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本文作者：盛曉曉1,2周如金2唐玉斌1邱松山2

作者單位：1.江蘇科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院2.廣東石油化工學(xué)院化工與環(huán)境工程學(xué)院

荔枝是產(chǎn)自南亞熱帶地區(qū)的特色水果，色香味形俱佳，“中華荔枝”飲譽(yù)古今中外。荔枝果嬌肉甜，本身富含黃酮、多酚等活性成分，深受人們喜愛(ài)，市場(chǎng)需求逐年增[1]。我國(guó)主產(chǎn)區(qū)集中在兩廣、福建等地，其中廣東占全國(guó)總種植面積的49.44%，同時(shí)負(fù)責(zé)主要的市場(chǎng)供應(yīng)[2]。由于成熟季節(jié)正值盛夏，荔枝不易保鮮，難以儲(chǔ)藏運(yùn)輸，常被加工成罐頭、果干、果汁、果酒、果醬等[3]。以生產(chǎn)果汁果酒為例，鮮荔枝加工后約能產(chǎn)生30%的荔枝渣，總量十分可觀，生產(chǎn)中卻往往將其直接棄掉。由于荔枝渣含有很高的水分、糖分等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，既浪費(fèi)又污染環(huán)境。因而隨著深加工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，合理利用荔枝渣，提高經(jīng)濟(jì)附加值也成為了荔枝產(chǎn)業(yè)亟待解決的問(wèn)題。近年，生物質(zhì)能已成為新能源的研究熱點(diǎn)，其中用荔枝渣原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精[4-5]和生物柴油[6]的研究，不僅實(shí)現(xiàn)了廢物資源的再利用，同時(shí)也消除了環(huán)境污染。為提高發(fā)酵過(guò)程中荔枝渣的利用率，還須對(duì)其進(jìn)行糖化預(yù)處理[7]，以增加料液中還原糖的含量，本文用纖維素酶處理荔枝渣，并采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)糖化工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

1材料與方法

1.1材料與設(shè)備

鮮荔枝渣：廣東茂名嶺南為多荔枝酒廠；纖維素酶：10000u/g，上海晶純實(shí)業(yè)有限公司；3,5-二硝基水楊酸、NaOH、HCl等：國(guó)產(chǎn)分析純。722型分光光度計(jì)：上海精科儀器廠；JXL-011電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：金壇市金祥龍電子有限公司；PTX-JA510電子天平：廣州市晶博電子有限公司；DG120中草藥粉碎機(jī)：浙江省瑞安市春海藥材器械廠；HH-S.Z.W系列數(shù)顯式恒溫水浴鍋：廣州市予華儀器有限公司。

1.2荔枝渣料液的制備

1.2.1工藝流程鮮荔枝渣→烘干→粉碎→過(guò)篩→糖化→抽濾→料液。

1.2.2操作要點(diǎn)

1.2.2.1渣粉的制備鮮荔枝渣經(jīng)70℃預(yù)干燥4h，升溫至105℃干燥5h，每30min翻動(dòng)1次，干燥至恒重，置于粉碎機(jī)中粉碎，使用30目國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩控制顆粒大小，備用。

1.2.2.2糖化取渣粉10g，置于200mL三角瓶中，加水80mL，加0.1mol/L的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液20mL調(diào)節(jié)pH，至固液比為1:5，添加一定質(zhì)量的纖維素酶，攪拌均勻，將三角瓶置于水浴鍋恒溫一段時(shí)間進(jìn)行酶解糖化。

1.2.2.3收集料液待三角瓶冷卻，減壓抽濾，濾液即為料液。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1單因素試驗(yàn)取渣粉10g，置于200mL三角瓶中，加水80mL，加0.1mol/L的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液20mL調(diào)節(jié)pH，至固液比為1:5，分別對(duì)酶添加量(10~70u/g)、酶解初始pH(3.6~5.6)、酶解溫度(35~60℃)以及酶解時(shí)間(1~3h)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以料液中還原糖的含量為指標(biāo)，分別研究這4個(gè)因素對(duì)荔枝渣糖化效果的影響。

1.3.2正交優(yōu)化試驗(yàn)根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，對(duì)纖維素酶水解荔枝渣的糖化工藝條件酶添加量(A)、酶解初始pH(B)、酶解溫度(C)、酶解時(shí)間(D)進(jìn)行優(yōu)化，確定酶解最佳工藝。正交表因素水平見(jiàn)表1。

1.3.3驗(yàn)證試驗(yàn)以正交試驗(yàn)得出的最佳工藝條件，進(jìn)行荔枝渣的糖化水解試驗(yàn)，測(cè)得還原糖的含量。1.4還原糖含量的測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[8-9]對(duì)料液中的還原糖進(jìn)行檢測(cè)。

2結(jié)果與討論

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1酶添加量對(duì)糖化的影響向pH為4.8的反應(yīng)液中分別加入10～70u/g不同質(zhì)量的纖維素酶，50℃水浴加熱2h后，測(cè)得料液中還原糖的含量隨加酶量的變化，如圖1顯示。隨著纖維素酶添加量的增加，還原糖含量呈增加趨勢(shì)，酶添加量由10u/g增加到50u/g，還原糖含量有明顯增加，達(dá)到50u/g后，還原糖的含量沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明此時(shí)酶的濃度達(dá)到飽和。試驗(yàn)結(jié)果表明，在此反應(yīng)體系中最適加酶量為50u/g，故選取50、60、70u/g為正交試驗(yàn)的因素水平。

2.1.2酶解初始pH對(duì)糖化的影響分別向初始pH為3.6~5.6反應(yīng)液中加入50u/g纖維素酶，50℃水浴加熱2h后，結(jié)果見(jiàn)圖2。料液中測(cè)得的還原糖含量隨初始pH升高先上升后下降，在pH在3.6~4.4范圍內(nèi)，隨著pH的升高，還原糖的含量呈增加趨勢(shì)，pH超過(guò)4.4還原糖含量開(kāi)始降低。當(dāng)pH升至5.2和5.6，酶分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，酶已變性失活，故還原糖含量迅速降低。可見(jiàn)此纖維素酶在pH為4.4時(shí)，達(dá)到最高活力，由此正交試驗(yàn)選取pH4.0、pH4.4、pH4.8作為因素水平。

2.1.3酶解溫度對(duì)糖化的影響將50u/g纖維素酶加入pH為4.8的反應(yīng)液中，分別置于35~60℃水浴加熱2h后；冷卻抽濾，用DNS法測(cè)得料液中還原糖含量變化，結(jié)果見(jiàn)圖3。酶解溫度對(duì)還原糖含量的影響顯著，當(dāng)纖維素酶水解溫度小于50℃時(shí)，隨著水解溫度的升高，還原糖含量顯著增加。當(dāng)溫度超過(guò)50℃，水解液中還原糖含量開(kāi)始降低，這是因?yàn)楦邷赜绊懟瘜W(xué)鍵的穩(wěn)定，酶結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，使纖維酶的活性部分喪失。故得出此纖維素酶的反應(yīng)最適溫度為50℃，以45、50、55℃為正交試驗(yàn)的因素水平。

2.1.4酶解時(shí)間對(duì)糖化的影響將50u/g纖維素酶加入pH為4.8的反應(yīng)液中，置于50℃水浴分別加熱1~3h，冷卻抽濾，用DNS法測(cè)料液中還原糖含量，結(jié)果見(jiàn)圖4。可知，酶解時(shí)間對(duì)料液中還原糖的含量影響顯著，在水解1~2h內(nèi)，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，料液中還原糖的含量逐漸增加；2h以后，還原糖含量開(kāi)始下降，可能是由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有副反應(yīng)發(fā)生，消耗了料液中的還原糖，使還原糖含量下降。正交試驗(yàn)選取1.5、2、2.5h作為因素水平。

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果

在加酶量(A)、酶解初始pH(B)、酶解溫度(C)、酶解時(shí)間(D)單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2，可以看出：RD＞RA＞RB＞RC，可知影響荔枝渣水解的主次因素依次是：酶解時(shí)間、加酶量、酶解初始pH、酶解溫度；因素酶添加量K1最大，酶解初始pH的K3最大，酶解溫度K2最大，酶解時(shí)間K3最大，故最佳纖維素酶糖化工藝條件為A1B3C2D3，即在pH4.8的反應(yīng)液中加50u/g纖維素酶，50℃水浴加熱2.5h進(jìn)行糖化反應(yīng)。2.3驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果以正交試驗(yàn)得出的最佳工藝條件進(jìn)行糖化水解反應(yīng)，即pH4.8的反應(yīng)液中加50u/g纖維素酶，50℃水浴加熱2.5h，測(cè)得荔枝渣料液中的還原糖含量為12.41mg/mL。

3結(jié)論

研究采用恒溫干燥法對(duì)鮮荔枝渣進(jìn)行干燥粉碎，使用纖維酶對(duì)經(jīng)粉碎的渣粉進(jìn)行糖化處理，并得到最佳糖化工藝條件為：纖維素酶添加量50u/g、初始pH4.8、酶解溫度50℃、酶解持續(xù)2.5h，此條件下荔枝渣料液中的還原糖含量可達(dá)12.41mg/mL。