CN102559805A - 稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法，其工艺：将稻草、稻壳粉碎，用热水浸泡处理，过滤；加入NaOH水溶液进行碱处理；离心获得提取液，用乙酸水溶液中和提取液；离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用乙醇沉淀，静置；离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，将沉淀物配成水溶液；将复合酶水溶液进行酶解处理；酶解后，将酶解液灭活，真空浓缩；用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液，真空干燥获得浅黄至白色粉粒低聚木糖。

Description

稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法

技术领域

本发明涉及低聚木糖的生产方法，尤其涉及一种稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法。

背景技术

低聚木糖也称木寡糖，英文名称：Xylo-oligosaccharide简写：XOS，是由2-7个木糖分子以β(1-4)糖苷键结合而成的功能性聚合糖，是高效益生元；是一种重要的功能性食品，除了具有低热、稳定、安全、无毒等良好的理化特征外，还具有促进肠道内有益菌的繁殖、抑制有害菌生长的独特生理功能，现已引起全世界的广泛关注。目前制备低聚木糖大多是以玉米芯、甘蔗渣等纤维素物质为原料。

然而，我国稻草和稻壳年产量数亿吨，稻草和稻壳按重量计约占稻谷的70％左右，是大米碾米厂和水稻种植户的主要副产品。稻草和稻壳目前的应用主要集中在传统用途，如动物饲料、造纸原料和肥田等，无更有效的开发利用；在农村传统做法是将稻草和稻壳大量焚烧，产生大量温室气体，严重破坏了生态环境平衡，造成土壤衰竭，加速了农业上的恶性循环，污染了环境，更是火灾的隐患。稻草和稻壳的开发利用用途很少，均未真正形成规模产业化。

如果能以稻草和稻壳为原料制备低聚木糖，不仅能使稻草和稻壳变废为宝，具有极大的经济价值，而且解决了资源浪费和环境污染等问题。因此，市场急需开发一种以稻草和稻壳为原料制备低聚木糖的方法，尤其急需研究一种低成本、技术稳定、高纯度、操作简单、无污染及适于规模化生产的以稻草和稻壳为原料制备高纯度低聚木糖的方法，为农产品开发将稻草和稻壳变废为宝，提升高附加值开辟一片新的市场，为人类提供一种高端功能性健康糖品种。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法，其特征在于：以稻草、稻壳为原料，通过复合酶酶解技术制备高纯度低聚木糖，具体包括以下步骤：

①称取稻草、稻壳，稻草与稻壳的重量比为1∶1，将稻草、稻壳粉碎，用热水浸泡处理，过滤，弃去滤液；

②加入NaOH水溶液进行碱处理，NaOH水溶液的浓度为0.8～4％，使用体积为稻草和稻壳重量的30～55倍，碱处理温度为30～55℃，碱处理时间为26～34小时；

③离心获得提取液，用乙酸水溶液中和提取液，至pH为5～7；

④离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用乙醇沉淀，然后静置；

⑤离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成4～5％的水溶液；

⑥将复合酶按比例对步骤⑤制得的水溶液进行酶解处理，酶解温度为30～40℃，酶解时间为25～33小时，100mL处理水溶液中加入0.10～4g复合酶；其中所述复合酶的组分为：内切木聚糖酶30～50wt％，阿拉伯呋喃糖苷酶20～40wt％，外切木聚糖酶20～40wt％；

⑦酶解结束后，将酶解液于105～120℃灭活10～15分钟，然后于45～60℃真空浓缩；

⑧用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液，即首先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩复合酶解液的用量，在25～39℃下吸附处理10～21小时，然后过滤，用30～45％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析20～60小时脱盐，然后于46～53℃真空干燥15～18小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖。

进一步地，上述的稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法，步骤③所述乙酸水溶液的浓度为30～50％。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

用稻草和稻壳通过复合酶酶解技术进行制备，以农业副产品稻草和稻壳为原料，采用新技术、新方法提升和提高效率，将稻草和稻壳变废为宝开辟新市场和新领域。

具体实施方式

稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法，以稻草、稻壳为原料，通过复合酶酶解技术制备高纯度低聚木糖，具体包括以下步骤：

①称取稻草、稻壳，稻草与稻壳的重量比为1∶1，将稻草、稻壳粉碎，用热水浸泡处理，过滤，弃去滤液；

②加入NaOH水溶液进行碱处理，NaOH水溶液的浓度为0.8～4％，使用体积为稻草和稻壳重量的30～55倍，碱处理温度为30～55℃，碱处理时间为26～34小时；

③离心获得提取液，用乙酸水溶液中和提取液，至pH为5～7；

④离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用乙醇沉淀，然后静置；

⑤离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成4～5％的水溶液；

⑥将复合酶按比例对步骤⑤制得的水溶液进行酶解处理，酶解温度为30～40℃，酶解时间为25～33小时，100mL处理水溶液中加入0.10～4g复合酶；其中所述复合酶的组分为：内切木聚糖酶30～50wt％，阿拉伯呋喃糖苷酶20～40wt％，外切木聚糖酶20～40wt％；

⑦酶解结束后，将酶解液于105～120℃灭活10～15分钟，然后于45～60℃真空浓缩；

⑧用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液，即首先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩复合酶解液的用量，在25～39℃下吸附处理10～21小时，然后过滤，用30～45％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析20～60小时脱盐，然后于46～53℃真空干燥15～18小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖。。

实施例1

称取比例的稻草、稻壳，将稻草切段和稻壳一起粉碎，用51℃水浸泡8小时，过滤，弃去滤液；加入为稻草和稻壳重量45倍体积的浓度为4％的NaOH水溶液，在50℃下碱处理30小时；离心得提取液，用浓度为31％的乙酸中和提取液至pH为5.0；离心去除沉淀，将上述清液浓缩后，用95％乙醇沉淀，所用95％乙醇的体积为浓缩液体积的3倍；静置7小时；离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成4％的水溶液；加入复合酶(复合酶含内切木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、外切木聚糖酶，比例是40∶40∶10)，其中100mL处理水溶液中加入0.15g的复合酶在38℃对水溶液进行酶解处理32小时；将酶解液于117℃灭活12分钟，然后于50℃真空浓缩；用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液：即先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩酶解液的用量，在28℃下吸附处理15小时，然后过滤，用45％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析60小时脱盐；最后于50℃真空干燥15小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖；获得低聚木糖纯度为80％，20％的其它是半纤维素B和木糖；低聚木糖纯度为80％。

实施例2

称取比例的稻草和稻壳，将稻草和稻壳一起粉碎，用52℃水浸泡9小时，过滤，弃去滤液；加入为稻草和稻壳重量47倍体积的浓度为2.5％的NaOH水溶液，在52℃下碱处理30小时；离心得提取液，用浓度为32％的乙酸中和提取液至pH为5.0；离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用95％乙醇沉淀，所用95％乙醇的体积为浓缩液体积的4倍；静置7小时；离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成4.5％的水溶液；加入复合酶(复合酶含内切木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、外切木聚糖酶，比例是35∶40∶20)，其中100mL处理水溶液中用复合酶在36℃水溶液进行酶解处理33小时，其中100mL处理水溶液中加入0.15g复合酶；将酶解液于119℃灭活13分钟，然后于55℃真空浓缩；用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液：首先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩酶解液的用量，在30℃下吸附处理16小时，然后过滤，用43％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析64小时脱盐；最后于55℃真空干燥16小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖；获得低聚木糖纯度为81％，19％的其它是半纤维素B和木糖；低聚木糖纯度为81％。

实施例3

称取比例的稻草稻壳，将稻草和稻壳一起粉碎，用50℃水浸泡11小时，过滤，弃去滤液；加入为稻草和稻壳重量50倍体积的浓度为1.5％的NaOH水溶液，在54℃下碱处理32小时；离心得提取液，用浓度为30％的乙酸中和提取液至pH为5.5；离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用95％乙醇沉淀，所用95％乙醇的体积为浓缩液体积的4倍；静置8小时；离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成5％的水溶液；加入复合酶(含内切木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、外切木聚糖酶，比例是50∶20∶30)，用复合酶在37℃对水溶液进行酶解处理36小时，其中100mL处理水溶液中加入0.2g复合酶；将酶解液于118℃灭活14分钟，然后于56℃真空浓缩；用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液：即先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩酶解液的用量，在33℃下吸附处理20小时，然后过滤，用42％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析66小时脱盐；最后于45℃真空干燥17小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖；获得低聚木糖纯度为82％，18％的其它是半纤维素B和木糖；低聚木糖纯度为82％。

实施例4

称取比例的稻草稻壳，将稻草和稻壳一起粉碎，用56℃水浸泡6小时，过滤，弃去滤液；加入为稻草和稻壳重量60倍体积的浓度为2.0％的NaOH水溶液，在55℃下碱处理34小时；离心得提取液，用浓度为35％的乙酸中和提取液至pH为6.0；离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用95％乙醇沉淀，所用95％乙醇的体积为浓缩液体积的4倍，静置10小时；离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成5％的水溶液；加入复合酶(含内切木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、外切木聚糖酶，比例是30∶30∶40)，用复合酶在40℃对水溶液进行酶解处理24小时，其中100mL处理水溶液中加入0.25g复合酶；将酶解液于120℃灭活15分钟，然后于60℃真空浓缩；用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液：即先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩酶解液的用量，在35℃下吸附处理10小时，然后过滤，用45％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析72小时脱盐；最后于53℃真空干燥18小时，，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖；获得低聚木糖纯度为85％，15％的其它是半纤维素B和木糖；低聚木糖纯度为85％。

实施例5

称取比例的稻草和稻壳，将稻草切段和稻壳一起粉碎，用54℃水浸泡10小时，过滤，弃去滤液；加入为稻草和稻壳重量30倍体积的浓度为0.8％的NaOH水溶液，在30℃下碱处理26小时；离心得提取液，用浓度为34％的乙酸中和提取液至pH为7.0；离心去除沉淀，将上述清液浓缩后，用95％乙醇沉淀，所用95％乙醇的体积为浓缩液体积的5倍；静置8小时；离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成4.5％的水溶液；加入复合酶(复合酶含内切木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、外切木聚糖酶，比例是45∶25∶30)，其中100mL处理水溶液中加入0.2g的复合酶在40℃对水溶液进行酶解处理25小时；将酶解液于120℃灭活14分钟，然后于40℃真空浓缩；用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液：即先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩酶解液的用量，在25℃下吸附处理12小时，然后过滤，用40％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析50小时脱盐；最后于46℃真空干燥14小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖；获得低聚木糖纯度为83％，17％的其它是半纤维素B和木糖；低聚木糖纯度为83％。

经检测，采用本发明技术方案获得高纯度低聚木糖，其主要性能指标见表1。

表1

综上所述，本发明采用先进科学技术工艺和方法，采用农业副产品制备获得高纯度低聚木糖，产出高附加值，非常适合规模化生产，值得在业内广泛推广应用。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法，其特征在于：以稻草、稻壳为原料，通过复合酶酶解技术制备高纯度低聚木糖，具体包括以下步骤：

①称取稻草、稻壳，稻草与稻壳的重量比为1∶1，将稻草、稻壳粉碎，用热水浸泡处理，过滤，弃去滤液；

②加入NaOH水溶液进行碱处理，NaOH水溶液的浓度为0.8～4％，使用体积为稻草和稻壳重量的30～55倍，碱处理温度为30～55℃，碱处理时间为26～34小时；

③离心获得提取液，用乙酸水溶液中和提取液，至pH为5～7；

④离心去除沉淀，将上清液浓缩后，用乙醇沉淀，然后静置；

⑤离心收集沉淀，干燥沉淀物以去除其中的乙醇，然后将沉淀物配成4～5％的水溶液；

⑥将复合酶按比例对步骤⑤制得的水溶液进行酶解处理，酶解温度为30～40℃，酶解时间为25～33小时，100mL处理水溶液中加入0.10～4g复合酶；其中所述复合酶的组分为：内切木聚糖酶30～50wt％，阿拉伯呋喃糖苷酶20～40wt％，外切木聚糖酶20～40wt％；

⑦酶解结束后，将酶解液于105～120℃灭活10～15分钟，然后于45～60℃真空浓缩；

⑧用大孔型吸附阳离子树脂纯化浓缩液，即首先将树脂充分润涨，按100g树脂200mL浓缩复合酶解液的用量，在25～39℃下吸附处理10～21小时，然后过滤，用30～45％乙醇溶液洗脱，洗脱液先浓缩后，再透析20～60小时脱盐，然后于46～53℃真空干燥15～18小时，获得浅黄色至白色粉状颗粒低聚木糖。

2.根据权利要求1所述的稻草和稻壳制备高纯度低聚木糖的方法，其特征在于：步骤③所述乙酸水溶液的浓度为30～50％。