CN108004284B - 一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法,包括以下步骤:(1)将富含木聚糖的原料加水进行高温水解,离心得到水解液;(2)将水解液进行纳滤处理,得到低聚木糖截留液;(3)使用内切木聚糖酶对低聚木糖截留液进行酶解,得到聚合度2~6的低聚木糖液。本发明采用高温水解木聚糖、纳滤和酶水解制备低聚木糖的方法,通过控制高温水解温度,提高了水解阶段的低聚木糖得率;并采用纳滤脱除了高温水解产生的降解副产物,提高了低聚木糖的产品品质,同时降低了对肠道内有益菌的毒害作用;在此基础上,对纳滤后的低聚木糖截留液进行适度地酶解,得到聚合度2~6的低聚木糖,使得低聚木糖更容易被有益菌利用。

Description

一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法
技术领域
本发明涉及功能性低聚糖,具体涉及一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法。
背景技术
低聚木糖是功能性低聚糖中一种重要的低聚糖,低聚木糖不被人体或动物消化吸收而直接进入大肠内,能够有效增殖体内益生菌,抑制有害菌的生长,具有调节肠道菌群、润肠通便、提高免疫力、降低胆固醇等多种功效。益生菌利用低聚木糖产生的短链脂肪酸(甲酸,乙酸、乳酸、丙酸、丁酸),具有改善肠功能、促进脂肪代谢和减少患肠癌的风险。广义的低聚木糖是由2~20个木糖分子以β-1,4糖苷键连接而成的低聚糖的总称,相比于高聚合度(DP﹥6)的低聚木糖,低聚合度(DP 2~3)的低聚木糖利用速度更快,增殖益生菌的数量更多,同时,低聚合度(DP﹤6)的低聚木糖在增殖益生菌时能够产生更多的短链脂肪酸。
低聚木糖由玉米芯、燕麦、玉米秸秆、甘蔗渣、棉籽壳、高粱杆等木质纤维原料中的木聚糖降解制得,化学法、物理法、生物酶法或上述方法的结合是木聚糖降解制取低聚木糖的常用方法。高温自水解不需添加化学试剂,是一种对设备损伤小、环境友好、原料利用高、使用成本低的生产方法。在高温高压条件下直接以水作用于木聚糖,水中的水合氧离子及木聚糖上脱落的乙酰基生成的乙酸导致木聚糖主链的糖苷键断裂,主要产物为不同聚合度的低聚木糖。严格控制高温自水解的水解温度和保温时间极其重要,温度过低,木聚糖的β-1,4糖苷键很难断裂,低聚木糖得率很低;温度过高,不但生成的低聚木糖容易继续降解产生单糖,木质素等其他组分也会降解产生副产物,给产品的品质和分离提纯带来困难。高温自水解的条件影响着木聚糖降解副产物的产生,包括木聚糖的支链降解产物(甲酸、乙酸、葡萄糖醛酸)及糖类物质的降解副产物(乙酸、糠醛、羟甲基糠醛等)。降解副产物在一定程度上对增殖益生菌存在着抑制或毒害作用,影响了低聚木糖的益生效果,需要进行脱除处理。
木聚糖经高温自水解降解为溶于水的多聚合度的低聚木糖(聚合度2~20)。报道表明,低聚木糖的聚合度直接影响益生菌的益生效果,低聚合度的低聚木糖能够有效增殖益生菌的数量及增加短链脂肪酸的产量,高聚合度的低聚木糖被益生菌利用速度慢或不被利用,高聚合度低聚木糖的存在将造成低聚木糖产品利用的不充分。木聚糖高温自水解产生的多聚合度低聚木糖的聚合度分布情况未被分析,低聚合度和高聚合度低聚木糖的分布情况不明确,所制取的低聚木糖将由于聚合度范围广而影响低聚木糖的益生效果及产品质量,降低了产品的应用价值。因此,探究分析与表征木聚糖高温自水解产生的多聚合度低聚木糖的聚合度分布情况,并采用一定的方式降低多聚合度低聚木糖的平均聚合度,提高低聚合度低聚木糖的得率,制取高品质的低聚木糖产品,具有重要的应用意义。
采用凝胶层析仪(GFC),以聚丙烯酰胺凝胶填料Bio Gel P2分离多聚合度的低聚木糖液,获得不同聚合度范围的低聚木糖组分,通过阴离子交换色谱(HPEAC)及凝胶渗透色谱(GPC)分析分离后不同聚合度范围的低聚木糖组分的平均聚合度。
发明内容
发明目的:为了从木聚糖中获得高得率的聚合度2~6的低聚木糖,并解决高温水解木聚糖制备低聚木糖过程中产生的副产物对有益菌的毒害作用,本发明提供了一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法。
技术方案:本发明所述一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法,包括以下步骤:
(1)将富含木聚糖的原料加水进行高温水解,固液分离得到水解液;
(2)将步骤(1)得到的水解液进行纳滤处理,得到低聚木糖截留液;
(3)使用内切木聚糖酶对步骤(2)得到的低聚木糖截留液进行酶解,得到聚合度2~6的低聚木糖液。
步骤(1)中所述富含木聚糖的原料为植物纤维原料或木聚糖酶解渣;所述植物纤维原料包括玉米芯、玉米秸秆、稻秆、麦秆、甘蔗渣或高粱杆;所述木聚糖酶解渣为高聚合度的木聚糖,是玉米芯、玉米秸秆、稻秆、麦秆、甘蔗渣、高粱杆等木质纤维原料采用碱抽提方式提取木聚糖、经木聚糖酶酶解制取低聚木糖后剩余的未被降解的高聚合度的木聚糖酶解渣。所述富含木聚糖的绝干原料与水的固液质量比为1:10~100,优选地,固液质量比为1:50;所述固液分离如离心等。
步骤(1)所述高温水解的温度为185~200℃,时间为20~50min。木聚糖经高温自水解降解为溶于水的多聚合度的低聚木糖(聚合度2~20)。优选地,高温水解温度为190℃,30min。
步骤(2)所述纳滤按如下步骤处理:采用150~200Da的纳滤膜对步骤(1)得到的水解液进行纳滤,当透过液的体积与截留液的体积相等时,向截留液中补充与透过液同等体积的水,重复补充3~7次,收集低聚木糖截留液;所述纳滤的压力为0.7~1.2MPa。
步骤(3)所述截留液中低聚木糖初始浓度为2.5~30g/L,内切木聚糖酶用量为2.5~100IU/g低聚木糖,酶解温度为50℃,酶解时间为1~5h,酶解pH为4.8,转速为100~200rpm。此处所述的低聚木糖为聚合度为2~20的低聚木糖;酶解后的酶解液为聚合度2~6的低聚木糖液。优选地,酶解液中低聚木糖初始浓度为10g/L,内切木聚糖酶用量为10IU/g低聚木糖,酶解温度为50℃,酶解时间为3h,酶解pH为4.8,转速为150rpm。
采用里氏木霉为产酶菌种,参照专利ZL02112568.6方法,发酵制取木聚糖酶。以50kDa超滤膜超滤,去除木聚糖酶中的木糖苷酶,超滤透过液即为无木糖苷酶的内切木聚糖酶,测得内切木聚糖酶的酶活力为11IU/mL。其中,内切木聚糖酶的酶活定义为每分钟生成1μmol木糖所需的酶量,单位为IU/ml。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优势如下:
(1)本发明采用高温自水解、纳滤和酶水解结合制备木二糖-木六糖的方法,通过控制高温水解温度,提高了水解阶段的低聚木糖得率;并采用纳滤方式脱除高温水解产生的降解副产物(甲酸、乙酸、羟甲基糠醛、糠醛),提高了低聚木糖的产品品质,同时降低了对肠道内有益菌的毒害作用;在此基础上,对纳滤后的低聚木糖截留液进行适度地酶解,得到聚合度2~6的低聚木糖,更容易被有益菌利用;
(2)本发明采用阴离子交换色谱(HPAEC)和凝胶渗透色谱(GPC)相结合的方法,分析表征高温自水解产生的水解液中低聚木糖分布及聚合度的分布情况,用于指导下一步的酶解条件,防止出现酶解不充分或过度水解产生木糖的情况;
(3)本发明的制备工艺过程简单环保、工业化价值高,是一种生产效率高、环境友好、应用性强的制备低聚木糖的方法。
附图说明
图1为纳滤次数对高温水解液中降解副产物脱除率的影响;
图2为纳滤脱毒对益生菌增殖效果的影响;
图3为高温水解液的凝胶过滤色谱图;
图4为高温水解液的离子色谱图;
图5为高温水解液凝胶过滤后高聚合度低聚木糖的离子色谱图;
图6为高温水解液凝胶过滤后中聚合度低聚木糖的离子色谱图;
图7为高温水解液凝胶过滤后低聚合度低聚木糖的离子色谱图;
图8为酶解前低聚木糖液的离子色谱图;
图9为酶解后低聚木糖液的离子色谱图。
具体实施方式
以下实施例中,物质含量的测定采用如下方法:
木糖及甲酸、乙酸、羟甲基糠醛、糠醛的含量采用高效液相色谱(HPLC)分析,色谱条件为:Agilent 1260色谱仪,色谱柱为Aminex HPX-87H柱,5mM H2SO4水溶液为流动相,柱温55℃,流速0.6mL/min,示差折光检测器,进样量为10μL,外标法测定。
木二糖~木六糖含量的测定及多聚合度低聚木糖的聚合度分布采用高效液相阴离子交换色谱(HPAEC)分析,具体参见中国专利201010570158.4,色谱仪的系统和操作条件为:Dionex ICS 5000色谱仪及工作站,色谱柱为CarboPac PA200(250×3mm)色谱柱及保护柱,柱温为30℃,外标法测定,以醋酸钠-氢氧化钠二元梯度洗脱,采用积分脉冲安培检测法测定糖组分的含量。
凝胶层析分离后不同组分低聚木糖聚合度的测定采用凝胶渗透色谱(GPC)分析,分析条件为:Agilent 1260色谱仪,色谱柱为Ultrahydrogel 120(7.8×300mm)和Ultrahydrogel 250(7.8×300mm)两根串联的色谱柱,流动相为去离子水,柱温60℃,流速0.6mL/min,以纤维二糖(分子量342)和葡聚糖(分子量分别为1000,5000,12000,25000,50000)为标样制作标准曲线。平均聚合度的计算按如下公式进行:平均聚合度(DP)=平均分子量/150。
木聚糖或低聚木糖含量的测定采用酸解法分析:向带有螺纹的小试管中加入同等体积的木聚糖液和8%(w/w)H2SO4,拧紧螺纹盖,置于121℃的高温灭菌锅中酸解1h,水解结束,此时木聚糖完全降解为单糖木糖。取出离心,测定上清液中的木糖含量。木聚糖含量的计算公式为:木聚糖或低聚木糖总量=(酸解后木糖含量-酸解前木糖含量)×0.88。
低聚合度低聚木糖总量=木二糖含量+木三糖含量+木四糖含量+木五糖含量+木六糖含量。
中聚合度低聚木糖总量+高聚合度低聚木糖总量=低聚木糖总量-低聚合度低聚木糖总量。
低聚木糖得率=低聚合度低聚木糖总量/低聚木糖总量×100%。
其中,低聚合度低聚木糖为DP为2~6的低聚木糖;中聚合度低聚木糖和高聚合度低聚木糖为DP>6的低聚木糖。
实施例1木聚糖高温自水解
以木聚糖酶解渣为原料,高温自水解制取低聚木糖。木聚糖酶解渣为高聚合度的木聚糖,是玉米芯、玉米秸秆、稻秆、麦秆、甘蔗渣、高粱杆等木质纤维原料采用碱抽提方式提取木聚糖、经木聚糖酶酶解制取低聚木糖后剩余的未被降解的高聚合度的木聚糖酶解渣。木聚糖酶解渣中各物质的绝干重量含量为:木聚糖60.04%,葡聚糖3.55%,阿拉伯聚糖4.16%,木质素25.29%,灰分0.51%。
将绝干木聚糖酶解渣和水的固液质量比为1:50的混合液加入高压反应釜中,控制反应条件190℃、30min,水浴冷却反应体系至室温,得到高温自水解液,8000rpm离心10min,上清液为高温自水解后的多聚合度的低聚木糖液。每100g绝干木聚糖酶解渣在190℃、30min条件下高温自水解,低聚木糖得率为68.17%,其中上清液中低聚木糖总量为56.11g,低聚合度的低聚木糖总量为40.93g,水解液中降解副产物的含量为:甲酸2.71g,乙酸2.01g,羟甲基糠醛0.51g,糠醛9.10g。
对比例1
木聚糖高温自水解的条件同实施例1,不同的是高温自水解条件为180℃、40min。100g绝干木聚糖酶解渣在180℃、40min条件下高温自水解,低聚木糖得率为42.42%,其中上清液中低聚木糖总量为37.26g,低聚合度的低聚木糖总量为32.50g,水解液中降解副产物的含量为:甲酸1.58g,乙酸0.89g,羟甲基糠醛0.18g,糠醛3.32g。
实施例2纳滤脱毒高温自水解液
采用150~200Da的纳滤膜对2000mL高温自水解液进行纳滤,控制系统压力0.7~1.2MPa,当透过液达1000mL时,向原料罐中添加1000mL蒸馏水作为稀释水,继续纳滤,如此反复,共添加7次蒸馏水进行8次纳滤分离,对每次纳滤所得的截留液和透过液取样分析,测定其中甲酸、乙酸、HMF、糠醛等降解副产物的含量。
纳滤对高温自水解液中降解副产物的脱除率变化如图1所示。结果表明,采用多次添加稀释水的方式可以有效脱除高温自水解制取低聚木糖过程中产生的降解副产物。相比于纳滤原液,纳滤8次后甲酸、乙酸、羟甲基糠醛、糠醛的脱除率分别为100%、100%、100%、98.94%,降解副产物几乎完全脱除,脱除效果明显。
分别使用未纳滤的高温自水解液和纳滤后的低聚木糖截留液作为碳源在厌氧条件下增殖青春双歧杆菌,碳源初始浓度为3g/L,青春双歧杆菌的增值结果见图2,实施例1得到的高温自水解液中含有甲酸、乙酸、羟甲基糠醛及糠醛等碳水化合物的降解副产物,这些物质的存在对低聚木糖增殖益生菌有一定的毒害作用。
实施例3凝胶过滤色谱分离纳滤后的高温水解液
木聚糖经高温自水解制取的水解液为多聚合度的低聚木糖,采用纳滤方式脱毒后所得的低聚木糖液中低聚木糖组分的聚合度分布范围广,通过凝胶过滤色谱将多聚合度的低聚木糖进行分离。采用凝胶过滤色谱仪(GFC)、按物质分子量大小不同分离的聚丙烯酰胺分子筛凝胶填料Bio-Gel P2进行多聚合度低聚木糖的分离,以脱气去离子水为流动相,流速0.3mL/min,控制柱温48℃,上样量2.5mL,示差检测器,收集不同出峰时间的色谱峰。凝胶过滤色谱分离多聚合度的低聚木糖的色谱图如图3所示。
从图3的色谱图可以看出,木聚糖高温自水解得到的多聚合度低聚木糖经凝胶过滤色谱分离得到多个色谱峰,表明木聚糖被降解为不同聚合度的低聚木糖组分,将分离后不同聚合度的低聚木糖分三部分收集(图3中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ部分),根据分子筛填料分离物质的特点,按照出峰先后顺序,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为分子量大(聚合度DP高)的低聚木糖组分、分子量中等(聚合度DP中)的低聚木糖组分和分子量小(聚合度DP低)的低聚木糖组分。
实施例4纳滤后的高温水解液中不同聚合度低聚木糖的分布及分析
高温自水解并经纳滤脱毒后的多聚合度低聚木糖液(称为多聚合度低聚木糖)经凝胶过滤色谱分离得到分子量大(Ⅰ部分:聚合度DP高)、分子量中等(Ⅱ部分:聚合度DP中)及分子量小(Ⅲ部分:聚合度DP低)的三部分低聚木糖组分,采用高效阴离子交换色谱仪(HPAEC)对多聚合度低聚木糖及凝胶过滤分离后的Ⅰ部分、Ⅱ部分和Ⅲ部分进行分析,并通过凝胶渗透色谱仪(GPC)测定平均聚合度。
多聚合度的低聚木糖、Ⅰ部分、Ⅱ部分及Ⅲ部分的高效阴离子交换色谱图分别见图4、图5、图6和图7。由图4可见,多聚合度的低聚木糖中分布着聚合度范围广的低聚木糖,其中X1、X2、X3、X4、X5、X6为检测到的木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖、木六糖,虽然没有聚合度DP﹥6的低聚木糖作为标样,但根据所用CarboPac PA200色谱柱按照物质分子量的大小不同进行分离的特点,推测出峰时间越迟,物质的分子量越大,低聚木糖的聚合度越高,因此可以看出色谱图中出峰时间在28.233min及之后的低聚木糖组分DP﹥6。可见多聚合度低聚木糖中既有木糖组分,又有聚合度低的低聚木糖组分(DP 2~6),还存在着聚合度DP﹥6的低聚木糖组分,其组分的聚合度分布范围广。由图5可知,凝胶过滤分离后的Ⅰ部分的出峰时间很迟,集中分布在36-39min之间,为聚合度高的低聚木糖组分;由图6可知,凝胶过滤分离后的Ⅱ部分的出峰时间主要分布在28-33min之间,为中等聚合度的低聚木糖组分;由图7可知,凝胶过滤分离后的Ⅲ部分检测为主要含有木二糖~木六糖的低聚合度的低聚木糖组分。可见,凝胶过滤色谱实现了将聚合度分布范围广的多聚合度低聚木糖分离为低聚合度(DP低)的低聚木糖组分、中聚合度(DP中)的低聚木糖组分及高聚合度(DP高)的低聚木糖组分,同时各低聚木糖组分与单糖木糖组分分离开来。
将多聚合度的低聚木糖、凝胶过滤分离离得到的Ⅰ部分(DP高)、Ⅱ部分(DP中)及Ⅲ部分(DP低)分别通过凝胶渗透色谱仪(GPC)测定其分子量分布及平均聚合度。从图中可以看出,多聚合度低聚木糖的分子量分布范围广,测得的平均分子量为948.7g/mol,其平均聚合度为6;凝胶过滤分离离得到的Ⅰ部分(DP高)的平均分子量为2417.3g/mol,平均聚合度为16;Ⅱ部分(DP中)的平均分子量为1135.8g/mol,平均聚合度为8;Ⅲ部分(DP低)的平均分子量为403.4g/mol,平均聚合度为3。可见,通过凝胶渗透色谱仪(GPC)分析,可将多聚合度的低聚木糖及凝胶过滤分离后的低聚木糖进行分子量及聚合度的分析,可指导控制后续酶解条件从而提高低聚合度低聚木糖的产率。
实施例5不同聚合度低聚木糖组分的益生效果
将实施例3中多聚合度的低聚木糖组分、经凝胶过滤分离得到的Ⅰ部分(DP高)、Ⅱ部分(DP中)和Ⅲ部分(DP低)分别作为碳源在厌氧条件下增殖青春双歧杆菌,碳源初始浓度为3g/L。结果表明,Ⅲ部分(平均聚合度为3)的低聚木糖组分增殖青春双歧杆菌的效果最好,增殖24h,菌体浓度比0h增加了5.28倍,乳酸、乙酸、丙酸、丁酸的产量分别为1.13g/L、0.78g/L、0.285g/L和0.038g/L;其次为多聚合度的低聚木糖组分(平均聚合度为6)、Ⅱ部分的低聚木糖组分(平均聚合度为8)、Ⅰ部分的低聚木糖组分(平均聚合度为16),增殖24h,菌体浓度比0h分别增加了2.41倍、1.18倍和1.17倍。可见,低聚合度的低聚木糖组分(平均聚合度为3)的低聚木糖对益生菌的增殖效果最好,中等聚合度的低聚木糖和高聚合度的低聚木糖对益生菌几乎无增殖效果。
多聚合度的低聚木糖中含有低聚合度的低聚木糖组分、中等聚合度的低聚木糖组分和高聚合度的低聚木糖组分,实施例5的结果表明,低聚合度的低聚木糖组分对益生菌的增殖效果最好,而DP>6的低聚木糖组分对益生菌几乎无增殖效果。因此需要采用一定的方式将多聚合度低聚木糖中的DP>6的低聚木糖组分降解为具有较好益生效果的木二糖~木六糖。
实施例6内切木聚糖酶酶解纳滤后的低聚木糖液
通过条件温和、无降解副产物的酶解方式,加入无木糖苷酶的内切木聚糖酶,将DP>6的低聚木糖降解为适合益生菌增殖利用的木二糖~木六糖。实施例1结果表明,100g木聚糖酶解渣经190℃、30min高温水解,木二糖~木六糖总量为40.93g,聚合度DP>6的低聚木糖总量为15.18g。采用里氏木霉为产酶菌种,参照专利ZL02112568.6方法,发酵制取木聚糖酶。以50kDa超滤膜超滤,去除木聚糖酶中的木糖苷酶,超滤透过液即为无木糖苷酶的内切木聚糖酶,测得内切木聚糖酶的酶活力为11IU/mL。
向纳滤脱毒后的多聚合度低聚木糖液中添加内切木聚糖酶,底物浓度为10g/L低聚木糖、酶添加量10IU/g低聚木糖,用1M柠檬酸缓冲液调节酶解体系pH为4.8,酶解体系为20mL,于50℃、150rpm条件下酶解3h,低聚木糖得率接近100%,DP>6的低聚木糖完全降解木二糖~木六糖。
酶解前和酶解后低聚木糖液的离子色谱图见表1。酶解前的多聚合低聚木糖液中存在着一定量的DP﹥6的低聚木糖组分,酶解后DP﹥6的低聚木糖几乎未被检测出,表明DP﹥6的低聚木糖被酶解为木二糖~木六糖,酶解效果显著,低聚合度低聚木糖含量高,低聚木糖产品品质得到了很大的提高。
表1为酶解前后木二糖~木六糖占总低聚木糖的比例变化。
Figure GDA0001601741000000081
对比例2
酶解条件同实施例6,底物浓度为10g/L低聚木糖、酶添加量10IU/g低聚木糖,用1M柠檬酸缓冲液调节酶解体系pH为4.8,酶解体系为20mL,于50℃、150rpm条件下酶解3h,不同的是酶解底物为高温自水解后所得的未经纳滤的低聚木糖液。未经纳滤的低聚木糖液经内切木聚糖酶酶解,低聚木糖得率和木二糖~木六糖的分布情况见表2。
表2未纳滤及纳滤后的低聚木糖液酶解后低聚木糖得率及木二糖~木六糖的分布情况
Figure GDA0001601741000000091
实施例7
木聚糖高温自水解的条件同实施例1,不同的是绝干木聚糖酶解渣和水的固液质量比为1:10,高温自水解条件为185℃、50min。
实施例8
木聚糖高温自水解的条件同实施例1,不同的是绝干木聚糖酶解渣和水的固液质量比为1:100,高温自水解条件为200℃、20min。
实施例9
酶解条件如实施例6,不同的是底物浓度为2.5g/L低聚木糖、酶添加量2.5IU/g低聚木糖,酶解时间为1h。
实施例10
酶解条件如实施例6,不同的是底物浓度为50g/L低聚木糖、酶添加量100IU/g低聚木糖,酶解时间为5h。

Claims (4)

1.一种聚合度2~6的低聚木糖的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将富含木聚糖的绝干原料加水进行高温水解, 绝干原料与水的固液质量比为1:10~100,高温水解的温度为185 ~200℃,时间为20~50min,固液分离得到水解液;
(2)将步骤(1)得到的水解液进行纳滤处理,得到低聚木糖截留液;
(3)使用内切木聚糖酶对步骤(2)得到的低聚木糖截留液进行酶解,得到聚合度2~6的低聚木糖液;其中,低聚木糖截留液中木聚糖的初始浓度为2.5~30g/L,内切木聚糖酶用量为2.5~100IU/g木聚糖,酶解温度为50℃,酶解时间为1~5h,酶解pH为4.8,转速为100~200rpm。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述富含木聚糖的绝干原料为植物纤维原料或木聚糖酶解渣。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述纳滤按如下步骤处理:采用150~200Da的纳滤膜对步骤(1)得到的水解液进行纳滤,当透过液的体积与截留液的体积相等时,向截留液中补充与透过液同等体积的水,重复补充3~7次,收集低聚木糖截留液。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述纳滤的压力为0.7~1.2MPa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109680024A (zh) * 2019-02-28 2019-04-26 齐鲁工业大学 从桉木水热预处理液中制备富含木二糖~木四糖的方法
CN110699403A (zh) * 2019-11-13 2020-01-17 齐鲁工业大学 一种提升阔叶木制浆预水解液中低聚木糖纯化效率的方法
CN113151614A (zh) * 2021-03-17 2021-07-23 南京林业大学 一种两步醋酸酸解农林废弃物制备低聚木糖的方法
CN113502307B (zh) * 2021-09-02 2023-12-19 南京林业大学 一种利用木本原料制备低聚合度低聚木糖的方法
CN114539332B (zh) * 2022-01-10 2023-01-06 长沙绿叶生物科技有限公司 利用生物质原料制备低聚木糖的方法及其在制备饲料添加剂中的应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1364911A (zh) * 2002-01-21 2002-08-21 南京林业大学 一种植物纤维原料酶降解制备低聚木糖的方法
CN1634948A (zh) * 2004-10-28 2005-07-06 南京林业大学 木聚糖高温降解制备低聚木糖的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9999240B2 (en) * 2008-05-09 2018-06-19 Cargill, Incorporated Carbohydrate compositions

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1364911A (zh) * 2002-01-21 2002-08-21 南京林业大学 一种植物纤维原料酶降解制备低聚木糖的方法
CN1634948A (zh) * 2004-10-28 2005-07-06 南京林业大学 木聚糖高温降解制备低聚木糖的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Assessing nanofiltration and reverse osmosis for the detoxification of lignocellulosic hydrolysates;N.Nguyen et al.;《Journal of Membrane Science》;20150406;第487卷;第40-50页 *
木聚糖酶分级对高温降解木聚糖酶水解的影响;刘蕾 等;《南京林业大学学报》;20110531;第35卷(第3期);第106-110页 *

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