蔗渣半纤维素不同组分的水解.docxVIP

陈鹏林鹿徐丽丽杨柳雷晓春何北海付时雨孙润仓(华南理工大学资源科学与工程系,制浆造纸工程国家重点实验室,广州,510640)摘要:对蔗渣半纤维素不同组分用酸或碱水解、酶解、酶解后再酸/碱水解的不同方法进行水解,利用高效液相色谱(HPLC)分析水解液中单糖的组成,探讨半纤维素不同组分的水解过程与产物组成的关系。实验结果显示对半纤维素A用半纤维素酶(酶活400IU/g)法水解比用20%NaOH水解效果好,木糖得率达34.87%;而对于半纤维素B,采用酶法水解比7%H2SO4水解得率相差较大,采用酶解后7%H2SO4水解可得得率为23.60%。关键词:蔗渣;半纤维素;半纤维素酶;水解;高效液相色谱中图分类号:TS749+.3文章编号:1671-4571(2006)0420018204文献标识码:A蔗渣属禾本科植物,禾本科植物的半纤维素主要是聚阿拉伯糖4—O—甲基葡萄糖醛酸木糖,典型的化学结构是D-木糖基以(1-4)β苷键联接而成,在主链木糖基的C2和C3位上分别联接有L-呋喃式阿拉伯糖基和D-吡喃式葡萄糖醛酸基作为支链[1,2]。通过碱抽提获得的半纤维素能够分级成为半纤维素A和B等组份。半纤维素A大多呈线性;不呈酸性;而半纤维素B是呈酸性[3],因此,半纤维素的水解可以分为组分A的碱性水解和组分B的酸性水解。本文是在先前工作的基础上研究对分离纯化的蔗渣半纤维素A和B采用酸、碱或酶生物水解,用HPLC(高效液相色谱法)分析水解过程产生木糖的情况,探讨半纤维素的水解过程,为半纤维素的高水解提供进一步的依据。称取0.5g半纤维素A加入到半纤维素酶(购自Aldrich公司)酶活400IU/g的20mLpH4.5缓冲溶液中,在45℃振荡48h,于0℃下12000r/min离心20min,取上清液于70℃条件下真空浓缩至10mL备用。1.2.3半纤维素酶+碱水解半纤维素A先用半纤维素酶液水解后,再用碱液水解后定容至10mL备用。1.3半纤维素B水解1.3.1酸水解称取0.5g半纤维素B加入到20mL的7%H2SO4溶液中,在121℃、0.1MPa条件下的反应器作用一定时间,取出用1moL/L的Ca(OH)2溶液调节pH值至中性,保温20min,在0℃下12000r/min离心10min除去CaSO4沉淀,于70℃条件下真空浓缩至10mL备用。1.3.2酶水解方法与半纤维素A的酶水解相同,最后浓缩至10mL。1.3.3半纤维素酶+酸水解称取0.5g半纤维素B半纤维素酶液水解后,再用酸液水解后定容至10mL备用。1.4半纤维素水解液的HPLC分析HPLC分析利用Waters600EHPLC仪上进行,流动相:水;流速:1.0ml/min;柱温:75℃;进样量:10μL;柱型号:SugarPak16.5×300mm;样品用0.45μm滤膜过滤。1材料与方法1.1原料半纤维素A来源于本实验室用NaOH法从蔗渣中提取,其纯度(聚戊糖计,下同)约为67%。半纤维素B法为NaOH水解滤液4倍体积乙醇沉淀得沉淀物,其纯度约为86%。1.2半纤维素A水解1.2.1碱水解称取0.5g(绝干质量,下同)半纤维素A加入到20ml的20%NaOH溶液中,在121℃、0.1MPa条件下的反应器作用一定时间,过滤后于70℃条件下真空浓缩至10mL备用。1.2.2酶水解作者简介:陈鹏,男,硕士研究生,主要从事植物资源科学与制浆造纸生物技术的研究。18《造纸科学与技术》2006年第25卷第4期表2蔗渣半纤维素A碱水解液产物HPLC图谱中出峰时间与峰面积2结果与讨论2.1半纤维素水解单糖产物HPLC定量标准曲线蔗渣中半纤维素含有的单糖主要包括木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、果糖。为分析实验所得半纤维素水解产物单糖的组分,对这几种单糖标准样进行了HPLC分析,确定了各单糖的出峰时间,各种单糖的出峰时间、出峰面积与浓度的关系如表1。峰号出峰时间/min水解产物峰面积123457.979.2911.3214.0214.522430751355738074213633293358159671解程度的量度。从图1和表2中可以看出,在表1半纤维素单糖组分峰面积与浓度的关系图谱中没有木糖峰,在7.5min左右有一个巨大的峰,可能是木糖没有完全从半纤维素中水解下来,或由于不完全水解产物的存在,使木糖出峰时间延迟;一般认为,阿拉伯糖的糖基配糖水解速率比木糖的速率要高,即半纤维素支链比主链要易于水解,这从随后的各个HPLC图谱可得验证;14.02min即阿拉伯糖出峰时间,根据阿拉伯糖的定量标准一元线性回归方程可以推算出其浓度为0.29g/L。根据资料显示,蔗渣中木糖与阿拉伯糖的比约为13～16:1,所以若阿拉伯糖已完全被碱水解出来,则木糖的计算浓度约为4.4g/L,即可依此推得半纤维素A碱法水解率约为1