羧甲基纖維素鈉是目前最受關(guān)注的纖維素醚類 產(chǎn)品，用途廣泛、使用方便。但長期以來，羧甲基纖素鈉大多是以棉花短絨為原料制備而成，其成本較高m。如果能將蘋果渣代替棉花制造羧甲基纖維素鈉，就可以降低羧甲基纖維素鈉的成本。蘋果渣是蘋果榨汁后的產(chǎn)物，如果能被應(yīng)用，不僅有利于保護(hù)環(huán) 境，而且還可以擴(kuò)大蘋果渣的應(yīng)用范圍，從而提高蘋果渣的附加值，對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極大促進(jìn)作用。

　　

　　1材料與方法 1.1材料與設(shè)備蘋果淹陜西省咸陽市乾縣陜西海升果業(yè)發(fā)展 股份有限公司；無水乙醇、硫酸萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)精細(xì)化工；果膠酶諾維信;次氯酸鈉天津市科 盟化I. L:貿(mào)有限公司；鉻酸鉀北京市慶盛達(dá)化工 技術(shù)有限公司；硝酸銀中國上海試劑工廠。

　　

　　分析天平 AE200, METTLER;恒溫水浴鍋、滾 珠式粘度計(jì)德國；電磁爐 IK AMAG REC-G;臺 式干燥箱中華人民共和國重慶實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；旋轉(zhuǎn) 真空泵ZHX-1型，浙江黃巖發(fā)達(dá)真空設(shè)備廠；全溫 振蕩培養(yǎng)箱HZQ-F160,哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā) 有限公司；超聲波設(shè)備 HK510H，德聞BANDELIN SONOREX SUPER ； pH if 422, WISSENCHAFTUCH -TECHNISCHE WERKS TATTEN0 1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1蘋果渣纖維素的制備將蘋果渣不溶性膳食 纖維m加人10倍的水，加人0.25倍的冰乙酸，0.5倍 的次氯酸鈉，70丈超聲波處理15min，再加人0.25倍 的冰乙酸，0.5倍的次氯酸鈉，75丈超聲波處理 如此重復(fù)2次。過濾洗滌，50T烘干，得蘋果 渣纖維素131。

　　

　　Science and Technology of Food Industry50%氫氧化鈉溶液的 用量U) 取代度（DS)

　　

　　1.2.2高取代度羧甲基纖維素鈉的制備方法參照文獻(xiàn)[4]。 1.2.3羧甲基纖維素取代度的測定參照文獻(xiàn)[5]。 1.2.4羧甲基纖維素鈉粘度的測定準(zhǔn)確稱取經(jīng)烘 箱干燥2h的試樣1.00g(準(zhǔn)確至0.001 g)，置于125mL 廣口磨口瓶中，加人49.0g水，不斷攪拌，攪拌均勻完 全溶解后，置于滾珠式粘度計(jì)中，計(jì)算玻璃珠在滾筒 內(nèi)從上刻度線到下刻度線所需的時(shí)間，反復(fù)測定，取 其平均值。粘度按下式計(jì)算：T) =k(p,-p2)t式中：11-溶液的粘度；P,-滾珠的密度；P2_溶液 的密度;t-滾珠在滾筒內(nèi)從上刻度線到下刻度線所需的時(shí)間，S。

　　

　　2結(jié)果與分析2.1乙醇的濃度對產(chǎn)品取代度的影響據(jù)大量資料顯示，制備羧甲基纖維素鈉的溶劑 有很多，但大多采用乙醇。乙醇含水量的多少與 CMC的粘度、取代度均有關(guān)„據(jù)資料顯示，乙醇含水 量小于8%或大于15%時(shí)，CMC的取代度明顯下降。 故在本實(shí)驗(yàn)中，制備高取代度羧甲基纖維素鈉時(shí)采 用80%、85%、90%、95%的乙醇溶液作為溶劑。固 定其他實(shí)驗(yàn)條件為：4g纖維素，8g 50%的氫氧化鈉 溶液，室溫下堿化60min, 3.6g#C乙酸的乙醇溶液（m 氣乙酸：m80%乙醇= 1:1) JOt醚化80min。

　　

　　由表1可知，采用85%的乙醇作為溶劑，所得 CMC的DS最高。乙醇濃度過高，溶劑中水分含量較 少，限制纖維素的膨脹和不利于氫氧化鈉的溶解；而乙 醇濃度過低，溶劑中水分含量偏高，氫氧化鈉濃度偏 低，影響堿化效果，而且生成的CMC因溶脹形成凝膠 包覆纖維素，不利于反應(yīng)的深人和取代度的提高[4]。

　　

　　表1乙醇的濃度對DS的影響乙醇濃度（％)95908580取代度（DS)0.430.540.760.462.2 50%氫氧化鈉溶液的用置為了使纖維素能夠充分反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)采用多次 堿化、醚化處理，以保證產(chǎn)品狀態(tài)均勻。首次堿化對 產(chǎn)品的取代度DS有很大影響，故首次堿化時(shí)，在其 他條件固定的情況下，分別添加2.0、4.0、8.0、12.0、 16.0g 50%氫氧化鈉溶液，進(jìn)行堿化處理。

　　

　　由表2可知，堿化時(shí)氫氧化鈉溶液的添加量對 CMC的取代度有很大影響。當(dāng)氫氧化鈉溶液的用量 小于4g時(shí)，堿量過少，不能使纖維索全部牛。成堿性 纖維，DS較低；當(dāng)50%的氫氧化鈉溶液的用量為4g 時(shí)，CMC的取代度最高；當(dāng)50%氫氧化鈉溶液的用 量大于8g時(shí)，氫氧化鈉溶液過量，會(huì)明顯促進(jìn)纖維 素的解聚，且多余的堿會(huì)與氯乙酸發(fā)生副反應(yīng)，生成 一些副產(chǎn)物，降低產(chǎn)品的取代度|61。當(dāng)堿液的量在 4g左右時(shí)，DS變化較小。故對于4g纖維素，本實(shí)驗(yàn) 采用2.0、4.0、8.0g 50%的氫氧化鈉溶液作為正交實(shí) 驗(yàn)的水平。

　　

　　表2氫氧化鈉溶液的用量對取代度DS的影響2481216038~051 ~~048~013~0J82.3堿化溫度對產(chǎn)品的彩響稱取4.0g纖維素，選用85%的乙醇溶液作為溶 劑，添加8g 50%氫氧化鈉溶液，分別于28、35、4〇、 45、50丈攪拌堿化處理60min，通過對比實(shí)驗(yàn)分析堿 化溫度對產(chǎn)品取代度的影響。

　　

　　由表3可知，當(dāng)堿化溫度為28、40尤時(shí)，所得產(chǎn) 品取代度較高，但是當(dāng)堿化溫度為28T時(shí)，產(chǎn)品色澤 不均勻，顆粒較大，故可知溫度越低，膨化度越大；但 溫度過低，膨化度過大，會(huì)影響堿纖維素的化學(xué)組 成;溫度過髙，不利于形成堿纖維素，并易發(fā)生水解。 而堿化溫度為40^時(shí)，堿化溫度合適，膨化度較大， 取代度也最高，故本實(shí)驗(yàn)最終采用4CTC進(jìn)行堿化處理。

　　

　　表3堿化溫度對取代度DS的影響堿化溫度（^)283540 4550取代度（DS)0.480.200.42 0.290.302.4堿化時(shí)間對產(chǎn)品的影響固定其他反應(yīng)條件，將樣品加人堿液后，于40^ 下分別攪拌堿化處理30、60、90、l2〇min，通過對比實(shí) 驗(yàn)確定堿化溫度對產(chǎn)品取代度的影響。

　　

　　由表4可知，堿化時(shí)間與CMC的取代度有關(guān)。 當(dāng)堿化時(shí)間低于60min時(shí)，產(chǎn)品DS較低，由于堿溶 液在纖維素中需要一定的擴(kuò)散時(shí)間，時(shí)間太短不易 形成堿纖維[7];堿化時(shí)間為60min時(shí)，CMC的DS最 高；而堿化時(shí)間超過60min時(shí)，產(chǎn)品的DS又開始下 降，這是由T堿化時(shí)間過長，會(huì)降低膨化度，生成的 堿纖維素就會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，而使取代度降低。故本 實(shí)驗(yàn)選擇堿化時(shí)間為6〇min。

　　

　　表4堿化時(shí)間對取代度DS的影響堿化時(shí)間(min)306090120取代度（DS)0.270.300:260.192.5醚化劑的組成對產(chǎn)品的影響稱取4.0g蘋果渣纖維素，選用85%的乙醇溶液 作為溶劑，添加8g 50%的氫氧化鈉溶液，40堿化處 理30min。加人3.6g由不同比例的乙醇、氣乙醇組成 的混合溶液，進(jìn)行醚化反應(yīng)，通過對比實(shí)驗(yàn)確定醚化 劑的組成對產(chǎn)品的影響。

　　

　　由表5可知，隨著醚化劑中氣乙酸含量的增加， CMC的取代度也逐漸增加。氯乙酸作為醚化劑，其 含量越高，對產(chǎn)品的醚化效果就越好，產(chǎn)品的取代度 就越高；當(dāng)氯乙酸與80%乙醇的質(zhì)量比為1:1時(shí)， CMC取代度最高；隨后產(chǎn)品的取代度又開始逐漸下 降，因?yàn)楫?dāng)醚化劑中氯乙酸的含量過髙時(shí)，剩余的氣 乙酸就會(huì)消耗部分NaOH,從而降低堿化效果，也會(huì) 降低產(chǎn)品取代度。為得到較高取代度的CMC,本實(shí) 驗(yàn)以氯乙酸與80%乙醇的質(zhì)量比為1:1.5、1:1、1.5:1 作為正交實(shí)驗(yàn)的水平。

　　

　　表5醚化劑的組成對取代度DS的影響氯乙酸：80%乙醇（m::m) 1:2 1:1.5 1:11.5:1 2:1取代度（DS)0.19 0.20 0.250.24 0.192.6醚化溫度對產(chǎn)品的影響稱取4.0g纖維素，堿化后加人3.6g氣乙酸的乙 醉溶液（氣乙酸與80%的乙醇溶液的質(zhì)量比為1:1)，V〇1.29J{〇。07,2008表9正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表因素實(shí)驗(yàn)號A 50% NaOH的添加量(g)B氯乙酸與80%乙醇的 比例（m:m)C醚化溫度mD醚化時(shí)間(h)取代度(％)

　　

　　11(2.0)1(1：1.5)1(70)1(100)0.54212(1:1)2(80)2(120)1.27313( 1.5:1)3(85)3(140)0.7642(4.0)1230.52522310.53623120.8473(8.0)1320.35832131.37933210.83K,2.561.902J41.892=6.99K,1.893.172.622.45Kj2.544.551.632.65k,0.850.630.910.63k20.631.060.870.82k30.851.520.540.88R0.220.880.370.25最優(yōu)水平A2B2C3D,先于40尤反應(yīng)30min，再分別于50、60、70、80、85丈 醚化80min，通過對比實(shí)驗(yàn)確定醚化溫度對CMC取 代度的影響。

　　

　　由表6可知，隨著醚化溫度的升高，取代度逐漸 增加;但當(dāng)溫度超過80^以后，取代度乂逐漸下降。 由于反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)時(shí)間延長，醚化劑的利用率 得不到充分發(fā)揮；反應(yīng)溫度高，釀化反應(yīng)速度加快， 反應(yīng)時(shí)間縮短；但過高的反應(yīng)溫度會(huì)引起副反應(yīng)增 多，同時(shí)引起乙醇溶劑的揮發(fā)加快，使反應(yīng)均勻性下 降。故本實(shí)驗(yàn)以醚化溫度為7〇、8〇、85t作為正交實(shí) 驗(yàn)的水平。

　　

　　表6醚化溫度對取代度DS的影響醚化溫度（t)50 60 7080 85取代度（DS)0.19 0.24 0.350.65 0.562.7釀化時(shí)間對產(chǎn)品的影響稱取4.0g纖維素，堿化后加入3.6g氣乙酸的乙 醇溶液，40T；下加熱30min，快速升溫至80T：，醚化 60、80、100、120、140min，通過對比實(shí)驗(yàn)確定醚化時(shí)間 對產(chǎn)品取代度的影響。

　　

　　由表7可知，當(dāng)醚化時(shí)間為60、120min時(shí)，所得 產(chǎn)品取代度較高;但當(dāng)時(shí)間為60min時(shí)，反應(yīng)時(shí)間較 短，纖維素尚未反應(yīng)，產(chǎn)品純度較低；而當(dāng)醚化時(shí)間 超過60min時(shí)，纖維素開始逐漸和氯乙酸發(fā)生反應(yīng)， CMC的取代度逐漸增力n;當(dāng)醚化溫度為120min時(shí)， 醚化反應(yīng)較充分；而醚化時(shí)間超過120min時(shí)，氣乙 酸在堿性下發(fā)生副反應(yīng)，使取代度降低。故本實(shí)驗(yàn) 以醚化時(shí)間為1〇〇、120、140min作為正交實(shí)驗(yàn)的 水平。

　　

　　表7醚化時(shí)間對取代度DS的影響 醚化時(shí)間（min)6080100120140取代度（DS)0.500.290.390.890.272.8醚化次數(shù)對產(chǎn)品的影響稱取4.0g蘋果渣纖維素，選用85%的乙醇溶液 作為溶劑，添加8g 50%的氫氧化鈉溶液，于401C下 分別攪拌堿化處理60min，加入3.6g氣乙酸的乙醇溶 液，分別于80^下醚化120min,再加入固體NaOH， 按上述方法堿化、醚化。分別醚化不同次數(shù)，以確定 釀化次數(shù)對取代度DS的影響。

　　

　　由表8可知，釀化次數(shù)對CMC的取代度也有影 響。醚化次數(shù)越多，纖維素反應(yīng)越充分，故其取代度越 高，產(chǎn)品狀態(tài)越均勻；當(dāng)醚化次數(shù)為3次時(shí)，纖維素反 應(yīng)最充分，取代度最高；而當(dāng)醚化次數(shù)過多時(shí)，多余的 氯乙酸就會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，CMC的取代度反而降低，故 本實(shí)驗(yàn)選擇醚化3次，以獲得高取代度的產(chǎn)品。

　　

　　表8醚化次數(shù)對取代度DS的影響醚化次數(shù)1 2 3 4 5取代度（US)0.29 0.37 0.87 0.36 0372.9制備高取代度羧甲基纖維素鈉正交實(shí)驗(yàn)由以上單因素實(shí)驗(yàn)可知，+同的反應(yīng)條件對 CMC產(chǎn)品的取代度有很大影響。本實(shí)驗(yàn)以堿液用 量、醚化劑的組成、醚化溫度、醚化時(shí)間為因素，進(jìn)行 四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。

　　

　　由表9可知，高取代度CMC的影響因素依次為： A >D >C >B，即50%的氫氧化鈉的添加量 > 醚化 時(shí)間 > 醚化溫度>氯乙酸與80%乙醇的比例。制備 高取代度CMC的最佳實(shí)驗(yàn)條件是A2B2C3D，即4g 蘋果渣纖維素，85%的乙醇溶液，4g 50%的氫氧化鈉 溶液，于40^下攪拌60min，3.6g由80%乙醇與氯乙 酸以質(zhì)量比為1 : 1組成啤醚化劑，85弋下醚化 lOOmin,重復(fù)醚化3次。~采用由正交實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)方法制備羧甲基纖 維素鈉，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出CMC的取代度為0.63。與單因 素及正交實(shí)驗(yàn)所得CMC的取代度相比，當(dāng)反應(yīng)條件 為：8g 50%的氫氧化鈉溶液，40t下堿化60min,質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為1:1的氣乙酸與80%乙醇的混合液為醚化 劑，70弋醚化140min,重復(fù)醚化3次，所得的羧甲基攪拌轉(zhuǎn)速(r/min)

　　

　　圖4攪拌轉(zhuǎn)速對抽提率的影響 從圖5可看出，在30min內(nèi)，納他霉素的抽提率 隨著抽提時(shí)間的延長而提高，并在30min處有最大 值；當(dāng)抽提時(shí)間在45~60min時(shí)，抽提率下降很快，這 是由于長時(shí)間的強(qiáng)堿處理使內(nèi)酯皂化作用更明顯。 所以，從保存納他霉素活力和節(jié)能等方面因素綜合 考慮，不適宜長時(shí)間抽提，確定30min為最佳抽提 時(shí)間。

　　

　　202530354045505560抽提時(shí)間(min)

　　

　　圖5抽提時(shí)間對抽提率的影響2.6 pH對納他霉素析出率的影響圖6的結(jié)果表明，將抽提液離心后，在上清液PH 為6.50時(shí)，納他霉素沉淀的析出率最高；PH5.90~6.50，納他霉素在乙醇中的沉淀析出率迅速升高；而PH >6.50時(shí)，其沉淀析出率則下降，這可能是由于 pH偏離了納他霉素的等電點(diǎn)6.5018],導(dǎo)致納他霉素 的溶解度發(fā)生改變。

　　

　　3討論3.1無水乙醇作為納他霉素的提取劑可以得到較高 的提取率。納他霉素在乙醇中的溶解度和穩(wěn)定性受 pH、溫度、攪拌速度和抽提時(shí)間等因素的影響，而且 pH的影響最大。在15"€的環(huán)境中，將抽提液PH調(diào) 至10.20,600 ~ 800r/min的攪拌速度下攪拌抽提 30min,可以得到最佳抽提效果。

　　

　　3.2由于納他霉素對pH較敏感，所以在調(diào)PH時(shí)必 須把握好加酸或堿的速度，避免由于局部pH過髙或 過低而失活。

　　

　　3.3本實(shí)驗(yàn)僅對納他霉素菌體的抽提率作了較為詳 細(xì)的研究，獲得的納他霉素為粗品，其精制純化的研 究仍有待作更深人的研究，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。