采用高温高压预处理玉米芯和复合酶法制备低聚木糖研究

低聚木糖由2～7个木糖以β-1,4-糖苷键连接形成的低聚糖，木二糖含量越高，产品质量越好[1-2]。低聚木糖耐酸、耐热，具有增殖双歧杆菌，改善人体胃肠道，防龋齿，增强机体免疫力，促进人体对钙的吸收等保健功能[3-4]，是广泛应用于食品、药品和化妆品等工业的一种重要的功能性低聚糖。制备低聚木糖的主要原材料是玉米芯、棉籽壳、花生壳、甘蔗渣和稻壳[5-6]。中国作为一个农业大国，据统计，2015年大约有0.76亿t的玉米芯副产物，为低聚木糖的制备提供了丰富的原料资源。目前中国对玉米芯的利用相对较少，基本处于低水平的初级加工阶段，绝大部分作为农家燃料被烧掉。以玉米芯为原料，制备功能性低聚木糖，不仅可以综合利用农产品资源，同时也可以增加农民收入，具有很好的市场前景[7-8]。本研究将超微粉碎后的玉米芯，经过高温高压预处理后，用木聚糖酶、纤维素酶和半纤维素酶组成的复合酶对玉米芯进行酶解制备低聚木糖，并对制备的低聚木糖进行组分分析，为用玉米芯制备功能性低聚木糖工业化生产提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玉米芯(河南省许昌市建安区)；木聚糖酶和纤维素酶(上海源叶生物科技有限公司)；3,5-二硝基水杨酸(上海科丰化学试剂有限公司)；木糖、木二糖、木三糖和木四糖(上海甄准生物科技有限公司)；其余试剂均为国产分析纯。

分析天平(FA1004B，上海佑科仪器仪表有限公司)；紫外分光光度计(T6， 北京普析通用仪器有限责任公司)；电导率仪(DDB-303A，上海仪电科学仪器股份有限公司)；超微粉碎机(NLD-6DI，济南纳力德超微粉碎技术公司)；高效液相色谱仪(UltiMate3000，美国戴安公司)；电热恒温水浴锅(DK-8D，常州普天仪器制造有限公司)；扫描电子显微镜(Zeiss EVOLS-15，英国蔡司公司)；循环水真空泵(SHZ-D，巩义市峪华科仪器厂)；pH计(IS128，上海仪迈仪器科技有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 测定方法 还原糖的测定：还原糖的测定采用DNS法[9]。总糖测定：向待测液中加入终质量浓度为72 g·L-1的浓硫酸，沸水浴2 h，然后用浓度为6 mol·L-1的氢氧化钠溶液中和至中性，按还原糖的测定方法测定待测液中总糖的含量。

1.2.2 玉米芯预处理 玉米芯经超微粉碎后，按照m(料，g)∶ V(液，mL)=1∶ 20的料液比加入水，置于高温高压灭菌锅中，在110 ℃，0.1 MPa条件下处理60 min。

1.2.3 低聚木糖的制备 分别选择m(木聚糖酶)∶ m(纤维素酶)∶ m(半纤维素酶配)为1∶ 6∶ 2、2∶ 5∶ 2、1∶ 1∶ 1、1∶ 3∶ 3、2∶ 1∶ 3和3∶ 1∶ 3，复合酶的添加量为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3.0%，酶解温度为30、40、50、60、70和80 ℃，pH值为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0和酶解时间为10、20、30、40、50、60、70和80 min 5因素[10]，通过测定酶解液中还原糖质量浓度和可溶性总糖质量浓度，研究各因素对酶解玉米芯制备低聚木糖的影响，确定最佳制备工艺。

2.1.5 酶解时间对酶解的影响 由图5可知，随着酶解时间的延长，酶解液中还原糖和总糖质量浓度都先增加最后趋于稳定，当酶解时间为60 min时，酶解液中还原糖和总糖质量浓度均达到较高值。因此，酶解时间选择60 min。

1.2.5 玉米芯低聚木糖组分分析[11-12] 薄层层析分析：层析板为硅胶板，展开剂为乙腈和水(V(乙腈)∶ V(水)=85∶ 15)，显色剂为甲醇和5%硫酸(V(甲醇)∶V(硫酸)=95∶ 5)，对制备的玉米芯低聚木糖组分进行定性分析。高效液相色谱分析：色谱柱为Hi-Plex Na(300 mm×7.7 mm, 10 μm)，检测器为示差折光检测器，流动相为水，流速为0.3 mL·min-1，柱温85 ℃。对制备的玉米芯低聚木糖组分进行定量分析，并对混合离子交换树脂脱盐脱色后对低聚木糖各组分的影响进行定量分析。

2 结果与分析

2.1 复合酶制备玉米芯低聚木糖的单因素试验

2.1.1 复合酶配比对酶解的影响 复合酶的配比对酶解的影响如图1所示。从图1可以看出，当m(木聚糖酶)∶ m(纤维素酶)∶ m(半纤维素酶配)为2∶ 1∶ 3时，酶解液中的还原糖和总糖质量浓度达到最高值，当偏离该配比时，还原糖和总糖的质量浓度都呈现下降趋势，因此复合酶的配比为2∶ 1∶ 3。

  

图1 复合酶质量比对酶解液中糖质量浓度的影响

 

Fig.1 Effects of the ratio of enzyme composition on sugar concentration in enzymatic hydrolysis

3)当1/π>Fr>1/(2π)时(这时层结稳定度有所加强),该大气波动不仅出现在地形附近,还出现在地形的下风方,其波长与地形的水平尺度无关,该波长仅取决于背景场,且波动向上仍有所减弱。

本次调查主要采用的是调查问卷的形式，调查的时间是2010年3月至2018年10月。调查地点和时间为城阳区毛公山及山色峪樱桃山会期间8256份，有效问卷的回收率为91.4%。

正如习近平总书记所言，要回答“世界怎么了、我们怎么办？”的问题，首先要弄清楚“我们从哪里来、现在在哪里、将到哪里去？”这一最基本的问题，首先需要把握人类的共同价值诉求。对此，习近平总书记认为：“和平、发展、公平、正义、民主、自由，是全人类的共同价值，也是联合国的崇高目标。”［6］522而这些任务至今远远没有完成。

  

图2 复合酶添加量对酶解液中糖质量浓度的影响

 

Fig.2 Effects of enzyme cocktail on sugar concentration in enzymatic hydrolysis

2.1.3 温度对酶解的影响 由图3可知，随着酶解温度的增加，酶解液中还原糖和总糖质量浓度先上升后下降，当酶解温度为50 ℃时，还原糖和总糖质量浓度达到最高。因此，复合酶水解的最适温度为50 ℃。

冯飞在汛期地质灾害防治现场会上强调：全力以赴抓实防灾工作确保群众生命财产安全（省厅新闻宣传中心）..........................................................................................................................................................................5-4

  

图3 温度对酶解液中糖质量浓度的影响

 

Fig.3 Effects of temperature on sugar concentration in enzymatic hydrolysis

2.1.4 pH对酶解的影响 由图4可知，pH值在3.0～5.0范围内，随着pH值的增加，还原糖质量浓度和总糖质量浓度均呈现增加趋势，在pH值为5.0时，还原糖质量浓度和总糖质量浓度均达到最高值；pH值在5.0～10范围内，随着pH值增加，还原糖和总糖质量浓度逐渐减小。因此，复合酶酶解的最适pH值为5.0。

1.2.4 玉米芯组织结构扫描电镜分析 采用扫面电子显微镜(SEM)分别对超微粉碎后的玉米芯、高温高压预处理玉米芯和复合酶解后的玉米芯的微观结构进行分析，研究不同处理条件下玉米芯表面形态变化。

2.3.2 圆整度的测定 取适量微丸置于光滑平板上，平板的一侧稍抬起，测量微丸滚动前倾斜平面与水平面之间形成的角度为平面临界角，即为圆整度。

  

图4 pH值对酶解液中糖质量浓度的影响

 

Fig.4 Effects of pH on sugar concentration in enzymatic hydrolysis

  

图5 酶解时间对酶解液中糖质量浓度的影响

 

Fig.5 Effects of time of enzymatic hydrolysis on sugar concentration in enzymatic hydrolysis

2.2 正交试验

根据单因素试验结果，选择复合酶配比、温度、pH和酶解时间4因素进行L9(34)正交试验，正交试验因素水平表、正交试验结果和方差分析分别见表1、表2和表3。

 

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factor level of orthogonal array test

  

水平Level复合酶质量比ARatioofenzymecomposition温度/℃BTemperaturepH值CpHValue时间/minDTime11∶2∶34045022∶1∶35056033∶1∶360670

正交试验结果(表2)表明，影响酶解4个因素的主次顺序为：温度>时间>pH值>复合酶质量比，方差分析结果(表3)表明，酶解温度对酶解的影响显著，复合酶解玉米芯制备低聚木糖的最佳工艺为：温度为 50 ℃、时间60 min、pH值5.0、木聚糖酶、纤维素酶和半纤维素酶的质量比为3∶ 1∶ 3，复合酶添加质量分数为2%。

 

表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal array test

  

序号Testnumber复合酶质量比ARatioofenzymecomposition温度/℃BTemperaturepH值CpHvalue时间/minDTime还原糖/(g·L-1)EReducingsugar11(1∶2∶3)1(40)1(4)1(50)0．896212(50)2(5)2(60)1．241313(60)3(6)3(70)1．15642(2∶1∶3)1231．021522311．164623121．18873(3∶1∶3)1321．084832131．192933211．192k11．0981．0001．0921．084k21．1241．1991．1511．171k31．1541．1791．1351．123极差RRange0．0560．1790．0590．087主次顺序PrimaryandsecondaryorderB>D>C>A最优组合OptimumcombinationB2D2C2A3

 

表3 正交试验方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal array test

  

因素Factor偏差平方和Biassquares自由度DegreeoffreedomF比FratioF临界值Fcriticalvalue显著性SignificanceA0．00521．0009．000B0．072214．4009．000∗C0．00621．2009．000D0．01122．2009．000误差项Error0．012

2.3 玉米芯组织结构分析

不同处理条件下扫描电镜对玉米芯组织结构分析如图6-图8所示。从图6所示，超微粉碎后的玉米芯，其组织结构比较细密，表面比较完整，组织间结块较大。高温高压预处理后的玉米芯(图7)的组织结构因受到破坏，组织结构与处理前相比发生了较大的变化，组织表面变得粗糙，出现空隙，原来较为完整致密的玉米芯大块组织被撕裂成小块组织，结构间变得松散。玉米芯在高温高压预处理后，玉米芯的纤维素、半纤维素和木质素等结构受到破坏，部分结构分解，产生低聚合度的糖类物质。复合酶水解后的玉米芯(图8)组织结构受到更大程度的破坏，与超微粉碎的玉米芯以及高温高压预处理的玉米芯结构相比，其组织间变得更为零散，组织结构变得微细化，有很多碎片(或碎条)，存在的少量“块状”组织，其组织表面已经由处理前的平面结构变成蜂窝状结构，经过高温高压预处理后的玉米芯的组织结构受到了破坏，表面积与体积比增大，有利于酶解作用，酶解后组织结构会受到更大的破坏，产生低聚合度的糖类物质[13]。

  

图6 超微粉碎后玉米芯组织结构Fig.6 The structure of corncobs smashed by ultramizer

2.4 低聚木糖提取液组分分析

2.4.1 薄层层析(TLC) 如图9所示，薄层层析定性结果表明，高温高压预处理后的玉米芯提取液中未检测到木糖、木二糖、木三糖和木四糖，或因各组分浓度过低，薄层层析中不显示；酶解后的玉米芯提取液中低聚木糖的主要组成为木糖、木二糖和木三糖。

  

图7 高温高压预处理后玉米芯组织结构

 

Fig.7 The structure of corncobs pretreated with high temperature and pressure

  

图8 复合酶水解后玉米芯组织结构

 

Fig.8 The structure of enzymatic hydrolyzed corncobs

2.4.2 高效液相色谱分析 玉米芯低聚木糖高温高压预处理和复合酶解后各组分高效液相色谱分析如表4所示。高温高压预处理玉米芯提取液中检测到少量的木糖、木二糖、木三糖和木四糖，其提取率分别为0.754%、0.037%、0.007%和0.16%；复合酶水解后的玉米芯提取液中主要为木糖、木二糖和木三糖，其提取率分别为1.495%、3.727%和1.949%，总提取率为7.171%。

  

注：X1～X4为木糖、木二糖、木三糖和木四糖， 1～3分别为混标、高温高压预处理液和酶解液。

 

Note: X1～X4 are xylose, xylobiose, xylotriose and xylotetraose, respectively. 1～3 are of standard mixture, fluid of pretreated with high temperature and high pressure and solution treated with enzymic hydrolysis solution, respectively.

 

图9 玉米芯低聚木糖TLC图谱Fig.9 TLC chromatography of xylooligosaccharides from corncobs

 

表4 高效液相色谱分析结果

 

Table 4 Results of high performance liquid chromatography

  

木糖Xylose木二糖Xylobiose木三糖Xylotriose木四糖Xylotetraose标样Standard保留时间/minTimeofretention28．12523．09319．49316．817质量浓度/(mg·L-1)Concentration12．07．06．510．5高温高压预处理Hightemperatureandpressurepretreatment得率/(mg·g-1)Yield7．540．370．0721．6提取率/%Extractionyield0．7540．0370．0070．16复合酶水解Compositeenzymehydrolysis得率/(mg·g-1)Yield14．9537．2719．49-提取率/%Extractionyield1．4953．7271．949-

注：得率(mg·g-1)为每克玉米芯中低聚木糖组分的毫克数。

Note：Yield (mg·g-1) means grams of xylooligosaccharides per corncobs grams.

3 结论

通过扫面电子显微镜观察可知，玉米芯在高温高压蒸汽预处理后，组织结构受到破坏，变得疏松多孔；复合酶酶解处理后的玉米芯，其组织结构受到更大的破坏，变得更加分散、破碎。

2.1.2 复合酶添加量对酶解的影响 复合酶添加量对酶解的影响如图2所示。从图2可以看出，随着复合酶添加量的增加，还原糖和总糖的质量浓度先增加，最后趋于稳定；当复合酶添加量为2%时，还原糖和总糖的质量浓度均达到较高的水平，因此，选择复合酶的添加量为2%。

复合酶酶解玉米芯的最佳工艺为：m(木聚糖酶)∶ m(纤维素酶)∶ m(半纤维素酶配)=3∶ 1∶ 3、复合酶的添加量为2%、酶解温度为50 ℃、酶解pH值 5.0、酶解时间60 min。

[6] OTIENO D O, AHRING B K. The potential for oligosaccharide production from the hemicellulose fraction of biomasses through pretreatment processes: xylooligosaccharides (XOS), arabinooligosaccharides (AOS), and mannooligosaccharides (MOS) [J]. Carbohydrate Research, 2012, 360(1): 84-92.

试想，当代翻译理论赋予译者的“超强主体性”，如“操纵者”、“改写者”等，会不会导致译者主体性走向极端？从历史的发展规律来看，这是极有可能的。为避免这种情况的发生，翻译理论研究就必须从主体性转向主体间性，打破作者和译者主客二元对立的局面，把作者和译者看成是平等、互动的关系，形成作者与译者等其他主体相互制约，相互尊重，相互依存的和谐局面。

指导教师需要给出客观合理的评价，站在科研选题整体角度分析各小组的特色以及存在的问题，并针对问题给出合理的建议。从科研选题、科研方法、科研技术、科研内容及科研成果等方面对其进行全面系统的分析，促使学生不断提高科研能力。

[1] CARVALHO A F A, OLIVA NETO P D, DOUGLAS FERNANDES DA SILVA D F D, et al. Xylooligosaccharides from lignocellulosic materials: chemical structure, health benefits and production by chemical and enzymatic hydrolysis[J]. Food Research International, 2013, 51(1):75-85.

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玉米芯低聚木糖组分高效液相色谱分析表明，高温高压处理后玉米芯提取液中存在少量的木糖、木二糖、木三糖和木四糖；复合酶解后的玉米芯提取液中主要为木糖、木二糖和木三糖，总提取率为7.171%，未检测到木四糖。

[7] WANG B, CHENG B, FENG H. Enriched arabinoxylan in corn fiber for value-added products [J]. Biotechnology Letter, 2007, 30(2): 275-279.

博物馆里采用直译法的有“华侨是革命之母”（“Overseas Chinese is the mother of the revolution.”）“中国现代军官的摇篮”（“the cradle of China's modern military officer”）等。在这两句话中，直译体现了汉语修辞的美感，并且更好地传达原文意义，保留原文风格。另外，“抗日战争”被直译成“Anti-Japanese War”，但经过笔者查询，翻译成“the War of Resistance Against Japan”会更加恰当。

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别看我年纪小，但我已经是拥有多次演出经验的“老演员”啦！不过出演歌剧我还是第一次，所以我对整场演出的感觉就是三个词：新奇、兴奋和期待！

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