一种从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖的方法

1.本发明涉及糖基化合物的制备领域，具体涉及一种从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖的方法。


背景技术：

2.低聚木糖是由2～7个木糖组成的功能性寡糖，能选择性促进有益细菌的生长，抑制其他有害细菌的生长，进而增强机体免疫系统。随着食品、保健品和医药等行业对低聚木糖需求的不断增加，市场对低聚木糖品质的要求不断提高。酶水解法是利用甘蔗渣、玉米芯、秸秆等木质纤维素原料生产低聚木糖的主要方法，在富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液中含有糖类(单糖和各种聚合度的低聚木糖)、蛋白质(内切木聚糖酶)、盐类(缓冲盐)以及色素等物质。低聚木糖的精制过程通常包括超滤(除去大分子酶蛋白和未降解木聚糖)、活性炭吸附(脱色)、纳滤(除去木糖和阿拉伯糖等单糖)和离子交换(脱盐)等步骤才能得到品质较好的低聚木糖产品。木二糖是低聚木糖的中的主要有效成分，由于木二糖和木糖及其其它低聚木糖之间的理化性质相近，要从它们中间分离出木二糖难度大，此外，在低聚木糖的精制过程中脱色和脱盐工艺流程复杂、成本高。凝胶层析法是分离制备木二糖的常用方法，专利cn 106046066 b提出一种纯化制备木二糖的方法，首先将木聚糖酶水解液经过超滤去除蛋白质，然后利用树脂脱盐后再用葡聚糖凝胶层析柱纯化制备木二糖，步骤较为繁琐，而且所采用的树脂和葡聚糖凝胶层析成本较高。专利cn 1847254 a采用超滤膜截留未降解高聚物，然后利用聚丙烯酰胺凝胶层析分离聚合度为2～8的各组分低聚木糖，纯度可以达到90％以上，但是由于凝胶价格昂贵且难以再生，工业化应用受到限制。专利cn 103319545 b采用乙醇沉淀洗涤脱色除杂、膜酶反应器酶水解和模拟移动床提纯能得到纯度较高的木二糖，但是乙醇反复洗涤除杂成本高、后续的水解和提纯需要用到特定的设备，难以大规模推广应用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖的方法，该分离制备工艺具有步骤简单、处理成本低、绿色环保等优点。
4.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
5.一种从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖的方法，包括以下步骤：
6.(1)吸附：在富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液中加入活性炭，于20～60℃下吸附5～60min，反应结束后进行固液分离，得到活性炭滤饼；
7.(2)除杂：采用水解液2～5倍体积的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出；
8.(3)脱附：采用水解液2～5倍体积的低浓度有机溶剂水溶液对除杂后的活性炭滤饼进行洗脱并收集洗脱液；
9.(4)浓缩和冻干：采用减压蒸馏去除并回收洗脱液中的有机溶剂，将木二糖溶液进行预冻后置于冷冻干燥机中冻干成粉，得到高纯度木二糖。
10.优选，所述的活性炭加入量为木质纤维素酶水解液质量的8％～20％。
11.优选，所述的有机溶剂水溶液中有机溶剂体积分数为2.5％～10％。
12.优选，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇和丙酮中的一种。
13.本发明的技术效果为：
14.(1)从木质纤维素酶水解液中分离纯化制备高纯度木二糖需要除去色素、蛋白质、缓冲盐、单糖及其其它低聚木糖组分。本发明利用活性炭去除蛋白质和色素的同时，选择性吸附木二糖组分，然后采用简单的水洗除杂和低浓度的有机溶剂进行洗脱就能得到高纯度木二糖，该分离制备工艺具有步骤简单、处理成本低、绿色环保等优点。
15.(2)本发明所采用的活性炭能循环使用，循环使用5次吸附性能保持稳定，因此具有良好的工业化应用前景。
附图说明
16.图1是从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖的工艺流程图。
17.图2是从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖过程的高效液相色谱图。其中1木质纤维素酶水解液2吸附液3水洗除杂液4脱附液(洗脱液)5木二糖浓缩液。
18.图3是活性炭循环使用性能评价。
具体实施方式
19.以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
20.下述实施例从木质纤维素酶水解液中分离制备高纯度木二糖过程的工艺流程图见图1所示，高效液相色谱图见图2所示。
21.实施例1：
22.称取8份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在60℃摇床中吸附60min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用200份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用200份重量的体积分数为5％乙醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为46.53％的木二糖样品。
23.实施例2：
24.称取8份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附5min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用200份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用200份重量的体积分数为5％乙醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为48.14％的木二糖样品。
25.实施例3：
26.称取12份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附10min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用500份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用500份重量的体积分数为5％乙醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为52.93％的木二糖样品。
27.实施例4：
28.称取20份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附10min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用500份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用500份重量的体积分数为5％乙醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为75.09％的木二糖样品。
29.实施例5：
30.称取12份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附10min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用200份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用300份重量的体积分数为5％丙酮水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为70.39％的木二糖样品。
31.实施例6：
32.称取16份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附10min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用300份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用500份重量的体积分数为5％甲醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为49.34％的木二糖样品。
33.实施例7：
34.称取16份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附10min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用300份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用500份重量的体积分数为2.5％乙醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于95％，得率为64.38％的木二糖样品。
35.实施例8：
36.称取16份重量的活性炭，加入100份重量的富含低聚木糖的木质纤维素酶水解液，在20℃摇床中吸附10min后取出，进行固液分离，得到活性炭滤饼，用300份重量的水洗涤活性炭滤饼至无单糖和缓冲盐检出，然后用500份重量的体积分数为10％乙醇水溶液洗涤活性炭滤饼，收集洗脱液并将其进行减压蒸馏以去除有机溶剂，冻干后得到纯度大于85％，得率为75.62％的木二糖样品。
37.实施例9：
38.参照实施例1的步骤，对活性炭进行回收并循环使用5次，以评价活性炭循环使用性能，结果见图3。由图3可知，活性炭循环使用5次吸附木二糖效率仍达到95％以上，表明本发明使用活性炭吸附分离制备木二糖性质稳定，具有良好的工业化应用前景。
39.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。