楊木屑木聚糖堿法提取及其制備低聚木糖的工藝研究

童欣怡，李琦，2，陳文倩，趙林果，2?

（1.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué)林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037）

楊木（PopulusL.）是一種速生型豐產(chǎn)樹(shù)種，在我國(guó)南北方均有廣泛種植，至今人工林種植面積已超6.7×106hm2，居世界首位［1］。作為我國(guó)人工林3 大樹(shù)種之一，楊木木材資源已成為一種重要的工業(yè)原料，常被用作民用建筑、制漿造紙、木工板材加工等［2-3］。隨著楊木木材資源的加工利用，產(chǎn)生了大量的木渣、木屑等剩余物（每立方米楊木可生產(chǎn)0.8 t剩余物），目前常見(jiàn)的處理手段是焚燒掩埋或作為動(dòng)物墊料使用，不但浪費(fèi)資源也污染環(huán)境。楊木原料組分中含有35%～45%的纖維素，20%～35%的半纖維素以及20%～25%的木質(zhì)素，其中木糖基占總糖的30%～40%［4］。因此，楊木及其加工廢棄物已成為半纖維素高效利用的潛在原料之一［5］。

木聚糖作為半纖維素的主要成分，由β?1，4?糖苷鍵連接β?D?吡喃型木糖單元構(gòu)成主鏈，可作為生產(chǎn)低聚木糖和D?木糖的主要原料，在造紙、生物質(zhì)能源、功能性食品及醫(yī)藥等行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景［6-7］。目前，國(guó)內(nèi)外常用的木聚糖的提取方法有酸堿提取法、高溫蒸煮法、蒸汽爆破法等［8-10］。其中，稀酸預(yù)處理法損耗大，無(wú)法去除木質(zhì)素，且會(huì)產(chǎn)生游離廢水，對(duì)預(yù)處理反應(yīng)器的腐蝕較為嚴(yán)重；高溫蒸煮法能耗較大，蒸汽爆破法對(duì)設(shè)備要求高，且抑制物較多。相較于以上方法，堿法提取被認(rèn)為是最理想的抽提方法，該法所提取的木聚糖得率和純度較高，其原理是通過(guò)破壞纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間的結(jié)合鍵，從而使半纖維素游離出來(lái)，提取效果主要受堿液種類、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度和時(shí)間等因素影響［11］。

筆者以楊木屑為提取原料，探討不同的堿液對(duì)楊木木聚糖的提取效果，并通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)手段優(yōu)化堿法提取楊木屑木聚糖的提取工藝，分析堿提楊木屑木聚糖的主要成分，并初步研究利用內(nèi)切木聚糖酶定向水解制備木低聚糖的工藝，以期為楊木木聚糖的高值化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

楊木屑，購(gòu)自江蘇省連云港市富康木材加工廠；NaOH、KOH、NaHCO3、乙醇、苯酚、濃硫酸和濃鹽酸購(gòu)自南京化學(xué)試劑公司，均為分析純；酒石酸鉀鈉、3，5?二硝基水楊酸和偏重亞硫酸鈉購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，均為分析純；D?葡萄糖、D?木糖、D?半乳糖、D?甘露糖和L?阿拉伯糖標(biāo)準(zhǔn)品，購(gòu)自美國(guó)西格瑪公司，均為色譜分析純；木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖標(biāo)準(zhǔn)品，購(gòu)自愛(ài)爾蘭Megazyme公司，均為色譜分析純。

3，5?二硝基水楊酸（DNS）試劑配制方法：取完全沸騰的蒸餾水1 000 mL，依次加入3，5?二硝基水楊酸7.5 g，NaOH 14 g，酒石酸鉀鈉216 g，苯酚5.5 mL，偏重亞硫酸鈉6 g，充分溶解后置于棕色瓶中放置5 d 以上使用。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

浙江艾澤拉電器公司800A 型粉碎機(jī)，日本TOMY 公司SX?500 自動(dòng)高溫高壓蒸汽滅菌鍋，上海精密科學(xué)儀器公司PHS?3D pH計(jì)，德國(guó)Eppendorf 公司臺(tái)式5810R 型高速冷凍離心機(jī)，美國(guó)Molecular Devices 公司全波長(zhǎng)SpectraMax190 型酶標(biāo)儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 楊木屑前處理及化學(xué)組成分析

楊木屑烘干粉碎后，過(guò)孔徑為0.425 mm 篩備用。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）標(biāo)準(zhǔn)［12］測(cè)定楊木木屑中的主要化學(xué)成分。其中，纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.91%，半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.93%，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.22%。

1.3.2 楊木屑提取木聚糖試驗(yàn)

堿法提取楊木屑木聚糖的主要步驟如下：稱取10 g 烘干后楊木屑，利用95%的乙醇脫脂24 h 后烘干，加入10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH，固液比為1∶10（g∶mL），于120 ℃抽提2 h 后抽濾，蒸餾水洗滌濾渣2～3 次后合并所有濾液，用鹽酸調(diào)節(jié)pH 至7.0，濃縮濾液至1/3 體積，在8 000 r/min 下離心10 min，沉淀物用蒸餾水反復(fù)洗滌后烘干，粉碎后粉末即為楊木屑木聚糖。

脫脂后分別加入10 倍體積的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%H2SO4、1%NaOH 和蒸餾水，在60 ℃下150 r/min水浴振蕩1 h，經(jīng)預(yù)處理后的楊木屑直接進(jìn)行堿法提取后計(jì)算楊木屑木聚糖的提取率，以不處理的楊木屑作空白對(duì)照。

預(yù)處理后，按照堿法提取步驟，分別優(yōu)化了堿液種類、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脫脂后楊木屑與堿液的固液比（g∶mL）、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)楊木屑木聚糖得率的影響。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選定堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、固液比、提取溫度和提取時(shí)間4 個(gè)因素進(jìn)行組合試驗(yàn)，選用L9（34）正交表。

1.3.3 楊木屑木聚糖樣品的水解及測(cè)定

樣品用4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸水解（121 ℃水解1 h），調(diào)節(jié)pH 至中性，離心后取上清液，采用高效液相色譜儀1260 分析水解液中木糖含量。色譜柱為Bio?Rad Aminex HPX?87H，檢測(cè)器為RID 示差折光檢測(cè)器。按照NREL 法進(jìn)行測(cè)定并計(jì)算木聚糖得率（%），見(jiàn)公式（1）：

式中：Cxyl為高效液相色譜儀測(cè)定的木糖質(zhì)量濃度，mg/mL；0.88 為木糖和木聚糖的轉(zhuǎn)換系數(shù)；V為濾液總體積，mL；m為楊木屑質(zhì)量，mg。

1.3.4 楊木屑木聚糖紅外光譜分析

取1 mg 經(jīng)干燥后的楊木屑木聚糖樣品，與100 mg 經(jīng)干燥后的KBr 粉末在瑪瑙研缽中研磨均勻，經(jīng)壓片機(jī)壓成薄片，紅外條件是：分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32 次，掃描范圍400～4 000 cm-1，上機(jī)測(cè)定。

1.3.5 掃描電鏡分析

采用JSM?7600F 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察預(yù)處理前后樣品的結(jié)構(gòu)特征，待測(cè)原料需105 ℃烘干后固定在樣品臺(tái)上。

1.3.6 重組木聚糖酶XynB?DT 水解楊木屑木聚糖條件優(yōu)化及產(chǎn)物分析

重組木聚糖酶XynB?DT 來(lái)源于嗜熱菌Dictyo?glomus thermophilum，由本實(shí)驗(yàn)室提供［13］。

重組木聚糖酶XynB?DT 水解楊木屑木聚糖的條件優(yōu)化：楊木屑木聚糖底物質(zhì)量濃度為2 mg/mL，以純化后的XynB?DT 為水解用酶，以低聚木糖的得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究溫度（30，40，50，60，70，80，90℃）、pH（4.0，4.5，5.0，5.5，6.0，6.5，7.0，8.0）、加酶量（0.25，0.50，1.00，1.50，2.00，3.00，4.00 U/mL）和時(shí)間（3，6，9，12，15，18，21，24 h）對(duì)水解的影響，優(yōu)化水解條件，所有條件均設(shè)置3 組平行試驗(yàn)。

重組木聚糖酶XynB?DT 對(duì)楊木屑木聚糖的水解產(chǎn)物用離子色譜分析，低聚木糖測(cè)定選用高效離子色譜（Dionex ICS?5000 型高效液相離子色譜儀），色譜柱為Carbon Pac PA200，100 mmol/L NaOH 和500 mmol/L NaAc 為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，流速為0.3 mL/min，柱溫30 ℃，標(biāo)準(zhǔn)四電位脈沖安培檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。低聚木糖的得率（%）按照公式（2）計(jì)算。

式中：X2～X6分別為木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖的質(zhì)量濃度，mg/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同預(yù)處理方式對(duì)楊木屑木聚糖得率的影響

植物細(xì)胞壁中半纖維素組分復(fù)雜，與纖維素和木質(zhì)素通過(guò)氫鍵、共價(jià)鍵連接交織一體，極大限制了半纖維素的分離［14］。通過(guò)預(yù)處理的方式，如稀酸處理、堿抽提、蒸汽爆破等方式可以全部或部分降解木質(zhì)素，降低纖維素的結(jié)晶度，從而使半纖維素分離出來(lái)［15］。分別選用1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）H2SO4、1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH 和蒸餾水對(duì)楊木屑進(jìn)行預(yù)處理（60 ℃，150 r/min，1 h），結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可見(jiàn)，楊木屑經(jīng)稀酸和稀堿預(yù)處理后，木聚糖的得率有不同程度的提高，說(shuō)明預(yù)處理對(duì)木聚糖的溶出有顯著的促進(jìn)作用。稀硫酸預(yù)處理有效破壞了木質(zhì)纖維素生物質(zhì)堅(jiān)固的超分子結(jié)構(gòu)，打破纖維素原料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)使其變得疏松多孔，有利于木聚糖的提取?；谝陨辖Y(jié)果，本試驗(yàn)采用1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀H2SO4在60 ℃下處理?xiàng)钅拘? h 后再進(jìn)行堿法提取木聚糖。此外，1%的稀硫酸、1%的稀堿和熱水在60 ℃下處理1 h 之后的預(yù)處理水解液中的木聚糖的得率分別為0.016%，0.025%和0.020%，損失可忽略不計(jì)。

圖1 不同的預(yù)處理液對(duì)楊木屑木聚糖提取得率的影響Fig.1 Effect of different pretreatment liquids on the poplar sawdust xylan extraction rate

利用掃描電鏡對(duì)楊木屑預(yù)處理前后表面形態(tài)的變化進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖2 所示。未經(jīng)過(guò)處理的楊木屑表面光滑致密；而經(jīng)過(guò)酸、堿預(yù)處理后的楊木屑纖維表面有著不同程度的破壞，說(shuō)明經(jīng)過(guò)酸堿預(yù)處理后可以破壞楊木屑的顯微結(jié)構(gòu)，有助于楊木屑中半纖維素的溶出，從而提高后續(xù)堿液提取楊木木聚糖的得率。

圖2 預(yù)處理前后楊木屑的掃描電鏡圖（×5 000）Fig.2 SEM examination of unpretreated and pretreated poplar sawdust（×5 000）

2.2 不同堿液對(duì)楊木屑木聚糖得率的影響

堿法提取木聚糖時(shí)，堿液能夠使纖維素充分潤(rùn)脹并降低其結(jié)晶度，從而使半纖維素與木質(zhì)素之間的酯鍵皂化后從細(xì)胞壁中溶出，且提取所得的半纖維素聚合度較高，糖類組分降解較少［16］。堿抽提試劑，如NaOH、KOH、LiOH 等，均可用作提取農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物中的半纖維素［17］。從成本上考慮，LiOH的市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)高于NaOH 和KOH，因此在試驗(yàn)中不作為優(yōu)選的堿液試劑。在相同的提取條件下，分別加入10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH、KOH 和NaHCO3于10 g楊木屑中，考察不同的堿液對(duì)楊木屑木聚糖提取率的影響，結(jié)果表明，以NaOH 作為提取堿液時(shí)楊木屑粗木聚糖的得率（21.2%）最大，且效果明顯，其次是KOH（5.5%）和NaHCO3（1.4%）。因此，在后續(xù)的試驗(yàn)中選用NaOH 作為堿提取液進(jìn)行研究。

2.3 堿法提取楊木屑木聚糖的單因素條件優(yōu)化

堿法提取木聚糖時(shí)，堿液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、固液比、溫度以及時(shí)間等對(duì)木聚糖的得率、純度和結(jié)構(gòu)均有影響。筆者按照提取木聚糖的基本工藝條件，通過(guò)單因素分析分別對(duì)堿法提取楊木屑木聚糖的4 個(gè)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果如圖3 所示。

在固液比1∶10，120 ℃下浸提2 h，隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，楊木屑木聚糖的提取得率顯著增加，在NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)達(dá)到最高（圖3a）。隨著NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加（15%和20%），易造成木聚糖的水解，而且提取的成本也隨之增大，因此選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH 作為最佳的堿液提取質(zhì)量分?jǐn)?shù)。固液比對(duì)木聚糖提取得率的影響如圖3b 所示。當(dāng)固液比為1∶4時(shí)，沒(méi)有足夠量的NaOH 進(jìn)入楊木屑中使其充分溶脹，從而使木聚糖不能充分地溶出；隨著提取溶劑的增加，木聚糖的含量也逐漸增加，當(dāng)固液比為1∶10 時(shí)，木聚糖的提取得率達(dá)到最大值20.1%。考慮到提取成本及后續(xù)工作量等因素，選用1∶10 為最佳固液比。

圖3 堿法提取楊木屑木聚糖的單因素條件優(yōu)化Fig.3 Optimization of single factor conditions for alkali extraction of poplar sawdust xylan

溫度在堿法提取木聚糖中也是一個(gè)重要的參數(shù)，較高的溫度不但能提供足夠的能量打斷半纖維素和木質(zhì)素之間的連接鍵，還可以加速堿液在楊木屑原料內(nèi)的擴(kuò)散速率，進(jìn)而木聚糖的得率就越高。當(dāng)溫度為120 ℃時(shí)提取的楊木屑木聚糖得率最高，且高壓蒸汽的輔助能夠瞬間解壓，從而解離出原料，對(duì)木聚糖的得率提高也有輔助作用，相較于70℃時(shí)的提取得率提高了2 倍（圖3c）。此外，隨著溫度的不斷升高，堿液提取的色素雜質(zhì)也明顯增多，提取液的顏色也越深。該色素的來(lái)源主要有兩類：一類是植物本身具有的酚類色素；另一類則是半纖維素分離過(guò)程中產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)，該反應(yīng)受溫度影響較大，溫度每提高10 ℃，該反應(yīng)速率提高3～5 倍［18］。因此，在溫度設(shè)計(jì)試驗(yàn)中沒(méi)有繼續(xù)升高溫度以增加木聚糖的提取得率，在后期試驗(yàn)中選用120 ℃為最佳的堿液提取溫度。

提取時(shí)間對(duì)木聚糖得率的影響如圖3d 所示，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，木聚糖的得率也在逐漸增加，當(dāng)時(shí)間達(dá)到3 h 時(shí)，提取得率達(dá)到20.7%，隨著時(shí)間的繼續(xù)增加，木聚糖的得率卻略有下降，可能是浸提時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，提取的木聚糖在高溫下持續(xù)水解從而導(dǎo)致提取量下降。考慮到浸提效率及時(shí)間成本，選用3 h 為最佳的浸提時(shí)間。

2.4 正交試驗(yàn)法提取工藝參數(shù)優(yōu)化

參考單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）、固液比（B）、提取溫度（C）和提取時(shí)間（D）4 個(gè)因素作為考察因素，設(shè)計(jì)4 因素3 水平正交試驗(yàn)，優(yōu)化堿法提取楊木屑木聚糖的工藝，結(jié)果如表1 所示。

表1 楊木屑木聚糖提取正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 1 Results and analysis of orthogonal experiment for poplar sawdust xylan extraction

根據(jù)表中的極值（R）進(jìn)行比較，C＞A＞D＞B，極值越大，說(shuō)明該因素對(duì)楊木木聚糖的提取量的變化影響越大。而K值越大，表明該因素越適宜，根據(jù)水平K值之間的大小比較，可確定最佳的提取組合為A2B2C3D2：NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，固液比1∶10，提取溫度120 ℃，提取時(shí)間3 h。以最佳搭配條件為基礎(chǔ)，在該條件下進(jìn)行驗(yàn)證，3 次驗(yàn)證試驗(yàn)所得的目標(biāo)物的平均提取得率為20.7%，且相對(duì)穩(wěn)定，具有可重復(fù)性。

2.5 堿法提取楊木屑木聚糖酸水解后成分分析

根據(jù)確定的高效液相色譜檢測(cè)條件檢測(cè)提取產(chǎn)物，其酸水解后產(chǎn)物由88.69%D?木糖、4.76%纖維二糖和6.62%葡萄糖組成，不含有阿拉伯糖等其他單糖，說(shuō)明堿法提取的楊木屑木聚糖支鏈上主要連有木糖和葡萄糖。

2.6 楊木屑木聚糖的紅外光譜分析

以波數(shù)為橫坐標(biāo)，透射率為縱坐標(biāo)，得到楊木屑木聚糖的紅外光譜，結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可知，楊木屑木聚糖在3 434 cm-1出現(xiàn)了1 個(gè)寬峰，為官能團(tuán)O—H 的伸縮振動(dòng)峰；在2 921 cm-1出現(xiàn)了1 個(gè)寬峰，為官能團(tuán)C—H 的伸縮振動(dòng)峰；在1 619 cm-1出現(xiàn)了1 個(gè)寬峰，為碳水化合物C=O 的伸縮振動(dòng)峰；1 404 cm-1是多糖中C—H 的變角振動(dòng)引起的；1 044 cm-1是木聚糖特征吸收峰（C—O—C）；896 cm-1為吡喃糖β?型C—H 變角振動(dòng)的特征峰，說(shuō)明糖單元間以β?糖苷鍵連接。由上述紅外圖譜分析可以說(shuō)明，提取的楊木屑木聚糖的成分以木糖為主，結(jié)構(gòu)構(gòu)成是以β構(gòu)型的吡喃環(huán)為主。

圖4 楊木屑木聚糖紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectrum of poplar sawdust xylan

2.7 重組木聚糖酶XynB?DT 酶解楊木屑木聚糖的條件優(yōu)化及產(chǎn)物分析

低聚木糖（尤其是聚合度為2～7 的低聚木糖），在人類腸道中能夠選擇性地促進(jìn)雙歧桿菌等益生菌的增殖，其中最有效的成分是木二糖、木三糖和木四糖。當(dāng)前，學(xué)者們常采用自水解、化學(xué)法、酶水解法等方式來(lái)處理纖維原料以獲取不同聚合度的低聚木糖［19-20］。其中，酶水解法因其反應(yīng)條件溫和、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)成為低聚木糖制備的首選方式，利用嗜熱木聚糖酶進(jìn)行酶解反應(yīng)不但能夠提高底物的溶解性能，而且能夠降低染菌的可能性。試驗(yàn)選用嗜熱菌來(lái)源的木聚糖酶XynB?DT 對(duì)自提的楊木屑木聚糖進(jìn)行酶解條件的優(yōu)化，并對(duì)酶解后產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同水解條件對(duì)楊木屑木聚糖酶解率的影響Fig.5 Effect of different hydrolysis conditions on the optimum rate of enzymatic hydrolysis conditions of poplar sawdust xylan

溫度對(duì)酶的水解有很大的影響，酶解最適溫度結(jié)果由圖5a 可知，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于酶解反應(yīng)的發(fā)生，最適水解溫度為70 ℃（底物質(zhì)量濃度為1 mg/mL，pH 6.0，加酶量1.00 U/mL 下酶解12 h，以最大酶解得率為相對(duì)100%）。酶解反應(yīng)的最適pH 如圖5b 所示，在pH 為6.0 時(shí)（底物質(zhì)量濃度為1 mg/mL，溫度70 ℃，加酶量1.00 U/mL 下酶解12 h，以最大酶解得率為相對(duì)100%），其水解效率最高，這也與該酶的最適pH 相吻合。加酶量對(duì)酶解得率也有一定的影響，結(jié)果如圖5c 所示，隨著酶用量的增加，酶解得率逐漸增大，當(dāng)加酶量超過(guò)3.00 U/mL 時(shí)（底物質(zhì)量濃度為1 mg/mL，pH 6.0，溫度70 ℃下酶解12 h，以最大酶解得率為相對(duì)100%），酶解得率基本維持不變。分析原因可能是木聚糖與酶蛋白的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量有限，當(dāng)這些結(jié)合位點(diǎn)全部被木聚糖酶占據(jù)后，加大酶量只會(huì)增加酶與底物的無(wú)效吸附，反而降低了酶解得率，因此，最適酶用量為3.00 U/mL。酶解時(shí)間的長(zhǎng)短也影響著酶解得率，木聚糖酶優(yōu)先作用于長(zhǎng)鏈木聚糖生成木寡糖，再將木寡糖水解成木二糖和木三糖，最終變?yōu)槟締翁?。水解時(shí)間過(guò)短，則酶解不充分，而受酶的溫度穩(wěn)定性的限制，過(guò)分地延長(zhǎng)酶解時(shí)間也不利于合適的低聚木糖產(chǎn)生。在最適溫度、pH和酶用量的條件下，酶解3，6，9，12，15，18，21 和24 h 后取樣，最佳的酶解時(shí)間為12 h（圖5d）。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，最終楊木屑木聚糖的酶解得率為86.2%，比何亮亮等［21］和黎芳等［22］酶解所得的82.04% 和51.61%的低聚木糖得率均要高。

利用離子色譜對(duì)酶解產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6 所示，產(chǎn)物中以木二糖（1.061 g/L）和木三糖（0.737 g/L）為主，分別占水解產(chǎn)物總量的55.4%和38.5%，含有少量木糖（0.034 g/L）和木四糖（0.011 g/L）。

圖6 重組木聚糖酶水解楊木屑木聚糖產(chǎn)物的離子色譜分析圖Fig.6 Ion chromatography analysis diagram of degradation products of poplar sawdust xylan

3 結(jié)論

筆者以林業(yè)廢棄物楊木屑為原材料，對(duì)其木聚糖提取條件進(jìn)行了優(yōu)化，并利用嗜熱菌來(lái)源的木聚糖酶XynB?DT 對(duì)其進(jìn)行酶解，結(jié)論如下：

1）在楊木屑木聚糖提取條件優(yōu)化過(guò)程中，分別對(duì)預(yù)處理方式、堿液類型、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、固液比、提取溫度和提取時(shí)間等條件進(jìn)行了單因素試驗(yàn)。結(jié)果表明，在60 ℃下用1%的稀硫酸對(duì)楊木屑進(jìn)行預(yù)處理能夠大大提高楊木木聚糖的得率；對(duì)比了3 種堿液對(duì)楊木木聚糖提取得率，其中NaOH提取率最高、最佳的提取條件為120 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaOH，固液比1∶10，提取3 h。

2）采用正交試驗(yàn)方法確定了楊木屑提取木聚糖的最佳工藝條件為：堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，固液比1∶10，提取溫度120 ℃，提取溫度3 h。在此工藝條件下，楊木屑的木聚糖提取率達(dá)到了20.7%，該結(jié)果也與單因素結(jié)果一致，且4 個(gè)因素對(duì)木聚糖提取的影響顯著程度為提取溫度＞堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞提取時(shí)間＞固液比。

3）堿提楊木屑中木聚糖以木糖含量為主，含有少量的葡萄糖和纖維二糖，不含阿拉伯糖。重組木聚糖酶XynB?DT 酶解楊木屑木聚糖的最佳酶解條件為：溫度70 ℃，pH 6.0，加酶量3.00 U/mL，酶解12 h。水解產(chǎn)物中以木二糖和木三糖為主，分別占水解產(chǎn)物總量的55.4%和38.5%，含有少量木糖和木四糖，降解達(dá)86.2%。該研究結(jié)果可為楊木屑木聚糖的高值化利用奠定基礎(chǔ)。