作者：郑晓敏
从我国对花生壳的利用情况来看，除少量作为粗饲料外，大量的花生壳被烧掉或白白扔掉，造成了巨大的资源浪费。因此，寻找新的花生壳利用途径具有重要的经济和社会意义。
花生壳中含有20%左右的戊聚糖，通过酸水解的方法可将其中的木聚糖分解为木糖[2]，含有木糖的水解液可直接通过生物发酵法将木糖转化为木糖醇、乳酸等高附加值化合物[3-4]，也可通过生化分离手段将木糖分离出来后应用于医药、食品及化工等工业部门中。因此，探索和开发新的花生壳利用途径具有重要的经济价值和社会价值。
1材料与方法
1.1试验材料及试剂
花生壳：市售具壳花生的外壳；硫酸、3，5--硝基水杨酸、重蒸酚、酒石酸钾钠、氢氧化钠等化学试剂，均为市售分析纯。
1.2试验仪器与设备
不锈钢反应釜（KH-500 mL）：上海凌科实业发展有限公司；紫外-可见分光光度计( 754)：上海成光仪器有限公司；分析天平( AL104)：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；电热鼓风干燥箱（DGG-9246A）：北京恒泰丰科实验设备有限公司；高速粉碎机（FW-80）：北京中兴伟业仪器有限公司；标准分样筛：浙江上虞市道墟路达仪器厂。
1.3试验方法
1.3.1花生壳预处理
将干燥、无霉变的花生壳用清水洗干净，在沸水浴中煮30～60 min后，滤掉水分，于105℃鼓风干燥箱烘至恒重，然后用小型粉碎机粉碎至不同大小的粒度，贮存于干燥器中备用。
1.3.2试验方法
精确称取预处理后的花生壳15g，与稀硫酸按1：10(g/mL)的比例加入到反应釜中，设置好反应温度和时间。反应完成后，自然冷却，过滤分离反应残渣和液体，并收集木糖水解液、测定水解液中木糖的浓度，计算木糖产率，以确定物料粒度、硫酸浓度、水解温度及水解时间对木糖产率的影响。最后，选取对木糖产率影响较大的因素作为影响因子，设定合的
水平，应用响应面法优化水解条件，最终确定从花生壳中制备木糖的最佳工艺。
1.3.3木糖测定方法
花生壳水解液自然冷却后，取适量在10 000 r/min的转速下离心10 min，用蒽酮比色法[5]测定木糖的浓 度。木糖产率按式(1)计算：
木糖产率=木糖总量(g)／花生壳质量(g)×100% (1)
2结果与讨论
2.1单因素试验
2.1.1 物料粒度对木糖产率的影响
结果表明，花生壳粒度在40~80目时，应用2%的硫酸以1：10( g/mL)的料液比，在120℃的温度下水解5 h后，花生壳木糖的产率变化不大（图1）。考虑到设备投资及耗能问题，选择花生壳粒度为40目进行水解。
2.1.2硫酸浓度对木糖产率的影响
图2表明，在水解过程中，随着硫酸浓度的增大，木糖产率逐渐提高，当浓度达到3%时，产率达到最大；进一步提高硫酸浓度，木糖产率并没有随之提高，反而有所降低。这是因为，在较高的硫酸浓度下，水解的副反应增多，水解生成的单糖进一步发生化学反应，生成糠醛、羟甲基糠醛和酚类化合物等物质，从而使木糖的产率降低。此外，硫酸浓度越高，水解液的颜色越深，这为木糖的后续提取工作带来了不便，因此，在提取木糖时应将硫酸浓度控制在3%以内。
2.1.3水解温度对木糖产率的影响
在相同的水解时间内，提高水解温度可明显加快水解反应速度，提高木糖的产率。但是，当水解温度提高到120 0C以上后，木糖发生进一步化学反应，使水解液颜色逐渐变深，同时降低了木糖的产率(图3)。此外，在较高的温度水解，耗能也相应增加，所以控制一个合适的水解温度是十分必要的。
2.1.4水解时间对木糖产率的影响
由图4可以看出，在相同反应条件下，随着水解反应时间的延长，木糖产率随之提高，在反应进行5 h时达到最大值(9.85%)，继续延长反应时间，木糖产率基本保持稳定，但在反应7 h后，木糖产率有所降低，可能是因为木糖产生焦化或聚合反应而引起的。因此，在水解花生壳制备木糖的过程中，应控制水解反应时间在7h以内。
2.2响应面设计结果与分析
2.2.1数学模型的建立与显著性分析
在单因素试验中发现，除花生壳粒度外，硫酸浓度、水解温度和水解时间对木糖产率影响均较大，因此应用响应面法对该三种因素进行优化。响应面试验方案的因素水平见表1，按照响应面试验方案进行试验，试验结果见表2。
对照表2的设计方案进行试验，将得到的数据采用Design Expert 8.0软件进行多元回归拟合，得到关于水解花生壳木糖产率对硫酸浓度、水解温度和水解时间的二次多元回归方程：木糖产率=-323.98+2.49A+5.47B+0.49C-0.02AB+0.11AC+0.002BC-0.26A2-0.02B2-0.09C2。
通过对回归模型的分析（表3）可得出，模型P=0.000 2<0.01，表明该回归模型达到了极显著水平，说明应用该方法进行试验是完全可靠的。该模型失拟项p=0.061 7>0.05，表明失拟项不显著，即失拟项与纯误差没有显著差异，模型预测值与实际值拟合较好。该模型的R2=0.970 3，
=0.932 2，变异系数为1.04，说明模型拟合程度比较好，试验误差小，可
用该模型分析和预测花生壳在不同水解条件下木糖的产率。由回归分析结果还可得知，在所选的各因素水平范围内，对木糖产率影响大小排序顺序为：水解温度>水解时间>硫酸浓度；方程中B、C、A2、B2对木糖产率的影响极显著，AC对木糖产率的影响显著，这表明各个影响因素与响应值不是简单的线性关系，二次项和交互项对木糖产率率也有影响。
2.2.2各因素交互作用的响应面分析
在响应面图中，等高线的形状直接反映出了不同因素交互作用的大小，当等高线为椭圆形时，说明两因素交互作用显著，而等高线为圆形时，两因素的交互作用较小；此外，等高线排列的密集程度，也是各因素变化对结果影响的直观反映[6-7] 。根据试验回归分析结果，做出相应的等高线和响应曲面图，如图5～7所示。其中，图6响应面图的等高线相对比较密集，说明硫酸浓度和水解时间的交互作用对水解花生壳木糖产率具有显著的影响；此外，图5～7中的各个响应曲面均为凸面，表明该模型在试验范围内存在稳定点，且稳定点为最大值。
2.2.3验证试验
由软件自动分析可得，当硫酸浓度为2.09%，水 解温度为121.58 0C，水解时间为4.88 h时，水解花生壳所获得的水解液木糖产率最高，达到10.34%。为方便实际操作，选取硫酸浓度、水解温度和水解时间分别为2.1%、121.5 0C和5h，在此条件下验证模型预测的准确性。验证结果表明，3个平行试验中木糖产率的平均值为10.12%，与理论预测值相符。由此可得，应用响应面法对水解花生壳制备木糖的水解条件优化是可行和准确的。
3结论
在单因素试验的基础上，利用响应面分析软件优化了以花生壳制备木糖的酸水解条件，构建了硫酸浓度、水解温度和水解时间三个因素的二次多项式回归模型。由该模型得到的优化水解工艺参数为：硫酸浓度为2.1%，水解温度为121.5℃，水解时间为5h，在此条件下，水解花生壳得到的木糖产率为10.12%，与理论值基本相符。因此，利用响应面分析方法对酸水解花生壳制备木糖的水解条件进行优化，可获得最优的工艺参数，这为进一步的试验研究鉴定了基础。
4摘要
以花生壳为原料，应用酸水解法制备木糖并对制备工艺进行优化。在单因素的基础上，应用响应面法考察了硫酸浓度、水解温度和水解时间对花生壳木糖产率的影响，并确定了最佳水解工艺。结果表明，在花生壳粒度为40目，硫酸浓度为2.1%、水解温度为121.5℃、水解时间为5h的条件下，水解花生壳获得的木糖产率得到显著提高， 达10.12%。由此可见，应用响应面法优化酸水解花生壳制备木糖的工艺，是一种行之有效的方法。
