CN102965454A - 一种微波辅助制备低聚木糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波辅助制备低聚木糖的方法，包括如下步骤：a.用碱法从木质纤维原料中提取出聚木糖；b.将步骤a所得到的聚木糖加入到0.1～0.4M酸中，温度70～100℃的条件下降解10～90min，同时用功率500～800W的微波进行处理，其中聚木糖与酸的质量体积比（g/ml）为1:20～100；c.将步骤b所得到的降解液离心或过滤分离，中和上清液或滤液；d.将中和后的上清液或滤液冷冻干燥或真空干燥即得低聚木糖。本发明方法具有快速、高效、副反应少以及低聚木糖纯度高的特点。

Description

一种微波辅助制备低聚木糖的方法

技术领域

本发明涉及低聚木糖制备技术领域，具体地说是一种微波辅助制备低聚木糖的方法。

背景技术

低聚木糖（Xylo-oligosaccharides,XOS），又称木寡糖，是由2-7个木糖分子以β-1,4糖苷键连接而成的且具有直链或侧链结构的功能性聚合糖，分子量约为300～2000Da，一般由木聚糖降解而成。低聚木糖具有独特的物化性质和生理学特性，物化性质方面，XOS具有耐热耐酸，粘度低，能够降低水分活度和防止冻结等特性；生理学特性方面，XOS属于不消化但可被发酵的糖，几乎不被人体内的消化液所降解，不能被人体直接利用吸收，但可以被肠道有益菌优先利用，大量增殖双歧杆菌和乳酸菌属，其发酵产物短链脂肪酸，能降低胃肠道内的pH值，促进消化和营养物质的吸收、降血压、血清、胆固醇，保护肝脏、预防结肠癌等。此外，和其他低聚糖相比，低聚木糖的有效摄入量少。因此，低聚木糖在食品工业、制药、动物饲料等领域有着广泛的用途。

低聚木糖的来源为聚木糖，聚木糖广泛的存在于阔叶木和禾本科植物中。目前制备低聚木糖的方法有：从制备工艺上可分为（1）直接降解生物质原料（木质纤维、玉米芯、稻壳、棉籽等）制备低聚木糖；（2）从生物质原料中提取出聚木糖，然后再进行降解制备低聚木糖。从制备方法上可分为（1）酶法制备低聚木糖；（2）化学法，如自水解法、碱处理、传统酸处理等方法（3）化学法和酶法结合起来，制备低聚木糖。在上述低聚木糖制备工艺和方法中，直接降解生物质的方法具有效率低、所得产物含有较多杂质，分离纯化困难，生产成本高等缺陷。酶法具有耗时长，不同来源的木聚糖底物要求使用不同的微生物木聚糖酶等不足。自水解法对生产设备要求高，一般要求设备耐压耐高温。

鉴于上述现有的制备低聚木糖的方法存在的缺点和不足，本发明人依靠多年的工作经验和丰富的专业知识积极加以研究和创新，最终发明了一种微波辅助制备低聚木糖的方法，具有快速、高效、副反应少以及低聚木糖纯度高等特点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种微波辅助制备低聚木糖的方法，具有快速、高效、副反应少的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种微波辅助制备低聚木糖的方法，包括如下步骤：

a.用碱法从木质纤维原料中提取出聚木糖；

b.将步骤a所得到的聚木糖加入到0.1～0.4M酸中，温度70～100℃的条件下降解10～90min，同时用功率500～800W的微波进行处理，其中聚木糖与酸的质量体积比（g/ml）为1:20～100；

c.将步骤b所得到的降解液离心或过滤分离，中和上清液或滤液；

d.将中和后的上清液或滤液冷冻干燥或真空干燥即得低聚木糖。

进一步，所述步骤a中从木质纤维原料中提取出聚木糖包括如下步骤：

a1.将木质纤维植物粉碎至20～80目，用甲苯和乙醇的混合溶剂抽提6～12h得去除类脂物的木质纤维粉末；

a2.将去除类脂物的木质纤维粉末在温度为50～90℃，pH为3.0～4.0的条件下用亚氯酸钠脱除木质素2～4h制备得到综纤维素；

a3.用碱溶液在20℃～50℃的条件下抽提综纤维素8～16h，过滤，滤液用酸调节pH至5.5～7.0后透析2～5天；

a4.将透析后的溶液冷冻干燥或真空干燥即得聚木糖。

进一步，所述的木质纤维植物选自阔叶木和禾本科植物。

进一步，所述步骤a2中的木质纤维粉末和亚氯酸钠的质量比为1：1.2～2；

进一步，所述步骤a3中碱溶液为5～10%NaOH溶液或KOH溶液，综纤维素与碱溶液的质量体积比（g/ml）为1:20～30。

进一步，所述步骤a3中酸为6M盐酸或乙酸。

进一步，所述步骤a3中用截留分子量为1000～5000Da的透析袋进行透析。

进一步，所述步骤a4中冷冻干燥的温度为-40～-60℃，真空度为200～500mba，时间12-48h。

进一步，所述步骤a4中真空干燥的温度为30～50℃，真空度为0.5～1.5MPa，时间12～48h。

进一步，所述步骤b中的酸为硫酸、盐酸、草酸、三氟乙酸、甲酸或乙酸。

进一步，所述步骤b中的聚木糖用硫酸和草酸降解，步骤c中所得上清液或滤液采用碳酸钡中和至中性。

进一步，所述步骤b中的聚木糖用盐酸、三氟乙酸、甲酸或乙酸降解，步骤c中所得上清液或滤液在压力0.1Mpa，温度50～70℃的条件下通过减压旋转蒸发至中性。

进一步，所述步骤d中冷冻干燥的温度为-40～-60℃，真空度为200～500mba，时间12-48h。

进一步，所述步骤d中真空干燥的温度为30～50℃，真空度为0.5～1.5MPa，时间12～48h。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明原料量大易得、产品价值高、反应快速、高效、副反应少以及低聚木糖纯度高等特点。本发明采用微波辅助处理进行降解方法与酶降解相比，大大缩短了降解时间，酶解制备低聚木糖一般需要5～48h，本发明只需10～90min；与热水降解相比，降低了降解温度，热水降解温度需要160～180℃，本发明只需要70～100℃。

附图说明

图1为本发明的微波辅助制备低聚木糖的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1的低聚木糖成分HPAEC分析图谱。HPAEC分析柱：PA-100，4×250mm，色谱条件：柱温30℃，流动相NaAc/NaOH-水，流速0.4ml/min，检测器脉冲-安培电化学检测器（PAD），外标法标定，进样量10μl，标准样品购于Megazyme公司，根据标样，峰2为木二糖，峰3为木三糖，峰4为木四糖，峰5为木五糖，峰6为木六糖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

下述的实施例请同时参见图1，图1为本发明的微波辅助制备低聚木糖的方法的流程示意图。

实施例1

本实施例一种微波辅助制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：

a.聚木糖的提取：

（a1）称取40～60目竹粉100g，用500ml甲苯-乙醇（2:1，v/v）回流12h去除原料中的类脂物；

（a2）将去脂后的竹粉在75℃,pH3.8的条件下用2000ml质量分数为7.5%的亚氯酸钠溶液脱除木质素2h制备出竹材综纤维素；

（a3）用2000ml 10%NaOH在室温下提取综纤维素12h，过滤，滤液用6M HCl调节pH至5.5后，在截留分子量为3500Da的透析袋中透析3天；

（a4）采用冷冻干燥得聚木糖，温度为-40℃，真空度为200mba，时间24h；

b.低聚木糖的制备：将步骤a所得到的聚木糖加入到0.2M硫酸中，料液比为1:25，聚木糖的质量单位为g，硫酸的体积单位为ml，同时用功率700W的微波处理，温度90℃下降解30min；

c.低聚木糖的分离：将步骤b所得到的降解液离心，采用碳酸钙中和至中性，离心，取上清液；

d.低聚木糖的干燥：采用冷冻干燥，温度为-50℃，真空度为300mba，时间48h，即可得到低聚木糖。

图2为本实施例中微波辅助硫酸水解液中低聚木糖的HPAEC分析色谱图，所得木二糖含量为23.7%，木三糖含量为20.6%，木四糖含量为20.1%，木五糖含量为20.8%，木六糖含量为14.7%。

实施例2

a.聚木糖的提取：

（a1）称取50～80目毛白杨粉100g，用500ml甲苯-乙醇（2:1，v/v）回流6h去除原料中的类脂物；

（a2）将去脂毛白杨粉在75℃,pH3.8下用2000ml质量分数为7.5%的亚氯酸钠溶液脱除木质素2h制备出毛白杨综纤维素；

（a3）用2500ml 10%KOH在室温下提取综纤维素8h，过滤，滤液用乙酸调节pH至5.5后，在截留分子量为3800Da的透析袋中透析3天；

（a4）采用冷冻干燥得聚木糖，温度为-50℃，真空度为400mba，时间30h；

b.低聚木糖的制备：将步骤a所得到的聚木糖加入到0.2M草酸中，料液比（g/ml）为1:30，温度80℃下降解40min，同时用功率800W的微波处理；

c.低聚木糖的分离：将步骤b所得到的降解液离心，采用碳酸钡中和至中性，离心，取上清液；

d.低聚木糖的干燥：采用真空干燥，温度为40℃，真空度为0.5MPa，时间24h，即可得到低聚木糖。

本实施例中所得木二糖含量为25.8%，木三糖含量为22.4%，木四糖含量为20.0%，木五糖含量为19.0%，木六糖含量为12.7%。

实施例3

a.聚木糖的提取：

（a1）称取40～60目小麦秸秆粉100g，用500ml甲苯-乙醇（2:1，v/v）回流9h去除原料中的类脂物；

（a2）将去脂小麦秸秆粉在77℃,pH3.6下用2000ml质量分数为6%的亚氯酸钠溶液脱除木质素2h制备出小麦秸秆综纤维素；

（a3）用2300ml 8%KOH在室温下提取综纤维素10h，过滤，滤液乙酸调节pH至5.5后，在截留分子量为2000Da的透析袋中透析2天；

（a4）采用真空干燥得聚木糖，温度为30℃，真空度为0.8MPa，时间48h；

b.低聚木糖的制备：将步骤a所得到的聚木糖加入到0.1M甲酸中，料液比（g/ml）为1:25，温度90℃下降解60min，同时用功率800W的微波处理；

c.低聚木糖的分离：将步骤b所得到的降解液在压力0.1Mpa，温度60℃旋转蒸发至中性；

d.低聚木糖的干燥：采用冷冻干燥，温度为-50℃，真空度为500mba，时间32h，即可得到低聚木糖。

本实施例中所得木二糖含量为22.0%，木三糖含量为19.8%，木四糖含量为20.3%，木五糖含量为21.6%，木六糖含量为16.4%。

实施例4

a.聚木糖的提取：

（a1）称取40～50目玉米秸秆粉100g，用500ml甲苯-乙醇（2:1，v/v）回流12h去除原料中的类脂物；

（a2）将去脂玉米秸秆粉在75℃,pH3.6下用2000ml质量分数为6%的亚氯酸钠溶液脱除木质素2h制备出小麦秸秆综纤维素；

（a3）用2000ml 10%KOH在室温下提取综纤维素12h，过滤，滤液乙酸调节pH至5.5后，在截留分子量为1000Da的透析袋中透析3天；

（a4）采用冷冻干燥得聚木糖，温度为-40℃，真空度为400mba，时间40h；

b.低聚木糖的制备：将步骤a所得到的聚木糖加入到0.3M乙酸中，料液比（g/ml）为1:30，温度90℃下降解20min，同时用功率700W的微波处理；

c.低聚木糖的分离：将步骤b所得到的降解液在压力0.1Mpa，温度50℃旋转蒸发至中性；

d.低聚木糖的干燥：采用冷冻干燥，温度为-40℃，真空度为400mba，时间48h，即可得到低聚木糖。

本实施例中所得木二糖含量为24.9%，木三糖含量为23.8%，木四糖含量为20.7%，木五糖含量为18.6%，木六糖含量为12.1%。

从上述实施例可以看出本发明方法反应时间短，现有技术中的酶解反应时间为4～10h,本发明仅需10～90min；提纯简单，因本发明首先对内脂物和木质素进行了脱除，减少了木素及其降解产物对产物的干扰，因此后续操作步骤相对于比较简化，不用进行活性炭脱色、离子交换树脂除杂等。反应条件温和，现有技术中需在155～180℃的高温条件下进行处理，本发明仅需在70～100℃条件下进行处理。副反应少，在现有技术的酸解和高温条件下，糖通常会发生降解，产生糠醛、羟甲基糠醛等产物。而以高效液相色谱测得本发明在70～100℃条件下，未能检测到上述糖的降解产物。充分体现了高效，副反应少的特点。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.用碱法从木质纤维原料中提取出聚木糖；

b.将步骤a所得到的聚木糖加入到0.1～0.4M酸中，温度70～100℃的条件下降解10～90min，同时用功率500～800W的微波进行处理，其中聚木糖与酸的质量体积比（g/ml）为1:20～100；

c.将步骤b所得到的降解液离心或过滤分离，中和上清液或滤液；

d.将中和后的上清液或滤液冷冻干燥或真空干燥即得低聚木糖。

2.根据权利要求1所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤a中从木质纤维原料中提取出聚木糖包括如下步骤：

a1.将木质纤维植物粉碎至20～80目，用甲苯和乙醇的混合溶剂抽提6～12h得去除类脂物的木质纤维粉末；

a2.将去除类脂物的木质纤维粉末在温度为50～90℃，pH为3.0～4.0的条件下用亚氯酸钠脱除木质素2～4h制备得到综纤维素；

a3.用碱溶液在20～50℃的条件下抽提综纤维素8～16h，过滤，滤液用酸调节pH至5.5～7.0后透析2～5天；

a4.将透析后的溶液冷冻干燥或真空干燥即得聚木糖。

3.根据权利要求2所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤a2中的木质纤维粉末和亚氯酸钠的质量比为1：1.2～2；

4.根据权利要求2所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤a3中碱溶液为5～10%NaOH溶液或KOH溶液，综纤维素与碱溶液的质量体积比（g/ml）为1:20～30。

5.根据权利要求2所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤a3中酸为6M盐酸或乙酸。

6.根据权利要求2所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤a3中用截留分子量为1000～5000Da的透析袋进行透析。

7.根据权利要求1所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤b中的酸为硫酸、盐酸、草酸、三氟乙酸、甲酸或乙酸。

8.根据权利要求1所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述步骤b中的聚木糖用硫酸和草酸降解，步骤c中所得上清液或滤液采用碳酸钡中和至中性；用盐酸、三氟乙酸、甲酸或乙酸降解，步骤c中所得上清液或滤液在压力0.1Mpa，温度50～70℃的条件下通过减压旋转蒸发至中性。

9.根据权利要求1或2所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-40～-60℃，真空度为200～500mba，时间12-48h；所述真空干燥的温度为30～50℃，真空度为0.5～1.5MPa，时间12～48h。

10.根据权利要求1所述的微波辅助制备低聚木糖的方法，其特征在于，所述的木质纤维植物选自阔叶木和禾本科植物。

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