甜高粱秸秆中可溶性糖提取及组成分析

孟 利，刘 峰，付海燕，雷 虹，李秀凉，韩德权，平文祥

(1.黑龙江大学生命科学学院农业微生物技术教育部工程研究中心黑龙江省微生物重点实验室，哈尔滨150080;2.黑龙江省农业科学院农产品质量安全研究所，哈尔滨150086)

甜高粱(Sorghum bicolor L.Moench)是双色高粱的一种，由于茎秆多汁且富含糖分，又称糖高粱或芦粟、芦穄、芦黍，具有抗旱，耐涝，耐贫瘠，耐盐碱、节水、节能等特性，而且抗逆性强，生物学产量高，适应性广等，在中国、美国、俄罗斯等国家广泛种植[1－3].甜高粱秸秆精华主要在富含糖分的茎秆，单产可达每亩5 000～10 000 kg.可用于制糖、酿酒、制酒精燃料、造纸和饲料等可做为生物燃料，酿酒的原料.甜高粱秸秆中糖的有效提取及组分分析，对其品种的筛选及产业化利用至关重要.以往糖含量测定多以总糖含量计测定来表示，不能适应分析需求.随着仪器分析的发展，由于高效阴离子交换色谱－积分脉冲安培法(HPAEC－PAD)在强碱性条件下具有灵敏度高、操作简单、有机溶剂兼容以及无需衍生，直接分离测定等优势，在对样品中碳水化合物、氨基酸和其他生物大分子、小分子以及抗生素等的分析方面已有广泛的应用[4－7].目前采用HPAEC－PAD法同时测定秸秆中单糖、二糖的分析研究还少见报道.

本试验以糖高粱秸秆为原料，建立了甜高粱秸秆中糖的提取工艺，分别考察了料液比、浸提温度、浸提时间3个因素对甜高粱秸秆中可溶性糖提取的影响.对其中的可溶性糖采用蒽酮法对其中的总糖含量进行分析，用HPAEC－PAD法对其可溶性糖的种类进行分析，旨在考察甜高粱秸秆中可溶性糖的比例，为甜高粱秸秆中可溶性糖的开发、利用提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甜高粱(黑龙江省五常市);3，5－二硝基水杨酸国药集团化学试剂有限公司分析纯;蒽酮国药集团化学试剂有限公司分析纯;葡萄糖果糖蔗糖纯度99%AMRESCO进口分装.

1.2 主要仪器与设备

ICS3000多功能色谱装置(美国 Dionex公司)，包括双泵(DP)模块、检测器/色谱(DC)模块、自动进样器(AS)模块.双泵模块中包含一个单元泵和一个四元梯度泵，其中四元梯度泵用于糖的分离;检测器/色谱模块中配置进样阀、分析柱和安培检测器;温度均设为30℃;安培检测器用金工作电极、pH－Ag/AgCl复合参比电极、钛对电极.Chromeleon 6.8色谱工作站;TU－1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);超纯水设备(韩国 Human up 900).

1.3 甜秸秆中糖的提取及组分分析

提取工艺流程:甜秸秆→去叶、去鞘→粗压榨→粗秸秆渣→高效粉碎机粉碎→均匀的秸秆粉末→混合均匀取样→料液比(1∶4)混匀→蒸馏提取(60℃，2.0 h)→过滤→反复洗涤残渣几次→合并滤液→冷却至室温→定容到锥形瓶→吸取1 mL→定容到100 mL容量瓶→还原糖、总糖及组分测定.

1.3.1 可溶性糖质量浓度的测定

蒽酮法测定总糖质量浓度:取7支比色管内加入500 μg/mL 葡萄糖标准溶液 0.00 、0.10 、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL，补加蒸馏水至 1 mL，各加入蒽酮试剂5 mL，摇匀.沸水浴l0 min，冷却至室温，620 nm测定吸光值.以标准葡萄糖质量浓度为横坐标，以吸光值为纵坐标，绘出标准曲线.试样取1 mL，重复上述操作.

1.3.2 可溶性糖组分分析色谱条件

色谱柱:配有Dionex CarboPac MA1分离柱(4×250 mm)和保护柱(2 ×50 mm)，250 mmol/L NaOH为淋洗液，温度为30℃，流速为1.0 mL/min.pH－Ag/AgCl复合参比电极、安培检测器(Au工作电极).进样体积 25.0 μL.

为使葡萄糖和果糖在一次进样时有较好的分离度，经过试验，采用纯水和250 mmol/LNaOH两种淋洗液以梯度淋洗方式洗脱，梯度淋洗程序见表1.

表1 分离葡萄糖、果糖、蔗糖的梯度淋洗程序

分析物的检测采用如表2所示的四电位波形以积分脉冲安培检测方式进行.

表2 分离葡萄糖、果糖、蔗糖的检测波形

2 结果与分析

2.1 总糖标准曲线

可溶性总糖标准曲线测定在20～200 mg/L含糖范围内呈良好的线性，线性方程为y=1.884 2x－0.004 6，相关系数为0.999 4.见图1.

图1 蒽酮法测定总糖标准曲线

2.2 料液比对甜高粱秸秆中可溶性糖提取的影响

图2为料液比对甜秸秆中可溶性糖提取的影响，试验分别以料液比 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8 浸提甜高粱秸秆粉末，分别在60℃浸提2 h，定容，测定总糖、还原糖，重复3次.当料液比为1∶2时加水量太小，秸秆粉末不能完全溶掉，浸提率较小，料液比为1∶4时，甜秸秆中可溶性糖的浸提率最高为18.6%，当料液比为1∶6时可溶性糖的浸提率开始减小，同时料液比过大，体积增大，能耗加大.因此选择料液比为1∶4为最佳料液比.

图2 料液比对甜高粱秸秆中可溶性糖提取的影响

2.3 浸提温度对甜高粱秸秆糖提取率的影响

图3为浸提温度对甜高粱秸秆提取效果的影响，当料液比 1∶4，浸提时间 2 h，分别在 20、60、70、80、90℃下浸提，重复3次，蒽酮法测定总糖百分.结果表明，在相同浸提时间(2 h)条件下，温度对甜秸秆中可溶性糖的影响在20～60℃时糖的浸提率呈增长趋势，在60～80℃之间相差不大且浸提率有下降趋势，而在90℃时浸提率有一定程度的下降.原因可能是在60℃以下，随着温度的升高，糖的溶出率增加，而在90℃，还原糖可能与其他组分发生反应，造成浸提率的下降.综合考虑能耗及浸出率，浸提温度宜选择60℃，该条件下浸提率为19.01%.

图3 浸提温度对甜高粱秸秆提取效果的影响

2.4 时间对甜高粱秸秆中可溶性糖提取的影响

图4为提取时间对甜高粱秸秆中可溶性糖提取的影响，当料液比1∶4，水浴60℃条件下，分别提取 0.5、1、1.5、2、2.5 h，重复 3 次，蒽酮法测定总糖百分含量.结果表明，0.5 h与1 h，2 h的浸提率相差较大，随着时间的增加浸提率不断提升，而在2.5 h时，与2 h时的浸提率相差不大，甚至还有所下降，综合考虑，选择2 h时浸提为最佳提取条件.

料液比1∶4，60℃提取2 h，该条件处理后的样品可溶性糖提取率较好，甜秸秆浸提后总糖百分含量为19.01%.

图4 时间对甜高粱秸秆中可溶性糖提取的影响

2.5 离子色谱法测定秸秆中糖的种类

将上述最佳条件下提取得到的可溶性糖样品，采用250 mmol/L NaOH等度淋洗23 min，分离测定可溶性糖，结果如图5、6所示.甜高粱秸秆中主要含有葡萄糖、果糖、蔗糖，见表3，其质量浓度分别为 51.53、42.808、7.544 mg/L.

图5 葡萄糖、果糖、蔗糖混标离子色谱图

图6 甜高粱可溶性糖离子色谱分析

表3 甜秸秆中可溶性糖离子色谱分析结果

3 结语

在试验范围内，甜高粱秸秆的最佳提取工艺条件为:料液比1∶4，60 ℃浸提，浸提2 h.在此条件下，甜秸秆可提取出总糖19.01%(以葡萄糖当量计)，其中蔗糖占43.35%，还原糖占25.6%，葡萄糖14.2%，果糖占11.36%.甜高粱秸秆中可溶性糖含量较高，如将其进一步开发利用，并作为天然甜味汁液用于饮料的开发等产品上，发展前景可观.

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