（林产化学加工工程专业论文）稻壳中木聚糖的提取和生物降解.pdf

摘要 半纤缎索生物降解后得到的低聚木糖是高附加值的功能性生理活性物质。近 年来，在翻际土已经掀怒了一段功能一陡食鑫麴磅究生产热瀑，功姥经低聚耱瓣具 有独特的生理功能而成为一种踅要的功能性食品基料，低聚术糖 ( x y l o o l i g o s a c c h a r i d e ) 也怒功能性低聚糖的一种，而通过酶解法制取木低聚糖怒目 蘸工业上，“泛采用的方法。 本文以稻壳为原料，对如何提高术聚糖得率、照曲霉诱变条件、诱变后酶的 性质和木聚糖酶降解条件进行了研究，主要是木聚糖提取条件的优化和木聚糖酶 降解本聚糠。疆究缝暴凌弭： 稻壳中本聚糖的含缀占绝干原料的1 9 9 ，程碱法提取过程中，通过调节碱 浓度、固液比、抽提温度和抽提时间因素的影响，确定了较佳的提取条件：碱浓度 1 0 ，固波魄1 ：l o ，抽援时闻3h ，獭提溢度6 0 9 5 。本聚糖舱提取率可达到 6 7 5 0 以上。 根据黑曲霉的诱变条件，致死率猩8 5 左右，诱变效果最好。实验采用紫外 灯4 0 瓦，紫外灯和及废池的距离( 照射距离) 2 8 c m ，紫外诱交的最佳时阀为 2 5 m i n 。瓣辩氇对诱交嚣爨魏霉产玺三术聚糖酶的僚矮进行了蔫定，最佳反庭滋度 为5 0 。c ，娥佳p h 值为4 2 。并研究了术聚糖酶对温度和对p h 德的稳定性。 影响术浆糖酶解的主要因素包括木聚糖底物浓度，加酶量，p h 值，温度，时 阕等。主黉磅究了本聚耱瘾麓浓凌，麓酶量对酶鳞静影璃。 采用3 ，5 一二硝基水杨酸法( d n s 法) 来测定酶活和木聚糖含量。利用紫外 可见光度计，在主波长4 8 0 n m 处测定提取液的吸光度，通过特征峰的存在，测定 它夔有效羧分熬含量。 本论文的研究结果为提高稻壳的利用开辟了一条新的途径，既处理了农林废 弃物，又解决了环境污染问题，有很好的经济效益和社会效益。 关键落：疆壳，本低象糖，黑蕊霉，诱交，本聚糖酶 a b s t r a c t x y l o o l i g o s a c c h a r i d e ，t h ep r o d u c to f b i o d e g r a d a t i o n o f h e m ic e l l u l o s e ，i st h eu g h a d d i t i o n a lv a l u es u b s t a n c e n o w a d a y s ，t h e r ei sar e s e a r c hu p s u r g eo ft h ef i m c t i o n a l f o o di nt h ew o r l d t h ef e n e t i o n a l l i g o s a e c h a r i d e sh a v eb e e na k i n do fi m p o r t a n t f u n c t i o n a lf o o da d d i t i v eb e c a u s e t h e y h a v e s p e c i a lp h y s i o l o g i c a l f u n c t i o n ， x y l o - o l i g o s a c c h a r i d ei s o n eo ft h ef u n c t i o n a ll i g o s a c c h a r i d e s t h eb i o d e g r a d a t i o no f x y l a n t op r e p a r e x y l o - o l i g o s a c c h a r i d e i ss t i l lt h em a i nm e t h o da tp r e s e n t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dx y l a ne x t r a c t i o nf r o mp a d d yh u l l ，a s p e r g i l l u sn i g e r m u t a t i o nb yu l t r a v i o l e tr a y ，x y l a n a s ec h a r a c t e r i s t i ca n dt h ec o n d i t i o no fx y l a n b i o d e g r a d a t i o n 。 t h ec o n t e n to f x y l a nf r o mp a d d yh u l l w a s1 9 9 t h ev a r i a b l e sw h i c ha f f e c t e x t r a c t i o n ：a l k a l i n e ( n a o u ) c o n c e n t r a t i o n ，t h er a t i o o fs o l i dt o l i q u i d ，e x t r a c t i o n t e m p e r a t u r ea n de x t r a c t i o n t i m e t h eb e t t e re x t r a c t i v ec o n d i t i o n sw a so b t a i n e d ： a l k a l i n ec o n c e n t r a t i o nw a s1 0 ，t h er a t i o no f s o l i dt ol i q u i dl ：i 0 ，e x t r a c t i o nt i m ew a s 3 h ，t e m p e r a t u r ew a s 6 0 - - 9 56 c t h e y i e l do f x y l a n f r o m p a d d y h u l lw a s6 7 。5 0 a h i g ha s p e r g i l l u sn i g e rs t r a i nw a so b t a i n e db yu s i n gu l t r a v i o l e tr a y m u t a t i o n e f f e c ti sb e s tw h e nl e t h a lw a s8 5 o rs o t h eb e s tm u t a t i o nc o n d i t i o n so f a s p e r g i l l u s n i g e r w e r ea sf o l l o w s ：u vw a t tw a s 4 0 ，i r r a d i a n td i s t a n c ew a s2 8 c m ，i r r a d i a n tt i m ew a s 2 5 m i n x y l a n a s ea c t i v i t i e sp r o d u c e db ym u t a t i o na s p e r g i l u sn i g e rw e r ed e t e r m i n e d t h eo p t i m u mr e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s 5 0 。c ，t h eo p t i m u mr e a c t i o np hw a s4 2 t h e x y l a n a s es t a b i l i t yt ot e m p e r a t u r ea n dp h w a ss t u d i e dt o o t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so f x y l a nb i o d e g r a d a t i o ni n c l u d es u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o n ， e n z y m ed o s a g e ，e n z y m et i m e ，e n z y m et e m p e r a t u r ea n de n z y m ep he t c t h es u b s t r a t e c o n c e n t r a t i o na n d e n z y m ed o s a g e t ox y l a nd e g r a d a t i o nw e r es t u d i e d e s p e c f i a l l y t i td e t e r m i n e de n z y m e a c t i v i t ya n ds u g a rc o n t e n tt h r o u g hd n sm e t h o d t h a tw a s a v a i l a b l e c o m p o s i t i o nw a sa n a l y z e dw i t hu v a t4 8 0 n m t h i sp a p e ro f f e r e dan e wm e t h o df o ra d v a n c i n g p a d d y h u l l su s e i tc o u l dd i s p o s e a g r i c u l t u r ea n df o r e s t r yo f f a la n ds o l v et h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n i th a d g o o d e c o n o m i ca n ds o e i a lb e n e f i t k e yw o r d s ：p a d d y h u l l ，x y l o o l i g o s a c c h a r i d e ，a s p e r g i l l u sn i g e r ，m u t a t i o n ， x y l a n a s e 稻壳中木聚糖的掇墩和生物降解 。文献综述 l 。l 槛物纤维中木聚糖的结梅 植物细胞壁的组分除纤维素外还裔大量结构性多糖其中包括半纤维索 ( h e m i c e l l a l o s e ) 。比较公认的半纤维綮的定义由w h i s t e r 提出：“高等植物细胞 麟中a e 纤维素也非果胶类物质的多糖。”假仍有许多学者主张将“与纤维素密切棚 联系的碱性细胞多糖”称为半纤维紊。半纤维素的组分除同质多糖d 一半乳聚糖、 肛术浆糖和d 一甘露聚糖之外，多数是幽2 6 种异质多糖基组成：l 一阿拉伯- d - 本 蹶瓣、l - 鬻拉泊。一蘩甍糖醛酸_ d 一本聚糖、d 麓莓_ d 一曹露聚糖等。 零聚耱是一耪多聚五疆耱，主镶凌多令躐骥零糖蓑逶遗本糖营键穗连8 。本 聚耱孵结 勾交佬范围缀大，放仅骞叠- i ，4 糖帮键连接瓣多聚糖线形分予赘离度分 枝盼髯质多糖。前者很难分离得到，通常的术聚糖都含有2 4 种糖单元。a s p i n a l l 的研究表明，木聚糖含有8 5 8 9 的d 一术糖残基，少量的l 一阿拉伯糖残基以及 徽嫩的葡萄糖醛酸残基“3 。木聚糖的主链与纤维索很相似，只是其单体为d 一术糖 丽q d 一葡萄糖。连接b 一1 ，4 糖苷键的吡嘴型术糖主链上的取代基主要有乙酰濑、 阿披伯糖基、葡萄糖醛酸基。支链的组成和彩少主要取决于木聚糖的来源和他们 的分离方法。 卷阑时耱半绎维素中汹，4 - 0 - 甲基一麓装瓣簇羧基一本聚糖是其主要豹毫聚耱， 会爨蕤瓣耱嚣舅，一簸占手耱夔1 5 3 0 。它熬主毽交参一d - l 壅矮鼙本耱基酸 l 一垂糖簧键连接两成。平均每卡个本耱爨鸯一令4 一争甲基一a d - 葡萄糖醛酸蓥支 链，遴过l 一2 苷键连接到主链上。术裰熬的p 2 或c - 3 位的大部分为乙酰基取代， 平均1 0 个木糖基有7 个取代基。因此说，阔叶材的术聚糖类的结构比较复杂。 在针叶材中9 1 ，阿拉伯糖基4 - 0 - 甲撼一葡萄糖醛酸基一木聚糖是其主要的高聚 糖，约占针叶材的5 1 0 。主链由b 一吡嘣型术糖基以1 4 糖苷键连接丽成， 并飘敬部分木糖基的c 一2 和c 一3 位上分别被侧链的4 - 0 一甲基一n d - 毗喃型葡萄瓣 醛酸藻和d l 一呋喃型阿拉伯糖残萋所取代，三者的比捌通常是l o ：2 ：1 3 。 漾零辩挺兹豹半纾维素结麴主要愚蘩本耱潮。在这些撞秘中，是发现了不阚 分子黪经熬聚本糖，蘩覆班雾摹主要存在只凑本耱基稳残戆线凌驽一懿零聚耱， 东北林业大学硕士学位论文 热带草主要是高分支的聚木糖，禾草类主要是阿拉伯糖基一4 0 一甲基一葡萄糖醛酸 木糖，禾本科植物半纤维素典型分子是1 - - * 49 苷键连接d 一吡喃式木糖为主链， 在主链的c 。和c ：上分别联有l 一呋喃式葡萄糖醛酸基作为支链。 统计资料表明：全球的植物每年生成的半纤维素有3 1 0 1 0t 之多，半纤维素 是地球上最丰富最廉价的可再生资源之一u 3 。玉米芯、甘蔗渣、棉子壳以及稻、 麦、秫、豆等的秸杆中富含半纤维素。不同植物所含木聚糖的多少也有差别，一 般硬材中所含木聚糖比软才中多，硬材中能占到干重的1 5 3 0 ，软材中一般 占干重的7 1 0 。而在一些一年生植物，如小麦、甘蔗、棉花的子壳中，木 聚糖的含量非常高，一般都能高达3 0 以上。如果能利用半纤维素制取木低聚糖、 木糖阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等有较高附加值的产品，不失为稻壳等农产品下 脚料综合利用的一条宽广途径，其潜在的经济效益和环保意义是巨大的。 1 2 稻壳的研究现状 稻壳是稻米加工过程中数量最大的副产品，我国是世界上最大的农业生产国， 水稻产量很大，各地的稻米加工厂都有大量副产稻壳，资源十分丰富。据统计， 我国年产稻壳3 0 0 0 万吨以上，而且仍有增加的趋势。一方面，由于稻壳堆密度小， 运输、贮存不便：外壳坚硬，难以被土壤消化；营养价值低，不适合作饲料；a 纤维含量少、纤维短，不适合造纸，因此被视为废弃物。这不但是对资源的极大 浪费，在经济上造成巨大损失，而且对环境也造成了很大污染。另一方面，稻壳的主 要成分是半纤维素、纤维素、木质素、s i 0 2 等，因而是一种巨大的可再生资源。 目前的利用途径有“3 ：燃烧、热解、水解、制各含硅化合物、制备建筑材料等， 但真正能够形成规模生产的，能大量消耗稻壳的利用途径并不多，或是经济效益不显著、 增值不大：或是在工艺上、技术上、质量上、环境污染等方面还存在一些问题。研究解 决稻壳的合理利用，开发出稻壳资源化的新工艺，使稻壳变废为宝，是摆在蕃叫门面前的 项意义重大的任务。 1 3 功能性低聚糖的研究进展 近年来国际上掀起了一股功能性食品( 低聚糖) 的热潮，其中尤以日本最为 活跃，欧美等发达国家也加紧了对它的研制。功能性食品的出现给食品工业注入 了全新内容，而生产功能性食品的关键是功能性食品基料( 即生理活性物质) 的制 稻壳中木聚糖的提取和生物降解 备。不少专家学者都认为2 1 世纪将是功能性食品的世纪，食品的功能研究与素材 开发将是下个世纪的重大课题“。 功能性低聚糖因具有独特的生理功能而成为一种重要的功能性食品基料，已 引起全世界的广泛关注1 ，世界各国纷纷投入该领域的研究。各项研究表明，功 能性低聚糖除了具有低热、稳定、安全、无毒等良好的理化特性外，还有促进肠 道内有益菌的繁殖、抑制有害菌生长的独特生理功能。 功能性低聚糖之所以具有生理功能，主要是因为它对人体肠道内固有的有益 细菌一双歧杆菌具有高选择性的增殖作用，从而能有效地抑制人体肠道内其余有 害细菌的繁殖，并碱少有毒发酵产物形成。由于双歧杆菌对氧、力、热、和酸极 其敏感“2 ”3 ，要想直接摄入并使其到达肠道部位是相当困难的，只有通过低聚糖 的高度选择性来增殖双歧杆菌。研究表明1 ，低聚糖作为一种优良的双歧因子， 在抑制腹泻，防止便秘，保护肝脏功能，降低血清胆固醇，降低血压，增强机体 免疫力，抗癌，生成营养物质等方面均有良好功能。更主要的是，功能性地聚糖 很难或不被人体消化吸收，所提供能量值很低或基本没有。因此，功能性低聚糖 特别适用于肥胖病人，糖尿病人和低血糖病人食用。由于该类低聚糖对环境无污 染、体内无残留、生理功能奇特而成为当前研究的热点。 目前，已形成工业化生产规模的低聚糖品种多达十几种，成为功能性食品基 料的一大支柱。主要品种有异构化乳糖、蔗果低聚糖、半乳低聚糖、大豆低聚糖、 异麦芽低聚糖、低聚乳糖、木低聚糖、龙胆低聚糖、琼脂低聚糖、甘露低聚糖及 壳低聚糖等。在日本，功能性低聚糖替代或部分替代蔗糖而广泛应用在饮料、糖 果、糕点、冰淇淋、乳制品及调味料等各种食品上。每年用作保健食品素材的消 费量已在数万吨以上。 获得低聚糖的途径主要有五个：a 从天然原料提取；b 利用转移酶、水解 酶催化的糖基转移反应合成；c 天然多糖的酶水解反应；d 天然多糖的酸水解； e 化学合成。天然植物中主要为高聚合物的多糖，低聚糖的浓度较低，直接提取 低聚糖产品几乎不可能，利用糖基转移合成低聚糖的主要问题在于微生物糖基转 移酶产量较低，且酶稳定性相当差；而化学合成的缺陷在于产品的得率低，成分 复杂，难于分离；酸水解法由于水解速度快而难以控制，且伴有有害物质的生成， 降解产物复杂，精致工艺繁琐，得率低，不适合于工业化生产。因此目前工业上 广泛应用的主要是酶降解木聚糖来制备低聚木糖。酶解制备是利用半纤维素中的 木聚糖酶定向酶解半纤维素，副产物较少，有利于后续工艺中低聚木糖的分离、 东j 转韭大学疆士学袋论文 提纯和精制。从食品工业的角度看，低聚糖作为一种大量使用的功能性基料，必 须考虑刹生产成本，因此，较好的方法是利用生物技术，即酶法水解或酶法转移 来生产镑种低聚糖。 。4 慨聚本麓魏爵究进器 低聚木糖( x y l 0 0 1 i 9 0 8 8 c c h a r i d e ) 是功能能低聚糖的一种，低聚木糖作为一 种附加值高、市场前景看好的功能性食品添加剂，是目前国内外竟栩研究开发的 功能髅低聚糖之一“”。在霞本，本低聚糖拔认海是最有翦途的功能性低聚耱之一 ”，基实瑷工选纯生产并广泛痤蔫，鬟蘩其年产餐注超过1 5 0 0t 。我露蕊聚本糖 的生产翻前还处于研制阶段，尚未有工业忧产黼面市。1 9 9 7 年蔚，许多学者，特 别是江南大学和南京林业大学的多位学者陆续报道了他们关于低聚木糖的研究成 果我国研究。 巍众多凌襞毪低聚糖中，鼹聚本夔其蠢十分突遗魏爨点嚣菱努静变理学缝 葳： 1 ) ，恩著的双歧杆菌增赡能力。低聚木糖有明显的双歧杆菌增殖作用， 而且除脊舂双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌外，大多数肠邋麓对低聚木糖 的程用都魄较差。低聚本貔怒霜翦发琨有效用激最少鲍低聚糖。实验表暖，每天 灵翥强服0 。7g ，2 溺焘大赫释蘸孛熬致竣释麓熬毖镶疑8 。9 增翔到1 7 9 ，忝 拟秆菌( 可能的致病菌) 则从5 2 6 碱少到4 4 4 ；3 周后，双歧杆菌的比例增加 到2 0 2 ，拟杆菌降至3 2 9 。 2 ) 不被消化特性“”。与其他的低聚糖棚比，木二糖在消化系统中最稳定， 不毅漕纯戆拳解，显哉落不缀藏获岛素，霹溪麓悫有诸魏糖爨瘸、耱冀痪襄嚣盘 自旨痣等糁殊入群的需要。冀弧，与某些低聚糖产品含有可消化性攀糖相比，他的 主要伴随成分为木糖，略有特殊气味，具爽口甜昧，也是一种不消化单糖，因此 可不采用色谱分离技术进行分离纯化，普通纯魔的低聚木糖产品就能满足食品加 工的要求，同时又降低了舅产成本。 3 无龋番往8 8 。低浆本糖不戆被强庭内交舜链球蕾等缨菌分解或牯着穗静 单糖如葡萄糖、果糖、半乳糖等，与蔗糖并用时畿阻止蔗糖被龋齿瘸原菌作用而 生成水不溶性的高分子葡聚糖( 牙垢) ，因此无龋齿性并具有抗龋齿性，适合作为 儿童食品的甜昧添加剂。 塑塞堂查壅塑鲤塑娶塑生塑堕塑 4 ) 促进人体对锊的吸收。摄入低聚木糖后，大鼠对钙的消化吸收率可掇 麓2 3 ，体内钙戆缳留攀提高2 t 。因此低聚术糖可馋为开发孕；日、老年食品熟 理想原料。 。 5 ) 稳定稳磐阍。低繁本糖承溶液在p h 2 ，8 。0 熬范溺内，l o o 。c ；疆热1 小时后无明显变化，而其他低聚糖在此条件下稳定性要差很多。因此，低聚木糖 在使瘸中不需撵心其有效成分豹缀失。 6 ) 低聚术糖与食物的配伍性良好。食物中添加少量的低聚木糖，便能体现 国良好瀚傈健效柒。 。5 术聚糖麓的研究进爰 。5 。1 术聚奠氅产生麓种 自然暴中能产生本聚糖酶熬微生物缀多，凰内外对微生物本聚糖酶避行了不 少的研究，近年来己报道从黑曲霉”2 “、海枣髓霉。“、木霉簿真菌和短小芽孢 桴藏胁1 、拔状芽孢抒莹o “等细黧粒链霉壤“”豹壤葵滚中缝纯褥剿本聚糖媾。鉴于 越装真菌产酶的许多特点，例如：具有产生的术聚糖酶胞外酶，便于酶的分离提 取；产本蒙糖酶戆农乎魄一般缨蕴窝酵母墓罄离；可戳冠嚣产焦降簿本蒙糖支键 所需的几种辅助酶等。特别是便于工业化推广及应用，因而人们对丝状真菌研究 鞍多，焚英对丝状囊薤串载兹霉藩积本霉属的磷突3 7 。嘲。下表捌窭了分裂属予麴 檬属和木霉属的术聚糖酶产生菌。 常翊曲霉属、木霉属荣种 属剐藿秘 曲霉属n i g e r 月8 m r f p u l l u l a n s o c f a c e u s4 f i s c h e r i d s p e r g i l u ss p p a ，f u m i 9 8 t u s a f o e t j d u s a o r y z a e a t e r r e u s 爿c 霉属z 五墨掰j 矗斑琢z o n g i b 弗a c h a t u mzv j r j d e 王k o n i n g i i t r i c h o d e r m as p pz p s e u d o k o n i g j j z l i g n o r u m zr e e s e i 根撼不同的应用要求，需要选择不问的木聚糖酶生产菌株。用于选择性降解 本聚糖的本聚糖憋如纸浆漂自用酶，要求不含纤维素酶溅纤维繁酶矮性低：露低 聚木糖譬曼产用酶则要求不含b 一术糖苷酶或b 一木糖瞥酶活性低。由于自然界中 客j 蒋韭夫学硬圭擎健圣鑫文 的木聚糖总是伴随着纤维索的存在而存在的，因而在自然界中只产术聚糖酶或只 产内切术聚糖酶的菌种较少，但确实存在着专一的产生木聚糖酶溅内切木聚糖酶 地微生物。从自然界中筛选是获得( 低) 纤维索酶活本聚糖酶或无( 低) b 一木 糖营酶灞本聚耱酶生产筵戆途径之一。不产黛经维素酶戆本聚赣懿蘩主要楚一些 酵母耱成类似酵母菌的镦擞物，不产生 一木糖苷酶的木聚糖酶胬主要是一些杆 菌，但鼹与丝状真菌相比，它们的产酶水平低。 1 5 2 术聚麓麓系概况 零聚糖酶莛舞解零豢耱半绎维素夔一缱酶豹总豫，它不蹩肇一瓣酶，嚣是一 静多缀分的复合酶系。粮据这些酶的作瘸可将它们分为掰缀：( 1 ) 水解酶 ( e c 3 2 1 ) ，主要包括内切b l ，4 一木聚糖黼( e c 3 2 1 8 ) ，它能将木聚糖主 链在随机地降解短链的术低聚糖：外切- p - 术糖苷酶( e c 3 2 1 3 7 ) ，它作用于 短链的本低聚糖，以外切熬方式从菲还原性采璇将本低聚糖切藏本糖；a - l 孵拉 鑫狭璃糖赘酶( 琶c ，3 。2 ，l 。5 5 ) ，帮麓莓穗醛酸麓( e c 3 ，2 。1 1 ) ，麓分爨脱去取我 在术聚糖主链上的阿拉俯糖基和4 0 甲藻一葡萄糖醛酸熬。( 2 ) 酯酶 ( e c 3 1 1 ) ，主要指能降解木聚糖上木糖单元姆乙酸形成的酯键的酶( 乙酰基木 聚糖酯姆，e c 3 1 1 6 ) ，或者能降解木聚糖上阿拉伯糖侧链残基与鼢酸( 如阿魏 酸或p 一番豆酸) 形成静熬键耱一类酶。 ，5 。3 术聚糖酶的应用 1 ) 在饲料行业上的成用。 饲料中一般含有较多的非淀粉多糖( n o n - s t a r c hp 0 1 y s a c c h a r i d e s ，n s p s ) ， 要包括阿投位木聚糖、登糖浆糖、b 一半乳糖游、果胶、纤维素等。其中前二者 占n s p s 耱3 0 ，因擎霄动魏不戆分簿n s p s ，双褥嫠英戒为一耱撬警葬嚣子。这会 干扰消化酶豹功能和肠道的吸收作用，影响食糜在小肠中滞留，1 掰引起微生物异 常繁殖，造成动物生长受阻、饲料转化率降低。研究结果表明，饲料中如果添加 本聚精酶，就可显著降低阿拉伯木聚糖分子大小，将其分解成较小聚合度的低聚 本糖，从蕊改善饲瓣性能，港除或降低因糖度壤蕊嚣弓 起的抗营养馋鼷。由于饲 辩中一般禽鸯多释藐营养蔽分，掰疆暴燕熬酶一般含有多静酶藏分豹复合酶，麴 一葡聚糖酶、纤维素酶、半乳糖酶等，特别怒8 一葡聚糖酶，它岛术聚糖酶协同 作用，效果非常显著。目前程我国已有一些饲料厂生产木聚糖酶，假仅限于自用， 由于其产凝低，成本高，岽形成产业化。对术浆糖酶等聚糖酶作为饲料添如剂的 应翔效祭瓣萋嚣究较多，毽瓣葵毽纯性屡、终建掇邂、活毪溅定、邋纛添麓量等瑾 稻壳中木聚糖的提取和生物降解 论研究方面还比较薄弱。木聚糖酶在饲料行业的应用面临产量低、成本高、耐热 性及抗酸性酶难以获得等问题，所以亟待运用基因工程和蛋白质工程手段来生产 适于商业化应用的产品。 2 ) 在造纸工业上的应用。 木聚糖酶可作为生物漂白剂用于造纸工业。在化学或机械制浆过程中，大部 分的木质素可从木材或其它粗原料的纤维素纤维中除去，但仍残留3 1 2 ，这 部分残留的木质索会造成纸浆，呈褐色，并降低纸张的强度。“。传统的化学漂白 法是采用酸性漂白剂如氯气、二氧化氯来去掉本质素。这就会使造纸废水中含有 大量的、有毒的、强烈致癌、致畸、致突变的物质，造成环境的严重污染。漂白 技术正向全无氯( t c f ) 漂白方向发展。制浆过程中采用木聚糖酶用作纸浆漂白助剂 处理纸浆，可增加纤维的分离度，显著碱少漂白剂用量并可改善纸张特性”， 并碱少有害废液排放，碱少环境污染，并有利于降低生产能耗。木聚糖酶在造纸 工业中还用于废纸脱墨，使脱墨容易，并可碱少化学药品的用量。 3 ) 在食品工业及其它方面的应用。 木聚糖酶在食品行业的应用，主要体现在它能从棉壳、甘蔗渣、玉米芯等天 然食物半纤维中分解得到低聚木糖。低聚木糖是由2 7 个木糖，以1 3 1 ，4 一糖 苷键连接而成的低聚糖。该糖有良好的生理功能，促进肠道内双歧杆菌数量的增 加，木低聚糖是难发酵性糖，因此不易造成龋齿。另外，用低聚木糖可制成不同 甜度的食品，可代替葡萄糖作为糖尿病人的疗效食品33 1 。木聚糖酶也用在烘烤工 业上。该酶通过与面粉中的可溶性及不可溶性戊聚糖发生反应而提高面筋网络的 弹性，从而改善面团的可加工性及稳定性能，改善面包瓤的组织结构，增大面包 体积。在各种面包加工中，该酶系可以取代乳化剂或与之配合使用。由于该酶系 不含a - 淀粉酶，为获得最佳效果，该酶系应与真菌淀粉酶配合使用。生产低聚木 糖最有效、副产物最少的方法是利用木聚糖酶。因此，木聚糖酶在食品行业的应 用有着巨大的潜力。 1 6 本论文的研究内容和意义和实验总体设计 1 6 1 本论文的研究内窖和意义 由于稻壳本身存在的的一些缺点，被视为废弃物，没有得到充分的利用，这 不但是对资源的极大浪费，在经济上造成巨大损失，而且对环境也造成了很大污染。 东北林业大学硕士学位论文 艇穗壳中食奄1 6 2 2 熬半纤维豢，主爨为本聚糖。因此本实验以稻壳必嚣糖， 铡冬术爨聚耱。主要蕊繇究内褰：( 1 ) 鬃蠹往学戒分分辑。( 2 ) 程竞孛零蘩耱熬 鼹取条锌鹣往纯，主要影稳因素毽臻辘愆鬟、淘液魄、强撵程阉、撼搓溢凌等。 ( 3 ) 黑强霉的诱变及诱交惹酶的性质豹测定，测定了温度，p h 值瀚影响。( 4 ) 木聚糖的酶解，主要研究了木聚糖底物浓度和酶加量的影响。 本实验提高了稻壳的综合利用价值，又解决了环境污染问题。有很好的缎济 效益和社会效益。 1 。8 2 本论文的实验总体设计 稻壳孛本聚糖的提取 浓分鑫霪溅定 获分禽爨测定 术索禽爨测定 多戊糖含量测定等 黑曲霉的诱变及产酶性质的测定 上 厂温度 ip h 值 i对温度的稳定性 l 对p h 值的稳定性 木聚糖的定向酶解，术聚糖底物浓度 l 本凝糖酶戆麓灭量 ；，；，；， 稻竞中木聚耱姆提鼗和生物黪瓣 2 。稻壳化学成分分析 2 。1 裁言 稻壳是稻米加工过程中数量最大的副产品，按重量计约占稻谷的2 0 。醣目前 世界稻谷年产量5 6 8 0 0 万吨计，郡么年产稻壳麴1 1 3 6 0 万吨。我圈1 9 9 6 - - - 1 9 9 7 年 稻谷年产董兔1 5 0 0 0 万吨，年产稻壳约为3 0 0 0 万吨，藩 鸶赛首位。 任何一军孛物痰，簧嗣稽它虢要了解它，就必须露它的戍努进行详细静了解，对 稻壳的裂臻穗是样。稻壳富含纾维素、术矮索、半纤维素( 多缩戊糖) 、二氧证 硅等；旨蕊萃拜蛋鑫震含量裰低。不潜穗区静稻壳困英蘧域数不淘，含塞氇会鸯 些差异。 本实验滚曩飧枣菜粮厂豹裙壳，对其会量测定。 2 2 实验部分 2 。2 。1 赛酸蒜料、仪器及谴剩 1 ) 原料：哈市某粮厂，粉碎筛出4 0 6 0 目的稻壳，备用。 2 ) 实验仪器 1 0 1 - - 2 a 型电热鼓风千燥箱( 天津市泰斯特仪器有限公司) 、箱式电阻炉( 天 津市天宇实验仪器有限公司) 、h h s - - 恒温水浴锅( 沉苏盒坛市医疗器械厂) 、s h b - - b 9 5 型循环承式多踊真空泵( 郑州科工贸有限公司) 、电子天平( 沈阳龙腾电子 称量仪器有限公司) 、徽鼙植街试祥粉碎祝( 河乳黄骅齐家务科学仪器厂) 、8 4 1 i 登奄动震筛橇( 梳掰麓天纯仪器厂) 、s h z - - 8 2 a 恒澈振荡器( 常州国牮电器有陵 公司) 、离心梳( 上海安亭科学仪器厂) 、索氏摘提嚣、糠醛测定嚣 3 ) 药晶： 乙醇、醋酸镁、基氧化镳、苯、臻酸、硫代蘸羧镳、谈纯镲、淀粉、食盐、 溴化钠、溴酸钠、亚筑酸锻、冰醋酸、硝酸等。 2 2 2 赛验方案 1 ) 水分含爨的测定 测定方法是根据试样农1 0 5 _ _ + 3 。c 烘于至恒爨历失去熬重燮嚣求褥的。 9 东北林业大学硕士学位论文 精确稼取s 霹( 壤确至0 + 0 0 0 1 9 ) 粉褡稻麦试睇予洼净袋子逐重戆疯影称耋 瓶中，在1 0 5 3 c 烘干4 h 。将称量瓶取出移入干燥器中，冷却0 5 h 眉，称量。 反笈进行，嶷至恒重为止。 同靖进行两次铡逡，取其算术平均值作为测定结果。要求准确至小数点后第 二位。两次测定的计算值间误差不应超过0 2 ( 以下数据处理计算要求相同) 。 等：垡二曼l o o g 一g g 瘸形称量簸霎( g ) ； g ，扁形称量瓶与试样在烘干前的堂爨( g ) ； g f 一扁形称量瓶与试样在烘干后的重爨( g ) 。 2 ) 。获分含量的测定 测定方法是将试样燃烧和灼烧后，称其矿物性残渣的重量。 摹类覆糕获分鸯鸯铰多二氧纯硅，在燃烧藏获势荔熔簸缝裁块凌物，致黑色 炭素不易烘尽，则应采用下列方法测定。 糖确称取2 3 9 ( 称准至0 。0 0 0 t g ) 粉醛试撑，鬟予预先筑灼烧舞已壤重懿磁 坩锅中( 同曰寸另称取试样铡水分) 。用吸移管吸取5 m l 醋酸镬乙醇溶液( 溶解 4 0 。5 9 m g ( a c ) 俎h 。0 于5 0 m l 蒸馏水中，加入9 5 化学纯乙醇稀释至1 0 0 0 m l ) 注入 萁孛，滔镑丝仔缨搅黧楚群鑫全部被湿润，洗下铂黧活着静样品，徽火蒸干并炭 化眉，移入高温炉中，在不超过6 0 04 c 温成下灼烧黧灰渣中无熙色炭素弗恒重为 止。 同时做空白实验，吸取5 m l 醋酸镁己醇溶液予另一恒重的磁坩锅中，微火 蒸于，移入麓滠炉灼烧囊恒重。 灰分含鏊按下式计算，以酉分数表示： 灰分( ) = 磊g 磊i 一6 丽2 l 。o 卜风干试样重( g ) ； g ；灰渣熬藿( g ) g r 空白试验残渣爨( g ) ： 卜水分食蹙( ) 。 3 ) 隶秘漱物含量熬溺定 测定方法是用水处理试样，然后将抽掘后的残渣烘干，从而确定其被抽出物 熬含爨。 稻壳中术浆糖的提取和生物降懈 ( 1 ) 冷窳麴密耪含量灏定 精确称取约2 9 ( 称准至0 0 0 0 i g ) 试样( 同时搦称取测定水分) 予浩净光滑 的纸上，然飚仔细将其移入容爨5 0 0 m l 锥形瓶中，加入3 0 0 m l 蒸馏水，鬣于恒温 水浴中，保持温度为2 3 2 ，加藏放置4 8 h ，并经常摇荡。用倾斜法滤缀已恒重 靛i g 。玻璃滤嚣；爱蒸镄零洗涤残渣及锥形瓶著将獠瘀残渣全部魏入滤撩串，继 续洗涤至洗液嚣色君，再多洗涤2 3 次。蔽干滤液，用蒸馏求洗涤滤嚣箨部。移 入烘箱，于1 0 5 3 c 烘干至恒熏。 冷水抽出物含量( x ) ，以浅示，按下式计算： g 玻璃器重( g ) ： g 。带有残渣的玻璃滤器烘干后重( g ) ； g 广风干试样重( g ) ； 鞯试襻承分( ) 。 ( 2 ) 热水抽出物含量的测嫩 精确称取豹2 9 ( 称准至0 0 0 0 1 9 ) 试样( 同时舄称取测定水分) ，仔细穆入容 量2 5 0 m l 锥形瓶中，加入2 0 0 m l 水，装上冷凝管，霹沸水浴中煮沸3 h ，并经常摇 荡。用倾斜法滤经已恒重i g ：玻璃滤器，用热蒸馏瘩洗涤残渣及锥形糕内残渣全 蠢洗入滤器审。继续洗涤无卺鑫，移入溪箨，予1 0 5 + _ 3 。c ，貘于至毽熏。 热水抽出物含量( x ) ，以淡示，按下式计算： 量：堑望盥：生! ! q 0 0 0 w ) g 玻璃滤器重( g ) ； g ，带有残渣的玻璃滤器烘干后重( g ) ； g z 风于试样重( g ) ； 卜试样承分( ) 。 l o o ) t n a o h 嵇出秘的瓣定 测定方法艇用l n a o h 溶液处理试样，经洗涤烘干后，从而确定熊被抽出 物的含量。 东北林业大学磷士学位论文 辕臻豁取终2 9 ( 称雍至0 。0 0 0 1 9 ) 试撵敖入法净于臻豹容量3 0 0 m l 豢形鹱巾， 壤确宓羹入i o o m l1 n a o h 滚滚，装上冷凝嚣滚管，至漭拳浴孛舞熬l h ，焱鞠热 过程中，每疆l o 、1 5 、2 5 分铮摇荡一次，等规定时丽到达螽，取出锥形瓶，掰倾 斜法滤经已恒重的i g ：玻璃滤器。溺濑水洗涤残渣及锥形瓶数次，最后将锥形瓶 中残渣全部洗入滤器中，水洗至无碱性麟，再用5 0 m l 醋酸溶液( 1 ：3 ) 分两三次 洗涤残渣。用冷水洗至无碱性为止，移八烘箱中，于1 0 5 3 c ，烘干至恒黛。 l n a o h 抽出物含量( x ) ，以淡示，按下式计算： lg 2 ( i o o - w1 一( g l _ g ) 扣 肛堕 ! 竺!：= 。l o g 一一 l v v g 2 0 0 0 一炒) g 瑗璃滤器重( g ) o g ，謦畜残渣豹渡璃滤器烘干后重( g ) ； g 2 _ 一风干试样重( g ) ； w 试样水分( ) 。 5 ) 苯醇抽出物含量的测定 测定方法是用苯醇混合液抽提试样，称量不挥发的残渣量。苯醇抽出物包括 原料中所含有的树脂、蜡及脂肪以及一嫩乙醚不溶物如单宁及色素等。 糟确穗取2 3 9 ( 稿准至o 0 0 0 1 9 ) 试祥，矮颈先经苯酵混会滚撼掇静滤纸镰 好。霪予索秃整撵嚣中，热入苯筹瀵会滚，至趣遂英溢流瘩乎，装上冷凝器。敖 在承浴孛，捶疆滚每，j 、对约褥繇不少予4 次，籀提6 h 。摇撵完毕蓐，簸麴箍赣中 取爨盛有试样镌纸包，回收一部分瀑粼。 取下底瓶，将其内容物移入已燃干憾霞的高形瓶中，并用苯醇混合液漂洗3 4 次，将称量瓶置水浴上，小心地加热以蒸去多余的溶剂。最后擦净称量瓶外部， 餐予烘箱中，于1 0 5 3 ，烘干至憔黧。 苯醇抽出物含量( x ) ，以表示，按下式计算 x ：( g l - g ) x 1 0 0 1 0 0 g 2 ( t 0 0 一1 卜褰影瓶重 g ) ； g ，裹影藏连麓毫貘予羧众物蓬( g ) ； g z 风于试样重( g ) ； 稻壳中木聚糖的提取和生物降解 卜试样水分( ) 。 注：抽提完毕，如发现抽提液滤入称量瓶中，再用少量苯醇混合物分次漂洗底瓶及滤纸。 6 ) 木素含量的测定 用7 2 硫酸水解已用苯醇抽提过的前原料试样，从而定量地测定其残余物 ( 木素) 量。即克拉桑木质素。 木材中的碳水化合物在硫酸的作用下发生水解而溶出，只需定量地测定其残 余物，即测得酸不溶木质素含量。 精确称取i g ( 称准至0 0 0 0 1 9 ) 试样。用定性滤纸包好，放入索氏抽提器中， 加入苯醇混合液，置沸水浴抽提6 h 。将试样取出风干，解开滤纸包，仔细将其刷 入容量1 0 0 m l 锥形瓶中，加入预先冷至1 2 1 5 的7 2 的硫酸1 5 m l ，塞紧瓶塞， 摇荡1 分钟，1 8 2 0 保温2 5 h 并经常摇荡锥形瓶内容物。 到达时间后，将锥形瓶内容物移入容量1 0 0 0 m l 烧瓶中，然后加水稀释至酸 浓度成为3 。加入蒸馏水的量，包括吹洗所用水在内，总体积为5 6 0 m l 。回流煮 沸4 h 。用已恒重的紧密滤纸过滤，再用热蒸馏水洗涤，至b a c i 。溶液不出现浑浊 为止。将滤纸连同残渣移入称量瓶中，置于1 0 5 ( 2 烘干。 将已恒重的带有残渣的滤纸移入已恒重的磁坩埚中，灼烧至滤纸全部灰化。 再置入高温炉中，在不超过6 0 0 c 温度下灼烧至灰渣中无黑色碳素，并恒重。 木素含量( x ) ，以表示，按下式计算 z ：( g i - g ) x 1 0 0 1 0 0 一( g 3 - g 4 ) x 1 0 0 1 0 0 g 2 0 0 0 一彤)g 2 ( 1 0 0 一矽) g 玻璃滤器重( g ) ； g - 盛有烘干后木素的玻璃滤器重( g ) ： g f 一风干试样重( g ) ； g 。灼烧后磁坩埚连同灰分重( g ) ； g 一磁坩埚重( g ) ； 卜试样水分( ) 。 7 ) 多戊糖含量测定( 二溴化法) 基于1 2 的盐酸溶液加热时处理木材或草类原料试样，使其中戊蒙糖转化为 糠醛，并用容量法测定蒸馏出来的糠醛量，根据糠醛的量来推算戊聚糖的含量。 ( c 5 h 2 0 4 ) 。+ n 日2 0 _ n c 5 h 1 0 0 5 壅j ! 签些丕堂堡主堂壁塑苎一一 嘴i 一渊。 。i 一。夕。 掣p ，等等 精确称取一定量试样0 5 9 ，( 称准歪0 0 0 0 t g ) 予容量5 0 0 m l 匿嶷烧瓶中，鸯珏 入l o g 氯纯钠，加入l o o m l1 2 h c i 溶液，安装糠醛测定器，控制蒸馏速度为每 l o m i n 馏出液为3 0 m l 。馏出3 0 m l 馏如液，即从滚滚漏斗中龆入3 0 m l l 2 h c t 于 烧瓶中。蒸馏剿糠醛全部馏出为止。 蒸馏完毕艨，将馁出滚移入容量为5 0 0 m l 鲍容量糕中，激1 ：3 塞紧，震少量 1 2 h c i 漂洗量筒两次，然后加入1 2 h c l 至其刻度。 焉吸簧鑫寮量瓶中吸取2 0 0 r a l 键密渡予容燕1 0 0 0 m l 瘗盛璇塞黪镶影蕊孛，魏 入2 5 0 m l 碎冰。当溶液降至o c 时，用吸移管凇确吸2 5 m l 溴化钠一溴酸钠迅遮塞 紧瓶塞，放鬟戆处埝兔5 分锌，溶液瀵度保持在0 。 时间到后，加l o m ll o k i 溶液于锥形瓶中，摇匀放置5 分钟，用0 1 n n a s ：0 3 拣准溶滚滚定辚爨豹簇，燕久2 3 m l o 。5 潞窿粉溶滚，滂定至蘸色遥去。 另吸取2 0 0 m i l 2 的h c l ，进行空自试验。 多缀茂糖含量 x ) ，戳表示，按下式诗舞： x _ ( k - v d o 0 4 s “n “s o o 1 0 0 l 2 0 0 g 0 0 0 酽 戊聚糖一糠醛1 3 8 0 ，0 4 8 与i m l0 1 m o l l 硫代硫酸钠标准溶液相当的糠醛量； v 。空白试样时所耗用的0 。1 nn a = s 。o z 溶液量( m 1 ) ； v ，一样品滴定时所耗用的0 i nn a 2 s ：o ：溶液量( m 1 ) ； g 一风干试样重( g ) ； 卜试样水分( ) ； n n 如s 。0 。标准溶液螅当爨浓度； i ，3 8 多戊糖只有7 3 转化为糠醛的换算因数。 8 ) 综纤维索含量的测定 羁鼹氮酸钠处理已撼密挺鼹蕊试撵滁去箕中兹本素。钛蓑定量邃灏定残警物 的量。 苯醪舞取爱瓣试群2 9 ，移入容量2 5 0 r o b 锥形瓶孛，麓入6 5 m l 蒸缮农，1 0 滴 ( o 5 m l ) 冰醋酸及0 5 9 亚氯酸钠，摇匀，在7 5 恒温水浴中加热1 h 。加热过程 稻壳中木聚糖的提取和生物降解 中，应经常旋转并摇动锥形瓶，1 h 后再加入l o 滴冰醋酸o 6 9 亚氯酸纳，继续在 7 5o c 水浴中加热1 h 。重复进行，直至试样变白。木素含量在2 4 为止。 将锥形瓶取出，水中冷却。用已恒重的i g 。玻璃器过滤，洗涤至洗液不呈酸 性为止。用丙酮洗涤三次。滤器移入烘箱，于1 0 5 c 烘干至恒重。 草类原料，将恒重的盛有综纤维素的玻璃器量入一较大的磁坩埚中，移入高 温炉，升温至5 0 0 5 5 0 灼烧，直至残渣全部灰化并恒重为止。 综纤维素含量( x ) ，以表示，按下式计算： x ：( g , - g ) x 1 0 0 。1 0 0 一坠二鱼型塑。1 0 0 g 2 0 0 0 一矿)g 2 ( 1 0