CN109097503A - 一种通过竹笋原料制备纤维糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过竹笋原料制备纤维糖的方法，其主要改进之处为，在高压均质条件下对物料进行酸水解糖化处理，高压均质过程中产生爆破水解作用，可有效地对竹笋中的纤维素类物质进行水解，得到纤维糖。本发明的方法采用浓度仅为0.05％～0.5％的酸溶液即可对纤维素类物质进行成功水解，大大地降低了酸溶液的浓度，可减小对设备的腐蚀，降低废酸的处理成本，绿色环保，具有较高的工业应用价值。利用本发明的方法获得的纤维糖，含有单糖和寡糖，是非常理想的糖类原料，可应用食品工业中，可制取木糖醇、糠醛等化学品，也可进一步发酵制取生物乙醇和生物丁醇等液体燃料。

Description

一种通过竹笋原料制备纤维糖的方法

技术领域

本发明涉及农林生物资料利用技术领域，具体地说，涉及一种通过竹笋原料制取纤维糖的方法。

背景技术

竹林资源是中国重要的森林资源之一，在中国竹子共有600多种,竹林面积达601hm²，竹类资源极其丰富。因此，竹笋作为竹子生长过程中的初产品，也是一种巨大的生物质资源。竹笋作为食材，在加工利用过程中会产生大量的竹笋壳，全国每年大约可产生竹笋壳200多万吨。但是,目前竹笋壳并没有得到充分的利用,而是大部分被直接抛弃,在浪费竹笋壳资源的同时,也污染了环境。

鲜笋含水量高，毛竹春笋含水量为90％，冬笋为85％，属鲜嫩食品，不耐贮藏和长途运输。鲜笋存放一周即老化变质，春笋存放半日，冬笋(毛竹笋)存放一个月即腐烂变质。目前虽然竹笋加工方法众多，但加工技术较落后，导致其综合利用率不高，副产物较多，浪费严重。因此，改善竹笋加工工艺、提高竹笋综合利用率、减少副产物浪费对竹笋加工具有重要意义。同时，不是所有的竹种的竹笋都可食用。因此，如何充分利用竹笋这一天然的生物质资源值得进一步研究。

竹笋壳的化学成分和竹材类似,主要是由纤维素、半纤维和木质素组成,并含有一定量的抽提物。竹笋壳抽提物中富含黄酮类化合物,可以将其提取出来应用于食品和药品行业。由于竹笋壳中含有纤维素、蛋白质、脂肪等营养成分,可以将其发酵后用作有机肥或牲畜饲料。竹笋壳改性处理后可利用其高孔隙率制成吸附剂来处理工业废水。目前，虽然学者们已对竹笋壳的利用做过相关研究,但竹笋壳的整体利用程度偏低,还需要进一步开发利用。

能源和环境危机是21世纪人类社会可持续发展所面临的主要障碍之一。利用我国资源丰富廉价易得可再生的竹笋为原料制取生物基产品是解决上述障碍的有效途径之一。木质纤维原料水解糖化常用的方法为酸水解和酶水解。酸水解又分为稀酸水解和浓酸水解，稀酸水解酸用量一般为3％，温度100-121℃；浓酸水解需要用72％的硫酸或36％的浓盐酸。酸用量大，对设备腐蚀严重，后处理压力大。酶水解周期长，酶成本高，且需要高效的预处理工艺加以辅助。而且酸水解和酶水解法一般制备得到单糖类物质，而一些寡糖类物质，即含有2-10个糖苷键聚合物，通常具有一定的功能作用，如改善人体内微生态环境，有利于双歧杆菌和其它有益菌的增殖，调节胃肠功能，抑制肠内腐败物质，提高人体免疫功能，改善血脂代谢，降低血液中胆固醇和甘油三酯的含量等，在酸水解的过程中往往无法制备得到。因此，寻找一种高效环保的制备纤维糖的方法对于食品、医药行业的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种通过竹笋原料制备纤维糖的方法，包括如下步骤：

1)将竹笋原料粉碎后去除水分，得渣料，向所述渣料中添加碳酸钠或碳酸氢钠溶液，进行蒸煮预处理；

2)将预处理后的物料进行过滤，得滤渣a和滤液a，向滤渣a中加入浓度为0.05％～0.5％的酸溶液，然后在压力400kPa～200MPa的条件下进行高压均质处理；

3)将高压均质处理完的物料进行过滤，得含有纤维糖的滤液b。

针对于竹笋原料，先用碱溶液对其进行预处理，可对原料起到溶胀作用，改变其中纤维素的整体结构，有利于后期的水解，高压均质技术先对物料进行高压处理，然后再释放压力，产生爆破水解作用，采用浓度仅为0.05％～0.5％的酸溶液即可进行成功水解而直接得到纤维糖产品。这个过程中所使用的酸溶液的浓度较小，可减小对设备的腐蚀，实现绿色生产，且操作步骤简单，可降低生产成本。

优选的，所述竹笋原料为竹笋或竹笋的壳。所述竹笋为未分枝之前的竹子，可食用竹笋和非可食用竹笋均可，也可为竹笋加工利用前所剥去的竹笋壳。

优选的，所述碳酸钠或碳酸氢钠溶液的质量分数为0.5～5％。

优选的，所述碳酸钠或碳酸氢钠溶液与所述渣料的体积质量比为0.2～2:1。

优选的，所述蒸煮预处理条件为在100～120℃下处理0.5～3h。预处理可提高后续水解的效率,还可以除去竹笋中的抽提物和部分木质素,提高纤维糖品质。

优选的，所述滤渣a与所述酸溶液的质量体积比为1：0.5～10。

优选的，所述酸溶液为甲酸、乙酸、草酸、盐酸、粗盐酸、硫酸和硝酸溶液中的一种或多种。

优选的，还包括纤维糖的提取操作，向所述滤液b中添加碱液，至其为中性，通过精制脱色去除其中的色素及无机离子，再对其液进行浓缩，即得纤维糖。

在实际操作中，为降低生产成本，可向所述滤液b中直接添加所述滤液a来调节其pH。

优选的，所述步骤3)中过滤完成后所得的滤渣b可用于制备木质素类的产品。

作为优选的方案，本发明提供一种以毛竹竹笋为原料制备纤维素寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)将新鲜的毛竹竹笋粉碎成浆料，去除水分，按照质量体积比1：0.4～0.6，向其中加入浓度为0.8～1.2％碳酸氢钠的水溶液，混合均匀后加热至115～120℃，并保持1～1.5h，完成预处理；

(2)将预处理完的浆料进行固液分离，得到滤渣a和滤液a，按质量体积比1:0.9～1.1，向所述滤渣上添加质量分数为0.2～0.4％的盐酸或硝酸的水溶液，搅拌使物料呈悬浮状态后通过高压均质机，循环物料并逐步升压，等压力升至95～105MPa时开始收集物料，得到水解产物；

(3)对水解产物进行过滤，固液分离，得含有纤维糖的滤液b，向所述滤液b中添加滤液a至其为中性，再对滤液b进行精制脱色、蒸发浓缩后即得纤维糖产品。

毛竹是我国生产量非常大的竹子种类，它的纤维结构致密，不易水解，本发明采用上述的方法可对毛竹进行理想地水解。

本发明所述的纤维糖包括纤维素水解后所得的寡糖和单糖。

本发明的另一个目的是保护本发明所述方法制得到的纤维糖。

1)利用本发明的方法获得的纤维糖中包括单糖和寡糖，是非常理想的糖类原料，可应用食品工业中，也可制取木糖醇、糠醛等化学品，也可进一步发酵制取生物乙醇和生物丁醇等液体燃料。

2)本发明提供的以竹笋或竹笋壳为原料制取纤维糖的方法工艺简单易行、环保低毒，易于实现工业化，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明提供的以竹笋或竹笋壳为原料制取纤维糖的工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

实施例1

本实施例涉及通过本发明的方法制备纤维素糖的方法，包括如下步骤，其流程见图1：

(1)将新鲜的没有霉变的毛竹笋粉碎成浆料，离心分离或挤出水分后，取100g加入到50ml碳酸氢钠(1％)水溶液中，加热至120℃后保温1h，自然冷却至室温，完成预处理；

(2)将预处理完的浆料进行真空抽滤，实现固液分离，得到滤渣a和滤液a，将所述滤渣a中添加到100mL质量分数为0.3％的盐酸水溶液中，搅拌使物料呈悬浮状态后通过均质机，循环物料并逐步升压，等压力升至100MPa时开始收集物料，得到水解产物；

(3)对水解产物进行过滤，固液分离，得含有纤维糖的滤液b，向所述滤液b中添加滤液a至其为中性，再对滤液b进行精制脱色、蒸发浓缩后即得纤维糖产品。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于在步骤(1)中将100g竹笋壳加入到上述水溶液中。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于在步骤(1)中将100g竹笋加入到含有1％的碳酸钠的水溶液中。

实验例

本实验例对实施例1～3的效果进行了检测，主要包括如下指标：

由以上数据可以看出，本发明的方法可有效地对毛柱纤维素和半纤维素进行水解，虽然其水解率无法达到或接近百分百，但是在操作环保、步骤简单的情况下，本发明的方法可有效地水解制得纤维糖。

对实施例1中所得的水解产物，通过带有糖分析柱的离子色谱进行检测，发现水解得到了单糖、纤维四糖，纤维三糖和纤维二糖等寡糖。

应用例1：富含纤维糖的溶液的能源化利用

在得到的纤维糖溶液中加入(g/L)：蛋白胨，5.0；磷酸二氢钾，2.0；硫酸镁，1.0；氯化钙，0.25，在121℃下灭菌20min。取出后，调节pH值为5.5±0.1。把活化好的酵母液接种到水解液中。酵母接种量为2％。溶液置于摇床中开始乙醇发酵，控制温度为37℃、转速为150rpm。发酵24小时后，取样测定乙醇含量，计算得葡萄糖转化为乙醇收率为94.8％。

利用该技术可以实现竹笋以及竹笋壳为原料制取生物燃料乙醇，具有广阔的工业应用前景。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种通过竹笋原料制备纤维糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将竹笋原料粉碎后去除水分，得渣料，向所述渣料中添加碳酸钠或碳酸氢钠溶液，进行蒸煮预处理；

2)将预处理后的物料进行过滤，得滤渣a和滤液a，向滤渣a中加入浓度为0.05％～0.5％的酸溶液，然后在压力400kPa～200MPa的条件下进行高压均质处理；

3)将高压均质处理完的物料进行过滤，得含有纤维糖的滤液b。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述竹笋原料为竹笋或竹笋壳。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述碳酸钠或碳酸氢钠溶液的质量分数为0.5～5％；和/或，其与所述渣料的体积质量比为0.2～2:1。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述蒸煮预处理条件为在100～120℃下处理0.5～3h。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述滤渣a与所述酸溶液的质量体积比为1：0.5～10。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述酸溶液为甲酸、乙酸、草酸、盐酸、粗盐酸、硫酸和硝酸溶液中的一种或多种，优选盐酸或硝酸。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，还包括纤维糖的提取操作，向所述滤液b中添加碱液，至其为中性，通过精制脱色去除其中的色素及无机离子，再对其液进行浓缩，即得纤维糖。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将新鲜的毛竹竹笋粉碎成浆料，去除水分，按照质量体积比1：0.4～0.6，向其中加入浓度为0.8～1.2％碳酸氢钠的水溶液，混合均匀后加热至115～120℃，并保持1～1.5h，完成预处理；

(2)将预处理完的浆料进行固液分离，得到滤渣a和滤液a，按质量体积比1:0.9～1.1，向所述滤渣上添加质量分数为0.2～0.4％的盐酸或硝酸的水溶液，搅拌使物料呈悬浮状态后通过高压均质机，循环物料并逐步升压，等压力升至95～105MPa时开始收集物料，得到水解产物；

(3)对水解产物进行过滤，固液分离，得含有纤维糖的滤液b，向所述滤液b中添加滤液a至其为中性，再对滤液b进行精制脱色、蒸发浓缩后即得纤维糖产品。

9.权利要求1～8任一项方法制得到的纤维糖。