酸水解玉米芯制备L-阿拉伯糖晶体初探

 李玉邯1，2，陈宇飞2，杨柳2，王维坚2

 1．吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室（长春130062）；2．吉林工商学院食品工程学院（长春130062）

摘要以玉米芯为原料，通过酸水解、微生物发酵除杂、重结晶等步骤制备L-阿拉伯糖晶体的方法。用浓度为6%的H2SO4溶液在100 0C下使玉米芯水解2.5 h，再在水解液中接入球拟酵母菌30℃下发酵3 d，除去葡萄糖和木糖。最后，经活性炭脱色和离子交换树脂脱离子后，浓缩发酵液，重结晶制得1.03 g L-阿拉伯糖晶体。

关键词L-阿拉伯糖；玉米芯：酸水解

  L-阿拉伯糖(L-Arabinose)是一种新型的低热量甜味剂，具有抑制人体肠道内蔗糖和葡萄糖转化酶活性的作用，还有制约蔗糖和葡萄糖转化为糖原被肝脏吸收等功能，现已被美国食品药品监督管理局批准列入健康食品添加剂。目前，L-阿拉伯糖的获得主要还是通过植物提取的方法，其中酶、微生物选择性分解含L-阿拉伯糖的植物组织及微生物选择性吸收分解后的杂糖的提取方法更有利于L-阿拉伯糖的工业化生产。

 Hiromi T．等用木聚糖酶直接水解甜菜粕，制得了L-阿拉伯糖。Loeza-Corte J．M．等利用天然酶水解牧豆树胶来制备L-陋J拉伯糖。李道义等利用微生物法研究了酵母菌发酵玉米皮酸水解液制备结晶L-阿拉伯糖的工艺。邹鸿菲等利用微生物分离玉米皮水解液中的杂糖，成功制备了L-阿拉伯糖。虽然都成功制备了L-阿拉伯糖，但牧豆树胶、玉米皮、阿拉伯胶等

原料较少，不适宜工业化大规模生产，也不能满足市场需求。

 作为农副产品的玉米芯中纤维素含量为32%N36%，半纤维素的含量为35%～40%，且价格低廉，广泛易得，是提取L-陋J拉伯糖的优良原料。然而，利用玉米芯制备L-阿拉伯糖的研究却很少报道，仅徐艳丽等从提取木糖醇后的玉米芯废液中进行单糖的提取，制备L-阿拉伯糖。

 以玉米芯为原料直接用稀硫酸水解，再利用酵母菌发酵除去水解液中的主要单糖葡萄糖和木糖，最后经活性炭脱色和离子交换树脂脱离子后重结晶，得到纯的L-阿拉伯糖晶体。

1  材料与方法

1.1材料与试剂

 玉米芯，市售；L-阿拉伯糖标准品：山东协力生物科技有限公司；H2SO4、CaCO3，分析纯：北京化工厂；球拟酵母（Torulopsis）：吉林工商学院食品与工程学院实验中心；酵母菌种子培养基：10 g/L酵母浸粉、20 g/L蛋白胨、20 g/L葡萄糖。

1.2仪器

 核磁共振仪：德国BrukrAvanceⅢ；紫外分光度计。

1.3方法

1.3.1  玉米芯稀酸水解液的制备

 玉米芯干燥，粉碎后过60目筛。称取100 g干燥粉碎后的玉米芯加入到1 L浓度为6%的H2SO4溶液中，搅拌均匀，升温，在100 ℃反应2.5 h。反应完全后，冷却至室温，缓慢加入CaCO3粉末调节pH至5，过滤，得到玉米芯稀酸水解液。

1.3.2玉米芯酸水解液的发酵

方法培养所需的菌种液并接入到装有30 m L玉米芯水解液培养基的250 m L三角瓶中，30℃150 r/min摇床发酵培养。每隔24 h取样，采用薄层层析法( TLC)检测发酵液中各单糖含量。

1.3.3重结晶制备L-阿拉伯糖结晶

  将发酵后的玉米芯水解液离心，取上清液浓缩，再用活性碳脱色，过滤，去除活性炭。离子交换脱离子后在55℃下加热浓缩至过饱和，加入适量乙醇，冷却至室温，向溶液中加入少许L-阿拉伯糖晶种，静置结晶。

1.3.4分析与测定

  单糖的定性分析采用薄层层析法( TLC)，薄层层析检测条件：薄层板采用硅胶板；展层系统采用V（乙腈）：V（水）=80：20；显色剂为5%硫酸甲醇溶液。定量分析采用显色剂法（紫外分光光度计法），核磁共振检测晶体化学结构。

2结果与分析

2.1  L-阿拉伯糖标准曲线的绘制及其含量测定

  准确称量L-阿拉伯糖样品5g，加入少量水溶解后转移至50 m L容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，摇匀，配制成浓度为100 mg/m L的L-阿拉伯糖溶液。再分别移取1，2，3，4，5和6 m L该溶液于10 m L容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，配制成浓度分别为10，20，30，40，50和60 mg/m L的样品溶液。每个样品溶液吸取1mL与试管中，再向其中加入3，5-二羟基甲苯一三氯化铁显色剂4 m L，摇匀，在沸水中加热30mm，再迅速在冷水中冷却至室温，在665 nm处测吸光度。以样品浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制工作曲线。图1显示了L-阿拉伯糖的标准曲线。

  从水解液或发酵液中吸取1 m L待测液于试管中，再向其中加入3，5-二羟基甲苯-三氯化铁显色剂4 m L，摇匀，在沸水中加热30 min，再迅速在冷水中冷却至室温，在665 nm处测吸光度。再根据标准曲线计算出待测液中L-阿拉伯糖的含量。

2.2玉米芯水解液的制备

  根据报道，选择水解条件为：硫酸浓度6%、水解温度100℃、水解时间2.5 h，硫酸水解玉米芯后，TLC分析表明其糖的组成以木糖、葡萄糖和L-阿拉伯糖为主。显色剂法测得水解液中L-阿拉伯糖的含量为13.1 mg/m L。

2.3玉米芯水解液发酵除去杂糖

 球拟酵母菌经活化培养后以体积分数10%的接种量接入装有30 m L玉米芯水解液中，150 r/min摇床发酵培养，每隔24 h取样，采用TLC法定性分析发酵液中单糖成分，采用显色剂法检测发酵液中L-阿拉伯糖的含量。图2显示了发酵液中不同单糖含量随发酵时间的变化。由图可知，发酵1d之后基本能将葡萄糖完全消耗，在发酵3d后也基本将木糖消耗完全，发酵4d后已检测不到木糖的残留。而在发酵的前3d酵母菌消耗L-阿拉伯糖的速率较慢，发酵3d后对L-阿拉伯糖的利用速率明显加快，这是由于发酵液中的木糖在发酵3d后已基本没有剩余，L-阿拉伯糖是发酵后期唯一可以利用的丰富碳源。试验表明，发酵3d，酵母菌可将葡萄糖和大部分木糖消耗，仅消耗少量L-阿拉伯糖。因此，选择发酵时间为3d，发酵后，发酵液中L-阿拉伯糖的含量为12.1 mg/m L。

2.4  L-阿拉伯糖晶体制备

  将发酵后的糖液活性碳脱色和离子交换树脂脱离子后真空浓缩至过饱和，再将其加入到适量的无水乙醇中，静置过夜后有晶体生成。抽滤，用乙醇溶液冲洗晶体后干燥，共得到1.03 g晶体，核磁氢谱(1HNMR)显示晶体为L-阿拉伯糖结晶（图3）。

3结论

  从农产品废弃物玉米芯中水解得到含L-阿拉伯糖的水解液，再利用特异性酵母菌发酵的方法有效地除去了玉米芯水解液中的葡萄糖和木糖，得到以L-阿拉伯糖为主的发酵液。然后经脱色、脱离子、浓缩、结晶等步骤制得L-阿拉伯糖晶体。