CN106148452A - 一种利用农林剩余物清洁制备低聚木糖水解液的新方法 - Google Patents

Abstract

利用玉米芯、秸秆等农林剩余物为原料生产低聚木糖的生产工艺属于生物化工领域。本工艺通过对玉米芯、秸秆、小麦麸皮等农林剩余物进行生物法预处理，然后利用蒸汽爆破、高温蒸煮等方式提取木聚糖，再利用木聚糖酶酶解为低聚木糖水解液，木聚糖水解为低聚糖的过程中利用的是碳纤维对木聚糖酶进行固定化，或者固定化黑曲霉发酵产木聚糖酶技术。本工艺采用的生物法制取低聚木糖，避免了化学试剂的使用，极大程度的降低了三废含量，实现了清洁生产，同时在酶解和发酵产酶过程中利用了固定化酶和固定化细胞技术，所使用的固定化酶及固定化细胞能够反复使用8次以上能够更加高效、便捷的制取低聚木糖产品，具有较强的应用性价值。

Description

一种利用农林剩余物清洁制备低聚木糖水解液的新方法

技术领域

利用玉米芯、秸秆、小麦麸皮等农林剩余物为原料生产低聚木糖的生产工艺属于生物化工领域。

背景技术

目前，全世界因社会的发展和科技的进步，人类的健康反而出现一些如高血脂、高血压、冠状动脉硬化、糖尿病等疾病，这些疾病也越来越受到人类社会关注。在这种形式下，研究人员提出了添加有功能性低聚糖的功能性食品。低聚木糖作为目前所有低聚糖中性能最稳定的益菌因子，且低聚木糖具有超强的增殖双歧杆菌的作用，被誉为“超强双歧因子”。具有不影响血糖浓度，不增加血糖中胰岛素水平，酸、热、酶稳定性好，配伍性强及有效摄入量小等特点。鉴于低聚木糖良好的理化性质和显著的生理功能，因此是国内外主要研究开发的功能性低聚糖之一。

我国作为农业大国，粮食产量多年保持在5亿吨以上，但也因此存在大量农林剩余物的状况，玉米芯、玉米秸秆、小麦麸皮等因此大量剩余，而我国多采取焚烧和填埋的方式进行处理，这不仅污染了环境，也造成了生物质的浪费。大量研究表明，农林剩余物如玉米芯等含有丰富的木质素及纤维素，而木质素、纤维素是生产功能性糖的主要原料之一。现阶段已有利用玉米芯、小麦麸皮等运用酶法生产低聚木糖，不仅有效的处理了农林剩余物，而且高效利用里其中的生物质，并成为生产低聚木糖的主要方式之一。

本发明采用多种提取方式从农林剩余物中提取木聚糖，并利用碳纤维对木聚糖酶或产木聚糖酶菌株黑曲霉进行固定，然后利用酶法或发酵法进行低聚木糖的生产，避免了化学试剂的使用，极大程度的降低了三废含量，实现了清洁生产。且本发明在进行低聚木糖生产过程中将固定化技术与低聚木糖主流生产工艺相结合，能够更加高效、便捷的制取低聚木糖产品，具有较强的应用性价值。

发明内容

一种利用农林剩余物制备低聚木糖水解液的新方法，具体步骤如下：

（1）将农林剩余物粉碎至20-60目，利用白腐菌或褐腐菌等进行生物法预处理；

（2）利用蒸汽爆破的方式提取木聚糖;

（3）利用碳纤维固定化黑曲霉发酵产生并提取得到的酶液加入到上述提取过的混合液中；或直接利用碳纤维固定化木聚糖酶加入到提取到的混合液中；

（4）在pH7.6、温度40℃条件下酶解 12 h，最终得到低聚木糖糖液；或直接利用发酵法制取低聚木糖发酵液，过滤得低聚木糖糖液。

进一步，所述的低聚木糖的生产工艺生物法预处理是向湿玉米芯中接种白腐菌或褐腐菌，然后在26-32℃温度下培养20-40天。

进一步，所述的低聚木糖的生产工艺生物法预处理方式具体采用培养白腐菌，在28℃条件下按照0.05g/mL的接种量培养14~40天。

进一步，所述的生产低聚木糖的新方法中所使用的蒸汽爆破的蒸汽温度为180-200℃，压力持续时间为10-30s。

进一步，所述的低聚木糖生产工艺是将PAN基碳纤维作为固定化黑曲霉载体应用于发酵产木聚糖酶，或者直接固定化木聚糖酶进行酶解。

进一步，所述的生产低聚木糖的新方法是将碳纤维放入0.1mol/L柠檬酸-NaH2PO4缓冲液调配成200IU/g的酶液中制得固定化酶。

进一步，所述的低聚木糖生产工艺的发酵法生产是将黑曲霉接种于2g/L马铃薯、0.2g/L蔗糖、0.2g/L琼脂的PDA培养基中，28℃温度下培养三天，然后利用无菌水配制孢子悬液，后接种至提取后的混合液中进行发酵。

进一步，所述的生产低聚木糖的新方法是将碳纤维加入到PDA接种后的提取液中进行发酵并水解。

进一步，所述的生产低聚木糖的新方法，其特征在于，固定化酶及固定化细胞可反复使用8次以上。

进一步，所述的低聚木糖生产工艺是运用了木聚糖酶的酶法生产或黑曲霉的发酵法生产。

进一步，所述的低聚木糖生产工艺能够更加高效、便捷的制取低聚木糖产品。

具体实施方式

实施例 1 利用玉米芯酶法生产低聚木糖

将玉米芯润湿后，向湿玉米中接入预先培养好的白腐菌种子液，并保持玉米芯75%的湿度，且玉米芯体积质量比为0.05mL/g，在28℃温度下培养40天。

白腐菌种子培养基：马铃薯提取液 1L，葡萄糖 20g/L，KH₂PO₄ 3g/L，MgSO₄·7H₂O 1.5g/L，维生素B1 0.05g/L，琼脂 20g/L，28℃、200rpm条件下培养3天。

再讲预处理之后的玉米芯粉放入蒸汽爆破装置中，设定温度180℃，反应时间15s。经气爆处理后开启排气阀，释放压力，瞬间爆破。收集玉米芯及混合液，然后按照1:2的固液比，在40℃的水提温度、50rpm的转速下进行第一次水提，过滤水提液，固体渣子进行第二次水提；再按照1:1的固液比，在30℃的水提温度、40rpm的转速下进行第二次水提，再次进行过滤，然后合并两次水提液。

将将木聚糖酶利用0.1mol/L柠檬酸-NaH2PO4缓冲液调配成200IU/g的酶液。将10g/L碳纤维加入到上述酶液中制得固定化木聚糖酶，在将固定化木聚糖酶加入到水提液中，在pH7.6、温度40℃条件下水解 12 h。然后将酶解液在90℃条件下灭活6min，冷却至60℃后再过滤出糖液，糖液得率为75%。之后将碳纤维固定化酶取出，并再次投入到新配置的水提液中再次进行酶解。经检测，在保证50%以上酶活的条件下，可反复使用7次，且最低糖液得率为60%。

实施例 2 利用小麦麸皮发酵法生产低聚木糖

将小麦麸皮进行实施例1中的预处理之后，放入蒸汽爆破装置中，设定温度200℃，反应时间30s。经气爆处理后开启排气阀，释放压力，瞬间爆破。收集玉米芯及混合液，然后按照1:3的固液比，在40℃的水提温度、50rpm的转速下进行第一次水提，过滤水提液，固体渣子进行第二次水提；再按照1:1的固液比，在30℃的水提温度、40rpm的转速下进行第二次水提，再次进行过滤，然后合并两次水提液。

将黑曲霉接种于2g/L马铃薯、0.2g/L蔗糖、0.2g/L琼脂的PDA培养基中，28℃温度下培养三天，然后利用无菌水配制孢子悬液。用微量移液器吸取2ml上述已制备的孢子悬液加入已灭菌的液体发酵培养基（由上述料液按照麸皮20g/L,Mandel盐营养液1L,pH自然制成）中,同时按照15g/L的加入量投入PAN基碳纤维制得固定化黑曲霉，在摇床上进行培养,培养条件设置为:28℃，130r/min, 发酵3天。在保证发酵结束后，将发酵液提出，过滤得糖液，糖液得率为76%。之后将滤出的碳纤维固定化黑曲霉利用蒸馏水清洗后投入到新提取的料液液中再次进行发酵。经检测，在保证最低糖液得率为60%的条件下可多批式发酵5次。

Claims (7)

1.一种利用农林剩余物制备低聚木糖水解液的新方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将农林剩余物粉碎至20-60目，利用白腐菌或褐腐菌等进行生物法预处理；

（2）利用蒸汽爆破的方式提取木聚糖;

（3）利用碳纤维固定化黑曲霉发酵产生并提取得到的木聚糖酶液加入到上述提取过的混合液中；或直接利用碳纤维固定化木聚糖酶加入到提取到的混合液中；

（4）在pH7.6、温度40℃条件下酶解 12 h，最终得到低聚木糖糖液；或直接利用发酵法制取低聚木糖发酵液，过滤得低聚木糖糖液。

2.根据权利要求1所述的低聚木糖的生产工艺，其特征在于，生物法预处理是向湿玉米芯等农林剩余物中接种白腐菌或褐腐菌，然后在26-32℃温度下培养20-40天。

3.根据权利要求1（2）所述的生产低聚木糖的新方法，其特征在于，

所使用的蒸汽爆破的蒸汽温度为180-200℃，压力持续时间为10-30s。

4.根据权利要求1~3所述的生产低聚木糖新方法，其特征在于，将PAN基碳纤维作为固定化黑曲霉载体应用于发酵产木聚糖酶，或者直接固定化木聚糖酶进行酶解。

5.根据权利要求1~4所述的生产低聚木糖的新方法，其特征在于，将碳纤维加入到PDA接种后的提取液中进行发酵并水解。

6.根据权利要求1~5所述的生产低聚木糖的新方法，其特征在于，固定化酶及固定化细胞可反复使用8次以上。

7.根据权利要求1~6所述的生产低聚木糖的新方法，其特征在于，

所采用的低聚木糖生产工艺能够更加高效、便捷的制取低聚木糖产品。