荔枝渣水解工艺条件改进

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本文作者：盛晓晓1,2周如金2唐玉斌1邱松山2

作者单位：1.江苏科技大学生物与化学工程学院2.广东石油化工学院化工与环境工程学院

荔枝是产自南亚热带地区的特色水果，色香味形俱佳，“中华荔枝”饮誉古今中外。荔枝果娇肉甜，本身富含黄酮、多酚等活性成分，深受人们喜爱，市场需求逐年增[1]。我国主产区集中在两广、福建等地，其中广东占全国总种植面积的49.44%，同时负责主要的市场供应[2]。由于成熟季节正值盛夏，荔枝不易保鲜，难以储藏运输，常被加工成罐头、果干、果汁、果酒、果酱等[3]。以生产果汁果酒为例，鲜荔枝加工后约能产生30%的荔枝渣，总量十分可观，生产中却往往将其直接弃掉。由于荔枝渣含有很高的水分、糖分等营养物质，既浪费又污染环境。因而随着深加工产业的不断发展，合理利用荔枝渣，提高经济附加值也成为了荔枝产业亟待解决的问题。近年，生物质能已成为新能源的研究热点，其中用荔枝渣原料发酵生产燃料酒精[4-5]和生物柴油[6]的研究，不仅实现了废物资源的再利用，同时也消除了环境污染。为提高发酵过程中荔枝渣的利用率，还须对其进行糖化预处理[7]，以增加料液中还原糖的含量，本文用纤维素酶处理荔枝渣，并采用正交设计试验对糖化工艺进行了优化。

1材料与方法

1.1材料与设备

鲜荔枝渣：广东茂名岭南为多荔枝酒厂；纤维素酶：10000u/g，上海晶纯实业有限公司；3,5-二硝基水杨酸、NaOH、HCl等：国产分析纯。722型分光光度计：上海精科仪器厂；JXL-011电热恒温鼓风干燥箱：金坛市金祥龙电子有限公司；PTX-JA510电子天平：广州市晶博电子有限公司；DG120中草药粉碎机：浙江省瑞安市春海药材器械厂；HH-S.Z.W系列数显式恒温水浴锅：广州市予华仪器有限公司。

1.2荔枝渣料液的制备

1.2.1工艺流程鲜荔枝渣→烘干→粉碎→过筛→糖化→抽滤→料液。

1.2.2操作要点

1.2.2.1渣粉的制备鲜荔枝渣经70℃预干燥4h，升温至105℃干燥5h，每30min翻动1次，干燥至恒重，置于粉碎机中粉碎，使用30目国家标准检验筛控制颗粒大小，备用。

1.2.2.2糖化取渣粉10g，置于200mL三角瓶中，加水80mL，加0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液20mL调节pH，至固液比为1:5，添加一定质量的纤维素酶，搅拌均匀，将三角瓶置于水浴锅恒温一段时间进行酶解糖化。

1.2.2.3收集料液待三角瓶冷却，减压抽滤，滤液即为料液。

1.3试验设计

1.3.1单因素试验取渣粉10g，置于200mL三角瓶中，加水80mL，加0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液20mL调节pH，至固液比为1:5，分别对酶添加量(10~70u/g)、酶解初始pH(3.6~5.6)、酶解温度(35~60℃)以及酶解时间(1~3h)进行单因素试验，以料液中还原糖的含量为指标，分别研究这4个因素对荔枝渣糖化效果的影响。

1.3.2正交优化试验根据单因素试验结果，设计L9(34)正交试验，对纤维素酶水解荔枝渣的糖化工艺条件酶添加量(A)、酶解初始pH(B)、酶解温度(C)、酶解时间(D)进行优化，确定酶解最佳工艺。正交表因素水平见表1。

1.3.3验证试验以正交试验得出的最佳工艺条件，进行荔枝渣的糖化水解试验，测得还原糖的含量。1.4还原糖含量的测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法[8-9]对料液中的还原糖进行检测。

2结果与讨论

2.1单因素试验结果与分析

2.1.1酶添加量对糖化的影响向pH为4.8的反应液中分别加入10～70u/g不同质量的纤维素酶，50℃水浴加热2h后，测得料液中还原糖的含量随加酶量的变化，如图1显示。随着纤维素酶添加量的增加，还原糖含量呈增加趋势，酶添加量由10u/g增加到50u/g，还原糖含量有明显增加，达到50u/g后，还原糖的含量没有明显的变化，说明此时酶的浓度达到饱和。试验结果表明，在此反应体系中最适加酶量为50u/g，故选取50、60、70u/g为正交试验的因素水平。

2.1.2酶解初始pH对糖化的影响分别向初始pH为3.6~5.6反应液中加入50u/g纤维素酶，50℃水浴加热2h后，结果见图2。料液中测得的还原糖含量随初始pH升高先上升后下降，在pH在3.6~4.4范围内，随着pH的升高，还原糖的含量呈增加趋势，pH超过4.4还原糖含量开始降低。当pH升至5.2和5.6，酶分子的结构发生改变，酶已变性失活，故还原糖含量迅速降低。可见此纤维素酶在pH为4.4时，达到最高活力，由此正交试验选取pH4.0、pH4.4、pH4.8作为因素水平。

2.1.3酶解温度对糖化的影响将50u/g纤维素酶加入pH为4.8的反应液中，分别置于35~60℃水浴加热2h后；冷却抽滤，用DNS法测得料液中还原糖含量变化，结果见图3。酶解温度对还原糖含量的影响显著，当纤维素酶水解温度小于50℃时，随着水解温度的升高，还原糖含量显著增加。当温度超过50℃，水解液中还原糖含量开始降低，这是因为高温影响化学键的稳定，酶结构可能发生改变，使纤维酶的活性部分丧失。故得出此纤维素酶的反应最适温度为50℃，以45、50、55℃为正交试验的因素水平。

2.1.4酶解时间对糖化的影响将50u/g纤维素酶加入pH为4.8的反应液中，置于50℃水浴分别加热1~3h，冷却抽滤，用DNS法测料液中还原糖含量，结果见图4。可知，酶解时间对料液中还原糖的含量影响显著，在水解1~2h内，随着水解时间的延长，料液中还原糖的含量逐渐增加；2h以后，还原糖含量开始下降，可能是由于时间过长，有副反应发生，消耗了料液中的还原糖，使还原糖含量下降。正交试验选取1.5、2、2.5h作为因素水平。

2.2正交试验结果

在加酶量(A)、酶解初始pH(B)、酶解温度(C)、酶解时间(D)单因素试验的基础上设计的正交试验，结果见表2，可以看出：RD＞RA＞RB＞RC，可知影响荔枝渣水解的主次因素依次是：酶解时间、加酶量、酶解初始pH、酶解温度；因素酶添加量K1最大，酶解初始pH的K3最大，酶解温度K2最大，酶解时间K3最大，故最佳纤维素酶糖化工艺条件为A1B3C2D3，即在pH4.8的反应液中加50u/g纤维素酶，50℃水浴加热2.5h进行糖化反应。2.3验证试验结果以正交试验得出的最佳工艺条件进行糖化水解反应，即pH4.8的反应液中加50u/g纤维素酶，50℃水浴加热2.5h，测得荔枝渣料液中的还原糖含量为12.41mg/mL。

3结论

研究采用恒温干燥法对鲜荔枝渣进行干燥粉碎，使用纤维酶对经粉碎的渣粉进行糖化处理，并得到最佳糖化工艺条件为：纤维素酶添加量50u/g、初始pH4.8、酶解温度50℃、酶解持续2.5h，此条件下荔枝渣料液中的还原糖含量可达12.41mg/mL。