酸枣核壳木糖制备工艺研究

施欢贤，张严磊*，唐志书，宋忠兴（陕西中医药大学 陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西省中药基础与新药研究重点实验室，陕西 咸阳 712083）



酸枣核壳木糖制备工艺研究

施欢贤，张严磊*，唐志书，宋忠兴
（陕西中医药大学 陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西省中药基础与新药研究重点实验室，陕西 咸阳 712083）

摘 要：以酸枣核壳为原料，利用硫酸水解制备木糖，通过正交实验法研究反应温度（A）、硫酸浓度（B）、料液比（C）、反应时间（D）对木糖得率的影响。结果显示，对酸枣核壳木糖得率的主要影响因素为料液比及硫酸浓度，优化得出最佳制备工艺条件为：硫酸摩尔浓度2.0 mol/L，料液比为1∶5，温度70℃，反应时间3 h，该条件下木糖的的产率最高可达3.96%，工艺条件稳定。本研究为木糖的制备提供了新的原料来源，也为酸枣资源的综合开发利用提供一条新的途径。

关键词：酸枣核壳；木糖制备；工艺研究

木糖是近年来研究热门的一种物质，它是一种还原性糖类，是多缩戊糖的一个组分，其分子式为C5H10O5。木糖甜度为蔗糖的72%，与葡萄糖甜度接近，风味亦与葡萄糖相似，由于能改善甜食的风味和口感，抑制异味且在催化剂的存在下被氢化还原生成木糖醇，因此可用作木糖醇的原料，木糖醇是目前市场前景广阔的一类产品。另外木糖还具有良好的食物配伍性，在与氨基酸混合加热过程中容易产生美拉德反应，起到增香及抗氧化的效果[1]；木糖还具有良好的保健功能，能改善肠胃功能[2]。工业上，木糖被用来生产木糖醇、糠醛、乙醇等化工产品[3-5]，在饲料酵母以及在食品、医药、化工、皮革、染料等领域都有着广泛的用途。

酸枣（Ziziphus jujuba Mill.var.spinosa （Bunge） Hu ex H.F.Chow）为鼠李科枣属植物，广泛分布于我国各地，尤其在北方是防风固沙及农民创收的重要林业资源之一。目前，对酸枣资源的利用主要以采收酸枣仁药用为主，其他非传统药用部位——果肉、果核壳等，大多被当作废弃物处理。而研究表明果肉中也含有大量的资源性化学成分[6]，酸枣核壳中富含木质素及矿物质，是制备木糖、开发木质活性炭的优良材料。

考虑到目前木糖的工业化生产原料主要有玉米芯、稻壳、秸秆、甘蔗叶、核桃壳等农林废弃物，制备方法主要有酸解法、酶解法等[7-12]。利用酸枣核壳制备木糖鲜见有相关报道，同时考虑到酸枣资源的综合开发与利用，本研究以酸枣核壳为资源，采用硫酸法制备木糖，为木糖的制备提供新的原料来源，也为酸枣资源的综合开发与利用提供新的途径。

1 实验

1.1 材料与仪器

实验材料：酸枣采自陕西省南部，经干燥、去果皮果肉，果核砸碎取出果仁，果核壳粉碎备用；氯化锌、氢氧化钠、盐酸、去离子水等试剂及溶剂均为市售分析纯。

实验仪器：85-2数显恒温磁力搅拌器，苏州学森仪器设备有限公司；HH-4型电热恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；粉碎机：FW-1000AD型快速开盖高速万能粉碎机，天津鑫博得仪器有限公司。

1.2 实验

1.2.1 木糖的制备

参考文献[7]的方法，并做了少许改进：将酸枣核壳干燥、粉碎过筛，加蒸馏水在搅拌下煮沸1 h，冷却后抽滤，滤渣干燥。每次称5 g干燥的滤渣，与一定量的水加入到装置了机械搅拌和冷凝器的三口瓶中，搅拌下加入浓硫酸，一定温度下提取一定的时间。冷却后抽滤，滤渣水洗干燥用于制备二氧化硅。滤液在70～75℃下用氢氧化钙调节pH为3.0～3.5，保温搅拌1 h，加入活性炭搅拌均匀后静置过夜，再加热至75℃，保温搅拌1 h，趁热抽滤，得到淡黄色透明滤液。滤液浓缩，并及时抽滤除掉沉淀，浓缩后得到透明糖浆。糖浆中加入无水乙醇，40℃水浴上搅拌使其溶解，并及时抽滤除掉不溶物，滤液减压浓缩后冷却，有白色结晶析出即为木糖，抽滤收集产品，少量无水乙醇洗掉表面母液，100℃下烘干，得酸枣核壳木糖。酸枣核壳木糖得率如式（1）所示。

酸枣核壳木糖得率/ %=木糖质量（g）/酸枣核壳质量（g）×100 （1）

1.2.2 单因素实验

硫酸浓度对木糖得率的影响：每份酸枣核壳分别加入0.5、1、1.5、2.0、2.5、3.0 mol/L的浓硫酸，料液比1∶5，温度80℃，时间1 h。料液比对木糖得率的影响：每份酸枣核壳分别加入料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的2.0 mol/L硫酸用量，温度80℃，时间1h。温度对木糖得率的影响：每份酸枣核壳分别在40、50、60、70、80、90、100℃温度下，加入2.0 mol/L的硫酸，料液比1∶5，时间1 h。时间对木糖得率的影响：每份酸枣核壳分别加热1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h，硫酸浓度2.0 mol/L，料液比1∶5，温度80℃。在此基础上设计正交试验，考查硫酸浓度、料液比、温度、时间对木糖得率的影响，确定酸枣核壳硫酸法制备木糖的最佳工艺。

1.2.3 正交实验设计

根据单因素试验结果设计正交实验，正交实验因素及水平如表1所示。

表1 正交实验因素及水平

2 结果与讨论

2.1 木糖制备工艺条件的选择

2.1.1 硫酸浓度对木糖得率的影响

硫酸浓度对木糖得率的影响如图1所示。由图1可知，在硫酸摩尔浓度小于2 mol/L，随着硫酸浓度的增大，酸枣核壳的水解速率也增大，因此木糖的产率也增加，但是当硫酸摩尔浓度大于2 mol/L后，由于原料碳化结块，水解变得困难，导致木糖产率下降，因此选择摩尔浓度2 mol/L为最佳试验浓度。

图1 硫酸浓度对木糖产率的影响

图2 料液比对木糖产率的影响

2.1.2 料液比对木糖得率的影响

料液比对木糖得率的影响如图2所示。由图2可知，随着料液比的增加，木糖的得率一直增大，料液比大于1∶ 4之后木糖产率增加变缓，趋于稳定，因此选择1∶ 4为最佳试验料液比。

2.1.3 温度对木糖得率的影响

温度对木糖得率的影响如图3所示。由图3可知，随着温度的升高，木糖产率增加，但是温度超过80℃以后，木糖产率基本稳定不再增加，从而选择80℃为最佳试验温度。

图3 反应温度对木糖产率的影响

图4 时间对木糖产率的影响

2.1.4 时间对木糖得率的影响

时间对木糖得率的影响如图4所示。由图4可知，木糖产率随着时间的延长而增加，在3.5 h时达到最大值，此后随着时间的延长，产率不再增加，因此选择3.5 h为最佳试验时间。

2.1.5 正交试验及结果

单因素实验的基础上上，设计正交试验，正交试验设计因子水平及结果如表2所示。

表2 正交实验结果

由正交实验R值结果可知，硫酸浓度料液比对酸枣核壳木糖得率的影响较大，料液比对木糖得率影响最大，可能因为溶剂越多对木糖的溶解越多；从木糖得率分析，得出最佳的提取条件为A2B3C1D2，即硫酸浓度2 mol/L、料液比1∶5、温度70℃、提取时间3.5 h，结合单因素试验及考虑节约能源等因素，时间对提取得率影响的大小并不明显，因此最终选择最佳提取工艺条件为A2B3C1D1，即硫酸浓度2 mol/L、料液比1∶5、温度70℃、提取时间3.0 h。

2.1.6 最佳工艺条件稳定性试验

进行三次平行试验，对选择的最佳工艺条件进行稳定性验证，其结果如表3所示。由表3可知，在最佳工艺条件下，木糖的产率为3.96%，工艺条件稳定。

表3 最佳条件稳定性试验

3 结论

以酸枣为资源制备木糖，通过单因素试验及正交试验，确定了最佳提取工艺条件，即硫酸浓度2.0 mol/L、料液比为1∶5、温度70℃、反应时间3 h，该条件下木糖的的产量最高可达3.96%，工艺条件稳定。

参考文献：

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[2] 史先振, 朱圣陶, 贺峰, 等.木糖改善胃肠道保健功能的实验研究[J].食品与药品, 2008, 10(9): 40-42.

[3] 马赛, 李凭力, 朱涛, 等.氯化铁催化木糖降解制备糠醛反应动力学[J].化工进展, 2015, 34(1): 108-112.

[4] 石琢, 李清明, 熊兴耀, 等.丝状真菌发酵木糖产乙醇的研究[J].中国酿造, 2014, 33(11): 47-50.

[5] 刘敏, 汤婷婷, 赵国明, 等.Pd/C 催化氧化木糖制备木糖酸[J].化学反应工程与工艺, 2014, 30(4): 352-356.

[6] 郭盛, 段金廒, 赵金龙, 等.酸枣果肉资源化学成分研究[J].中草药, 2012, 43(10): 1905-1909.

[7] 李雪雁, 王丹, 胡朝霞, 等.玉米芯酸法提取木糖的工艺改进[J].食品工业科技, 2009, 30(6): 263-264, 308.

[8] 雷光鸿, 崔素芬, 李辰, 等.酸催化水解处理甘蔗叶提取木糖的研究[J].食品科技, 2015, 40(5): 220-223.

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Preparation of Xylose Using Wild Jujube Core-shell as the Raw Material

SHI Huan-xian, ZHANG Yan-lei*, TANG Zhi-shu, SONG Zhong-xing

（Shaanxi Collaborative Innovation Center of Industrialization of Traditional Chinese Medicine Resources, Shaanxi Key Laboratory of New Drugs and Bioactive Constituents of Traditional Chinese Medicine, Shaanxi University of Chinese Medicine, Xian Yang 712083, China）

Abstract:Using the wild Jujube core-shell as the raw material, under sulfuric acid hydrolysis to prepare xylose.Through the orthogonal experiment to study the reaction temperature (A), concentration of sulfuric acid (B), solid-liquid ratio (C) and reaction time (D) on yield of xylose.The results showed that the main influence factors for yield of wild jujube core-shell xylose were the material liquid ratio and sulfuric acid concentration, the optimized preparation conditions were as follows: sulphuric acid concentration 2.0 mol/L, liquid ratio 1∶5, temperature 70℃ and reaction time 3 h, under this condition, the yield of xylose was up to 3.96%.This study provided a new source of raw materials for the preparation of xylose, also provided a new way for comprehensive exploitation and utilization of wild jujube resources.

Key words:wild Jujube core-shell; xylose preparation; process study

中图分类号：TS241

文献标识码：A

文章编号：1004-8405(2016)01-0027-05

DOI:10.16561/j.cnki.xws.2016.01.01

收稿日期：2015-09-14

基金项目：国家自然科学基金项目（NSFC-81373978）；陕西省协同创新计划项目（2015xt-52）；陕西省科技资源开放共享平台项目（2015FWPT-01）。

作者简介：施欢贤（1991～），男，硕士研究生；研究方向：中药学。940516359@qq.com

* 通讯作者：张严磊（1984～），男，博士，讲师；研究方向：中药资源产业化。nwuzyl@163.com