CN104928341A - 一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺 - Google Patents
一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，利用麸皮为原料，通过超声波辅助酶解和微生物发酵法联合制备阿魏酸，提取率得到极大提高，检测结果表明麸皮中阿魏酸的提取率达到95%以上，显著高于目前已报到技术水平。本发明优势在于：一是采用复合微生物发酵+超声波辅助酶解+二步醇提相结合的工艺降解麸皮中的纤维素、木质素等，打破阿魏酸酯键与多糖和木质素的交联，提高阿魏酸的提取率；二是在去淀粉和蛋白过程中采用了超声波辅助酶解，缩短了酶解时间，提升了去除效果；三是工艺生产成本较低，耗能高的干燥环节少，无水乙醇可回收利用，利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，属生物化工领域。
背景技术
小麦麸皮是小麦制粉过程中的副产物，在我国小麦麸皮的年产量可达2000万吨以上，但开发利用的很少，只是作为饲料原料而利用，主要原因时由于其食感、口味不佳，所以无法食用；根据相关研究报道，小麦麸皮中阿魏酸的质量分数为0.4%～0.7%；副产物利用已经引起国内外的关注，如果能将小麦麸皮这一粮食加工副产物进行加工利用，将会对环境和经济做出贡献。
近年来对阿魏酸的研究已引起国内外普遍的关注。阿魏酸(Ferulic Acid)是有机酚酸，是桂皮酸的衍生物之一，阿魏酸现在已经是国际公认的天然抗氧化剂，近几年在药理药效方面的研究发现了许多阿魏酸及衍生物的药理作用和生物活性，阿魏酸的防癌作用也得到了极高的认知度，不仅将其应用于医药领域，还广泛应用在食品、保健品、化妆品等领域；阿魏酸的主要生理功能有抗氧化性、抗菌消炎、降血脂、抗血栓、抗突变、防冠心病和防癌等；阿魏酸除了广泛应用在医药领域外，一些国家已批准将将其作为食品添加剂应用于食品领域，主要用作制备防腐保鲜剂、食品交联剂等。目前阿魏酸的制备方法主要包括从植物材料中提取和生物合成法，其中从植物材料中提取主要包括碱法、酶法、超声波、微波、超临界萃取等方法。
近年来的研究发现，阿魏酸是小麦麸皮中含量最高的酚酸，在植物细胞的细胞壁中它主要通过酯键与多糖和木质素交联，或自身酯化或醚化形成二阿魏酸，提取难度较大，现有提取技术提取率一般较低，一般不足80%，且提取成本较高，制约着利用小麦麸皮提取阿魏酸的工业化生产，因此，建立一套效率较高、成本较低、安全可行的小麦麸皮总阿魏酸开发利用途径，为小麦麸皮的进一步资源化利用提供新的途径，对增加小麦的经济附加值，充分发挥我国小麦的产业优势具有重要的意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，该工艺提取工艺简单、易于大规模工业化生产，有助于解决目前存在的麸皮提取阿魏酸工艺复杂、成本较高、提取率较低的问题。
本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现的：
本发明提供一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将麸皮粉碎，过100目筛，以料液质量比1:5～10的量加入蒸馏水，加热灭酶，得麸皮悬浮液；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比3～5%的比例加入α-淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止（时间约为10～20min）；酶解结束后过滤，滤液为淀粉水解液，向麸皮残渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水，得悬浮液，备用；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比2～3%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；酶解结束后灭酶，过滤，滤液为蛋白水解液，向滤渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水冲洗2～3次，过滤得麸皮残渣；
（4）生物发酵剂制备：取8～10份吸附剂、3～5份磷酸二氢钙、6～8份葡萄糖、10～15份米糠、10～15份玉米粉、3～5份菜籽饼、10～15份麸皮、2～3份里氏木霉、1～2份黑曲霉、1-2份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵7～10d；
（5）混料：按质量比麸皮残渣100份、生物发酵剂3～5份、纤维素酶0.5～1份、木聚糖酶0.5～1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（6）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2～3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（7）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入3～5倍水，加入发酵渣质量份数0.5～1%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为20～30min；
（8）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液和固体残渣；
（9）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（10）二步醇提：向固体残渣用3～5倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提20～30min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（11）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得上清液和固体残渣；
（11）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗3～5次，合并上清液得醇提液；
（12）纯化：将步骤9得到的阿魏酸粗品用步骤11得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（13）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
上述步骤（4）中所述的吸附剂是沸石、活性炭、膨润土、蛭石中的一种或几种。
本发明提供一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，产品利用麸皮为原料，通过超声波辅助酶解和微生物发酵法联合制备阿魏酸，提取率得到极大提高，检测结果表明麸皮中阿魏酸的提取率达到98.5%以上，显著高于目前已报到技术水平。
本发明提供一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，其优势在于：一是采用复合微生物发酵+超声波辅助酶解+二步醇提相结合的工艺降解麸皮中的纤维素、木质素等，打破阿魏酸酯键与多糖和木质素的交联，提高阿魏酸的提取率；二是在去淀粉和蛋白过程中采用了超声波辅助酶解，缩短了酶解时间，提升了去除效果；三是工艺生产成本较低，耗能高的干燥环节少，无水乙醇可回收利用，利于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，通过以下步骤制备：
（1）麸皮预处理：将麸皮粉碎，过100目筛，以料液质量比1:8的量加入蒸馏水，加热灭酶，得麸皮悬浮液；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比4%的比例加入α-淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；酶解结束后过滤，滤液为淀粉水解液，向麸皮残渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水，得悬浮液，备用；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比2.5%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为75min；酶解结束后灭酶，过滤，滤液为蛋白水解液，向滤渣中加入4倍质量比的蒸馏水冲洗3次，过滤得麸皮残渣；
（4）生物发酵剂制备：取9份沸石、4份磷酸二氢钙、7份葡萄糖、12份米糠、12份玉米粉、4份菜籽饼、12份麸皮、2.5份里氏木霉、1.5份黑曲霉、1.5份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵7～10d；
（5）混料：按质量比麸皮残渣100份、生物发酵剂4份、纤维素酶0.8份、木聚糖酶0.7份比例混合均匀，调整水分至35%～40%；
（6）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2.5d，温度28～32℃，定期搅拌；
（7）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入4倍水，加入发酵渣质量份数0.7%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为25min；
（8）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液和固体残渣；
（9）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（10）二步醇提：向固体残渣用4倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提25min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（11）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得上清液和固体残渣；
（11）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗4次，合并上清液得醇提液；
（12）纯化：将步骤9得到的阿魏酸粗品用步骤11得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（13）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
实施例2：
一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，通过以下步骤制备：
（1）麸皮预处理：将麸皮粉碎，过100目筛，以料液质量比1: 10的量加入蒸馏水，加热灭酶，得麸皮悬浮液；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比5%的比例加入α-淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止（时间约为10～20min）；酶解结束后过滤，滤液为淀粉水解液，向麸皮残渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水，得悬浮液，备用；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比3%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60min；酶解结束后灭酶，过滤，滤液为蛋白水解液，向滤渣中加入5倍质量比的蒸馏水冲洗2次，过滤得麸皮残渣；
（4）生物发酵剂制备：取10份活性炭、3份磷酸二氢钙、8份葡萄糖、10份米糠、15份玉米粉、3份菜籽饼、15份麸皮、2份里氏木霉、2份黑曲霉、1份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵10d；
（5）混料：按质量比麸皮残渣100份、生物发酵剂5份、纤维素酶0.5份、木聚糖酶0.5份比例混合均匀，调整水分至35%～40%；
（6）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2d，温度28～32℃，定期搅拌；
（7）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入5倍水，加入发酵渣质量份数1%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为20min；
（8）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液和固体残渣；
（9）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（10）二步醇提：向固体残渣用5倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提20min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（11）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得上清液和固体残渣；
（11）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗5次，合并上清液得醇提液；
（12）纯化：将步骤9得到的阿魏酸粗品用步骤11得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（13）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
实施例3：
一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，通过以下步骤制备：
（1）麸皮预处理：将麸皮粉碎，过100目筛，以料液质量比1:5的量加入蒸馏水，加热灭酶，得麸皮悬浮液；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比3%的比例加入α-淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止（时间约为10～20min）；酶解结束后过滤，滤液为淀粉水解液，向麸皮残渣中加入5倍质量比的蒸馏水，得悬浮液，备用；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比2%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为90min；酶解结束后灭酶，过滤，滤液为蛋白水解液，向滤渣中加入3倍质量比的蒸馏水冲洗3次，过滤得麸皮残渣；
（4）生物发酵剂制备：取8份膨润土、5份磷酸二氢钙、6份葡萄糖、15份米糠、10份玉米粉、5份菜籽饼、10份麸皮、3份里氏木霉、1份黑曲霉、2份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵10d；
（5）混料：按质量比麸皮残渣100份、生物发酵剂3份、纤维素酶1份、木聚糖酶1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（6）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（7）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入3倍水，加入发酵渣质量份数1%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为30min；
（8）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液和固体残渣；
（9）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（10）二步醇提：向固体残渣用3倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提30min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（11）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得上清液和固体残渣；
（11）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗3次，合并上清液得醇提液；
（12）纯化：将步骤9得到的阿魏酸粗品用步骤11得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（13）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将麸皮粉碎，过100目筛，以料液质量比1:5～10的量加入蒸馏水，加热灭酶，得麸皮悬浮液；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比3～5%的比例加入α-淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；酶解结束后过滤，滤液为淀粉水解液，向麸皮残渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水，得悬浮液，备用；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比2～3%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；酶解结束后灭酶，过滤，滤液为蛋白水解液，向滤渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水冲洗2～3次，过滤得麸皮残渣；
（4）生物发酵剂制备：取8～10份吸附剂、3～5份磷酸二氢钙、6～8份葡萄糖、10～15份米糠、10～15份玉米粉、3～5份菜籽饼、10～15份麸皮、2～3份里氏木霉、1～2份黑曲霉、1-2份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵7～10d；
（5）混料：按质量比麸皮残渣100份、生物发酵剂3～5份、纤维素酶0.5～1份、木聚糖酶0.5～1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（6）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2～3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（7）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入3～5倍水，加入发酵渣质量份数0.5～1%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为20～30min；
（8）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液和固体残渣；
（9）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（10）二步醇提：向固体残渣用3～5倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提20～30min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（11）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得上清液和固体残渣；
（11）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗3～5次，合并上清液得醇提液；
（12）纯化：将步骤9得到的阿魏酸粗品用步骤11得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（13）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
2.根据权利要求1所述的一种联合超声波辅助酶解和微生物发酵麸皮制备阿魏酸的工艺，其特征在于步骤（4）中的吸附剂是沸石、活性炭、膨润土、蛭石中的一种或几种。
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