玉米芯木聚糖的提取及特性研究

金显春

(河南农业大学理学院，河南 郑州 450002)

木聚糖是半纤维素的主要成分，是植物界第二多的生物聚合物[1]，玉米芯则是天然的木聚糖储库。我国每年约产玉米芯0.4亿t[2]，目前利用率仅10%～15%[3]，大部分被就地燃烧。如何有效利用玉米芯一直是国内外学者关注的问题。

木聚糖对人体有诸多有益作用[4～6]：如增殖双歧杆菌、膳食纤维脱毒、消炎、促进有丝分裂。玉米芯木聚糖分为两大类，即水溶性木聚糖(ws-X)和水不溶性木聚糖(wis-X)，两者在结构上的差异主要体现在分支程度和侧链取代基的不同[7]。wis-X的一个重要特征是在胃及小肠处能保持原形，不被降解，但在盲肠的厌氧菌作用下却可降解，因此，有望作为盲肠靶向给药的载体[5，8]。

目前，关于玉米芯木聚糖的研究主要集中在其提取，其特性的表征以及在医药中的应用则鲜见报道，而该类木聚糖的特性对于其在制药领域作为施药剂或用于盲肠靶向给药研究极具价值。为此，作者以玉米芯为原料提取其中的水不溶性木聚糖，研究了其红外光谱以及多方面的物理特性。

1 实验

1.1 原料及试剂

玉米芯，河南安阳，粉碎后备用。

次氯酸钠、NaOH、乙酸、甲醇、异丙醇。

1.2 方法

参考Garcia等[1]的提取方法并略作修改：500 g玉米芯与水按质量比1∶20放入烧杯中，搅拌24 h，然后加入1.5%(体积分数)的次氯酸钠氧化除杂，再加入4%NaOH溶液提取5 h。碱提物用0.2 mol·L-1乙酸中和后加入甲醇进行沉淀，沉淀用甲醇和异丙醇洗涤，过滤后冻干。

1.3 测试表征

1.3.1 FTIR、形态以及粒径分布

采用KBr压片法，用Nanometrics QS-1200型红外光谱仪进行光谱分析；用SX-40型扫描电子显微镜进行形态分析；用CAMSIZER型多功能粒径分析仪测定粒径分布。

1.3.2 流动性分析

堆积密度、振实密度、压缩指数、Hausner比率以及安息角的测定参见文献[9]。

2 结果与讨论

2.1 木聚糖的提取

木聚糖的提取受多种因素的影响，经正交实验得出了1.2所述提取条件，木聚糖得率18.9%，低于舒国伟等[10]的提取率。这可能是因为引入了除杂以及醇沉两步操作。

2.2 红外光谱分析(图1)

图1 玉米芯水不溶性木聚糖的红外光谱图

参见文献[11～14]，所提取的玉米芯水不溶性木聚糖FTIR解析如下：3412 cm-1处的强宽峰为与极性基团通过分子内或分子间氢键而键合的-OH的伸缩振动峰；3412 cm-1和1168 cm-1处的中强伸缩振动为糖苷键的特征峰，其中1168 cm-1处的伸缩振动是半纤维素中CC、COC引起的；2920 cm-1处的中强峰为-CH2-和-CH3的伸缩振动峰；1638 cm-1处的中强尖峰为吸附水的HOH伸缩峰；1642 cm-1处的中强峰为结合水的HOH伸缩峰；1462 cm-1处的中强峰为-CH2-的伸缩峰；1380 cm-1处的中强峰为C-O对称伸缩振动峰、COO-不对称伸缩振动峰、酚-OH面内弯曲振动峰；1050 cm-1处的中强峰为半纤维素的C-O弯曲振动峰；900 cm-1处的强尖峰为半纤维素中典型的β-糖苷键异头区存在的表现。

2.3 流动性(表1)

表1 玉米芯水不溶性木聚糖粒子流变学特性

压缩指数和Hausner比率虽然经常用来初步表征粒子的流动性，但仅是一种间接测量。据Wells[15]报道，如果Hausner比率<1.2，表明粒子流动性好，而如果该值≥1.5，则说明该类粒子流动性差。安息角则是直接表征粒子流动性参数，一般来说，安息角越大，流动性越差，安息角大于30°说明粒子间存在内聚性。所提取玉米芯水不溶性木聚糖的安息角为41.02°，即流动性较差，这可能有两方面的原因：粒子形状不规则；表面粗糙。

2.4 形态以及粒径分布

所提取的玉米芯水不溶性木聚糖的电镜扫描图见图2。

图2 玉米芯水不溶性木聚糖电镜扫描图

由图2可知，木聚糖以聚集和非聚集不规则形态存在，表面粗糙。

玉米芯水不溶性木聚糖的激光衍射粒径分布见图3。

图3 玉米芯水不溶性木聚糖的粒径分布

由图3可知，所提木聚糖的平均粒径约为30.5 μm，由积分面积可知90%、50%和10%粒径分别小于64.8 μm、22.5 μm和7.5 μm，粒径均匀分布在平均粒径左右，并呈单峰。

粒径、形态是设计诸如生物医药类移植材料、压片剂等医学材料的重要特性。众所周知，对于固体剂型来说，辅料的粒子特性、药物的组成，会影响药物的脆-韧转变特性、包装特性以及压片性能。粒子形态、特征固然与提取方法密切相关，会影响粒子的堆积密度和湿度，同时，也会影响其复水性和挥发性。

3 结论

(1)FTIR光谱可有效表征玉米芯水不溶性木聚糖的形态结构。

(2)所提取的玉米芯水不溶性木聚糖粉末密度低、流动性较差，不适于应用到固体剂型中。但是，有望作为盲肠靶向给药的辅料。

(3)关于该类木聚糖在医学领域的应用有待进一步研究。

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