一种提高低聚木糖产率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高低聚木糖产率的方法，属于化工、食品技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，将半纤维素降解为低聚木糖的水解方法主要分为酶法水解、酸法水解、自水解、化学酶解四种，其中酶法水解凭借着其温和的反应条件及低污染性，成为了制备低聚木糖的主流方法。然而，目前单一酶法或酸法水解生产低聚木糖的产率普遍不高，主要原因有:酶失活;底物中部分木聚糖与木质素连接紧密无法进行酶解;反应过程中酶与糖结合位点不足等。酸法降解较为彻底，却无断键专一性。因而，若能找到一种将酶解、酸解有机结合且达到较高低聚木糖产率的方法，将对工业产量有着实质的意义。另外，传统提取过程中使用醇沉方法分离制得木聚糖，此方法虽然可以达到降低木聚糖中残留木质素的含量，但由于乙醇对后续酶解存在明显抑制作用，故在分离基础上仍需使用干燥等方式将乙醇除去，而后续水解过程均在液态中进行，因而此流程太过繁琐。若在预处理阶段将木质素脱去，不使用醇沉方法，且各工艺步骤均在液态情况下完成，不仅使酶解过程中木聚糖酶更易与木聚糖相接触，而且会明显提高整个工艺的可操控性。
[0003]中国农业大学公开了“低聚木糖的制备方法”(申请号01131171.1)，以各类玉米芯为原料，经过碱金属氢氧化物预处理后在弱酸性催化剂作用下进行直接热解，随后使用酶法进行低聚木糖的制备，最后精制得到了高纯度低聚木糖产品，但该发明产率较低，且对水解残渣没有进一步处理，导致部分半纤维素成分的浪费。李秀芳等人公开了“利用生物秸杆制备低聚木糖、溶解浆和生物燃油的方法”，将酶解后的残留酶解渣进行了制浆、洗涤筛分、脱木素、预处理、漂白制备溶解浆等一系列处理，从而将酶解渣得到利用，该发明工艺流程复杂，能耗较大。若将酶解渣进一步进行降解制糖，不仅流程简单，而且与整体工艺流程相契合，可直接提高低聚木糖产率约6 % -10 %。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种提高低聚木糖产率的方法，采用以下技术方案:
[0005]a原料准备:秸杆风干后使用粉碎机进行粉碎，至粒径2_以下；
[0006]b原料处理:将上述玉米秸杆粉放入耐热容器中，使用沸水浸泡l_3h，固液分离取滤渣，再次使用75-95% (v/v)乙醇浸泡l_3h，以除去玉米秸杆原料中水溶性及脂溶性杂质，将处理后混合物固液分离后取滤渣，在40-80°C下干燥至固形物含量大于90%，随后以1:10-15(w/v)固液比加入6% (w/v)亚氯酸钠，并使用8%-12% (w/v)醋酸调节pH至3.6_3.8后，于75°C下处理2_4h;
[0007]c木聚糖制备:将上述处理后秸杆，使用8-15%(w/v)Na0H溶液，以l:5-10(w/v)为固液比，于90-160°C下处理0.5-2h，固液分离后取滤液；
[0008]d将滤液使用浓HC1调节pH至6-8后，浓缩后除盐，即得木聚糖提取液；
[0009]e酶水解:将上述木聚糖固体以1.5-2.5% (w/v)底物浓度溶解于去离子水中，按底物重量加入1 % (w/w)的商业木聚糖酶制剂，酶解温度45-55°C，搅拌条件下酶解4-24h;
[0010]f酸处理:将酶解液液固分离，将酶解渣配制为1-2% (w/v)混合物作为酸处理底物，使用 0.8-1.2%(￥八)醋酸于140-160°(3下反应60-12011^11;
[0011]g纯化:将e步骤的酶解液和f步骤的酸解液合并，pH调节至4.0，使用4% (w/v)活性炭吸附，然后依次采用1倍体积的15%、30%、60%乙醇进行洗脱，并减压浓缩，得到低聚木糖液，冻干后即得低聚木糖产品。
[0012]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0013]1.本发明制备得木聚糖液体进行水解反应，省去了制备过程中繁琐的分离及干燥步骤，更利于制备流程的统一性；
[0014]2.采用高温下醋酸处理酶解残渣可提高低聚木糖产率，并不会对产品酸碱性造成过多影响，且产物分子量的降低利于其溶解性能，减少水解过程中固体残渣的残留；
[0015]3.在预处理阶段完成了秸杆原料中水溶性及脂溶性杂质的去除，以及一定程度上木质素的脱除，降低了不利于后续水解实验因素的影响，并且降低了木聚糖色值，有利于后续产品纯化；
[0016]4.利用农业废弃物秸杆作为原料，具有良好的经济效益和生态意义；
【具体实施方式】
[0017]本发明所使用酶为内切木聚糖酶;低聚木糖(木二糖?木六糖)含量通过高效液相色谱(HPLC)测得;低聚木糖产率是以原料木聚糖中半纤维素含量为基准计算所得。
[0018]下面通过实施例对本发明做进一步说明，但不对其内容进行限定。
[0019]实施例1
[0020]原料准备:玉米秸杆风干后使用高速碾磨机进行粉碎，至粒径2mm以下；原料处理:将上述玉米秸杆粉放入耐热容器中，使用沸水浸泡2h，固液分离取滤渣，再次使用80%乙醇浸泡2h，以除去玉米秸杆原料中水溶性及脂溶性杂质，将处理后混合物固液分离后取滤渣，在60°〇下干燥至固形物含量大于90%，随后以1:10(?八)固液比加入6%(?八)亚氯酸钠，并使用10 % (W/v)HAc调节pH至3.6-3.8后，于75°C下处理4h;木聚糖制备:将上述处理后玉米秸杆，使用10 % (w/v)NaOH溶液，以1:10 (w/v)为固液比，于105°C下处理2h，固液分离后取滤液;将滤液使用浓HC1调节pH至6-8后，浓缩后除盐，即得木聚糖提取液;酶水解:将上述木聚糖固体以2 % (w/v)底物浓度溶解于去离子水中，按底物重量加入1 % (w/w)的商业木聚糖酶制剂，酶解温度50°C，搅拌条件下酶解18h;酸处理:酶解液固液分离后将酶解渣配制为1%(w/v)混合物作为酸处理底物，使用1 % (v/v)醋酸于160°C下反应60min ；纯化:将酶解液和酸解液合并，pH调节至4.0，使用4 % (w/v)活性炭吸附，然后依次采用1倍体积的15 %、30 %、60 %乙醇进行洗脱，并减压浓缩，得到低聚木糖液，冻干后即得低聚木糖产品。
[0021]并于各步水解完成后取样、离心、过膜并使用高效液相色谱分析水解液中的寡糖和单糖浓度。经测定，酶解过程低聚木糖产率为42.6%，酸解过程低聚木糖产率为7.5%，低聚木糖总产率达到50.1%。
[0022]实施例2
[0023]本例中木聚糖制备、酶解、纯化步骤及相关参数与实施例1相同，后续步骤中酸解使用0.8%(￥八)醋酸于140°(3下反应6011^11。
[0024]经测定，该条件下酸解过程低聚木糖产率为6.4%，低聚木糖总产率达到49%，另外单糖总产率达到11.2%，即总糖产率为60.2%。
[0025]实施例3
[0026]本例中木聚糖制备、酶解、纯化步骤及相关参数与实施例1相同，后续步骤中酸解使用1%(ν/ν)醋酸于160°C下反应120min。
[0027]经测定，该条件下酸解过程低聚木糖产率为9.7%，低聚木糖总产率达到52.3%，另外单糖总产率达到14.6%，即总糖产率为66.9%。
【主权项】
1.一种提高低聚木糖产率的方法，其特征在于包括以下工艺步骤: a原料准备:秸杆风干后使用粉碎机进行粉碎，至粒径2_以下； b原料处理:将上述玉米秸杆粉放入耐热容器中，使用沸水浸泡l_3h，固液分离取滤渣，再次使用75-95% (v/v)乙醇浸泡l-3h，以除去玉米秸杆原料中水溶性及脂溶性杂质，将处理后混合物固液分离后取滤渣，在40-80°C下干燥至固形物含量大于90%，随后以1:10-15(w/v)固液比加入6% (w/v)亚氯酸钠，并使用8%-12% (w/v)醋酸调节pH至3.6-3.8后，于75°C下处理2-4h; c木聚糖制备:将上述处理后秸杆，使用8-15%(w/v)NaOH溶液，以l:5-10(w/v)为固液比，于90-160°C下处理0.5-2h，固液分离后取滤液； d将滤液使用浓HC1调节pH至6-8后，浓缩后除盐，即得木聚糖提取液；e酶水解:将上述木聚糖固体以1.5-2.5% (w/v)底物浓度溶解于去离子水中，按底物重量加入1 % (w/w)的商业木聚糖酶制剂，酶解温度45-55°C，搅拌条件下酶解4-24h; f酸处理:将酶解液液固分离，将酶解渣配制为1-2% (w/v)混合物作为酸处理底物，使用0.8-1.2% (v/v)醋酸于 140-160°C下反应60-120min; g纯化:将e步骤的酶解液和f步骤的酸解液合并，pH调节至4.0，使用4% (w/v)活性炭吸附，然后依次采用1倍体积的15%、30%、60%乙醇进行洗脱，并减压浓缩，得到低聚木糖液，冻干后即得低聚木糖产品。2.如权利要求1所述的一种提高低聚木糖产率的方法，其特征在于所述的秸杆指玉米秸杆、小麦秸杆、水稻秸杆、高粱秸杆、向日葵杆。
【专利摘要】本发明公开了一种提高低聚木糖产率的方法，属于化工、食品领域。该方法使用玉米秸秆为原料，首先依次进行风干、粉碎，水及乙醇浸泡处理，以除去原料中水溶性与脂溶性杂质，再使用亚氯酸钠法进行脱木质素处理；其次通过碱提方法得到木聚糖提取液，调节pH至中性后浓缩除盐；最后依次使用酶解、酸解的方法对木聚糖进行解聚处理，再经离心及活性炭处理后冻干，得到低聚木糖产品。本发明具有如下优点：(1)本发明制备得木聚糖液体进行水解反应，省去了制备过程中繁琐的分离及干燥步骤；(2)采用高温下醋酸处理酶解残渣可提高低聚木糖产率，且不会对产品酸碱性造成过多影响；(3)利用秸秆作为原料，具有良好的经济效益和生态意义。
【IPC分类】C12P19/04, C12P19/12, C12P19/14
【公开号】CN105463040
【申请号】CN201610022194
【发明人】徐建, 李宏强, 沈芮
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月13日