一种玉米芯水解液发酵生产木糖醇的方法

本发明属于生物发酵，特别是涉及一种玉米芯水解液发酵生产木糖醇的方法。

背景技术：

1、木糖醇是从白桦树、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，是公认的安全食品。作为食品的添加剂，木糖醇的甜度与蔗糖相当。与一般甜味剂相比，木糖醇还具有一个显著的优点，即防龋齿，其效果高达90％以上。木糖醇是糖醇中甜度最高的产品，且作为人体糖类代谢中的中间产物，不需要胰岛素的促进就能被人体吸收，所以木糖醇常常作为糖尿病患者的食糖替代品和辅助治疗剂，具有消除血酮症及改善肝功能等特殊功效。另外，木糖醇还具有与甘油及其他多元醇类似的性质，即可作为一种能量来源，因此，被广泛应用于食品、医药和化学等工业领域。

2、目前工业化的木糖醇生产方法主要是化学生产法，即将富含多缩戊糖的玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣等材料经酸水解后分离纯化获得木糖，再经氢化得到木糖醇。木糖分离纯化过程中会产生大量的浓缩废液(木糖母液)，其中仍含有一定量的木糖，但从中进一步分离纯化木糖成本较高。木糖母液的主要成分有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等糖类，以及糠醛、乙酸等抑制菌体生长的物质，每年有大量的木糖母液未被利用。利用微生物法发酵木糖母液生产木糖醇不仅可以变废为宝、节约资源，而且可以保护环境。生物合成法中的微生物转化法是指微生物体内的木糖还原酶将木糖转化为木糖醇的过程，利用此法生产木糖醇，整个生产过程反应条件温和，不需要高温、高压；工艺相对简单，容易控制；由于菌种特性及微生物酶的专一性，目的产物较单一，所以降低了生产的成本，克服了木糖醇的化学加氢合成需要对水解液进行分离纯化、工序比较复杂、生产成本较高的缺点，可以带来更高的效益。

3、目前发现可以利用木糖的微生物有一百多种，大多数研究限于念珠菌的某些种类。其中热带假丝酵母的木糖转化能力较强，并且对木糖母液中的糠醛、乙酸和酚类等抑制物具有较高的耐受能力。酵母转化木糖生成木糖醇的转化率一般只能达到理论值的65％～85％，主要原因是菌体消耗了一部分木糖醇提供木糖还原所需nadph。为了提高木糖的转化率，降低木糖的消耗，可以通过添加低成本辅助碳源葡萄糖提供nadph，提高木糖转化率。

4、相对乳清、糖蜜等廉价生物质，玉米芯资源储量丰富，玉米芯中主要包含32％-36％纤维素、35％-40％半纤维素、25％木质素及少量灰分。将玉米芯进行综合利用，变废为宝，转化为高附加值的产品，对环境保护和资源利用带来现实意义和经济效益

5、半纤维素稀硫酸水解液中主要含有乙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛、酚类、硫酸根离子、色素、木素、果胶等毒性物质，它们会抑制菌体细胞的生长，对菌株发酵生产木糖醇造成不利影响。因此需要对玉米芯多组分糖液进行脱毒脱盐处理，去除糖液中的有害抑制物。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的问题，本发明针对现有技术中玉米芯水解液抑制微生物生长的物质，影响生物法制备木糖醇的效率，提供了一株对玉米芯水解液中的糠醛、乙酸和酚类等抑制物具有较高的耐受能力及木糖转化能力较强的热带假丝酵母，利用活性炭及氢氧化钙中和等方式对稀酸玉米芯水解液脱毒脱酸制备木糖醇的方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种玉米芯水解液发酵生产木糖醇的方法，包括如下步骤：

4、(1)将玉米芯粉碎为颗粒，并将所述颗粒加入到稀硫酸中，在110℃～126℃条件下水解，得到多组分糖液；

5、(2)调节所述多组分糖液的ph为4.0，之后投加活性炭，在30℃条件下脱毒处理，得到玉米芯稀酸水解糖液；

6、(3)将所述玉米芯稀酸水解糖液灭菌后与含有鼠李糖脂的发酵培养基和发酵菌株混匀后，28℃～30℃条件下发酵得到木糖醇。

7、优选的，所述发酵菌株为热带假丝酵母。南京工业大学合成生物实验室筛选并保藏。

8、优选的，所述方法还包括菌株的活化，所述活化包括：将菌株划线至固体活化培养基中培养，培养温度28～30℃，优选30℃；培养时间为12～24h。

9、优选的，所述固体活化培养基包含如下质量百分比的组分：葡萄糖4％、ynb0.05％、fecl2·4h2o 0.00015％、nacl 0.1％、mgcl2·6h2o 0.05％、kh2po4 0.02％、kcl0.03％、cacl2·2h2o0.0015％、维生素b1 0.0002％、l-苯丙氨酸0.5％、琼脂粉2％，其余为水。

10、优选的，种子培养的培养基包含如下质量百分比的组分：木糖或葡萄糖5％，酵母膏0.5％，玉米浆0.5％，(nh4)2so4 0.2％，mgso4·7h2o 0.2％，kh2po4 0.2％，nacl 0.2％，ph自然，其余为水。

11、优选的，步骤(1)中所述颗粒的粒径为250～550μm。

12、优选的，步骤(1)中所述的稀硫酸的体积分数为1.5～3.5％，优选为2％。

13、优选的，步骤(1)中所述颗粒的投加量为：料液比为10％～25％(质量体积浓度)。

14、优选的，步骤(1)中所述的水解的时间为1.5～3.5h，优选2.5h。

15、优选的，步骤(2)中采用naoh溶液调节所述多组分糖液的ph。

16、优选的，步骤(2)中活性炭的添加量为1.0％(质量体积浓度)。

17、优选的，步骤(2)中所述的脱毒的时间为30min。

18、优选的，步骤(3)中所述含有鼠李糖脂的发酵培养基包含如下质量百分比的组分：木糖15-20％，酵母膏0.5％，玉米浆0.5％，(nh4)2so4 0.2％，mgso4·7h2o 0.2％，kh2po40.2％，nacl 0.2％，鼠李糖脂0.2～0.4％，ph自然，其余为水；优选的，鼠李糖脂0.2％。

19、优选的，步骤(3)中所述的发酵的时间为72～120h。

20、优选的，步骤(3)中发酵培养的接种量为1～10％(v/v)。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明针对现有技术中玉米芯水解液抑制微生物生长的物质，影响生物法制备木糖醇的效率，提供了一株对玉米芯水解液中的糠醛、乙酸和酚类等抑制物具有较高的耐受能力及木糖转化能力较强的热带假丝酵母，利用活性炭及氢氧化钙中和等方式对稀酸玉米芯水解液脱毒脱酸制备木糖醇的方法。

技术特征：

1.一种玉米芯水解液发酵生产木糖醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵菌株为热带假丝酵母。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述颗粒的粒径为250~550mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的稀硫酸的体积分数为1.5~3.5%，优选为2%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述颗粒的投加量为：料液比为10%~25%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的水解的时间为1.5~3.5h，优选2.5h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中活性炭的添加量为1.0%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述含有鼠李糖脂的发酵培养基包含如下质量百分比的组分：木糖15-20%，酵母膏0.5%，玉米浆0.5%，(nh4)2so4 0.2%，mgso4·7h2o 0.2%，kh2po4 0.2%，nacl 0.2%，鼠李糖脂0.2~0.4%，ph自然，其余为水；优选的，鼠李糖脂为0.2%。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的发酵的时间为72~120h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中发酵培养的接种量为1～10%体积分数。

技术总结
本发明公开了一种玉米芯水解液发酵生产木糖醇的方法，包括将玉米芯粉碎为颗粒，并将所述颗粒加入到稀硫酸中，在110℃~126℃条件下水解，得到多组分糖液；调节所述多组分糖液的pH为4.0，之后投加活性炭，在30℃条件下脱毒处理，得到玉米芯稀酸水解糖液；将所述玉米芯稀酸水解糖液灭菌后与含有鼠李糖脂的发酵培养基和发酵菌株混匀后，28℃~30℃条件下发酵得到木糖醇。提高了木糖醇的收率。

技术研发人员：章文明,肖雯龙,姜岷,信丰学,王燕霞,蒋羽佳,姜万奎
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8