CN102206691B - 一种用甘蔗渣生产低聚木糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是一种用甘蔗渣生产低聚木糖的方法。低聚木糖制备方法的必要条件是酶解反应，通过酶解反应使木聚糖酶解为低聚木糖。在酶解反应前的制备方法，采用不同的原料会有不同的结果，这些结果集中反映在提取率、质量及成本方面，而这几个方面，决定了低聚木糖在市场中的竞争能力，市场占有率及效益。本发明用蒸汽爆破和酸性微波水解，提高木聚糖提取率至28％，利用阴离子交换柱对物料PH值进行调整，在不外加酸碱的前提下，使粗糖浆酸值达工艺指标范围，达到了稳定产品质量和提高生产提糖率的目的。本发明科学合理，提取率高，所得低聚木糖品质好，生产成本低。

Description

一种用甘蔗渣生产低聚木糖的方法
技术领域
本发明涉及的是一种生产低聚木糖的方法，尤其是用甘蔗渣生产低聚木糖的方法，属于生物技术领域。
背景技术
低聚木糖是聚合糖类中增殖双歧杆菌功能最强的品种之一，它的功效性是其他聚合糖类的近20倍，人体胃肠道内没有水解低聚木糖的酶，所以其可直接进入大肠内优先为双歧杆菌所利用，促进双歧杆菌增殖同时产生多种有机酸。降低肠道PH值，抑制有害菌生长，使益生菌在肠道大量增殖，达到一定的保健功效。除此之外，低聚木糖还具有许多独特的性能，比如很难为人体消化酶所分解，它的能量值几乎为零，既不影响血糖浓度，也不增加血糖中胰岛素水平，并且不会形成脂肪沉积，故可在低能量食品中发挥作用，最大限度地满足了那些喜爱甜品而又担心糖尿病和肥胖的人的要求，因此糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人均可放心食用；对酸、热稳定性好，难发酵，有效摄入量少。对低聚木糖的效果研究已经很成熟，目前对低聚木糖的研究主要集中在低聚木糖的制备方面，在如何提高低聚木糖的提取率及原料方面。低聚木糖制备方法的必要条件是酶解反应，通过酶解反应使木聚糖酶解为低聚木糖。而在酶解反应前的制备方法，采用不同的原料会有较大的差别，而不同的方法会产生不同的结果，这些结果集中反映在提取率、质量及成本方面，而恰恰是这几个方面，决定了低聚木糖在市场中的竞争能力，市场占有率及效益。
制备低聚木糖的原料主要是半纤维素，目前适合制备低聚木糖的原料以玉米芯及甘蔗叶比较好。而对用甘蔗渣制备低聚木糖的研究却未见相关的报道。事实上甘蔗渣纤维的分子链结构是比较适合制备低聚木糖的。蔗渣的主要成分为：纤维素45～50％，半纤维素22～36％，木质素18～23％，蔗蜡2～4％，可溶性固形物1～3％。半纤维素主要成分为多缩木糖(又称多缩戊糖)，分子式(C5H804)n，平均聚合度一般为150左右，比纤维素聚合度低得多，较容易水解转变为低聚木糖、木糖和阿拉伯糖。甘蔗渣作为制糖产业或饮料食品产业里的一种副产品，平时都用于作为造纸的原料，蔗渣用于造纸时只是应用其中的是纤维素成份，半纤维素成分只能作为废物排放，并对环境造成污染。如果把甘蔗渣中所含的低聚木糖成份提取出来，所产生的附加值更高，经济效益会更大，因此，深入研究从甘蔗渣中提取低聚木糖，尤其是提取质量更高，成本更低，品质更好，得率更高的低聚木糖，显得更加有意义。
发明目的
本发明的目的就是提供一种用甘蔗渣生产低聚木糖的方法，克服传统方法生产低聚木糖得率低，品质差，成本高的不足。
本发明目的的实现，基于这样的原理：甘蔗渣中含有木糖(半纤维素)，而木糖约含有30％的木糖胶，木糖胶是低聚木糖和木糖醇的原料，但其中的纤维成分——纤维素和木质素却很难分解，为使蔗渣中的木糖胶易于溶化，采用蒸汽爆破法进行处理，即粉碎后的蔗渣用高压水蒸汽加热后瞬间在大气压中释放出来，使其细胞壁纤维膨化，由于蒸汽爆破处理可破坏蔗渣的纤维结构，使木糖胶更易于溶化提取。根据上述原理，本发明目的的实现是因为采取了下述技术措施：一种用甘蔗渣生产低聚木糖的方法，包括三个步骤，分别是前处理；酶分解；浓缩；所述前处理步骤是：
(1)取甘蔗渣粉碎为1-5毫米粗粒，置于密封容器内，通过蒸汽加热至190-260℃，维持2-5分钟，然后在0.1-1秒时间内瞬间释放压力，使甘蔗渣细胞壁纤维膨化，得到膨化甘蔗渣备用；
(2)取膨化甘蔗渣加15-25倍量水，再用酸调整使溶液PH值为4.0-5.0，用微波加热至80-90℃维持1-2小时，先用200-400目滤网过滤，然后滤液再离心分离，得到上清液备用；
(3)将上清液按照常规速度缓慢通过市售阳离子交换树脂柱，滤液再按常规速度缓慢通过市售活性碳柱，收集滤液，于60-70℃条件下真空浓缩至原料的4-6倍量得浓缩液备用；
(4)取浓缩液按照常规速度缓慢通过市售阴离子交换树脂柱，使滤液保持PH3.0-5.0，得到木聚糖溶液备用；
所述酶分解步骤指的是用常规木聚糖酶酶解木聚糖溶液的过程，经过酶解后得到低聚木糖溶液；
所述浓缩步骤是：
取经过木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于60-70℃条件下真空浓缩至呈饱和液，再置于助晶箱中在60-70℃环境下结晶，控制每小时降低温度0.5-2℃，直至得到较高纯度的低聚木糖。
采取上述措施的本发明，用蒸汽爆破和酸性微波水解，能提高木聚糖提取率，其提取率高达28％，传统工艺是用加NaOH加热水解提取，其提取率低，提取率仅是17％左右。在低聚木糖生产中，糖浆酸值是否控制在适当范围内，对于糖膏结晶效果的好坏有极大的关系。传统方法主要在后续工序对粗糖浆PH值进行补偿性调整，即依据已产出粗糖浆PH的值高低，对其加酸或加碱，使其PH值达到工艺指标范围。这样做的结果是：已净化的中间制品又加入少量的无机离子，操作难度大，导致产品质量易波动，生产提糖率波动大。而本发明是利用阴离子交换柱对物料PH值进行调整，在不外加酸碱的前提下，使粗糖浆酸值达工艺指标范围，达到了稳定产品质量和提高生产提糖率的目的。本发明科学合理，提取率高，所得低聚木糖品质好，因为提取率高而使得低聚木糖的生产成本降低。
具体实施方式
实施例1
(1)取100公斤甘蔗渣粉碎为3毫米粗粒，置于密封容器内，通过蒸汽加热至200℃维持3分钟，然后在0.1-1秒时间内瞬间释放压力，使甘蔗渣细胞壁纤维膨化，得到膨化甘蔗渣备用；
(2)取膨化甘蔗渣加2000公斤水，再加入柠檬酸使溶液PH值为4.5，用微波加热至85℃维持1.5小时，先用200目滤网过滤得滤液，然后滤液再通过5000转/分钟的高速离心机进行离心分离，得到上清液备用；
(3)将上清液按照常规速度缓慢通过市售阳离子交换柱，滤液再缓慢通过市售活性碳柱，收集滤液，于60-70℃条件下真空浓缩至500公斤的浓缩液备用；
(4)取浓缩液按照常规速度缓慢通过市售阴离子交换柱，维持滤液PH4.5，得到木聚糖溶液备用；
(5)于木聚糖溶液中加入活性为2万活性单位/毫克的市售木聚糖酶，在温度为55℃的条件下酶解100分钟，得到酶解后的低聚木糖溶液：
(6)取经过木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于60℃条件下真空浓缩至呈饱和液状态，再置于助晶箱中在60℃环境下结晶，控制每小时降低温度1℃，直至得到较高纯度的低聚木糖。
实施例2
(1)取100公斤甘蔗渣粉碎为5毫米粗粒，置于密封容器内，通过蒸汽加热至260℃维持2分钟，然后在0.1-1秒时间内瞬间释放压力，使甘蔗渣细胞壁纤维膨化，得到膨化甘蔗渣备用；
(2)取膨化甘蔗渣加2000公斤水，再加入盐酸使溶液PH值为5.0，用微波加热至90℃维持1.5小时，先用400目滤网过滤得滤液，然后滤液再通过5000转/分钟的高速离心机进行离心分离，得到上清液备用；
(3)与实施例1步骤(3)相同；
(4)与实施例1步骤(4)相同；
(5)于木聚糖溶液中加入活性为1万活性单位/毫升的市售液态木聚糖酶，在温度为55℃的条件下酶解100分钟，得到酶解后的低聚木糖溶液；
(6)取经过木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于70℃条件下真空浓缩至呈饱和液状态，再置于助晶箱中在70℃环境下结晶，控制每小时降低温度1.5℃，直至得到较高纯度的低聚木糖。
实施例3
(1)与实施例1的步骤(1)相同；
(2)取膨化甘蔗渣加2000公斤水，再加入柠檬酸使溶液PH值为4.0，用微波加热至90℃维持1.5小时，先用400目滤网过滤得滤液，然后滤液再通过5000转/分钟的高速离心机进行离心分离，得到上清液备用；
其余步骤与实施例1相同。

Claims (1)

1.一种用甘蔗渣生产低聚木糖的方法，包括三个步骤，分别是前处理；酶分解；浓缩；其特征在于所述前处理步骤是：
(1)取甘蔗渣粉碎为1-5毫米粗粒，置于密封容器内，通过蒸汽加热至190-260℃，维持2-5分钟，然后在0.1-1秒时间内瞬间释放压力，使甘蔗渣细胞壁纤维膨化，得到膨化甘蔗渣备用；
(2)取膨化甘蔗渣加15-25倍量水，再用酸调整使溶液PH值为4.0-5.0，用微波加热至80-90℃维持1-2小时，先用200-400目滤网过滤，然后滤液再离心分离，得到上清液备用；
(3)将上清液按照常规速度缓慢通过市售阳离子交换树脂柱，滤液再按常规速度缓慢通过市售活性碳柱，收集滤液，于60-70℃条件下真空浓缩至原料的4-6倍量得浓缩液备用；
(4)取浓缩液按照常规速度缓慢通过市售阴离子交换树脂柱，使滤液保持PH3.0-5.0，得到木聚糖溶液备用；
所述酶分解步骤指的是用常规木聚糖酶酶解木聚糖溶液的过程，经过酶解后得到低聚木糖溶液；
所述浓缩步骤是：
取经过木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于60-70℃条件下真空浓缩至呈饱和液，再置于助晶箱中在60-70℃环境下结晶，控制每小时降低温度0.5-2℃，直至得到较高纯度的低聚木糖。
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