CN103789376A - 一种从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法，步骤如下：a）笋壳碱降解后微波消解，加入木聚糖酶酶解得上清液；b）活性碳柱用50%-70%乙醇以2-3ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2-3ml/min平衡3个柱体积，该活性炭柱Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g；c）将木寡糖上清液上样，先用去离子水以2-3ml/min的流速洗脱1－3个柱体积，再以0.1%－37%的乙醇以同一流速线性洗脱7-10个柱体积，流速为2－3ml/min，并对乙醇洗脱部分进行收集。本发明的木聚糖提取率高，能从木二至五糖含量较低的木寡糖水溶液分离到高纯度单体，易操作，重复性好。

Description

一种从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法

【技术领域】

本发明涉及生物化学技术领域，具体地说，是一种从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法。

【背景技术】

竹笋是我国的传统的绿色蔬菜之一，在我国自古就被当成“菜中珍品”。随着笋用林和笋竹两用林丰产技术的推广，我国鲜笋产量逐年递增。竹笋壳又称竹箨（bambusa spp），是竹笋加工当中的大宗废弃物。笋壳富含纤维素（主要成分是多戊糖），含量约为35.08%，这与目前生产低聚木糖的主要原料玉米芯中半纤维素的含量相当，因此笋壳是提取低聚木糖的较好资源。

低聚木糖又称木寡糖，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。与通常人们所用的大豆低聚糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖等相比具有独特的优势，它可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性，其双歧因子功能是其它聚合糖类的10-20倍。

木二糖的制备可采用水解木聚糖或半纤维素，再经过分离纯化获得。水解方法有酸水解、高温裂解、酶水解等。酶法水解的木二糖得率高，水解进程容易控制。但大多数木聚糖酶水解木聚糖的效果不是很理想，主要因为水解产物中木二糖的比例低，后续分离困难。采用凝胶色谱柱法分离低聚木糖或制备少量高纯度的单一木二糖已有一些报道。凝胶层析柱所用柱料为聚丙烯酰胺凝胶Bio-Gel P-4和P-2等，价格昂贵，且该技术处理量小、产品浓度低、操作要求高。中国期刊《食品科学》，2008,Vol.29,No.10，刊出的论文“利用固定化耐高温木聚糖酶生产木二糖”，将重组海栖热袍菌(Thermotoga maritima)极耐热木聚糖酶B固定于镍螯合环氧载体Eupergit C250L(固定化XynB)上，水解玉米芯汽爆液连续生产低聚木糖，特别是木二糖。固定化XynB操作稳定性很高，批次水解15次仍保持92%的初始水解活性。90℃下连续水解168h后保持83.6%的初始水解活性，连续操作半衰期为577.6h(24d)。HPLC分析表明，连续水解液中主要含有49.8%木二糖和22.6%木糖。活性碳层析柱可吸附木二糖，利用乙醇梯度洗脱木二糖的收率为84.7%，纯度为97.2%。其中，该论文使用活性碳柱层析分离水解液制备木二糖的具体方法是：将活性碳柱(Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g)用去离子水以流速为105ml/h平衡12h后备用。取连续水解试验收集的前2L样品，浓缩至500ml左右上样。将含总糖为16g的浓缩液以流速110ml/h上样，结束后开始洗脱(速度110ml/h)，1L去离子水水洗后，再用0～15%乙醇溶液(总体积8L)线性洗脱，洗脱液用自动部分收集器收集(1瓶/h)，线性洗脱后采用50%乙醇溶液1L洗脱并收集；测定所收集的每瓶糖液的总糖含量，并TLC检测糖组成；最后合并含单一木二糖组分的收集液于55℃真空浓缩至过饱和糖浆状态，加入稍许木二糖晶种，室温静置等待结晶。但是该论文中使用活性碳柱层析的是木二糖含量高达49.8%的水解液，但是很多制备方法并不能制备出木二糖含量如此高的水解液。因此对于木二糖含量较低的样品，还没有快速、经济、高效的分离方法。同样地，目前也未见其它木寡糖单体的快速、经济、高效的分离方法。

综上可知，从笋壳中提取木寡糖并高效分离获得木寡糖单体，将有助于竹笋加工的废弃物的再利用，减少环境污染和增加产值，同时有助于木寡糖的进一步开发利用。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法，所述的方法包括以下步骤：

a）木寡糖的提取：称取笋壳加NaOH溶液浸泡后烘干至恒重，称取烘干后样品至消解罐中，加入蒸馏水后于消解炉中降解，微波功率为600-800W，消解时间为6-10min，最后用蒸馏水定容，取其上清液即为粗木聚糖溶液，然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为10-60IU/g木聚糖，酶解6-10h，取上清液；

b）活性炭柱的处理：将活性碳柱用50%-70%的乙醇以2-3ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2-3ml/min的流速平衡3个柱体积，所述的活性炭柱Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g；

c）单体的分离：将步骤a）酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2-3ml/min的流速洗脱1－3个柱体积，再以0.1%－37%的乙醇以同一流速线性洗脱7-10个柱体积，流速为2－3ml/min，并对乙醇洗脱部分进行收集。

优选地，所述的活性炭是Cleanert PestiCarb NH2-石墨化碳。

作为本发明的一个实施例，所述的木寡糖是木二糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是0.1%－10%。

作为本发明的一个实施例，所述的木寡糖是木三糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是15%－25%。

作为本发明的一个实施例，所述的木寡糖是木四糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是27%－35%。

作为本发明的一个实施例，所述的木寡糖是木五糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是36%－37%。

优选地，所述的方法包括以下步骤：

a）木寡糖的提取：称取笋壳加NaOH溶液浸泡后烘干至恒重，称取烘干后样品至消解罐中，加入蒸馏水后于消解炉中降解，微波功率为700W，消解时间为8min，最后用蒸馏水定容，取其上清液即为粗木聚糖溶液，然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为35IU/g木聚糖，酶解8h，取上清液；

b）活性炭柱的处理：将活性碳柱用60%的乙醇以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积，所述的活性炭柱Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g；

c）单体的分离：将步骤a）酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2.5ml/min的流速洗脱2个柱体积，再以0.1%－37%的乙醇以同一流速线性洗脱8个柱体积，流速为2.5ml/min，并对乙醇洗脱部分进行收集。

本发明优点在于：

1、采用微波-酶法从笋壳中提取木寡糖，且微波前使用碱降解，大大提高了提取率，同时该方法便于后期木寡糖的分离纯化，有效利用了竹笋加工的废弃物，绿色环保；

2、本发明利用活性碳柱（尤其是Cleanert PestiCarb NH2-石墨化碳）对木二至五糖含量较低的木寡糖水溶液进行分离，且活性碳柱使用50%-70%的乙醇和去离子水进行平衡，能有效分离得到木二至五糖，具体优点体现在：（1）液相图谱均呈现单峰，峰型对称，纯度均在95%以上；（2）活性炭柱子易于保存，对流量、压力无特殊限制，吸附量大；（3）活性炭柱子可重复利用，成本低；（4）以水跟乙醇为洗脱液，无需二次除盐；（5）分离时间大大缩短，操作简单快捷；（6）方法重复性好。

【附图说明】

附图1是木二糖的TLC检测结果。

附图2是木二到五糖的TLC检测结果。

附图3是木二糖质谱图谱。

附图4是木三糖质谱图谱。

附图5是木四糖质谱图谱。

附图6是木五糖质谱图谱。

附图7是木二糖高效液相图谱。

附图8是木三糖高效液相图谱。

附图9是木四糖高效液相图谱。

附图10是木五糖高效液相图谱。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1

一、方法

1、木寡糖的提取

称取笋壳加10倍体积6mol/L NaOH溶液，在60℃条件下浸泡12h，用清水清洗至pH值8.0左右，在60℃烘箱中烘干至恒重。精确称取烘干后样品2g至消解罐中，加入50ml蒸馏水，加盖密封后于消解炉中降解，微波功率为700W，消解时间为8min，待冷却后取出，最后用蒸馏水定容至100ml，取其上清液即为粗木聚糖溶液，测定其中的木聚糖含量。然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为35IU/g木聚糖，在50℃恒温振荡箱中酶解8h，取上清液保存。再使用DNS法测定酶解后上清液中糖含量，同时测定各木寡糖含量。

2、流动相的配置

蒸馏水和无水乙醇分别过0.22um的水膜和聚偏氟乙烯有机膜，低频产生脱气。

3、活性炭柱的处理

将活性碳柱（Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g，活性炭是CleanertPestiCarb NH2-石墨化碳）用体积分数60%的乙醇以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积。

4、单体的分离

4.1木二糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2.5ml/min的流速洗脱2个柱体积，再以5%的乙醇以同一流速线性洗脱8个柱体积，流速为2.5ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.2木三糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2.5ml/min的流速洗脱2个柱体积，再以20%的乙醇以同一流速线性洗脱8个柱体积，流速为2.5ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.3木四糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2.5ml/min的流速洗脱2个柱体积，再以31%的乙醇以同一流速线性洗脱8个柱体积，流速为2.5ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.4木五糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2.5ml/min的流速洗脱2个柱体积，再以36.5%的乙醇以同一流速线性洗脱8个柱体积，流速为2.5ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

5、分离结果的检测

将洗脱液分管收集，然后用TLC板进行检测，确定2－5糖的具体分布及纯度，其中TLC板展开剂为正丁醇:甲酸:水＝4:6:1（体积比）。然后根据TLC板进行单组分合管。

6、纯度测定

将合并的各个单组分进行浓缩除乙醇处理，冻干得固体单体，然后进行HPLC及MS检测。

HPLC：检测仪器：日本岛津液相色谱仪；色谱柱：Click Xion(250mm×4.6mm,10μm)；流动相：A水，B乙腈；洗脱条件：0～40min，75%B到50%B；检测器：蒸发光散射检测器；检测器温度：50℃；柱温：30℃；流速：1.0mL/min；进样量：20μL。

MS：检测仪器：美国Thermo Scientific LTQ Orbitrap XL质谱仪；检测条件：正离子检测模式，喷雾电压(Spray voltage)3.0kV，透镜电压(Tube lens)80V，毛细管温度(Capillary temp)275℃，毛细管电压(Capillary voltage)43V，鞘流气体流速(Sheath gas flow rate)8arb，注射泵直接进样，样品流速10μL/min。

二、结果

1、木寡糖的提取

微波消解后得到粗木聚糖溶液，测定得其中木聚糖含量为106.5g/L。经DNS法测定，酶解后上清液中糖含量高达25%，同时测定各木寡糖含量，得木二糖占糖总量42.3%，木三糖占糖总量33.35%，木四糖占糖总量16.4%，木五糖占糖总量5.36%。

2、TLC检测

TLC检测结果如图1和2所示。从图2可以看出，木二到木五糖均为单一斑点，说明分离效果好。

3、HPLC及MS检测

将制备得到的木二到木五糖固体做HPLC及MS检测，质谱图谱如图3-6所示，与文献报道吻合，证实所得到的分离物确为木二到木五糖。木二到木五糖得液相图谱如图7-10所示，从液相图谱可以看出，呈现单峰，且峰型对称，说明其纯度已达到很高水平，计算得出木二到木五糖纯度都在95％以上，分别为99.4%、99.2%、98.8%、98.2%。

实施例2

一、方法

1、木寡糖的提取

称取笋壳加10倍体积6mol/L NaOH溶液，在60℃条件下浸泡12h，用清水清洗至pH值8.0左右，在60℃烘箱中烘干至恒重。精确称取烘干后样品2g至消解罐中，加入50ml蒸馏水，加盖密封后于消解炉中降解，微波功率为600W，消解时间为10min，待冷却后取出，最后用蒸馏水定容至100ml，取其上清液即为粗木聚糖溶液，测定其中的木聚糖含量。然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为60IU/g木聚糖，在50℃恒温振荡箱中酶解6h，取上清液保存。再使用DNS法测定酶解后上清液中糖含量，同时测定各木寡糖含量。

2、流动相的配置

蒸馏水和无水乙醇分别过0.22um的水膜和聚偏氟乙烯有机膜，低频产生脱气。

3、活性炭柱的处理

将活性碳柱（Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g，活性炭是CleanertPestiCarb NH2-石墨化碳）用体积分数70%的乙醇以2ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以3ml/min的流速平衡3个柱体积。

4、单体的分离

4.1木二糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2ml/min的流速洗脱3个柱体积，再以0.1%的乙醇以同一流速线性洗脱10个柱体积，流速为2ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.2木三糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2ml/min的流速洗脱3个柱体积，再以15%的乙醇以同一流速线性洗脱10个柱体积，流速为2ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.3木四糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2ml/min的流速洗脱3个柱体积，再以27%的乙醇以同一流速线性洗脱10个柱体积，流速为2ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.4木五糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2ml/min的流速洗脱3个柱体积，再以36%的乙醇以同一流速线性洗脱10个柱体积，流速为2ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

5、分离结果的检测

具体操作同实施例1。

6、纯度测定

具体操作同实施例1。

二、结果

1、木寡糖的提取

微波消解后得到粗木聚糖溶液，测定得其中木聚糖含量为200.3g/L。经DNS法测定，酶解后上清液中糖含量高达24.6%，同时测定各木寡糖含量，得木二糖占糖总量41.2%，木三糖占糖总量32.06%，木四糖占糖总量17.8%，木五糖占糖总量5.32%。

2、TLC检测

从TLC检测结果可以看出，木二到木五糖均为单一斑点，说明分离效果好。

3、HPLC及MS检测

将制备得到的木二到木五糖固体做HPLC及MS检测，质谱图谱与文献报道吻合，证实所得到的分离物确为木二到木五糖。从木二到木五糖的液相图谱可以看出，呈现单峰，且峰型对称，说明其纯度已达到很高水平，计算得出木二到木五糖纯度都在95％以上，分别为98.5%、98.2%、98.0%、97.5%。

实施例3

一、方法

1、木寡糖的提取

称取笋壳加10倍体积6mol/L NaOH溶液，在60℃条件下浸泡12h，用清水清洗至pH值8.0左右，在60℃烘箱中烘干至恒重。精确称取烘干后样品2g至消解罐中，加入50ml蒸馏水，加盖密封后于消解炉中降解，微波功率为800W，消解时间为6min，待冷却后取出，最后用蒸馏水定容至100ml，取其上清液即为粗木聚糖溶液，测定其中的木聚糖含量。然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为10IU/g木聚糖，在50℃恒温振荡箱中酶解10h，取上清液保存。再使用DNS法测定酶解后上清液中糖含量，同时测定各木寡糖含量。

2、流动相的配置

蒸馏水和无水乙醇分别过0.22um的水膜和聚偏氟乙烯有机膜，低频产生脱气。

3、活性炭柱的处理

将活性碳柱（Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g，活性炭，是Cleanert PestiCarb NH2-石墨化碳）用体积分数50%的乙醇以3ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2ml/min的流速平衡3个柱体积。

4、单体的分离

4.1木二糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以3ml/min的流速洗脱1个柱体积，再以10%的乙醇以同一流速线性洗脱7个柱体积，流速为3ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.2木三糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以3ml/min的流速洗脱1个柱体积，再以25%的乙醇以同一流速线性洗脱7个柱体积，流速为3ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.3木四糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以3ml/min的流速洗脱1个柱体积，再以35%的乙醇以同一流速线性洗脱7个柱体积，流速为3ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

4.4木五糖的分离

将步骤1中酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以3ml/min的流速洗脱1个柱体积，再以37%的乙醇以同一流速线性洗脱7个柱体积，流速为3ml/min，其中乙醇洗脱部分用自动收集器收集。

5、分离结果的检测

具体操作同实施例1。

6、纯度测定

具体操作同实施例1。

二、结果

1、木寡糖的提取

微波消解后得到粗木聚糖溶液，测定得其中木聚糖含量为20.9g/L。经DNS法测定，酶解后上清液中糖含量高达24.77%，同时测定各木寡糖含量，得木二糖占糖总量43.1%，木三糖占糖总量34.25%，木四糖占糖总量15.82%，木五糖占糖总量5.20%。

2、TLC检测

从TLC检测结果可以看出，木二到木五糖均为单一斑点，说明分离效果好。

3、HPLC及MS检测

将制备得到的木二到木五糖固体做HPLC及MS检测，质谱图谱与文献报道吻合，证实所得到的分离物确为木二到木五糖。从木二到木五糖的液相图谱可以看出，呈现单峰，且峰型对称，说明其纯度已达到很高水平，计算得出木二到木五糖纯度都在95％以上，分别为98.3%、98.1%、97.2%、97.0%。

实施例4

实施例1-3的实验各重复5次，计算木二至五糖纯度，计算变异系数，结果见表1。由表1可以看出重复实验的变异系数均较小，表明该方法重复性较好。

表1重复性实验变异系数

变异系数（%）	木二糖	木三糖	木四糖	木五糖
					实施例1	1.35	1.36	1.32	1.29
实施例2	1.40	1.82	1.61	1.92
					实施例3	1.79	1.62	2.10	2.04

对比例1

一、方法

具体操作同实施例1，不同之处仅在于其活性炭柱的处理这一步骤，具体如下：将活性碳柱（Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g，活性炭是Cleanert PestiCarb NH2-石墨化碳）用体积分数75%的乙醇以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积。

二、结果

通过木二到木五糖的液相图谱，计算得出木二到木五糖纯度分别为82.5%、80.1%、82.8%、80.6%，显著低于实施例1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种从笋壳中提取木寡糖并分离获得木寡糖单体的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

a）木寡糖的提取：称取笋壳加NaOH溶液浸泡后烘干至恒重，称取烘干后样品至消解罐中，加入蒸馏水后于消解炉中降解，微波功率为600-800W，消解时间为6-10min，最后用蒸馏水定容，取其上清液即为粗木聚糖溶液，然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为10-60IU/g木聚糖，酶解6-10h，取上清液；

b）活性炭柱的处理：将活性碳柱用50%-70%的乙醇以2-3ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2-3ml/min的流速平衡3个柱体积，所述的活性炭柱Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g；

c）单体的分离：将步骤a）酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2-3ml/min的流速洗脱1－3个柱体积，再以0.1%－37%的乙醇以同一流速线性洗脱7-10个柱体积，流速为2－3ml/min，并对乙醇洗脱部分进行收集。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性炭是CleanertPestiCarb NH2-石墨化碳。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的木寡糖是木二糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是0.1%－10%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的木寡糖是木三糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是15%－25%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的木寡糖是木四糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是27%－35%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的木寡糖是木五糖，步骤b）所述的乙醇体积浓度是36%－37%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

a）木寡糖的提取：称取笋壳加NaOH溶液浸泡后烘干至恒重，称取烘干后样品至消解罐中，加入蒸馏水后于消解炉中降解，微波功率为700W，消解时间为8min，最后用蒸馏水定容，取其上清液即为粗木聚糖溶液，然后在此粗木聚糖溶液中加入木聚糖酶，加酶量为35IU/g木聚糖，酶解8h，取上清液；

b）活性炭柱的处理：将活性碳柱用60%的乙醇以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积，再用去离子水以2.5ml/min的流速平衡3个柱体积，所述的活性炭柱Φ=3.5cm，H=45cm，内装层析用活性碳85g；

c）单体的分离：将步骤a）酶解后的木寡糖上清液上样于活性炭柱，先用去离子水以2.5ml/min的流速洗脱2个柱体积，再以0.1%－37%的乙醇以同一流速线性洗脱8个柱体积，流速为2.5ml/min，并对乙醇洗脱部分进行收集。

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