CN1262647C - 生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶 - Google Patents
生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1262647C CN1262647C CNB2004100461235A CN200410046123A CN1262647C CN 1262647 C CN1262647 C CN 1262647C CN B2004100461235 A CNB2004100461235 A CN B2004100461235A CN 200410046123 A CN200410046123 A CN 200410046123A CN 1262647 C CN1262647 C CN 1262647C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zytase
- liquid
- vapour
- quick
- fried
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶。本发明所提供的固定化木聚糖酶，是用以下工艺生产的：按酶与载体Eupergit C比为100～500U/g载体的比例将木聚糖酶液加入到浓度为0.2～1.2mol/L、pH4.3～7.8的磷酸盐缓冲溶液中，搅拌均匀后加入Eupergit C，4～25℃下固定12～60h，经过滤、洗涤得到固定化木聚糖酶。利用该固定化酶生产低聚木糖的方法包括：1)玉米芯粉汽爆处理；2)固定化酶水解。本发明采用固定化酶连续生产低聚木糖，酶利用效率高，操作简便；以玉米芯等农业废弃物为原料，生产成本低。本发明不仅具有巨大的经济效益，而且可解决农产品增值和农业废弃物污染问题，具有极高的社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产低聚木糖的方法及其用于该方法的专用固定化木聚糖酶。
背景技术
低聚木糖亦称木寡糖(xylooligosaccharides)，是由2～10个D-木糖以β-1，4-木糖苷键结合而成的非均一性多糖，是功能性低聚糖家族中的一个重要成员。它的甜度比蔗糖和葡萄糖均低，与麦芽糖相当，约为蔗糖的40％。低聚木糖具有显著的双歧菌增殖效果，能抑制肠道有害菌的生长发育、降低血清胆固醇和中性脂肪、防止老化和骨质疏松症，具有抗龋齿，有利于口腔健康、清除肠内毒素、防止便秘；体内转化产热量低等生理功能；具有对pH值酸碱及热的稳定性好等良好的加工工艺性能，近年来已成为功能性食品基材研究的热点课题，其生产和应用日渐增多。
低聚木糖的生产主要有物理法：如高温蒸煮(日本专利申请JP62281890A2、JP6197800A2、中国专利申请CN99105722.8等)、微波处理(日本专利申请JP1224384A2)等；化学法：如酸水解法等；酶水解法(Kusakabe I et al.preparation of crystallinexylooligosaccharides from xylan.Nippon Nogeikagaku Kaishi，1975，49：383～385)等。
我国是农业大国，有着丰富的木聚糖资源。以玉米芯为例，我国近年年产量稳定在4000万吨左右，而玉米芯的木聚糖含量高达30％-42％，非常适宜作为低聚木糖生产原料。木聚糖的降解需要多种酶的参与，β-1，4-内切木聚糖酶(endo-xylanase，EC.3.2.1.8)以内切方式作用于主链，产生长度不同的低聚木糖和少量的木糖，是木聚糖水解酶中最关键的酶。目前关于低聚木聚糖的专利主要集中在酶法水解生产低聚木糖领域，如日本特开昭62-155095、JP02119791A2、06261750JPA2、JP10215866A2、JP10295372A2等；国内蔡敬民(CN99126547.5)等用玉米芯、玉米秸杆、稻草等作为原料，碱法提取半纤维素(木聚糖)后，加酶水解生产低聚木糖；陶文沂(CN 00109788.1)等以麸皮、蔗渣或玉米芯为原料，碱法制备木聚糖，然后以突变株假单胞菌(Pseudomonas sp.XUN024)来源木聚糖酶进行水解生产低聚木糖，低聚木糖产品中木二糖、木三糖含量占总糖组分90％以上；余世袁(CN02112568.6)等采用里氏木霉产木聚糖酶水解碱法提取精制木聚糖生产低聚木糖；以及本发明的发明人以前所申请的专利(CN01131171.1)将原料玉米芯用碱金属氢氧化物预处理；在弱酸型催化剂如乙酸、甲酸、柠檬酸等作用下进行直热裂解，然后与木聚糖酶液反应制备低聚木糖。这些方法均采用从原料中碱法提取木聚糖后酶水解制备低聚木糖，工艺复杂，而且所用降解酶均为游离酶。
与游离酶相比，固定化酶具有稳定性高，产物与酶分离回收容易，可多次重复使用，酶的利用效率高、可连续操作及自动化控制、工艺简便、生产成本低等一系列优点，成为现代酶工程领域的研究热点。然而，木聚糖为生物大分子且难溶于水，在自然状态又多与其它成分如木质素复合存在，由于底物空间位阻和载体扩散限制效应的影响，使得固定化木聚糖酶难以对其进行有效地水解，因此木聚糖酶的固定化研究和应用受到了很大限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定、高效的固定化木聚糖酶。
本发明所提供的固定化木聚糖酶，其制备包括如下步骤：按酶与载体Eupergit C比为100～500U/g载体的比例将木聚糖酶液加入到浓度为0.2～1.2mol/L、pH4.3～7.8的磷酸盐缓冲溶液中，搅拌均匀后加入Eupergit C，4～25℃下固定12～60h，经过滤、洗涤得到固定化木聚糖酶。
所述木聚糖酶液为培养橄榄绿链霉菌E-86制得，其制备方法为：橄榄绿链霉菌E-86菌种经平板活化后，在30℃摇瓶培养，培养6天后离心得粗酶液，粗酶液经透析、聚乙二醇(20000)浓缩后得到木聚糖酶；所述摇瓶培养基组成为：1.5％木聚糖、1％KH2PO4、0.05％MgSO4、0.5％吐温80、0.3％酵母提取物、1.5％蛋白胨。
制备Eupergit C为载体的固定化酶的优选条件为：酶与载体Eupergit C的比例为285U/g；所述磷酸盐缓冲溶液为1mol/L、pH5.8的磷酸钾缓冲液；温度为25℃；固定时间为48h。
本发明的第二个目的是提供一种高效、连续的生产低聚木糖的方法
一种利用Eupergit C为载体的固定化木聚糖酶生产低聚木糖的方法，包括如下步骤：
1)玉米芯粉汽爆处理：将玉米芯粉与水重量比为1∶6～1∶16的比例将玉米芯粉与水混合，通入155-180℃的蒸汽，反应30～180min，离心得到汽爆液；
2)固定化酶水解：将固定化酶装入固定床反应器中，夹套保温在45～65℃；将汽爆液调节pH为5.3～6.3后，按0.3～4.5倍酶床体积/h的流速从上端进入固定床反应器，经酶水解后从下端流出，收集流出液。
水解结束后得到的流出液经过活性碳脱色、离子交换除杂、真空浓缩等步骤，得到总糖含量为55％～75％的低聚木糖糖浆，也可以采用喷雾干燥法制备成低聚木糖粉。
步骤1)玉米芯粉是将玉米芯除杂、粉碎得到的。
步骤2)玉米芯粉汽爆处理优选条件为：所述玉米芯粉与水重量比为1∶8；蒸汽温度为165℃；反应时间为90min。
步骤3)固定化酶水解优选条件为：所述夹套温度为55℃；汽爆液pH为5.8；汽爆液流速为1.5倍床体积/h。
本发明生产低聚木糖的工艺流程如图1所示。本发明所用的载体Eupergit C为商业固定化酶用载体，固定化酶活力回收较高，稳定性和装柱后连续操作性能优良，便于连续化生产，且产物组成稳定易于控制；所用木聚糖酶来源于橄榄绿链霉菌E-86(Streptomyces olivaceoviridis E-86)，该木聚糖酶(分子量47kDa)对酸、碱和热具有良好的稳定性，最适温度较高(55℃)和pH条件温和(5.5～6.3)，对木聚糖作用迅速而对低聚糖的分解滞后，水解产物中木二糖、木三糖的组成高。在进行水解前，采用汽爆处理玉米芯，使玉米芯中的木聚糖部分降解而成溶解状态，便于采用固定床反应器连续生产低聚木糖。
本发明采用固定化酶连续生产低聚木糖，酶利用效率高，操作简便；以玉米芯等农业废弃物为原料，生产成本低。本发明不仅具有巨大的经济效益，而且可解决农产品增值和农业废弃物污染问题，具有极高的社会效益。
附图说明
图1为低聚木糖的生产工艺流程图
具体实施方式
实施例1、木聚糖酶的制备
本发明所采用的木聚糖酶来源于橄榄绿链霉菌E-86(Kusakabe I，Kawaguchi M，Yasui T，Kobayashi T.Purification and some properties of extracellularxylanase from Streptomyces olivaceoviridis E-86.Nippon Nogeikagaku Kaishi，1977；51：429-37)。其制备方法为：橄榄绿链霉菌E-86菌种经平板活化后，在30℃、150rpm摇瓶培养。培养基组成：1.5％木聚糖、1％KH2PO4、O.05％MgSO4、0.5％吐温80、0.3％酵母提取物、1.5％蛋白胨(Tryptone)，培养6天后离心得粗酶液。粗酶液蒸馏水透析(截留分子量12kDa～14kDa)、聚乙二醇(20000)浓缩，4℃保存备用。
实施例2、以Eupergit C为载体固定化酶的制备
取1kg Eupergit C，按酶与载体比为100U/g载体比例取制备好的木聚糖酶溶液加入到6L浓度为1.2mol/L、pH 4.8的磷酸钾盐缓冲溶液中，搅拌均匀后加入Eupergit C。在4℃、150rpm固定化48h。过滤去除清液，用蒸馏水反复冲洗5次，每次3L。真空抽滤后加入0.2mol/l巯基乙醇4L，4℃处理12h，清水冲洗干净后4℃冷藏备用。固定化酶活力30U/g。
实施例3、以Eupergit C为载体固定化酶的制备
取1kg Eupergit C，按酶与载体比为500U/g载体比例取制备好的木聚糖酶溶液加入到6L浓度为0.2mol/L、pH 7.8的磷酸钾盐缓冲溶液中，搅拌均匀后加入Eupergit C。在25℃、150rpm固定化48h。过滤去除清液，用蒸馏水反复冲洗5次，每次3L。真空抽滤后加入0.2mol/l巯基乙醇4L，4℃处理12h，清水冲洗干净后4℃冷藏备用。固定化酶活力68U/g。
实施例4、以Eupergit C为载体固定化酶的制备
取1kg Eupergit C，按酶与载体比为285U/g载体比例取制备好的木聚糖酶溶液加入到6L浓度为1mol/L、pH 5.8的磷酸钾盐缓冲溶液中，搅拌均匀后加入EupergitC。在25℃、150rpm固定化48h。过滤去除清液，用蒸馏水反复冲洗5次，每次3L。真空抽滤后加入0.2mol/l巯基乙醇4L，4℃处理12h，清水冲洗干净后4℃冷藏备用。固定化酶活力97U/g。
实施例5、低聚木糖的生产
取40～60目的玉米芯粉10kg，加水80kg，在汽爆装置中通入165℃蒸汽，处理90min，瞬间汽爆后离心分离得到汽爆液，经活性炭脱色后用NaOH调节pH至5.8。
取Eupergit C固定化木聚糖酶装入夹套式固定床反应器(酶床体积1L)，夹套水浴保温55℃。汽爆液以0.3L/h(即空间流速0.3/h)的流速，从上端连续进入固定床经酶水解后从下端流出，收集流出液。流出液先在75℃下真空浓缩为总糖含量25％的低聚木糖糖浆，然后进行活性炭脱色，经过离子交换树脂柱(强酸型阳离子树脂E306FG及大孔弱碱型阴离子交换树脂D001)进行除杂。在75℃下，将糖液浓缩至总糖含量为70％的低聚木糖糖浆。低聚木糖占总糖的比例70％以上，木聚糖转化率64％(以直接还原糖计)。
实施例6、低聚木糖的生产
汽爆液制备同实施例5。
取Eupergit C固定化木聚糖酶装入夹套式固定床反应器(酶床体积1L)，夹套水浴保温55℃。汽爆液以4.5L/h(即空间流速4.5/h)的流速，从上端连续进入固定床经酶水解后从下端流出，收集流出液。流出液先在75℃下真空浓缩为总糖含量25％的低聚木糖糖浆，然后进行活性炭脱色，经过离子交换树脂柱(强酸型阳离子树脂E306FG及大孔弱碱型阴离子交换树脂D001)进行除杂。在75℃下，将糖液浓缩至总糖含量为70％的低聚木糖糖浆。低聚木糖占总糖的比例70％以上，汽爆液木聚糖转化率32％(以直接还原糖计)。
实施例7、低聚木糖的生产
汽爆液制备同实施例5。
取Eupergit C固定化木聚糖酶装入夹套式固定床反应器(酶床体积1L)，夹套水浴保温55℃。汽爆液以1.5L/h(即空间流速1.5/h)的流速，从上端连续进入固定床经酶水解后从下端流出，收集流出液。流出液先在75℃下真空浓缩为总糖含量25％的低聚木糖糖浆，然后进行活性炭脱色，经过离子交换树脂柱(强酸型阳离子树脂E306FG及大孔弱碱型阴离子交换树脂D001)进行除杂。在75℃下，将糖液浓缩至总糖含量为70％的低聚木糖糖浆。低聚木糖占总糖的比例75％以上，汽爆液木聚糖转化率52％(以直接还原糖计)。
Claims (8)
1、一种固定化木聚糖酶，是由以下工艺制备的：按木聚糖酶与载体Eupergit C比为100～500U的木聚糖酶/g载体的比例将木聚糖酶液加入到浓度为0.2～1.2mol/L、pH 4.3～7.8的磷酸盐缓冲溶液中，搅拌均匀后加入Eupergit C，4～25℃下固定12～60h，经过滤、洗涤得到固定化木聚糖酶。
2、根据权利要求1所述的固定化木聚糖酶，其特征在于：所述木聚糖酶液为培养橄榄绿链霉菌E-86制得。
3、根据权利要求2所述的固定化木聚糖酶，其特征在于：所述木聚糖酶液的制备方法为：橄榄绿链霉菌E-86菌种经平板活化后，在30℃摇瓶培养，培养6天后离心得粗酶液，粗酶液经透析、聚乙二醇浓缩后得到木聚糖酶；所述摇瓶培养基组成为：1.5％木聚糖、1％KH2PO4、0.05％MgSO4、0.5％Tween 80、0.3％酵母提取物、1.5％蛋白胨。
4、根据权利要求1或2或3所述的固定化木聚糖酶，其特征在于：其制备条件为：所述木聚糖酶与载体Eupergit C的比例为285U的木聚糖酶/g载体；所述磷酸盐缓冲溶液为1mol/L、pH 5.8的磷酸钾缓冲液；固定温度为25℃；固定时间为48h。
5、一种利用权利要求1所述的固定化木聚糖酶生产低聚木糖的方法，包括如下步骤：1)玉米芯粉汽爆处理：将玉米芯粉与水按重量比为1∶6～1∶16的比例混合，通入155～180℃的蒸汽，反应30～180min，汽爆后离心得到汽爆液；
2)固定化酶水解：将权利要求1所述的固定化木聚糖酶装入固定床反应器中，夹套保温在45～65℃；将汽爆液调节pH为5.3～6.3后，按1.5～4.5倍床体积/h的流速从上端进入固定床反应器，经酶水解后从下端流出，收集流出液；
3)所述流出液经过活性碳脱色、离子交换除杂、真空浓缩步骤，得到低聚木糖糖浆。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1)的玉米芯粉是将玉米芯除杂、粉碎得到的。
7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：步骤1)所述玉米芯粉汽爆处理条件为：所述玉米芯粉与水重量比为1∶8；蒸汽温度为165℃；反应时间为90min。
8、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：步骤2)所述固定化酶水解条件为：所述夹套温度为55℃；汽爆液pH为5.8；汽爆液流速为1.5倍床体积/h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2004100461235A CN1262647C (zh) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | 生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2004100461235A CN1262647C (zh) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | 生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1584026A CN1584026A (zh) | 2005-02-23 |
| CN1262647C true CN1262647C (zh) | 2006-07-05 |
Family
ID=34601940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2004100461235A Expired - Fee Related CN1262647C (zh) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | 生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1262647C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101671663B (zh) * | 2009-09-28 | 2011-04-06 | 中南林业科技大学 | 玉米芯固定化脂肪酶制备方法及其产品 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1916171B (zh) * | 2006-09-11 | 2010-05-12 | 中国农业大学 | 一种生产木二糖的方法及其专用固定化酶 |
| CN102174502A (zh) * | 2011-01-26 | 2011-09-07 | 广西民族大学 | 一种硫酸铵促进Eupergit C 250固定化草酸脱羧酶的方法 |
| CN102660532A (zh) * | 2012-04-29 | 2012-09-12 | 山东大学威海分校 | 一种木聚糖酶的固定方法 |
| CN106148452A (zh) * | 2015-04-20 | 2016-11-23 | 河南工业大学 | 一种利用农林剩余物清洁制备低聚木糖水解液的新方法 |
| CN107212403A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-09-29 | 浙江禾蓓生物科技有限公司 | 小麦苗麦绿素组合物及其制剂工艺 |
| CN109400715A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-03-01 | 南京工业大学 | 一种固定化木聚糖酶、制备方法及其应用 |
-
2004
- 2004-06-01 CN CNB2004100461235A patent/CN1262647C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101671663B (zh) * | 2009-09-28 | 2011-04-06 | 中南林业科技大学 | 玉米芯固定化脂肪酶制备方法及其产品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1584026A (zh) | 2005-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8980599B2 (en) | Method for the production of alcohol from a pretreated lignocellulosic feedstock | |
| US5125977A (en) | Two-stage dilute acid prehydrolysis of biomass | |
| US10513714B2 (en) | Lignocellulosic conversion process comprising sulfur dioxide and/or sulfurous acid pretreatment | |
| US7625728B2 (en) | Process for the simultaneous production of xylitol and ethanol | |
| Dominguez et al. | Pretreatment of sugar cane bagasse hemicellulose hydrolysate for xylitol production by yeast | |
| US5820687A (en) | Method of separating acids and sugars using ion resin separation | |
| US5597714A (en) | Strong acid hydrolysis of cellulosic and hemicellulosic materials | |
| CN101186943B (zh) | 利用作物秸秆生产乙醇的方法 | |
| FI86440C (fi) | Foerfarande foer samtidig framstaellning av xylitol och etanol. | |
| JP2008506370A (ja) | セルロース系バイオマスから糖の製品流を得る方法 | |
| CN101538589A (zh) | 一种新型清洁生产木糖醇和阿拉伯糖的方法 | |
| Rivas et al. | Simultaneous lactic acid and xylitol production from vine trimming wastes | |
| CN1262647C (zh) | 生产低聚木糖的方法及其专用固定化木聚糖酶 | |
| CN101624584A (zh) | 一种内切型木聚糖酶的制备方法 | |
| WO2018131653A1 (ja) | リグノセルロース系バイオマスを糖化するための糖化酵素の製造方法及び製造装置、並びにそれらの使用 | |
| CN1169963C (zh) | 一种植物纤维原料酶降解制备低聚木糖的方法 | |
| CN111139211B (zh) | 一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用 | |
| CN115627277A (zh) | 一种秸秆高固酶解固态发酵2,3-丁二醇的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060705 |