玉米皮制备功能糖浆预处理工艺的研究

赵 明，张梅娟，梁 健，司美琦，崔尧鹤，钱朋智

（1. 齐齐哈尔大学食品科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161006；2. 齐齐哈尔大学生命科学与农林学院，抗性基因工程与寒地生物多样性保护黑龙江省重点实验室，黑龙江齐齐哈尔 161006）

目前，玉米皮预处理的方法主要有机械粉碎[1]、挤压膨化[2-5]、蒸汽爆破、碱法预处理、浸泡洗涤法、酶法预处理等，均存在一定的缺点。例如，机械粉碎耗能多；挤压膨化和蒸汽爆破存在破坏部分木聚糖，对木质素的分离不彻底，形成的降解产物，增加后续水解工序的负担；碱法中的碱液会使一部分半纤维素降解损失。因此，单一的碱处理法也往往达不到理想的预处理效果。

预处理是制约玉米皮木质纤维素功能糖浆工业化的障碍之一，因此开发一种低能耗、低成本、高效率的预处理方法是研究热点。以淀粉加工副产物玉米皮为原料，利用高温蒸煮法，考查不同的条件对预处理效果的影响，并优化其最佳预处理条件，为玉米皮半纤维素水解制备功能糖浆提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验原料

玉米皮，由齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司提供，经粉碎，过40 目筛，备用。

1.1.2 主要试剂

去离子水、斐林试剂、葡萄糖。

1.1.3 仪器

立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械有限公司产品；布氏漏斗装置，蜀牛玻璃仪器有限公司产品；手持折光计，成都泰华光学有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素多水平优化蒸煮时间

选定蒸煮温度为118 ℃，按料液比为1∶8 添加去离子水，分别设定蒸煮时间为15，30，60，90，120 min 进行试验。每个处理称取50 g 玉米皮（干基）。预处理完毕，对料液混合物进行抽滤，使渣液分离，分别测定相关指标。从玉米皮还原糖损失率、杂质去除率综合考虑，确定最佳的蒸煮时间。

1.2.2 单因素多水平优化蒸煮温度

选定优化的最佳蒸煮时间，按料液比为1∶8 添加去离子水，设定蒸煮温度108，113，118，123，128 ℃进行试验。每个处理称取50 g 玉米皮（干基）。预处理完毕，对料液混合物进行抽滤，使渣液分离，分别测定相关指标。从玉米皮还原糖损失率、杂质去除率综合考虑，确定最佳的蒸煮温度。

1.2.3 单因素多水平优化料液比

选定优化的最佳蒸煮时间、蒸煮温度，按料液比1∶5，1∶8，1∶10，1∶15，1∶20 加入去离子水，放入高压灭菌锅中以最佳温度、最佳时间进行预处理。预处理完毕，对料液混合物进行抽滤，使渣液分离，分别测定相关指标。从玉米皮还原糖损失率、杂质去除率综合考虑，确定最佳料液比。

1.2.4 分析方法

玉米秸秆中水分含量采用烘干法测定；预处理液中还原糖含量采用斐林试剂法测定；玉米皮还原糖损失率（%） =预处理液中的还原糖含量（g/mL） ×预处理液体积（mL） /玉米皮绝干质量（g） ×100%；玉米皮杂质去除率（%） =（预处理前玉米皮的干基质量-预处理后玉米皮还原糖的干基损失量-预处理后玉米皮的干基质量） / 预处理前玉米皮的质量×100%；预处理后玉米皮的干基质量=预处理后玉米皮的湿基质量×（1-预处理后玉米皮的湿基含水量）。

2 结果与分析

2.1 玉米皮主要成分测定结果

测得其水分为8.52%，半纤维素含量为45.2%（干基）。

2.2 玉米皮预处理工艺的研究

2.2.1 不同蒸煮时间的蒸煮结果

选定蒸煮温度为118 ℃，按料液比为1∶8 添加去离子水，分别设定蒸煮时间为15，30，60，90，120 min 进行试验。每个处理称取50 g 玉米皮（干基），每个处理重复3 次。从玉米皮还原糖损失率、杂质去除率综合考虑，对比后确定最佳蒸煮时间。

不同蒸煮时间的蒸煮结果见表1。

研究发现，随着预处理时间的延长，玉米皮还原糖损失率和玉米皮杂质去除率会逐渐升高。在蒸煮料液比和蒸煮温度不变的情况下，随着蒸煮时间的延长，玉米皮中的杂质去除的越多，但玉米皮中溶出的还原糖也越多。

表1 不同蒸煮时间的蒸煮结果

预期通过热水预处理后，尽量较多地除去玉米皮内部杂质，同时尽量减少糖类还原物的损失。从玉米皮还原糖损失率和杂质去除率综合考虑，单因素法优化的最佳蒸煮时间为60 min。

2.2.2 不同蒸煮温度的蒸煮结果

选定蒸煮时间为60 min，按料液比为1∶8 添加去离子水，分别设定蒸煮温度为108，113，118，123，128 ℃进行试验。每个处理称取50 g 玉米皮（干基），每个处理3 次重复。从玉米皮总还原糖损失率、杂质去除率综合考虑，确定最佳的蒸煮温度。

不同蒸煮温度的蒸煮结果见表2。

表2 不同蒸煮温度的蒸煮结果

结果表明，玉米皮还原糖损失率随着预处理温度的升高而增大；玉米皮杂质去除率随着预处理温度的升高而增大。从玉米皮还原糖损失率和杂质去除率考虑，单因素法优化的最佳蒸煮温度为113 ℃。

2.2.3 不同料液比的蒸煮结果

按料液比1∶5，1∶8，1∶10，1∶15，1∶20进行调制后，选定蒸煮温度为113 ℃，蒸煮时间为60 min 来进行试验，每个处理称取50 g 玉米皮（干基），每个处理重复3 次。从玉米皮总还原糖损失率、杂质去除率综合考虑，确定最佳料液比。

不同料液比的蒸煮结果见表3。

表3 不同料液比的蒸煮结果

结果表明，玉米皮还原糖损失率和杂质去除率随料液比的增加均呈现先升高后降低的趋势。从玉米皮还原糖损失率和杂质去除率综合考虑，单因素法料液比为1∶5 是优化后的最佳配比。

3 结论

试验利用高温蒸煮方式对玉米皮制备功能糖浆原料进行预处理的研究，通过单因素试验得出，玉米皮制备功能糖浆最优预处理工艺为蒸煮时间60 min，蒸煮温度113 ℃，料液比1∶5，预处理后玉米皮的还原糖损失率为0.35%，杂质去除率为8.90%。试验研究方法具有操作简单、能耗和成本低、玉米皮还原糖损失率较低等优点。