沙棘渣制備微晶纖維素的酶解條件優化

盛文軍，畢 陽，馮麗丹，李霽昕，韓舜愈，李 敏

沙棘渣制備微晶纖維素的酶解條件優化

盛文軍，畢 陽，馮麗丹，李霽昕，韓舜愈，李 敏

（甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 730070）

沙棘漿加工過程中產生酚酸含量高的果渣，因其苦澀無法被飼料工業大量轉化，利用其進行微晶纖維素制備是潛在可行的解決途徑。以粗提沙棘渣纖維素為處理對象，使用S10041纖維素酶水解，選取液料比、酶添加量、酶解時間、酶解溫度、緩沖液pH值、離心轉速、烘干溫度及纖維素粉碎度8 個因素，通過單因素試驗和Pl ackett-Burman因素篩選，并經過最陡爬坡試驗和Box-Behnken試驗優化了酶解條件，隨后對制得的微晶纖維進行結構分析。結果表明：在液料比49∶1（mL/g）、酶添加量68 U/mL、酶解時間1.3 h、離心轉速3 640 r/min時制得的沙棘微晶纖維素聚合度為355±1.02，與棉微晶纖維素聚合度最為接近。方差分析表明4 個選定因素對指標均產生獨立影響，因素交互作用對指標影響不顯著（ P＝0.10）。微觀結構顯示沙棘微晶纖維表面結構更疏松，紅外圖譜對比沙棘和棉花兩種微晶纖維官能團結構相似。

沙棘渣；微晶纖維素；纖維素酶

沙棘作為胡頹子科沙棘屬落葉灌木的子實，富含多種天然抗氧化成分如VC、VE、類胡蘿卜素、花青素和多酚類化合物[1-2]。國外報道利用泡沫干燥法制作沙棘果棒[3]，也有利用噴霧干燥制作復合果粉[4]或是制作沙棘酸奶[5]等。目前中國沙棘種植面積已近3 000萬 畝，但主要加工產品仍為沙棘油和沙棘原漿[6-7]。2 種加工方法都產生大量沙棘果渣，而沙棘果渣因含有大量酚酸物質，口感酸而苦澀，限制了其再利用途徑。近年有沙棘渣用于特種飼料如賽馬的日糧添加報道[8]，但沙棘果渣轉化用量極有限。另外，有較多報道從沙棘各組織中提取黃酮等抗氧化成分[9-10]，但提取成本、提取率等因素仍制約其技術應用[11-12]。微晶纖維素是天然纖維素水解到極限聚合度15～375 μm的微粒，該微粒呈細微的短束狀或粉末狀并呈現多孔狀[13-15]。在中性和弱酸性條件下不溶解，也不溶于有機溶劑和油脂，在弱堿性條件下部分溶解、溶脹，易于羧甲基化、乙酰化、酯化。粉末狀微晶纖維素可用作黏合劑，可作為醫用外傷保護劑、藥物緩釋劑、汽車玻璃涂膜劑；顆粒狀微晶纖維素可作為香料油脂包埋劑、在果汁飲料生產中作為懸浮劑和穩定劑等[16-20]。因沙棘果渣含有大量纖維素成分，實驗利用其制備微晶纖維素，通過對酶解條件優化以及對制得的微晶纖維素進行結構分析，為沙棘果渣高效轉化利用提供研究數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙棘果渣（平均含水量64%，80 ℃熱風烘干至含水量11%用于實驗） 甘肅高原圣果有限公司。

S10041纖維素酶（酶活力50 000 U/g） 上海源葉科技生物有限公司；微晶纖維素（棉短纖維來源，聚合度300～400） 武漢遠成科技有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉、乙二胺、氫氧化銅、硫酸、氫氧化鈉、無水乙醇（均為分析純） 山東浩中化工科技有限公司。

1.2 儀器與設備

1833品氏黏度計（內徑0.8 mm） 上海耶茂儀器儀表有限公司；運動秒表 深圳市金拓佳電子科技有限公司；JJ-2型組織搗碎機 常州華奧儀器制造有限公司；LVDV-1型數字旋轉黏度計 上海方瑞儀器有限公司；HZQ-B恒溫培養搖床 蘇州威爾實驗用品有限公司；SP-723型可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司；SHB-Ⅲ型循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；GZX-GF101-Ⅱ型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海滬粵明科學儀器有限公司；TG16-WS高速離心機 金壇市高科儀器廠；FTIR-650傅里葉變換紅外光譜儀 天津港東科技發展股份有限公司；JSM-IT300掃描電鏡儀 深圳市倍鈉德科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 沙棘渣中纖維素提取

參考相關文獻[21-24]，從沙棘渣提取纖維素工藝如下：

沙棘干渣→粉碎→稀硫酸水解→固液分離→濾渣水洗→堿液浸提→固液分離→濃縮濾液→乙醇沉淀→固液分離→濾渣干燥、粉碎→粗提纖維素。

所得纖維素參照GB 29946—2013《食品添加劑 纖維素》[25]進行理化指標檢測，合格后待用。

1.3.2 沙棘纖維素酶解單因素試驗

將粗提纖維素粉碎，用檸檬酸和檸檬酸鈉配制不同pH值緩沖液，按設計液料比加入粉碎纖維素，振蕩1 min使其溶脹分散。然后添加纖維素酶，于恒溫培養搖床振蕩酶解。酶解完成后于沸水浴處理5 min終止反應，離心15 min，沉淀物50 ℃烘干，粉碎過100 目篩，得到微晶纖維素樣品，測定該樣品聚合度，選取最接近棉花微晶纖維素平均聚合度（350）的水平作為最優水平。單因素試驗水平見表1。在進行每個因素試驗時，其他因素固定在水平3。

表1 沙棘纖維素酶解單因素試驗因素與水平Table 1 Coded levels of independent variables used for one-factor-at-a-time dessiiggnn

1.3.3 沙棘纖維素酶解Plackett-Burman因素篩選試驗

根據單因素試驗結果，各因素最優水平定為“基礎限值”，基礎限值向“次優水平”（第2個接近350聚合度的水平）方向進行擴值，以基礎限值的1.5 倍計算（按次優水平方向乘以或除以1.5）得到另一限值，該限值和基礎限值按照數值大小形成Plackett-Burman試驗里的“+1”和“-1”水平，采用11因素、12次試驗的Plackett-Burman設計表，實際考察8 個因素的影響顯著性，試驗設計見表2。根據試驗結果表達的因素顯著性排序選取顯著因素進行后續試驗。

表2 沙棘纖維素酶解Plackett-Burman因素篩選試驗Table 2 Coded levels of independent variables used for Plackett-Burman

1.3.4 沙棘纖維素酶解顯著因素爬坡試驗

經Plackett-Burman試驗篩選的顯著因素，按其與指標相關性，屬于正相關的因素以其單因素試驗結果中的最優水平值逐漸增大取值，而屬于負相關的因素則以其單因素試驗中的最優水平值逐漸減小取值，從而組成最陡爬坡試驗表。各取值之間的間距即水平變化的“步長”，按照Plackett-Burman試驗篩選出因素的顯著性大小設定。完成爬坡試驗并取得結果后，選取微晶纖維聚合度最接近350的試驗處理，該處理對應的各因素值，作為進行Box-Behnken優化試驗時的“0水平”。

1.3.5 沙棘纖維素酶解條件優化試驗

按照爬坡試驗確定的Box-Behnken試驗各因素的“0水平”，再選擇涵蓋次優水平的步長，從零水平數值計算得到“-1”和“1”水平。試驗設計因素與水平見表3。

表3 響應面優化試驗因素與水平Table 3 Coded levels of independent variables us ed for Box-Behnken design

1.3.6 沙棘微晶纖維素聚合度的測定

參照第38版《美國藥典》[26]微晶纖維素標準并借鑒相關文獻[27]前處理方法，配制1 mol/L銅乙二胺堿溶液（乙二胺與銅的物質的量比為2.00∶0.04）。取1.300 g供試品于125 mL錐形瓶中，加入25.0 mL水和25.0 mL銅乙二胺堿溶液，通氮氣使溶液凈化后，加塞振搖使完全溶解。取7.0 mL溶液用品氏黏度計測定，保溫5 min內使其在（25±0.1）℃平衡。記錄樣品溶液在黏度計兩個刻度之間的流動時間t1/s，按公式（1）計算動力黏度η1：

式中：k1為黏度計常數；t1為樣品溶液在黏度計兩個刻度之間的流動時間/s。

取相同質量的1 mol/L銅乙二胺堿溶液，用相同處理稀釋和測定后，按式（2）計算其動力黏度η2：

式中：k2為黏度計常數；t2為銅乙二胺堿溶液在黏度計兩個刻度之間的流動時間/s。

樣品相對黏度計算如式（3）所示：

根據樣品的相對黏度在第38 版《美國藥典》中微晶纖維素的固有黏度表中查找其固有黏度ηc，按公式（4）計算聚合度：

式中：m為供試品質量/g；b為干燥質量損失率/%；ηc為固有黏度/（Pa·s）。

1.3.7 沙棘微晶纖維素結構分析

1.3.7.1 微晶纖維素微觀結構的分析

通過掃描電鏡觀察沙棘微晶纖維結構，與棉微晶纖維比較，判斷沙棘微晶纖維素結構特征。掃描電鏡條件：樣品用乙醇固定，采用濺射鍍膜法對樣品表面鍍金，放大5 000和10 000 倍觀察。

1.3.7.2 微晶纖維素化學結構分析

利用紅外光譜對比沙棘微晶纖維與棉微晶纖維官能團結構，檢測樣品是否具備微晶纖維素的基本化學結構。取2 mg樣品放入瑪瑙研缽中，加入100 mg干燥的溴化鉀粉末，在紅外燈下研磨，直至完全研細混勻，將研細后的粉末均勻加入壓模器內，制成一定直徑和厚度的透明片，迅速放入儀器光路中進行掃描，掃描次數32 次，分辨率4 cm－1。

1.4 數據分析

實驗結果相關性及顯著性分析借助軟件Design-Expert 7.1.3完成。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

圖1 單因素試驗結果Fig. 1 Results of one-factor-at-a-time experiments

由圖1可知，按照最接近棉花微晶纖維聚合度（350）的標準，各因素最優水平確定為液料比40∶1（mL/g）、酶添加量35 U/mL、酶解時間2.5 h、酶解溫度55 ℃、緩沖液pH 4.5、烘干溫度50 ℃、離心轉速1 500 r/min以及纖維素粉碎度150 目。

8 個因素按照最優水平向次優水平方向，以各自最優水平擴大或縮小1.5 倍確定另一限值[28-29]。對應得到的另一限值為液料比60∶1（mL/g）、酶添加量23 U/mL、酶解時間1.67 h（取整換算100 min）、酶解溫度36.7 ℃（取整37 ℃）、緩沖液pH6.75、烘干溫度33 ℃、離心轉速1 000 r/min以及纖維素粉碎度100 目。各因素高低水平組成Plackett-Burman的“+1”和“-1”值，進行因素顯著性排序和篩選。

2.2 Plackett-Burman因素篩選試驗結果

表4 Plackett-Burman因素篩選試驗設計與結果Table 4 Plackett-Burman design with e xperimental results

圖2 Plackett-Burman試驗的因素顯著性排序Fig. 2 Signifi cance ranking of factors tested in Plackett-Burman design

Plackett-Burman因素篩選試驗結果見表4，Plackett-Burman試驗中各因素顯著性的柏拉圖排序（圖2）可以看出，酶添加量、離心轉速、酶解時間以及液料比為顯著性最前的4 位，而t值分析在0.85的置信水平上，前4 個因素具有顯著性，并且對于指標都表現出正相關性，在最陡爬坡試驗中均以其基礎水平依次增大試驗水平值。其中因素C和A顯著性水平相同，顯著效應值3.3，從單因素試驗結果中最優水平開始，采用了0.1 倍步長增大試驗處理水平；因素F顯著效應值6.2，與因素A和C相比，計算應采用0.188 倍步長，實際采用了0.2 倍步長增大水平值；因素B顯著效應值9.2，計算應采用0.279 倍步長，實際采用0.3 倍步長增大試驗處理水平。從而得到顯著因素最陡爬坡試驗方案。

2.3 顯著因素的最陡爬坡試驗結果

表5 顯著因素最陡爬坡試驗設計與結果Table 5 Steepest ascent path design with experimental results

由表5可知，第3組處理得到微晶纖維素的聚合度最接近350。因些Box-Behnken試驗各因素的“0水平”選擇第3組試驗處理即酶添加量56.0 U/mL、離心轉速2 100 r/min、酶解時間1.2 h、液料比36∶1（mL/g），在此基礎選擇涵蓋次優水平即第5組試驗處理的步長，從零水平數值計算“-1”和“+1”水平。構成Box-Behnken優化試驗設計水平。

2.4 Box-Behnken試驗結果

表6 Box-Behnken試驗設計及結果Table 6 Box-Behnken design with experimental results

由表6得到4 個因素對指標的二次回歸方程如下：

Y=352.80-13.67X1-51.42X2-19.50X3-0.58X4-1.15X2+20.22X2-1.15X2234

以聚合度為350作為目標值，由方程推導出的最優條件中，第1位最優參數組合為液料比48.93∶1（mL/g）、酶添加量68.35 U/mL、酶解時間1.28 h、離心轉速3 641.48 r/min，該條件的預期聚合度為350。

根據實際試驗儀器對各參數的計量精度，調整試驗參數為液料比49∶1（mL/g）、酶添加量68 U/mL、酶解時間1.3 h、離心轉速3 640 r/min，進行3 次驗證平行實驗，所得樣品平均聚合度為345±1.02，與預測值較為一致。

表7 響應面試驗二次回歸結果方差分析Table 7 Analysis of variance (ANOVA) for response surface quadratic mooddeell

通過回歸方程擬合分析，該模型P值遠小于0.05，具有極顯著性。同時，失擬項P值為0.329 6，大于0.10，失擬項不顯著；擬合度為0.898 4，校正擬合度（R2Adj）0.881 5與預測校正擬合度（R2Pred）0.852 4匹配，說明方程可接受。另外，顯著性分析表明：X1、X2、X3和X12、X32對指標有極顯著影響，而因素交互作用對指標影響均不顯著，說明4 個因素對指標產生獨立影響。

2.5 沙棘渣微晶纖維的結構分析

2.5.1 掃描電鏡分析結果

圖3 棉微晶纖維素（A）及沙棘微晶纖維素（B）掃描電鏡圖比較（×5 000） 000Fig. 3 Microscopic surface structure of microcrystalline cellulose from cotton (A) and seabuck-thorn (B) under scanning electron microscope (×5 000)

由圖3可知，在5 000 倍掃描電鏡下，棉微晶纖維和沙棘微晶纖維都呈現不光滑的長棒狀結構，棉微晶纖維的棒狀直徑較均勻，而沙棘微晶纖維的棒狀直徑有明顯的粗細變化；沙棘微晶纖維表面比棉微晶纖維表面具有更多的孔洞，整體上兩者的基本結構一致。

圖4 棉微晶纖維素（A）及沙棘微晶纖維素（B）掃描電鏡圖比較（×10 000） 000Fig. 4 Microscopic surface structure of microcrystalline cellulose from cotton (A)and seabuckthorn (B) under scanning electron microscope (× 10 000)

由圖4可知，棉微晶纖維素的片層堆積較緊密，且堆積層次較規律；而沙棘微晶纖維素的片層堆積疏松，而且片層方向和大小變化明顯。按照微晶纖維素的性質和加工適應性要求，沙棘微晶纖維素預期比棉微晶纖維素的吸附性要強，而其涂膜延展性可能要弱于棉微晶纖維[10,15]。

2.5.2 紅外光譜分析結果

圖5 棉微晶纖維素（A）及沙棘微晶纖維素（B）紅外光譜圖比較Fig. 5 Infrared spectra of microcrystalline cellulose from cotton (A) and seabuckthorn (B)

紅外光譜顯示棉微晶纖維素和沙棘微晶纖維素樣品均出現2 個主要的吸收區段，第1個區段波長分布為700～1 800 cm－1，第2個區段波長分布為2 700～3 500 cm－1。其中3 352～3 419 cm－1為O—H的伸縮振動吸收帶，棉微晶纖維素的O—H吸收帶出現在3 352 cm－1處，而沙棘微晶纖維素為3 420 cm－1附近，說明沙棘微晶纖維素中O—H伸縮振動比棉微晶纖維強，暗示沙棘微晶纖維素比棉微晶纖維素具有更強的吸附性能[28]；1 730 cm－1處的糖醛酸羰基吸收峰是半纖維素的特征峰，棉微晶纖維素此處無吸收峰，證明其不含半纖維素，而沙棘微晶纖維素在1 730 cm－1處有微弱的吸收峰，證明實驗制得的沙棘微晶纖維素中含有微量的半纖維素；1 430 cm－1處是—CH2振動特征峰，兩種微晶纖維素吸收峰較一致；1 060～1 032 cm－1表示的是C—O醚、—OCH3和β—O—4的伸縮振動，棉微晶纖維素在1 060 cm－1出現最大吸收，而沙棘微晶纖維素在1 032 cm－1附近出現最大吸收，略有不同。

3 結 論

對影響沙棘渣纖維素酶解的8 個因素進行篩選，證實液料比、酶添加量、酶解時間和微晶纖維收集離心轉速4 個因素對聚合度影響顯著；以棉微晶纖維素的聚合度作為對照，初步優化了沙棘渣制備微晶纖維素的單一酶解條件；經過優化試驗結果的回歸方差分析，液料比、酶添加量、酶解時間對沙棘微晶纖維聚合度影響極顯著，而交互作用均不顯著，說明因素對指標產生獨立影響[29-30]；電鏡和紅外分析證實沙棘微晶纖維素比棉微晶纖維素具有更為疏松的微觀結構，而且O—H伸縮振動更強；實驗制得的沙棘微晶纖維素含有微量的半纖維素，用以對比的棉微晶纖維則不含半纖維素。

對于纖維素酶商品說明書中給定范圍的酶解溫度和緩沖液pH值，在其使用范圍內對指標影響都不具顯著性，說明作為復合酶體系，只要在其綜合的作用溫度和pH值范圍內，對于同一種底物系統，酶解效果趨于一致[13,24]。

[1] 李淑珍, 武飛, 陳月林, 等. 沙棘活性成分及功效研究進展[J]. 中國民族民間醫藥, 2015 (1)∶ 51-53.

[2] 吳斯琴畢力格, 包勒朝魯, 那生桑. 沙棘藥理作用研究進展[J]. 中國藥業, 2015(1)∶ 95-96.

[3] KAUSHAL M, SHARMA P C, SHARMA R. Formulation and acceptability of foam mat dried seabuckthorn (Hippophae salicifolia)leather[J]. Journal of Food Science and Technology, 2013, 50(1)∶ 78-85. DOI∶10.1007/s13197-011-0236-0.

[4] SELVAMUTHUKUMARAN M, KHANUM F. Optimization of spray drying process for developing seabuckthorn fruit juice powder using response surface methodology[J]. Journal of Food Science and Technology, 2014, 51(12)∶ 3731-3739. DOI∶10.1007/s13197-012-0901-y.

[5] SELVAMUTHUKUMARAN M, KHANUM F. Optimization of seabuckthorn fruit yogurt formulation using response surface methodology[J]. Journal of Food Science and Technology, 2015,52(2)∶ 831-839. DOI∶10.1007/s13197-013-1070-3.

[6] 李秀婷, 王昌濤. 沙棘加工技術及綜合應用[M]. 北京∶ 中國農業科學技術出版社, 2011∶ 3-10.

[7] 康健, 顧晶晶, 王繼國, 等. 沙棘果油的酶法提取及其脂肪酸的測定[J].食品科學, 2011, 32(2)∶ 260-262.

[8] 蘇本山, 苗新生, 馬驥. 沙棘飼料質量評價與開發研究進展[J]. 畜牧與飼料科學, 2013, 34(9)∶ 43-46. DOI∶10.3969/j.issn.1672-5190.2013.09.015.

[9] KAGLIWAL L D, POL A S, PATIL S C, et al. Antioxidant-rich extract from dehydrated seabuckthorn berries by supercritical carbon dioxide extraction[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 5(7)∶2768-2776. DOI∶10.1007/s11947-011-0613-8.

[10] GORINSTEIN S, ARANCIBIA-AVILA P, TOLEDO F, et al.Application of analytical methods for the determination of bioactive compounds in some berries[J]. Food Analytical Methods, 2013, 6(2)∶432-444. DOI∶10.1007/s12161-012-9453-z.

[11] 竇烏云, 杜曉鳴. 沙棘黃酮研究進展[J]. 內蒙古中醫藥, 2010, 29(3)∶131-134. DOI∶10.3969/j.issn.1006-0979.2010.03.110.

[12] 陳金娥, 趙麗婷, 張海容. 超聲輔助萃取沙棘黃酮工藝研究[J]. 化學世界, 2008, 49(10)∶ 611-614. DOI∶10.3969/j.issn.0367-6358.2008.10.011.

[13] 陳洪章. 纖維素生物技術[M]. 2版. 北京∶ 化學工業出版社, 2015∶12-30.

[14] BRITTAIN H G, LEWEN G, NEWMAN A W, et al. Changes in material properties accompanying the national formulary (NF) identity test for microcrystalline cellulose[J]. Pharmaceutical Research, 1993,10(1)∶ 61-67. DOI∶10.1023/A∶1018921012812.

[15] 何耀良, 廖小新, 黃科林, 等. 微晶纖維素的研究進展[J]. 化工技術與開發, 2010, 39(1)∶ 12-16. DOI∶10.3969/j.issn.1671-9905.2010.01.005.

[16] O'CONNOR R E, SCHWARTZ J B. Drug release mechanism from a microcrystalline cellulose pellet system[J]. Pharmaceutical Research,1993, 10(3)∶ 356-361. DOI∶10.1023/A∶1018928003668.

[17] 陳夫山, 袁珊珊. 納米纖維素的制備及其應用的研究進展[J]. 造紙科學與技術, 2015, 34(6)∶ 46-49.

[18] 汪志憲, 房全軍, 岳正波. 添加氯化亞鐵影響微晶纖維素酶解的作用研究[J]. 廣東化工, 2015, 42(21)∶ 73-74. DOI∶10.3969/j.issn.1007-1865.2015.21.036.

[19] 王景蕓, 袁玉國, 付霓虹, 等. 酸性陽離子交換樹脂催化降解木質纖維素制備可還原糖[J]. 科技導報, 2015, 33(24)∶ 23-27. DOI∶10.3981/j.issn.1000-7857.2015.24.004.

[20] 侯人月, 賀燕, 李成吾, 等. 微晶纖維素對苯酚吸附行為的探究[J].化學與黏合, 2015, 37(6)∶ 403-405.

[21] 程合麗. 玉米稈半纖維素的分離表征及硫酸酯化改性的研究[D].廣州∶ 華南理工大學, 2011∶ 13-27.

[22] 李維尊. 咪唑類離子液體對生物質中木質纖維素選擇性提取及分離[D]. 天津∶ 南開大學, 2013∶ 10-30.

[23] 張俊英. 玉米秸稈中半纖維素的提取[D]. 大連∶ 大連工業大學,2014∶ 8-26.

[24] 龔玉雷. 纖維素酶和果膠酶復合體系在茶葉提取加工中的應用研究[D]. 杭州∶ 浙江工業大學, 2013∶ 12-31.

[25] 衛生與計劃生育委員會. 食品添加劑 纖維素∶ GB 29946—2013[S].北京∶ 中國標準出版社, 2014∶ 3-5.

[26] USP38. Microcrystalline cellulose[S]. United States Pharmacopieial Convention, 2014∶ 6596-6601.

[27] 哈麗丹·買買提, 努爾買買提, 吾滿江·艾力. 粘度法測定植物纖維素的聚合度[J]. 合成纖維工業, 2006, 29(1)∶ 40-42. DOI∶10.3969/j.issn.1001-0041.2006.01.013.

[28] 朱明華, 胡坪. 儀器分析[M]. 北京∶ 高等教育出版社, 2009∶ 207-219.

[29] 劉文卿. 實驗設計[M]. 北京∶ 清華大學出版社, 2007∶ 41-50.

[30] 王欽德, 楊堅. 食品試驗設計與統計分析[M]. 北京∶ 中國農業大學出版社, 2010∶ 72-90.

Optimization of Enzymatic Hydrolysis Conditions for Preparation of Microcrystalline Cellulose from Seabuckthorn Pomace

SHENG Wenjun, BI Yang, FENG Lidan, LI Jixin, HAN Shunyu, LI Min
(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Seabuckthorn pomace is rich in phenolic acid and is a byproduct produced during the processing of seabuckthorn pulp. However, the astringency and bitterness of seabuckthorn pomace hinder its utilization in the feed industry. The preparation of microcrystalline cellulose from seabuckthorn pomace is a potential solution to this problem. Therefore, in this study, the crude cellulose extracted from seabuckthorn pomace was hydrolyzed with commercial cellulase S10041 to obtain microcrystalline cellulose. Eight processing parameters were investigated, namely solid-to-solvent ratio, enzyme dosage, hydrolysis time, temperature, buffer pH, centrifugal rotational speed, drying temperature, and comminution degree of cellulose. The significant factors were selected and optimized using one-factor-at-a-time method, Plackett-Burman design, steepest ascent path design and Box-Behnken design combined with response surface methodology. The prepared microcrystalline cellulose was structurally elucidated. The results showed that the degree of polymerization of seabuckthorn microcrystalline cellulose was 355 ± 1.02 under the optimal follows∶ ratio of buffer solution to cellulose, 49∶1 (mL/g);enzyme dosage, 68 U/mL; hydrolysis time, 1.3 h; and centrifugal rotational speed, 3 640 r/min, which was close to that of cotton microcrystalline cellulose. The analysis of variance showed that the four selected factors had independent infl uences on the degree of polymerization but their interactions had no signifi cant effect on the response (P = 0.10). The scanning electron micrograph revealed that the surface structure of seabuckthorn microcrystalline cellulose was more porous as compared to cotton microcrystalline cellulose. The infrared spectra of two microcrystalline celluloses revealed that similar functional groups existed.

seabuckthorn pomace; microcrystalline cellulose; cellulase

TS255

A

1002-6630（2017）20-0154-07

盛文軍, 畢陽, 馮麗丹, 等. 沙棘渣制備微晶纖維素的酶解條件優化[J]. 食品科學, 2017, 38(20)∶ 154-160. DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201720022. http∶//www.spkx.net.cn

SHENG Wenjun, BI Yang, FENG Lidan, et al. Optimization of enzymatic hydrolysis conditions for preparation of microcrystalline cellulose from seabuckthorn pomace[J]. Food Science, 2017, 38(20)∶ 154-160. (in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201720022. http∶//www.spkx.net.cn

2016-12-01

國際科技合作重點計劃項目（2014DFR31230）

盛文軍（1975—），男，講師，碩士，研究方向為果蔬加工。E-mail：shengwj@126.com

DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201720022