本发明涉及无环或碳环化合物领域，尤其涉及一种采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇及其制造方法。
背景技术：
目前现有技术中的木糖醇所指的是原产于芬兰，是从白桦树、橡树、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取出来的一种天然甜味剂。目前市售的木糖醇主要是将玉米芯、甘蔗渣等农业作物进行深加工而制得的，是一种天然、健康的甜味剂，对于人们的身体来说，木糖醇也不是一种“舶来品”，它本就是人们身体正常糖类代谢的中间体，它是所有糖醇甜味剂中吸热值最大的一种，故以固体形式食用时，会在口中产生愉快的清凉感。木糖醇不致龋且有防龋齿的作用，代谢不受胰岛素调节，在人体内代谢完全，热值为16.72kj/g，可作为糖尿病人的热能源。但现有技术主要利用的是农产品中化学浸提，制取门槛高、生产周期长，还会产生一定的污染，同时反采用的原料其实还可以作为动物饲料进行利用，有一定经济价值，因此生产成本也较高，而最终制得产品（市售产品）的木糖醇含量一般在50%左右，而纯农作物提取的木糖醇人体吸收效率相对低下。
现有技术中的活性木糖醇受限于技术领域和实践经验的缺失，完全意义上的绿色环保活性木糖醇还未真正出现，因此目前市场上仍没有一种制造工艺简单、成本低、生产周期短、绿色环保无公害、活性高易吸收、纯度相对较高的活性木糖醇。
因此市场上急需一种制造工艺简单、成本低、生产周期短、绿色环保无公害、活性高易吸收、纯度相对较高的活性木糖醇。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种制造工艺简单、成本低、生产周期短、绿色环保无公害、活性高易吸收、纯度相对较高的活性木糖醇。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇的制造方法，包括以下步骤：
1）原材料准备
①原材料准备：按重量份准备洗净的废弃柚皮60份-70份、洗净的秸秆25份-30份、碳酰胺3份-5份、溶质质量分数1%的硫酸850份-1000份，足量溶质质量分数10%的磷酸水溶液、足量石灰粉、足量纯净水、足量活性炭；
②分解活化辅料准备：按重量份准备足量汉逊德巴利酵母菌菌剂、足量木质素酶水剂；
③设备及工装准备：准备机械切割装置、设置有底部通气装置和搅拌装置的控温反应釜；
2）木糖溶液制造
①将阶段1）步骤①准备的洗净的废弃柚皮和洗净的秸秆采用阶段1）步骤③准备的机械切割装置切碎成粒径0.5mm-1mm的碎粒，获得原料碎粒；
②采用纯净水反复3次-5次漂洗步骤①获得的原料碎粒，获得去灰分碎粒；
③将步骤②获得的去灰分碎粒浸入阶段1）步骤②准备的木质素酶水剂中，升温至25℃-30℃，保持6h-8h，获得酶解半纤维素与多糖混合液；
④将步骤③获得的酶解半纤维素与多糖混合液加热浓缩至重量份200份后与阶段1）步骤①准备的溶质质量分数1%的硫酸混合并搅拌均匀，升温至130℃-140℃，保持15min-18min，获得酸解溶液；
⑤在步骤④获得的酸解溶液中逐渐加入阶段1）步骤①准备的石灰粉，至ph值调整至10-11，获得混合溶液；
⑥在步骤⑤获得的混合溶液中逐渐加入阶段1）步骤①准备的活性炭至溶液完全脱色，然后分离固含物，保留溶液，该溶液即为所需木糖溶液；
3）木糖醇的制造
①在阶段2）步骤⑥获得的木糖溶液中缓慢滴加阶段1）步骤①准备的磷酸溶液，至溶液ph值降为7-7.5，获得中和液；
②将步骤①获得的中和液加热浓缩至木糖含量为170g/l-180g/l，获得底物溶液；
③将步骤②获得的底物溶液倒入阶段1）步骤③准备的控温反应釜中，然后在反应釜内植入阶段1）步骤②准备的汉逊德巴利酵母菌菌剂和阶段1）步骤①准备的碳酰胺，升温至20℃-25℃，通入足量空气，并以300rpm-500rpm开启搅拌，持续3h-4h；然后升温至35℃-38℃，以底物溶液体积计按10ml/l·s-15ml/l·s的流量缓慢通入空气，以120rpm-150rpm的速率进行搅拌，反应5h-6h，获得木糖醇溶液；
4）木糖醇结晶
①采用活性炭对阶段3）步骤③获得的木糖醇溶液进行再次脱色处理，然后进行固液分离，再将溶液加热浓缩至结晶，该结晶即为所需活性木糖醇。
采用上述方法制造的采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇，该活性木糖醇是以按重量份计洗净的废弃柚皮60份-70份、洗净的秸秆25份-30份等废弃物为原材料，经过机械造粒、水洗脱灰分、木质素酶酶解木质素为多糖、高温酸环境水解、碱化复合钙质沉淀、活性炭一次脱色除杂、磷酸中和、汉逊德巴利酵母菌培育接转微生物反应而获得含有部分杂质的木糖醇溶液，再采用活性炭二次脱色除去杂质后浓缩结晶而最终获得。
与现有技术相比较，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：（1）本发明中，不再如同现有技术采用浓碱、浓酸或高温蒸汽爆破处理破坏木质素的方法，而是采用机械造粒细化配合酶解木质素来将作为原料的半纤维素分离，反应温和彻底、生产成本低，同时工艺环保无公害，也不会造成安全隐患。（2）不同于现有技术中采用浓度98%的浓硫酸进行甘蔗渣、玉米棒等的半纤维素水解，本发明仅采用稀硫酸配合高温促进以柚皮和秸秆原料的半纤维素水解，这是由于本发明所选用的材料其纤维结构与常规技术中所选的甘蔗渣、玉米棒纤维结构并不一样，稳定性相对较差，另一方面，由于本发明的原料完全采用废弃物（柚皮一般无法再回收利用为饲料等，而秸秆焚烧已为国家明令禁止，会污染环境），生产成本低且利于环保。（3）不同于常规技术的木糖醇制取过程中，由于水解后大量杂质的影响，无法采用微生物方法（水解的大量产物如醋酸、糖醛酸、腐殖酸等均具有明显的抑菌作用，会抑制微生物的生命活动）进行制取，本发明简单地以石灰（主要成份为氢氧化钙）为功能剂，一方面碱化溶液破坏溶液中酸质的活性，一方面利用很多有机酸钙盐本身不溶于水的特性去除大部分杂质，净化溶液，再通过活性炭吸附固体和不溶于水的难溶有机物，进一步纯化了溶液，为后续微生物反应打好了基础。（4）不同于现有技术在纯化溶液后直接进行提取，本发明采用磷酸先进行初步中和，这是由于产木糖醇高的微生物一般只适宜生存在中性或酸性的溶液中，碱性环境会抑制其活性，同时，磷也是本发明所选微生物——汉逊德巴利酵母菌生命活动所需的重要营养素。（5）本发明特别选用的汉逊德巴利酵母菌是申请人经过无数次试验后从多种微生物中筛选得出的，它并不是单产木糖醇最高的微生物，但与本发明的工艺路线极度契合，主要原因是在该菌属兼性厌氧菌，它在以碳酰胺为氮源、氧气充足、20℃-25℃（室温）的温度、木质素分解的大量多糖存在的的条件下会快速繁殖并大量消耗多糖（此时由于缺少tca途径介质，该微生物基本不消耗木糖，原理大概类似人体先消耗易分解的糖类有机物，后消耗需要酶配合的脂肪），经过大量繁殖后微生物菌群浓度大幅提高，同时大量消耗了难以分离的多糖，提升了最终产物——木糖醇的纯度；而在以碳酰胺为氮源、微氧（注意此时不是完全厌氧）、35℃-38℃（微生物分泌的产木糖醇酶活性最高）的温度、大量木糖存在的条件下，该微生物停止繁殖，通过快速高效地生命活动将木糖转化成木糖醇，同时由于不是完全的厌氧呼吸，产酸的速度不快（前文有提到，过高的酸浓度会抑制微生物的生命活性，而获得微氧条件所需的通入空气的量及搅拌速率也是进行了大量试验验证才获得的），可以保证反应更加持久、快速，而实现这么复杂功能的工艺实质上只是改变了通入空气的流量和稍微提升了一下温度，因此这是科学与微生物精微的结合，也是申请人对微生物特性及工艺路线进行了多次摸索后得出的最佳匹配。（6）不同于现有技术中制取木糖醇只有一次纯化，本发明通过两次纯化大大提升了最终获得木糖醇的纯度，根据现有资料，目前市售木糖醇纯度一般在50%左右，好的专利技术可以达到60%，而本发明通过微生物消耗多糖再二次纯化，获得的木糖醇纯度为72%-74%，更值物称道的是，本发明的方法木糖醇得率为82%-86%,优于常规技术的65%-75%。因此本发明具有制造工艺简单、成本低、生产周期短、绿色环保无公害、活性高易吸收、纯度相对较高的特性。
具体实施方式
实施例1：
一种采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇，该活性木糖醇是以按重量份计洗净的废弃柚皮60kg、洗净的秸秆25kg等废弃物为原材料，经过机械造粒、水洗脱灰分、木质素酶酶解木质素为多糖、高温酸环境水解、碱化复合钙质沉淀、活性炭一次脱色除杂、磷酸中和、汉逊德巴利酵母菌培育接转微生物反应而获得含有部分杂质的木糖醇溶液，再采用活性炭二次脱色除去杂质后浓缩结晶而最终获得。
上述采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇的制造方法，包括以下步骤：
1）原材料准备
①原材料准备：按重量份准备洗净的废弃柚皮60kg、洗净的秸秆25kg、碳酰胺3kg、溶质质量分数1%的硫酸850kg，足量溶质质量分数10%的磷酸水溶液、足量石灰粉、足量纯净水、足量活性炭；
②分解活化辅料准备：按重量份准备足量汉逊德巴利酵母菌菌剂、足量木质素酶水剂；
③设备及工装准备：准备机械切割装置、设置有底部通气装置和搅拌装置的控温反应釜；
2）木糖溶液制造
①将阶段1）步骤①准备的洗净的废弃柚皮和洗净的秸秆采用阶段1）步骤③准备的机械切割装置切碎成粒径0.5mm-1mm的碎粒，获得原料碎粒；
②采用纯净水反复3次漂洗步骤①获得的原料碎粒，获得去灰分碎粒；
③将步骤②获得的去灰分碎粒浸入阶段1）步骤②准备的木质素酶水剂中，升温至25℃，保持6h，获得酶解半纤维素与多糖混合液；
④将步骤③获得的酶解半纤维素与多糖混合液加热浓缩至重量份200kg后与阶段1）步骤①准备的溶质质量分数1%的硫酸混合并搅拌均匀，升温至130℃，保持15min，获得酸解溶液；
⑤在步骤④获得的酸解溶液中逐渐加入阶段1）步骤①准备的石灰粉，至ph值调整至10，获得混合溶液；
⑥在步骤⑤获得的混合溶液中逐渐加入阶段1）步骤①准备的活性炭至溶液完全脱色，然后分离固含物，保留溶液，该溶液即为所需木糖溶液；
3）木糖醇的制造
①在阶段2）步骤⑥获得的木糖溶液中缓慢滴加阶段1）步骤①准备的磷酸溶液，至溶液ph值降为7，获得中和液；
②将步骤①获得的中和液加热浓缩至木糖含量为170g/l，获得底物溶液；
③将步骤②获得的底物溶液倒入阶段1）步骤③准备的控温反应釜中，然后在反应釜内植入阶段1）步骤②准备的汉逊德巴利酵母菌菌剂和阶段1）步骤①准备的碳酰胺，升温至20℃，通入足量空气，并以300rpm开启搅拌，持续3h；然后升温至35℃，以底物溶液体积计按10ml/l·s的流量缓慢通入空气，以120rpm的速率进行搅拌，反应5h，获得木糖醇溶液；
4）木糖醇结晶
①采用活性炭对阶段3）步骤③获得的木糖醇溶液进行再次脱色处理，然后进行固液分离，再将溶液加热浓缩至结晶，该结晶即为所需活性木糖醇。
本实施例生产的木糖醇，得率83%，纯度72%，吸收率好于市售木糖醇。
实施例2
整体与实施例1一致，差异之处在于：
一种采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇，该活性木糖醇是以按重量份计洗净的废弃柚皮70kg、洗净的秸秆30kg等废弃物为原材料，经过机械造粒、水洗脱灰分、木质素酶酶解木质素为多糖、高温酸环境水解、碱化复合钙质沉淀、活性炭一次脱色除杂、磷酸中和、汉逊德巴利酵母菌培育接转微生物反应而获得含有部分杂质的木糖醇溶液，再采用活性炭二次脱色除去杂质后浓缩结晶而最终获得。
上述采用酶与微生物方法制造的活性木糖醇的制造方法，包括以下步骤：
1）原材料准备
①原材料准备：按重量份准备洗净的废弃柚皮70kg、洗净的秸秆30kg、碳酰胺5kg、溶质质量分数1%的硫酸1000kg，足量溶质质量分数10%的磷酸水溶液、足量石灰粉、足量纯净水、足量活性炭；
2）木糖溶液制造
②采用纯净水反复5次漂洗步骤①获得的原料碎粒，获得去灰分碎粒；
③将步骤②获得的去灰分碎粒浸入阶段1）步骤②准备的木质素酶水剂中，升温至30℃，保持8h，获得酶解半纤维素与多糖混合液；
④将步骤③获得的酶解半纤维素与多糖混合液加热浓缩至重量份200kg后与阶段1）步骤①准备的溶质质量分数1%的硫酸混合并搅拌均匀，升温至140℃，保持18min，获得酸解溶液；
⑤在步骤④获得的酸解溶液中逐渐加入阶段1）步骤①准备的石灰粉，至ph值调整至11，获得混合溶液；
3）木糖醇的制造
①在阶段2）步骤⑥获得的木糖溶液中缓慢滴加阶段1）步骤①准备的磷酸溶液，至溶液ph值降为7.5，获得中和液；
②将步骤①获得的中和液加热浓缩至木糖含量为180g/l，获得底物溶液；
③将步骤②获得的底物溶液倒入阶段1）步骤③准备的控温反应釜中，然后在反应釜内植入阶段1）步骤②准备的汉逊德巴利酵母菌菌剂和阶段1）步骤①准备的碳酰胺，升温至25℃，通入足量空气，并以500rpm开启搅拌，持续4h；然后升温至38℃，以底物溶液体积计按15ml/l·s的流量缓慢通入空气，以150rpm的速率进行搅拌，反应6h，获得木糖醇溶液；
本实施例生产的木糖醇，得率86%，纯度74%，吸收率好于市售木糖醇。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。