CN107287259A

CN107287259A - 一种以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺

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Publication number: CN107287259A
Application number: CN201710694654.2A
Authority: CN
Inventors: 张景燕; 马向东
Original assignee: Qingdao Ao Ming Ming East Biological Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Ao Ming Ming East Biological Technology Co Ltd
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2017-10-24

Abstract

本发明公开了一种生产木糖的新工艺，包含如下步骤：1)将粘胶纤维生产的压榨液经过膜脱碱浓缩，得到低碱高浓度的半纤维素溶液；2)调整pH至6.5‑7.5，按照0‑0.5％(w/v)的比例加入表面活性剂，在140℃‑170℃条件下保温水解，得到水解液；3)将步骤2)中得到的水解液降温至50℃‑60℃，按0.1％‑0.5％(w/v)的比例加入复合酶制剂，酶解2‑4h，即得到低聚木糖溶液。本发明能显著提高木糖的转化率，且也有利于节约后期的用酶成本和纯化的成本，应该前景广阔。

Description

一种以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺

技术领域

本发明属于木糖制备技术领域，具体涉及一种以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺。

背景技术

低聚木糖亦称为木寡糖，由2-7个D-木糖以1,4-木糖普键结合而成，以木二糖，木三糖为主。主要是以富含木聚糖的植物资源，如木屑、玉米芯、棉籽壳、稻壳和菜籽壳等为原料，经内切型木聚糖酶水解后，再进行分离、精制而制得。

低聚木糖极难被消化吸收，肠道内残存率高，具有极好的双歧杆菌增殖性，其选择利用性高于其它功能性低聚糖。目前业已研究确认的低聚木糖的生理功能主要包括：(1)提供较低的能量，满足喜食甜品又担心发胖者的要求，还可供糖尿病人、肥胖病人和高血压病人食用；(2)活化肠道内双歧杆菌并促进其增殖，抑制病原菌，防止腹泻；(3)防止便秘；(4)降低血清中胆固醇含量、降低血压、生成营养物质、增强机体免疫力和抵抗肿瘤；(5)不会引起龋齿，有利于口腔健康；(6)清除肠内毒素。因此，低聚木糖作为一种新型功能性低聚糖已成为食品工业研究开发的热点之一。我国是一个农业大国，每年都产生大量的玉米芯、甘蔗渣、秸秆和稻草等农林废弃物，若仅焚烧以作肥料，既浪费资源又造成环境污染，而利用这些生物废料制备低聚木糖具有一定的经济效益和社会效益。

本发明的申请人之前公开了CN 106755193A一种以粘胶纤维压榨液为原料生产低聚木糖的方法，包括如下的步骤：1)将粘胶纤维生产的压榨液经过膜脱碱浓缩，得到半纤维素溶液；2)将步骤1)制备的半纤维素溶液在160～170℃条件下保温30～50min；3)将步骤2)保温处理后的半纤维素溶液降温至50～60℃，并调节pH值为4.8～5.5，按0.01～0.05％的比例加入复合酶制剂，酶解3～5h；4)酶解反应结束后，将酶解液升温灭活复合酶制剂；5)将酶解后的溶液进行固液分离，得到低聚木糖溶液。该发明的方法可以有效促进木聚糖的有效讲解，使木聚糖向木二糖、木三塘和木四糖转化，但是利用该方法生产木单糖的转化率极低。

由于，低聚木糖的性质和用途与单木糖差异较大，在大多数应用领域是不能代替单木糖的。现有文献报道，均为生产以木二糖和木三糖为主的低聚木糖的方法，而鲜于关注单木糖的生产，因此，提供一种高效的木糖生产制备工艺，是木糖生产行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术问题，提供了一种以粘胶纤维压榨液为原料，在中性条件下生产木糖的新工艺。该新工艺能够有效提高木糖的转化效率，有利于降低用酶成本和纯化成本，应用前景广阔。

本发明提供了一种以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，包含如下步骤：

1)将粘胶纤维生产的压榨液经过膜脱碱浓缩，得到低碱高浓度的半纤维素溶液；

2)调整pH至6.5-7.5，按照0-0.5％(w/v)的比例加入表面活性剂，在140℃-170℃条件下保温水解，得到水解液；

3)将步骤2)中得到的水解液降温至50℃-60℃，按0.1％-0.5％(w/v)的比例加入复合酶制剂，酶解2-4h，即得到低聚木糖溶液。

优选的，步骤2)中，按照0.05-0.7％(w/v)的比例加入表面活性剂。

优选的，步骤2)中，按照0.1-0.35％(w/v)的比例加入表面活性剂。

优选的，步骤2)中，按照0.2-0.3％(w/v)的比例加入表面活性剂。

进一步，所述表面活性剂为F-MFB。

优选的，步骤2)中，调整pH至7.0；在155℃条件下保温水解2h。

优选的，步骤3)中，将步骤2)中得到的水解液降温至55℃，按0.35％(w/v)的比例加入复合酶制剂，酶解3h，即得到低聚木糖溶液。

优选的，步骤3)中，所述复合酶制剂包含木聚糖酶和纤维素酶。

优选的，步骤3)中，所述复合酶制剂中各组分的含量分别为木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

(1)本发明所述在中性条件下生产木糖的新工艺，能有效促进半纤维素向木糖的转化，木糖转化率高达93.4％。

(2)所述生产工艺中，通过添加表面活性剂F-MFB，使高温预处理步骤得到的水解液中木糖的含量得到普遍提高，木糖的转化率提高了20％-45.6％，从而说明表面活性剂F-MFB的添加能有效促进半纤维素在中性、高温条件下的水解效率，促进木聚糖向木糖的转化。

(3)当表面活性剂的添加量超过0.3％时，木糖的转化率不再提高，甚至在一定程度上抑制了所述复合酶制剂对于木聚糖的酶解效果，使最终得到的低聚木糖溶液中木糖的含量有小幅下降，取得了意料不到的技术效果。

综合上述，通过本发明的生产木糖的新工艺能显著提高木糖的转化率，且也有利于节约后期的用酶成本和纯化的成本，应该前景广阔。

具体实施方式

在粘胶纤维生产过程中，主要通过碱法溶解原料纸浆，具体就是利用氢氧化钠溶液将纸浆中的半纤维素溶解出来。碱溶解后，将原料进行压榨，获得的溶液即为本发明实施例中所述的粘胶纤维压榨液，其主要成分为半纤维素和氢氧化钠。

本发明实施例中采用高压液相色谱法测定木糖含量，测定方法具体为：

1原理

高效液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统，样品溶液经进样器进入流动相，被流动相载入色谱柱(固定相)内，由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数，在两相中作相对运动时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，被分离成单个组分依次从柱内流出，通过检测器时，样品浓度被转换成电信号传送到记录仪，数据以图谱形式打印出来。

2实验试剂

本标准中所有试剂，在没有标准其他要求时，均指色谱级试剂和去离子水。

2.1 50mg/L EDTA钙溶液

准确称取0.1g EDTA钙与2000ml容量瓶中，用去离子水定容至刻度，过0.22um水系膜，装入专用的试剂瓶中,超声脱气5min。

2.2去离子水：杭州产地娃哈哈纯净水

2.3木糖标准溶液

分别准确称取0.1g的木糖于10ml容量瓶中，用去离子水定容到刻度，木糖、果糖含量分别为10g/L。

2.4 10％甲醇溶液

取1份甲醇+9份去离子水

3测定步骤

3.1标准曲线的制备

取木糖标准溶液(2.3)按下表稀释，为待测标准溶液：

混合标准溶液(ml)	去离子水(ml)	总体积(ml)
			0.1	0.9	1
0.3	0.7	1
			0.5	0.5	1
0.7	0.3	1
			1.0	0	1

3.2实验条件

高效液相色谱仪：waters 2695

检测器：waters2414示差检测器

流速：0.3ml/min

检测器温度：35℃

色谱柱：Waters suger-pkaⅠ

保护柱：Waters suger-pkaⅠ保护柱

柱温：90℃

进样温度：25℃

进样量：10ul

流动相：50mg/L EDTA钙溶液(4.1)

4样品处理

称取一定量的样品加入100ml容量瓶中，用纯净水定容，3000转离心5分钟，取上清，过滤后放到设备上测定。

5实验结果与计算

5.1标准曲线的制作

以木糖系列浓度为横坐标，色谱峰面积响应值为纵坐标，列出木糖直线回归方程：

Y_木＝ac_木+b Y为木糖峰面积，a、b为标准方程系数，c_木为木糖浓度；

5.2样品含量计算

P_木＝C_木*n，P_木为样品中木糖含量，C_木为由标准曲线计算出来的木糖浓度，n为稀释倍数

本实施例中所述的木聚糖酶和纤维素酶均可采购自潍坊康地恩生物科技有限公司，其酶活分别为木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g；所述表面活性剂F-MFB可购自巴斯夫有限公司。

本实施例中所选用的粘胶纤维压榨液中木糖的总含量为50g/L。

实施例1

一种生产木糖的新工艺，包含如下步骤：

2)调节pH至6.5，按0.1％(w/v)的比例加入表面活性剂F-MFB，在170℃条件下保温水解2h，得到水解液；

3)将步骤2)中得到的水解液降温至50℃，按0.5％(w/v)的比例加入复合酶制剂(木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g)，酶解2h，即得到低聚木糖溶液。

利用离子液相色谱测定，所述低聚木糖溶液中木糖的含量为46.2g/L，木糖的转化率为92.4％。

实施例2

一种生产木糖的新工艺，包含如下步骤：

2)调节pH至7.0，按0.3％(w/v)的比例加入表面活性剂F-MFB，在140℃条件下保温水解2h,得到水解液；

3)将步骤2)中得到的水解液降温至60℃，按0.1％的比例加入复合酶制剂(木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g)，酶解4h，即得到低聚木糖溶液。

利用离子液相色谱测定，所述低聚木糖溶液中木糖的含量为45.1g/L，木糖的转化率为90.2％。

实施例3

一种生产木糖的新工艺，包含如下步骤：

2)调节pH至7.5，按0.2％(w/v)的比例加入表面活性剂F-MFB，在155℃条件下保温水解2h,得到水解液；

3)将步骤2)中得到的水解液降温至55℃，按0.35％(w/v)的比例加入复合酶制剂(木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g)，酶解3h，即得到低聚木糖溶液。

利用离子液相色谱测定，所述低聚木糖溶液中木糖的含量为46.7g/L，木糖的转化率为93.4％。

实施例4表面活性剂对于木糖转化率的影响

1、将粘胶纤维生产的压榨液经过膜脱碱浓缩，得到低碱高浓度的半纤维素溶液；调节pH至7.0，分别按0％，0.05％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％，0.7％(w/v)的比例加入表面活性剂F-MFB，在155℃条件下保温水解2h，得到水解液；分别测定各组水解液中木糖的含量，计算木糖转化率。

2、将上述得到的水解液降温至55℃，各按0.35％(w/v)的比例加入复合酶制剂(木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g)，酶解3h，即得到低聚木糖溶液。测定各组低聚木糖溶液中木糖的含量，计算木糖的转化率。

上述测定结果结果详见表1。

表1表面活性剂F-MFB对木糖转化率的影响

从表1的数据可以看出，与不添加表面活性剂F-MFB的对照组相比，各处理组高温预处理后得到的水解液中木糖的含量均得到普遍提高，木糖的转化率提高了20％-45.6％，从而说明表面活性剂F-MFB的添加能有效促进半纤维素在中性、高温条件下的水解效率，促进木聚糖向木糖的转化。而且，当表面活性剂的添加量超过0.3％时，木糖的转化率不再提高，甚至在一定程度上抑制了所述复合酶制剂对于木聚糖的酶解效果，使最终得到的低聚木糖溶液中木糖的含量有小幅下降，取得了意料不到的技术效果。

综上，本发明所述在中性条件下生产木糖的新工艺中，通过添加表面活性剂F-MFB在高温水解预处理过程中极大地促进半纤维素的水解效率，显著提高木糖的转化率；表面活性剂的添加量不宜过多，添加量为0.1％-0.3％(v/w)时对水解效果的影响最大，且不会抑制后续复合酶制剂的酶解效果，从而也有利于节约用酶的成本和纯化的成本，应该前景广阔。

以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于，包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：步骤2)中，按照0.05-0.7％(w/v)的比例加入表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：步骤2)中，按照0.1-0.35％(w/v)的比例加入表面活性剂。

4.根据权利要求1所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：按照0.2-0.3％(w/v)的比例加入表面活性剂。

5.根据权利要求1-4任一项所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：所述表面活性剂为F-MFB。

6.根据权利要求5所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：步骤2)中，调整pH至7.0；在155℃条件下保温水解2h。

7.根据权利要求1所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：步骤3)中，将步骤2)中得到的水解液降温至55℃，按0.35％(w/v)的比例加入复合酶制剂，酶解3h，即得到低聚木糖溶液。

8.根据权利要求1或7所述的以粘胶纤维压榨液为原料生产木糖的新工艺，其特征在于：步骤3)中，所述复合酶制剂包含木聚糖酶和纤维素酶。

9.根据权利要求8所述的生产木糖的以粘胶纤维压榨液为原料新工艺，其特征在于：步骤3)中，所述复合酶制剂中各组分的含量分别为木聚糖酶50000IU/g，纤维素酶6000IU/g。