CN115896205A - 一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法。属于生物化工技术领域。本发明的目的是为了避免了传统酸解工艺获得木糖和低聚木糖中酸碱消耗高、污水排放量大、生产周期长、生产成本高、产品质量不稳定等问题。本发明公开一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法，将玉米芯进行脱乙酰和脱木质素处理后，加入复合植物水解酶Viscozyme L，酶解后，再加入木聚糖酶和纤维素酶二次酶解，获得木糖产品溶液；或者加入纤维素酶和木聚糖酶两个酶酶解或者戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶两个酶进行酶解，获得低聚木糖产品溶液。该方法具有工艺条件温和、能耗低、环境污染程度低、产品质量更加安全可靠等优势。
Description
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法。
背景技术
木糖是一种戊糖，其外观为无色至白色的结晶或粉末，有甜味，易溶于水，难溶于乙醇。在自然界中，木糖是存在量最大的戊糖，除了竹笋内存在游离状态的木糖外，绝大部分天然木糖以多缩戊糖的形式广泛存在于植物的半纤维素中，特别在农产品的废弃部分中含量很多。
低聚木糖是一种功能性低聚糖，由2～7个木糖通过β-1,4糖苷键连接而成，以木二糖、木三糖为主要成分。低聚木糖不仅对肠道益生菌如双歧杆菌、乳酸杆菌和其他益生菌有高度选择性增殖作用，同时对大肠杆菌这类有害菌有抑制作用，所以又称为超强益生元。
目前工业生产木糖和低聚木糖的工艺中，主要以玉米芯、甘蔗渣、棉籽壳等半纤维素含量丰富的农林废弃物作为原料，其中玉米芯中多缩戊糖的含量最高，易存储，结构相对疏松，易于提取，因而被大量用于木糖和低聚木糖的生产。玉米作为粮食和饲料作物，资源丰富，近年来，随着科技进步，我国玉米年产量超过亿，位居世界第二。据统计，2021年我国玉米年产量约为2.73亿吨。按生产1千克玉米同时可得到1/3千克玉米芯计算，我国玉米芯年产量约0.91亿吨，产量极其可观。
传统的木糖和低聚木糖生产工艺为化学法，以酸作为催化剂在高温条件下水解原料，随后经过中和、活性炭脱色、离子交换、浓缩、结晶等多道工序将水解液中含有的酸、色素、胶体、灰分等有害杂质除去，方可得到木糖和低聚木糖产品。据统计，1吨成品木糖需要玉米芯近10吨，耗酸3吨，液碱2吨，活性炭120～150公斤，蒸汽30～50吨，水100m3以上。
现有的木糖和低聚木糖生产工艺存在诸多问题，如工艺复杂、酸碱消耗高、污水排放量大、生产周期长、生产成本高、产品质量不稳定等，而且该工艺结晶制备木糖和低聚木糖的过程中，产品收率较低，损失量很大。这也使得木糖和低聚木糖的生产成本大大增加。
发明内容
本发明的目的是为了避免了传统酸解工艺获得木糖和低聚木糖中酸碱消耗高、污水排放量大、生产周期长、生产成本高、产品质量不稳定等问题。
本发明提供一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法，包括如下步骤：将玉米芯进行脱乙酰和脱木质素处理后，加入复合植物水解酶Viscozyme L，酶解后，再加入木聚糖酶和纤维素酶二次酶解，获得木糖产品溶液；
或者，将玉米芯进行脱乙酰和脱木质素处理后，加入纤维素酶和木聚糖酶两个酶酶解或者戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶两个酶进行酶解，获得低聚木糖产品溶液。
进一步地限定，所述脱乙酰处理的步骤如下：玉米芯原料加入蒸馏水，加入碱，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料。
进一步地限定，玉米芯与蒸馏水的质量比为1:8；采用的碱为Ca(OH)2，用量为0.8mmol/g玉米芯。
进一步地限定，所述脱木质素处理如下：脱乙酰后的原料加入蒸馏水，加入Na2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料。
进一步地限定，脱乙酰后的原料与蒸馏水的质量比为1:10；Na2SO3的用量为玉米芯质量的12％。
进一步地限定，复合植物水解酶Viscozyme L的条件：控制温度为50℃、pH3.5，酶解12h后灭酶，复合植物水解酶Viscozyme L的添加量为玉米芯原料质量的0.33％；二次酶解的条件为：控制温度为50℃、pH4.8，酶解36～48h后灭酶，木聚糖酶和纤维素酶的用量各为玉米芯原料质量的0.33％，复合植物水解酶Viscozyme L：木聚糖酶：纤维素酶的用量比为1:1:1；酶的总用量为0.99％。
进一步地限定，纤维素酶和木聚糖酶复合酶解或者戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶进行酶解的条件为：控制温度为50℃、pH4.8，酶解24～48h后灭酶；木聚糖酶和纤维素酶的用量各为玉米芯原料质量的0.5％，两种酶的用量比为1:1，木聚糖酶和纤维素酶的酶的总用量为1％；戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的用量各为玉米芯原料质量的0.5％，两种酶的用量比为1:1，戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的酶的总用量为1％。
进一步地限定，所述灭酶的条件为85℃，15min。
本发明提供上述的方法获得的木糖或者低聚木糖。
本发明提供上述的方法在提高木糖或低聚木糖的收率和浓度中的应用。
有益效果：
1.本发明采用酶法水解玉米芯进行木糖或低聚木糖的生产，避免了传统酸解工艺酸碱消耗高、污水排放量大、生产周期长、生产成本高、产品质量不稳定等问题，具有工艺条件温和、能耗低、环境污染程度低、产品质量更加安全可靠等优势。
2.本发明对玉米芯进行了脱乙酰、脱木质素处理，其有益效果在于：①乙酰基附着在半纤维素上，形成空间位阻，阻碍酶进入原料体系，脱乙酰后酶可顺利与作用目标接触，提高酶解率。②脱木质素使玉米芯中纤维素、半纤维素、木质素形成的致密组织破坏，结构变松散，更有利于酶作用于半纤维素，从而提高酶解率。
3.半纤维素很难被单一酶种水解，本发明采用多种酶对玉米芯进行复合酶解，通过改变不同酶的组合可调控产品中木糖或低聚木糖的含量，当采用复合植物水解酶、纤维素酶和木聚糖酶复合酶解时，半纤维素酶解较彻底，绝大部分产物为木糖，半纤维素的水解率在95％以上，木糖的收率最高可达81.6％，木糖溶液的浓度最高可达38.8g/L。当采用纤维素酶和木聚糖酶复合酶解，或者戊聚糖酶和木聚糖酶复合酶解时，绝大部分产物为低聚木糖，半纤维素的水解率在90％以上，低聚木糖的收率最高可达86.7％，产品溶液中低聚木糖的浓度最高可达41.2g/L。
预处理的目的：玉米芯中的纤维素、半纤维素和木质素组分呈不连续的层状结构，对酶的水解有阻碍作用，要使半纤维素充分水解，必须对玉米芯进行适当预处理，破坏其原有致密结构，以便酶的进一步水解。
预处理工艺：①脱乙酰：乙酰基附着在半纤维素上，形成空间位阻，阻碍酶进入原料体系，脱乙酰后酶可顺利与作用目标接触。②脱木质素：脱除原料中的木质素，原料结构变的疏松，使酶更容易作用于木聚糖。
酶解工艺的原理：半纤维素很难被单一的酶种水解，多种酶共同作用方能达到预期的生产效果。本发明利用植物复合水解酶、木聚糖酶和纤维素酶联合水解。复合植物水解酶具有释放束缚和降解非淀粉多糖的能力，可用于分解植物细胞壁从植物组织中释放有效成分。纤维素酶具有去除植物细胞壁中的纤维素的作用，可以将细胞内的糖得到释放。木聚糖酶能够将半纤维素中的木聚糖降解成为木糖或低聚木糖。本发通过采用不同酶的组合来对玉米芯进行酶解，可调控酶解液中木糖或低聚木糖的含量，从而实现木糖或低聚木糖的高效生产。
附图说明
图1为未处理原料SEM照片；
图2为脱乙酰原料SEM照片；
图3为脱木质素原料SEM照片。
具体实施方式
实施例1.
一种酶解玉米芯制备木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取100g玉米芯，粉碎，过80目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入800mL蒸馏水，加入5.92gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为80mmolCa(OH)2/100g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入1L蒸馏水，加入12gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为12gNa2SO3/100g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入800L蒸馏水，加入0.33g复合植物水解酶Viscozyme L(诺维信)，控制温度为50℃、pH3.5，酶解12h后灭酶；接着加入0.33g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和0.33g纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为48h；复合植物水解酶Viscozyme L的用量为0.33g酶/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％；
木聚糖酶的用量为0.33g酶/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％，纤维素酶的用量为0.33g酶/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％，酶的总用量为0.99g酶
/100g玉米芯原料＝玉米芯原料质量的0.99％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到木糖产品溶液。
实施例2
一种酶解玉米芯制备木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取500g玉米芯，粉碎，过90目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入4L蒸馏水，加入29.6gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为0.4molCa(OH)2/500g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入5L蒸馏水，加入60gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为60gNa2SO3/500g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入5L蒸馏水，加入1.67g复合植物水解酶Viscozyme L(诺维信)，控制温度为50℃、pH3.5，酶解12h后灭酶；接着加入1.67木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和1.67纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为36h；复合植物水解酶Viscozyme L的用量为1.67g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％；
木聚糖酶的用量为1.67g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％，纤维素酶的用量为1.67g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％，酶的总用量为5.01g酶
/500g玉米芯原料＝玉米芯原料质量的0.99％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到木糖产品溶液。
实施例3
一种酶解玉米芯制备木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取1kg玉米芯，粉碎，过100目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入8L蒸馏水，加入59.2gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为0.8molCa(OH)2/1000g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入10L蒸馏水，加入120gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为120gNa2SO3/1000g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入9L蒸馏水，加入3.33g复合植物水解酶Viscozyme L(诺维信)，控制温度为50℃、pH3.5，酶解12h后灭酶；接着加入3.33g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和3.33g纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为42h；复合植物水解酶Viscozyme L的总用量为3.33g酶/1000g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％；木聚糖酶的用量为3.33g酶/1000g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％，纤维素酶的用量为3.33g酶/1000g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.33％，酶的总用量为9.99g酶/1000g玉米芯原料＝玉米芯原料质量的0.999％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到木糖产品溶液。
实施例4
一种酶解玉米芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取100g玉米芯，粉碎，过80目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入800mL蒸馏水，加入5.92gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为80mmolCa(OH)2/100g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入1L蒸馏水，加入12gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为12gNa2SO3/100g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入800L蒸馏水，加入0.5g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和0.5g纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为36h；木聚糖酶的用量为0.5g酶/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，纤维素酶的用量为0.5g酶/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，木聚糖酶和纤维素酶的总用量为1g酶/100g玉米芯原料＝原料质量的1％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到低聚木糖产品溶液。
实施例5
一种酶解玉米芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取500g玉米芯，粉碎，过90目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入4L蒸馏水，加入29.6gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为0.4molCa(OH)2/500g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入5L蒸馏水，加入60gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为60gNa2SO3/500g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入5L蒸馏水，加入2.5g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和2.5g纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为24h；木聚糖酶的用量为2.5g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，纤维素酶的用量为2.5g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，木聚糖酶和纤维素酶的总用量为5g酶/500g玉米芯原料＝原料质量的1％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到低聚木糖产品溶液。
实施例6
一种酶解玉米芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取1kg玉米芯，粉碎，过100目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入8L蒸馏水，加入59.2gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为0.8molCa(OH)2/1000g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入10L蒸馏水，加入120gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为120gNa2SO3/1000g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入9L蒸馏水，加入5g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和5g纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为48h；木聚糖酶的用量为5g酶/1000g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，纤维素酶的用量为5g酶/1000g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，木聚糖酶和纤维素酶的总用量为10g酶/1000g玉米芯原料＝原料质量的1％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到低聚木糖产品溶液。
实施例7
一种酶解玉米芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取100g玉米芯，粉碎，过80目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入800mL蒸馏水，加入5.92gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为80mmolCa(OH)2/100g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入1L蒸馏水，加入12gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为12gNa2SO3/100g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入800L蒸馏水，加入0.5g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和0.5g戊聚糖酶Pentopan Mono BG(诺维信)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为36h；木聚糖酶的用量为0.5g酶/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，戊聚糖酶Pentopan Mono BG的用量为0.5g酶
/100g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的总用量为1g酶/100g玉米芯原料＝原料质量的1％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到低聚木糖产品溶液。
实施例8
一种酶解玉米芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取500g玉米芯，粉碎，过90目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入4L蒸馏水，加入29.6gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为0.4molCa(OH)2/500g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入5L蒸馏水，加入60gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为60gNa2SO3/500g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入5L蒸馏水，加入2.5g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和2.5g戊聚糖酶Pentopan Mono BG(诺维信)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为24h；木聚糖酶的用量为2.5g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，戊聚糖酶Pentopan Mono BG的用量为2.5g酶/500g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的总用量为5g酶/500g玉米芯原料＝原料质量的1％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到低聚木糖产品溶液。
实施例9
一种酶解玉米芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤：
(1)称取1kg玉米芯，粉碎，过100目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入8L蒸馏水，加入59.2gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；Ca(OH)2用量为0.8molCa(OH)2/1000g玉米芯＝0.8mmol/g玉米芯；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入10L蒸馏水，加入120gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料；Na2SO3用量为120gNa2SO3/1000g玉米芯＝玉米芯质量的12％；
(4)酶解：预处理完成后的玉米芯原料加入9L蒸馏水，加入5g木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)和5g戊聚糖酶Pentopan Mono BG(诺维信)进行酶解，控制温度为50℃、pH4.8，酶解时间为48h；木聚糖酶的用量为5g酶/1000g玉米芯
＝玉米芯原料质量的0.5％，戊聚糖酶Pentopan Mono BG的用量为5g酶/1000g玉米芯＝玉米芯原料质量的0.5％，戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的总用量为10g酶/1000g玉米芯原料＝原料质量的1％；
(5)酶解结束后85℃灭酶15min，离心，得到低聚木糖产品溶液。
实施例10
未处理玉米芯原料的微观结构表征，包括以下步骤：
(1)称取10g玉米芯，粉碎，过100目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘，干燥；
(2)取少量未处理原料进行SEM表征，结果如图1所示。
未处理的原料结构规则致密，半纤维素酶作用活性位点包裹在致密结构中。
实施例11
脱乙酰后玉米芯原料的微观结构表征，包括以下步骤：
(1)称取10g玉米芯，粉碎，过100目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入80mL蒸馏水，加入0.592gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，干燥，得到脱乙酰原料；
(3)取少量脱乙酰后原料进行SEM表征，结果如图2所示。
经过脱乙酰处理后的原料结构松散，裂解成微观片状结构。
实施例12
脱木质素玉米芯原料的微观结构表征，包括以下步骤：
(1)称取10g玉米芯，粉碎，过100目筛，用清水对所得玉米芯粉进行洗涤，除去原料中的灰尘；
(2)脱乙酰：玉米芯原料加入80mL蒸馏水，加入0.592gCa(OH)2，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料；
(3)脱木质素：脱乙酰后的原料加入100mL蒸馏水，加入1.2gNa2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，干燥，得到脱木质素原料；
(4)取少量脱木质素原料进行SEM表征，结果如图3所示。
经过木质素脱除后的原料由于木质素的脱除，导致结构中出现了大量孔状空隙，完全破坏了原料最初的致密结构，使原料中的纤维素和半纤维素结构充分暴露，进一步增加了酶与原料的接触面积，有利于酶解和糖化。
对比例1
参照实施例实施例1制备木糖的方法，调换脱乙酰和脱木质素的先后顺序。
对比例2
参照实施例实施例1制备木糖的方法，省去复合植物水解酶Viscozyme L解步骤。
对比例3
参照实施例实施例1制备木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为复合植物水解酶Viscozyme L:木聚糖酶:纤维素酶＝2:1:1。
对比例4
参照实施例实施例1制备木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为复合植物水解酶Viscozyme L:木聚糖酶:纤维素酶＝1:2:1。
对比例5
参照实施例实施例1制备木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为复合植物水解酶Viscozyme L:木聚糖酶:纤维素酶＝1:1:2。
对比例6
参照实施例实施例1制备木糖的方法，将木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)替换为其他厂家(厂家A)来源的木聚糖酶。
对比例7
参照实施例实施例1制备木糖的方法，将木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)替换为其他厂家(厂家B)来源的木聚糖酶。
对比例8
参照实施例实施例1制备木糖的方法，将纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)替换为其他厂家(厂家C)来源的纤维素酶。
对比例9
参照实施例实施例1制备木糖的方法，将纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)替换为其他厂家(厂家D)来源的纤维素酶。
对比例10
参照实施例实施例4制备低聚木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为木聚糖酶:纤维素酶＝2:1。
对比例11
参照实施例实施例4制备低聚木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为木聚糖酶:纤维素酶＝1:2。
对比例12
参照实施例实施例7制备低聚木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为木聚糖酶:戊聚糖酶＝2:1。
对比例13
参照实施例实施例7制备低聚木糖的方法，酶的总添加量不变，酶的添加比例替换为木聚糖酶:戊聚糖酶＝1:2。
描述实验验证发明效果：
一、对实施例1-3和对比例1-9得到的木糖产品溶液进行成分分析
测试方法：采用高效液相色谱法分析产品溶液中的成分，并计算主要指标，主要包括半纤维素水解率、木糖收率、木糖浓度。
半纤维素水解率公式＝(原料半纤维素含量-酶解残渣半纤维素含量)/原料半纤维素含量；
木糖收率公式＝木糖产量/原料半纤维素含量；
表1木糖产品溶液数据
1.对比实施例1与对比例1的数据，可以发现调换预处理中脱乙酰与脱木质素的顺序后，木糖的产量下降了近40％，先进行木质素脱除会使玉米芯原料结构疏松，导致后续脱乙酰过程中半纤维素大量流失，从而使产量下降，因此先脱乙酰后脱木质素为必要的预处理顺序。
2.对比实施例1与对比例2的数据，可发现省去复合植物水解酶酶解后，木糖的产量大幅下降，说明采用复合植物水解酶酶解为必不可少的工序。
3.对比实施例1与对比例3、4、5的数据，可发现改变酶的添加比例时，木糖的产量均有不同程度的下降，说明酶添加比例为1:1:1时，原料可得到最大程度的水解，木糖的产量也最高。
4.对比实施例1与对比例6、7、8、9的数据，可发现替换掉原木聚糖酶(江苏锐阳生物科技有限公司)或纤维素酶(江苏锐阳生物科技有限公司)后，木糖的产量均有不同幅度的下降，说明原木聚糖酶和纤维素酶的酶解效果较好，木糖产量也较高。
二、对实施例4-9和对比例10-13得到的低聚木糖产品溶液进行成分分析
测试方法：采用高效液相色谱法分析产品溶液中的成分，并计算主要指标，主要包括半纤维素水解率、低聚木糖收率、低聚木糖浓度。
半纤维素水解率公式＝(原料半纤维素含量-酶解残渣半纤维素含量)/原料半纤维素含量；
低聚木糖收率公式＝低聚木糖产量/原料半纤维素含量；
表2低聚木糖产品溶液数据
1.对比实施例4与对比例10、11的数据，可发现改变木聚糖酶与纤维素酶的添加比例时，低聚木糖的产量均有不同程度的下降，说明酶添加比例为1:1时，原料可得到最大程度的水解，低聚木糖的产量也最高。
2.对比实施例7与对比例12、13的数据，可发现改变木聚糖酶与戊聚糖酶的添加比例时，低聚木糖的产量均有不同程度的下降，说明酶添加比例为1:1时，原料可得到最大程度的水解，低聚木糖的产量也最高。
Claims (10)
1.一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：将玉米芯进行脱乙酰和脱木质素处理后，加入复合植物水解酶Viscozyme L，酶解后，再加入木聚糖酶和纤维素酶二次酶解，获得木糖产品溶液；
或者，将玉米芯进行脱乙酰和脱木质素处理后，加入纤维素酶和木聚糖酶两个酶酶解或者戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶两个酶进行酶解，获得低聚木糖产品溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱乙酰处理的步骤如下：玉米芯原料加入蒸馏水，加入碱，在70℃水浴中600rpm/min搅拌反应3h，反应结束后离心，得到脱乙酰原料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，玉米芯与蒸馏水的质量比为1:8；采用的碱为Ca(OH)2，用量为0.8mmol/g玉米芯。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱木质素处理如下：脱乙酰后的原料加入蒸馏水，加入Na2SO3，120℃高温下反应30min，反应结束后离心，得到脱木质素原料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，脱乙酰后的原料与蒸馏水的质量比为1:10；Na2SO3的用量为玉米芯质量的12％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，复合植物水解酶Viscozyme L的条件：控制温度为50℃、pH3.5，酶解12h后灭酶，复合植物水解酶Viscozyme L的添加量为玉米芯原料质量的0.33％；二次酶解的条件为：控制温度为50℃、pH4.8，酶解36～48h后灭酶，木聚糖酶和纤维素酶的用量各为玉米芯原料质量的0.33％，复合植物水解酶Viscozyme L：木聚糖酶：纤维素酶的用量比为1:1:1；酶的总用量为0.99％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纤维素酶和木聚糖酶复合酶解或者戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶进行酶解的条件为：控制温度为50℃、pH4.8，酶解24～48h后灭酶；木聚糖酶和纤维素酶的用量各为玉米芯原料质量的0.5％，两种酶的用量比为1:1，木聚糖酶和纤维素酶的酶的总用量为1％；戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的用量各为玉米芯原料质量的0.5％，两种酶的用量比为1:1，戊聚糖酶Pentopan Mono BG和木聚糖酶的酶的总用量为1％。
8.根据权利6或7所述的方法，其特征在于，所述灭酶的条件为85℃，15min。
9.权利要求1-7任一项所述的方法获得的木糖或者低聚木糖。
10.权利要求1-7任一项所述的方法在提高木糖或低聚木糖的收率和浓度中的应用。
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| CN202211576208.9A CN115896205A (zh) | 2022-12-08 | 2022-12-08 | 一种利用玉米芯制备木糖或低聚木糖的方法 |
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