CN102719511A - 利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取l-阿拉伯糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取L-阿拉伯糖的方法，按如下步骤进行：将农业副产物清洗、除杂、干燥、粉碎后，加入到菌种液体培养基中，于121℃，21min，形成固液培养基；所述农业副产物与液体培养基中的质量体积比为1:10；将处于对数生长期的第一组菌接入到a步骤所得的固液培养基中发酵9~15天，然后再接入处于对数生长期的第二组菌发酵3天，离心过滤得液体；或者将处于对数生长期的第一组菌和处于对数生长期的第二组菌共同接入到a步骤所得的固液培养基中发酵12~18天，离心过滤得液体；经脱色、除杂、浓缩等处理得到L-阿拉伯糖。
Description
技术领域
本发明涉及一种L-阿拉伯糖的制备方法，尤其是一种操作简单、成本低廉、环保无污染且提取率高的利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取L-阿拉伯糖的方法。
背景技术
L-阿拉伯糖（L-Arabinose）原系以阿拉伯树所分泌的胶体为原料，经复杂的化学和物理方法分离提取出来的一种左旋单糖。在自然界中，L-阿拉伯糖不以单糖的形式存在，通常与其他单糖结合，以杂多糖的形式存在于植物的纤维素、半纤维素中；L-阿拉伯糖的聚合物，包括聚阿拉伯糖或其与其他糖的聚合物，在自然界中，特别是人类的食物与菜蔬中大量存在，是一种安全的糖。
L-阿拉伯糖对小肠中双糖水解酶具有抑制作用，从而减少体内新脂肪的合成，起到了降脂的作用； L-阿拉伯糖可非竞争性抑制麦芽糖等二糖分解酶，其结果是将食用碳水化合物分解为葡萄糖或果糖的速度减缓，吸收减少，并可持续饱腹感，抑制食欲，达到减轻体重的效果； L-阿拉伯糖对肠道还有良好酸化效果，肠道酸性环境有利于双歧杆菌，乳酸菌等肠道有益菌群的生长，促进机体对钙吸收，增强机体排出有毒物的能力，抑制有害微生物增殖。美国医疗协会已将L-阿拉伯糖列入用作抗肥胖剂的营养补充剂或非处方药，在日本厚生省的特定保健用食品清单中，L-阿拉伯糖被列入用于调节血糖的专用特殊保健食品添加剂。
现有L-阿拉伯糖制备方法大部分都需经过酸碱处理后提取，虽然得率较高，但却存在着因酸碱废液清除不完全而导致的食品安全隐患，同时酸碱废液存在着污染环境的问题。
发明内容
本发明是为了解决技术所存在的上述技术问题，提供一种操作简单、成本低廉、环保无污染且提取率高的利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取L-阿拉伯糖的方法。
本发明的技术解决方案是：一种利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取L-阿拉伯糖的方法，其特征在于按如下步骤进行：
a. 将农业副产物清洗、除杂、干燥、粉碎后，加入到菌种液体培养基中，于121℃，21min，形成固液培养基；所述农业副产物与液体培养基中的质量体积比为1：10；
b. 将处于对数生长期的第一组菌接入到a步骤所得的固液培养基中发酵3天，然后再接入处于对数生长期的第二组菌发酵3天，离心过滤得液体；或者将处于对数生长期的第一组菌和处于对数生长期的第二组菌共同接入到a步骤所得的固液培养基中发酵3天，离心过滤得液体；所述第一组菌是短密青霉菌、黑曲霉、米根霉、根霉属、枯草芽孢杆菌和瑞氏木霉的正交混合微生物，接入量为底物体积的1~5%；所述第二组菌为圆红冬孢酵母菌、德尔布有孢圆酵母、酿酒酵母、薛瓦酵母和意大利酵母的正交混合物，接入量为底物体积的1~5%；
c. 向所得液体中按体积的0.5~1‰加入活性炭，得到脱色糖液；
d. 将所得脱色糖液依次注入装填001×7阳离子交换树脂的阳离子交换柱及装填201×7阴离子交换树脂的阴离子交换柱，脱除糖液中杂质离子，得到离交糖液；
e. 所得离交糖液经过旋转蒸发仪浓缩后，得到L-阿拉伯糖。
所述第一组菌中各菌株的用量比如下表：
| 菌株名称 | 菌株含量（CFU/mL） | 添加量（mL） |
| 短密青霉菌 | 5×107 | 3 |
| 黑曲霉 | 3×107 | 7 |
| 米根霉 | 4.6×107 | 6 |
| 根霉属 | 4.7×107 | 5 |
| 枯草芽孢杆菌 | 35×108 | 10 |
| 瑞氏木霉 | 4.5×107 | 4 |
所述第二组菌中各菌株的用量比如下表：
| 菌株名称 | 菌株含量（CFU/mL） | 添加量（mL） |
| 圆红冬孢酵母菌 | 1.0×108 | 5 |
| 德尔布有孢圆酵母 | 0.9×108 | 6 |
| 酿酒酵母 | 1.5×108 | 4 |
| 薛瓦酵母 | 1.2×108 | 5 |
| 意大利酵母 | 0.8×108 | 7 |
本发明是以来源广泛的农作物副产物（麦杆、花生壳、稻壳、玉米芯等）为原料，利用一组微生物混合发酵及离心过滤，得到富含L-阿拉伯糖的发酵糖液；又经过另外一组微生物，可充分分解发酵糖液中的其他杂糖并去除杂质，大大提高所得L-阿拉伯糖液的纯度及提取率，具有操作简单、成本低廉等优点，整个提取过程中无酸碱废液产生，剩余杂质可用于饲料及燃料等，利于环保，使农作物副产物的利用价值大大提高。
附图说明
图1是本发明实施例1、2所得产品高效液相色谱谱图。
图2是本发明实施例1所得发酵糖液与对比组含糖量的示意图。
图3是本发明实施例1第一组菌种发酵液的薄层层析图谱。
图4是本发明实施例1经第一组、第二组菌种发酵液的薄层层析图谱。
图5是本发明实施例2所得发酵糖液与对比组含糖量的示意图。
图6是本发明实施例2第一组菌种发酵液的薄层层析图谱。
图7是本发明实施例2经第一组和第二组菌种发酵液的薄层层析图谱。
具体实施方式
实施例1：
第一组菌：短密青霉菌、黑曲霉、米根霉、根霉属、枯草芽孢杆菌和瑞氏木霉；
第二组菌：圆红冬孢酵母菌、德尔布有孢圆酵母、酿酒酵母、薛瓦酵母和意大利酵母；
可采用现有技术所使用的菌种斜面培养—平面培养—液体培养，将第一组菌、第二组菌分别按接入量培养至对数生长期。
菌种来源如下表：
| 名称 | 来源 | 菌种号 |
| -短密青霉菌 | 中国微生物菌种保藏中心 | CPCC460011 |
| -黑曲霉 | 中国微生物菌种保藏中心 | ACCC30786 |
| -米根霉 | 中国微生物菌种保藏中心 | CICC40467 |
| -根霉属 | 中国微生物菌种保藏中心 | CICC40472 |
| 枯草芽孢杆菌 | 中国微生物菌种保藏中心 | CICC10088 |
| 瑞氏木霉 | 中国科学院微生物所 | QM9414 |
| 德尔布有孢圆酵母 | 中国微生物菌种保藏中心 | CICC1004 |
| 酿酒酵母 | 中国微生物菌种保藏中心 | GIM2.90 |
| 薛瓦酵母 | 中国微生物菌种保藏中心 | CICC 1611 |
| 意大利酵母 | 中国微生物菌种保藏中心 | CICC 1201 |
| 圆红冬孢酵母 | 中国农业科学院 | AS2.1389 |
具体提取方法，按如下步骤进行：
a. 将麦秆、玉米芯、花生壳、稻壳等农业副产物清洗、除杂、干燥、粉碎后，加入到上述菌种用液体培养基中，于121℃，21min，形成固液培养基；所述农业副产物与液体培养基中的质量体积比为1:10；
b. 将上述处于对数生长期的第一组菌接入到a步骤所得的固液培养基中发酵12天，然后再接入处于对数生长期的第二组菌发酵3天，离心过滤得液体；所述第一组菌是短密青霉菌、黑曲霉、米根霉、根霉属、枯草芽孢杆菌和瑞氏木霉的正交混合微生物，接入量为底物体积的1%；所述第二组菌为圆红冬孢酵母菌、德尔布有孢圆酵母、酿酒酵母、薛瓦酵母和意大利酵母的正交混合物，接入量为底物体积的1%；第一组菌可将原料中纤维素及半纤维素进行降解，获得糖液和发酵残渣，滤渣等剩余材料可作为饲料或燃料；第二种菌发酵后可得到去除杂糖的发酵液；
c. 向所得液体中按体积的0.5‰加入活性炭，得到脱色糖液；
d. 将所得脱色糖液依次注入装填001×7阳离子交换树脂的阳离子交换柱及装填201×7阴离子交换树脂的阴离子交换柱，脱除糖液中杂质离子，得到离交糖液；
e. 所得离交糖液经过旋转蒸发仪浓缩后，得到L-阿拉伯糖。
所述第一组菌中各菌株的用量比如下表：
| 菌株名称 | 菌株含量（CFU/mL） | 添加量（mL） |
| 短密青霉菌 | 5×107 | 3 |
| 黑曲霉 | 3×107 | 7 |
| 米根霉 | 4.6×107 | 6 |
| 根霉属 | 4.7×107 | 5 |
| 枯草芽孢杆菌 | 35×108 | 10 |
| 瑞氏木霉 | 4.5×107 | 4 |
所述第二组菌中各菌株的用量比如下表：
| 菌株名称 | 菌株含量（CFU/mL） | 添加量（mL） |
| 圆红冬孢酵母菌 | 1.0×108 | 5 |
| 德尔布有孢圆酵母 | 0.9×108 | 6 |
| 酿酒酵母 | 1.5×108 | 4 |
| 薛瓦酵母 | 1.2×108 | 5 |
| 意大利酵母 | 0.8×108 | 7 |
所得成品利用高效液相色谱法进行检测，结果图1所示，与L-阿拉伯糖标准品比对，谱图一致。
试验1：
实施例1应用第一组菌种发酵之后与对比组相比，其过滤所得滤液中的含糖量曲线如图2。图2中实验组为本发明实施例1，HM黑曲霉、GM根霉属、MM米根霉、RM瑞氏木霉、DM短密青霉菌、KC枯草芽孢杆菌；对比组分别为GM根霉属+MM米根霉及HM黑曲霉单菌种。
从图2中可见，混合菌种（HM+MM+GM+RM+KC+DM）发酵混合原材料9~15天所得含糖值明显高于双菌种（GM+MM）及单菌种(HM)发酵值，可以提高提取物含量，使得率增加。
试验2：
第一组混合菌单独处理农作物副产物得到发酵液，用薄层层析方法进行检测，结果如图3所示：点样顺序为玉米芯、麦秆、稻壳、花生壳、半纤维素、L-阿拉伯糖标准品、玉米芯、稻壳、花生壳发酵液。
第一组混合菌与第二组混合菌先后处理农作物副产物得到发酵液，用薄层层析方法进行检测，结果如图4所示：点样顺序为玉米芯、麦杆、稻壳、L-阿拉伯糖标准品、玉米芯、花生壳。
从图3、图4可明显看出，第二组混合菌的参与有助于第一组混合菌处理农作物副产物后发酵液的提纯。
实施例2：
菌种、来源及培养等均同实施例1。
具体提取方法，按如下步骤进行：
a. 将麦秆、玉米芯、花生壳、稻壳等农业副产物清洗、除杂、干燥、粉碎后，加入到上述菌种用液体培养基中，于121℃，21min，形成固液培养基；所述农业副产物与液体培养基中的质量体积比为1：10；
b. 将上述处于对数生长期的第一组菌和处于对数生长期的第二组菌共同接入到a步骤所得的固液培养基中发酵15天，离心过滤得液体；所述第一组菌是短密青霉菌、黑曲霉、米根霉、根霉属、枯草芽孢杆菌和瑞氏木霉的正交混合微生物，接入量为底物体积的5%；所述第二组菌为圆红冬孢酵母菌、德尔布有孢圆酵母、酿酒酵母、薛瓦酵母和意大利酵母的混合物，接入量为底物体积德5%；第一组菌可将原料中纤维素及半纤维素进行降解，获得糖液和发酵残渣，滤渣等剩余材料可作为饲料或燃料；第二种菌发酵后可得到去除杂糖的发酵液；
c. 向所得液体中按体积的1‰加入活性炭，得到脱色糖液；
d. 将所得脱色糖液依次注入装填001×7阳离子交换树脂的阳离子交换柱及装填201×7阴离子交换树脂的阴离子交换柱，脱除糖液中杂质离子，得到离交糖液；
e. 所得离交糖液经过旋转蒸发仪浓缩后，得到L-阿拉伯糖。
所述第一组菌中各菌株的用量比如下表：
| 菌株名称 | 菌株含量（CFU/mL） | 添加量（mL） |
| 短密青霉菌 | 5×107 | 3 |
| 黑曲霉 | 3×107 | 7 |
| 米根霉 | 4.6×107 | 6 |
| 根霉属 | 4.7×107 | 5 |
| 枯草芽孢杆菌 | 35×108 | 10 |
| 瑞氏木霉 | 4.5×107 | 4 |
所述第二组菌中各菌株的用量比如下表：
| 菌株名称 | 菌株含量（CFU/mL） | 添加量（mL） |
| 圆红冬孢酵母菌 | 1.0×108 | 5 |
| 德尔布有孢圆酵母 | 0.9×108 | 6 |
| 酿酒酵母 | 1.5×108 | 4 |
| 薛瓦酵母 | 1.2×108 | 5 |
| 意大利酵母 | 0.8×108 | 7 |
所得成品利用高效液相色谱法进行检测，结果图1所示，与L-阿拉伯糖标准品比对，谱图一致。
试验1：
实施例2应用第一和第二组菌种发酵之后与对比组相比，其过滤所得滤液中的含糖量曲线如图5。图5中实验组为本发明实施例2，第一组菌株为HM黑曲霉、GM根霉属、MM米根霉、RM瑞氏木霉、DM短密青霉菌、KC枯草芽孢杆菌混合物，第二组菌株为圆红冬孢酵母菌、德尔布有孢圆酵母、酿酒酵母、薛瓦酵母和意大利酵母混合物；对比组分别为GM根霉属+MM米根霉及HM黑曲霉单菌种。
从图5中可见，第一组和第二组菌株混合发酵原材料，发酵至12天所得发酵液含糖值明显高于双菌种（GM+MM）及单菌种（HM）发酵值。
试验2：
第一组混合菌单独处理农作物副产物得到发酵液，用薄层层析方法进行检测，结果如图6所示：点样顺序为玉米芯、麦秆、稻壳、L-阿拉伯糖标准品、玉米芯、花生壳发酵液。
第一组混合菌与第二组混合菌同时处理农作物副产物得到发酵液，用薄层层析方法进行检测，结果如图7所示：点样顺序为玉米芯、麦杆、稻壳、花生壳、L-阿拉伯糖标准品。
从图6、图7可明显看出，第二组混合菌的参与有助于第一组混合菌处理农作物副产物后发酵液的提纯。
Claims (2)
1.一种利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取L-阿拉伯糖的方法，其特征在于按如下步骤进行：
a. 将农业副产物清洗、除杂、干燥、粉碎后，加入到菌种液体培养基中，于121℃，21min，形成固液培养基；所述农业副产物与液体培养基中的质量体积比为1：10；
b. 将处于对数生长期的第一组菌接入到a步骤所得的固液培养基中发酵9~15天，然后再接入处于对数生长期的第二组菌发酵3天，离心过滤得液体；或者将处于对数生长期的第一组菌和处于对数生长期的第二组菌共同接入到a步骤所得的固液培养基中发酵12~18天，离心过滤得液体；所述第一组菌是短密青霉菌、黑曲霉、米根霉、根霉属、枯草芽孢杆菌和瑞氏木霉的正交混合微生物，接入量为底物体积的1~5%；所述第二组菌为圆红冬孢酵母菌、德尔布有孢圆酵母、酿酒酵母、薛瓦酵母和意大利酵母的正交混合物，接入量为底物体积的1~5%；
c. 向所得液体中按体积的0.5~1‰加入活性炭，得到脱色糖液；
d. 将所得脱色糖液依次注入装填001×7阳离子交换树脂的阳离子交换柱及装填201×7阴离子交换树脂的阴离子交换柱，脱除糖液中杂质离子，得到离交糖液；
e. 所得离交糖液经过旋转蒸发仪浓缩后，得到L-阿拉伯糖。
2.根据权利要求1所述利用多菌种混合发酵从农作物副产物中提取L-阿拉伯糖的方法，其特征在于所述第一组菌中各菌株的用量比如下表：
所述第二组菌中各菌株的用量比如下表：
。
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