚糖和木质素含量都降低了，即这种方法可以除去绝大部分的半纤维素和一定量的木质素。由此可见这种方法可以用来分离纤维素和半纤维素，是制备粗木聚糖的一种方法。
4 结语
实验结果说明，以上几中方法都可以在一定程度上起到脱除木质素或半纤维素的作用。增加物料的可及度，方便酸或酶的进攻。在生产或实验中，可根据具体情况来择合适的预处理方法。
4.1  如果要利用纤维素或者木聚糖中的一种，可以采用稀酸或者氢氧化钠-过氧化氢溶液进行预处理，利用纤维素可直接用处理后的固休物质，而利用木聚糖则要进一步把处理液体中的木聚糖分离出来。
4.2   如果可以混合利用，则只需除去其中的木质素就可以了，可以采用10%的氨水进行预处理。
参考文献：
[1]庄贵.利用纤维素原料发醇生产乳酸的研究[J].郑州粮食学院学报.2000，21（1）：10-12
[2]王体科.世界植物纤维水解概况[J].世界林业研究所，1993，（6）：51-57.
[3]张矢.植物原料水解工艺学[M].北京：中国林业出版社，1992，10.
[4]王捷.木质纤维原料制备纤维素酶及酶水解的机理研究[D].南京：南京林业大学硕士学位论文，1991.
[5]刘稳，高培基.半纤维素酶分子生物学[J]，纤维素科学与技术，1998，6（1）：9-1.
[6]北京造纸研究所，造纸工业化学分析[M].北京：轻工业出版社，1979.
EFFECT OF DIFFERENT PRETREATMENT METHODS
ON CONSTITUENTS OF CORN-COB
LU Xiao-xia, LI Hai-yan, HUANG Ke-ying
(Central south Forest University,Zhuzhou 412006, China)
Abstract:In this paper original constituents of two kinds of com-cob originated from Kangping Liaoning and Xiangfan Hubei were alysed,then pretreated com-cobs by NaOH, NH3·H2O,hotwater,NaOH-H2O2,H2SO4,
respectively,were repeatedly analysed to check the effects of
The pretreated method on contents of cellulose, pentosan,
lignin
Key words: com-cob;pretretment; constituent analysis