竹材薄壁組織的物理分離及其用于制取低聚木糖的研究(摘要)

葉利培(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇 南京 210042)

研究了物理預(yù)處理分離竹材薄壁組織和維管束組織分級利用的方法與效果，探討了分離效果的表征方法，優(yōu)化了分離后薄壁細(xì)胞組分的堿性過氧化氫化學(xué)預(yù)處理條件及酶水解制備低聚木糖化學(xué)品的條件，并分析了酶水解液成分。

1.采用顯微鏡觀測與鮑爾篩篩分結(jié)合的方法測定薄壁細(xì)胞含量的測定。鮑爾篩各篩分的顯微鏡觀測結(jié)果表明，通過鮑爾篩200目的篩分為薄壁細(xì)胞，未通過篩分則全部為纖維細(xì)胞，即鮑爾篩能夠有效分離薄壁細(xì)胞與纖維細(xì)胞，可作為薄壁細(xì)胞含量的評價手段。同時采用了纖維質(zhì)量分析儀(FQA)的方法測定了竹材的薄壁細(xì)胞含量。當(dāng)FQA的薄壁細(xì)胞尺寸范圍設(shè)定為0.03～0.2 mm時，所測薄壁細(xì)胞含量與鮑爾篩篩分的方法相差較大;當(dāng)薄壁細(xì)胞尺寸范圍設(shè)定為0.03～0.1 mm時，薄壁細(xì)胞含量測定結(jié)果與鮑爾篩篩分結(jié)果幾乎一致，因此，采用FQA來測定竹材薄壁細(xì)胞含量時，薄壁細(xì)胞尺寸范圍應(yīng)設(shè)定為0.03～0.1 mm。

2.基于竹材結(jié)構(gòu)研究了螺旋擠壓分離竹材維管束與薄壁組織的方法。實驗以擠壓道數(shù)作為影響因素，以分離后不同篩分中薄壁細(xì)胞含量為主要考察指標(biāo)。探索了螺旋擠壓程度對竹材物理形態(tài)的影響及維管束與薄壁細(xì)胞的分離效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用螺旋擠壓結(jié)合振動篩選篩分，可以實現(xiàn)薄壁組織與維管束的有效分離，且采用一道螺旋擠壓并結(jié)合使用1/32英寸的篩孔分離效果較好。

3.采用離子色譜測定分離出的薄壁細(xì)胞及纖維細(xì)胞中的單糖含量，發(fā)現(xiàn)薄壁細(xì)胞中單糖主要是葡萄糖、木糖與阿拉伯糖，薄壁細(xì)胞及纖維細(xì)胞中的單糖種類相同，但含量存在差異。螺旋擠壓分離的竹材各組分的化學(xué)成分分析表明，竹材薄壁組織比維管束組織的戊聚糖含量高，更適合用于生產(chǎn)戊糖基生物化學(xué)品。

4.優(yōu)化了堿性過氧化氫機械預(yù)處理竹材薄壁組織的工藝條件。竹材薄壁組織組分進(jìn)行酶水解制低聚木糖之前，需要進(jìn)行預(yù)處理才能提高戊糖的酶解效率。在預(yù)處理過程中，單糖溶出應(yīng)當(dāng)盡量少且使pH值接近中性，以利于酶水解。綜合考慮以上因素，本研究堿性過氧化氫機械預(yù)處理竹材薄壁組織最佳化學(xué)預(yù)處理工藝條件為:NaOH用量1%，H2O2用量1%，溫度80℃。

5.以分離出的竹材薄壁組織為底物，進(jìn)行了木聚糖酶酶水解制低聚木糖產(chǎn)品研究。探討了木聚糖酶的酶學(xué)特性;對經(jīng)堿性過氧化氫機械預(yù)處理的竹材薄壁組織進(jìn)行了木聚糖酶水解研究，在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用正交試驗設(shè)計對酶水解工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明:在溫度為50℃，最適宜pH值5的條件下，采用木聚糖酶用量41.5 IU/g、固液比1∶20、水解時間8 h，酶水解得率取得最大值為11.38%。水解液中主要成分為木糖、木二糖、木三糖、木四糖，幾乎沒有木五糖和木六糖。

竹材;螺旋擠壓撕裂;薄壁組織;木聚糖酶;低聚木糖