專利名稱：玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低聚木糖的制備方法，特別涉及以玉米秸稈芯穰為原料制備低聚木糖的方法。
背景技術(shù)：
低聚木糖(Xylooligosaccharides)又稱木寡糖。它與乳果糖、麥芽低聚糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖等相比，具有選擇性地促進(jìn)腸道雙歧桿菌的增殖活性，能抑制病原菌生長，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，可分解致癌物，促進(jìn)鈣質(zhì)吸收等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。因此低聚木糖被公認(rèn)為最有前途的功能性低聚糖之一。近些年來，業(yè)內(nèi)科技人員圍繞著生產(chǎn)低聚木糖的原料選擇、制備工藝方法等方面，開展了多項(xiàng)卓有成效的研究。例如選擇玉米芯、玉米秸稈、小麥稈、稻殼、蔗渣、麩皮等作為生產(chǎn)原料；采用高壓蒸汽抽提、蒸汽爆破、高溫蒸煮法，酸水解、酶水解法，以及微波降解法等等制備工藝獲取低聚木糖。此前，已有的文獻(xiàn)報(bào)道中披露了研究者們，或采用玉米芯、玉米秸稈、稻稈等作為原料，經(jīng)預(yù)處理、水浸濕、 脫水、加堿，在高溫條件下攪拌浸提、酸中和后進(jìn)行酶解、脫色、離子交換、濃縮成低聚木糖； 或在預(yù)處理的原料中，抽提出堿溶性物質(zhì)、用乙醇調(diào)PH值、過濾出沉淀物、再用乙醇洗滌沉淀物后、加入木聚糖酶水解、再加入乙醇沉淀、經(jīng)分離得到低聚木糖；或僅以玉米芯作原料、 采用弱酸催化劑進(jìn)行裂解、溶出低聚木糖、控制PH值、用木聚糖酶進(jìn)行酶解、高溫滅酶、濾渣，通過活性炭和離子交換劑脫色除雜、用大分子截留膜截留大分子木聚糖、鈉濾膜濃縮脫鹽和真空濃縮、噴霧干燥得到低聚木糖；或采用微波法對顆粒狀玉米芯進(jìn)行微波消解，后續(xù)再對消解殘?jiān)M(jìn)行酶解、滅酶、分離、收集得到低聚木糖。而上述各種制備低聚木糖的方法， 均必須對秸稈原料進(jìn)行較長時(shí)間的強(qiáng)堿或強(qiáng)酸的預(yù)處理，然后經(jīng)過較多的工序進(jìn)行提取或酶解，方可獲得低聚木糖。因而不僅制備工藝流程較長、需要消耗大量的化工原料和可觀的能量，而且還存在含堿或含酸的污水及廢渣的達(dá)標(biāo)排放問題。另外研究者們雖然利用了傳統(tǒng)廢棄的秸稈物料，作為制備低聚木糖的原料，提高了秸稈物料的附加值，但是在應(yīng)用過程中，均未根據(jù)秸稈不同部位有效成分的含量實(shí)行分離選取，而是將秸稈整體混合作原料全部進(jìn)行加工處理，因此不可避免地增加了生產(chǎn)成本。其中就玉米作物而言，有研究者僅選擇了玉米芯作為制備低聚木糖的原料，卻舍棄了同樣有高利用價(jià)值的玉米秸稈芯穰，使大量的玉米秸稈資源未能獲得合理利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述的不足之處，提出了一種采用玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，目的在于充分利用玉米秸稈中有效成分，并通過對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)縮短制備低聚木糖的工藝流程、減少能耗、降低成本等有益效果。本發(fā)明的技術(shù)解決方案
本發(fā)明根據(jù)制備低聚木糖的物化機(jī)理，從而確定其工藝路線為以玉米秸稈芯穰(以下簡稱芯穰)為原料，采用含金屬鹽的緩沖溶液和有機(jī)溶劑組成的混合溶劑與芯穰混和，在超聲作用下快速脫除芯穰中的木質(zhì)素、以水洗滌溶解后的濾渣、加纖維素酶水解濾渣，并再次在超聲條件下，去除纖維素、獲得低聚木糖濾渣，最后經(jīng)干燥、粉碎獲得低聚木糖。所述制備低聚木糖工藝路線的步驟如下
(一)玉米秸稈去葉、剝離外皮和硬殼，獲取芯穰，粉碎芯穰至60-80目；
(二)配置含金屬鹽的緩沖溶液和有機(jī)溶劑組成的混合溶劑；將粉碎的芯穰置入混合溶劑中混和，對混和物作超聲浸提、經(jīng)抽濾、并以水洗滌濾渣；洗滌后的濾渣用纖維素酶溶液先進(jìn)行超聲，然后在相同溫度下繼續(xù)進(jìn)行酶水解3小時(shí)，最后所再得濾渣經(jīng)滅酶、過濾、干燥、粉碎，獲低聚木糖成品。上述步驟中
所述配置含金屬鹽的溶液由金屬鐵鹽和緩沖溶液組成。金屬鹽為硫酸鐵、或氯化鐵、或硝酸鐵,濃度范圍均為0. 01-0. 03mol/L ；緩沖溶液由組分磷酸氫二鈉和磷酸鈉按照1 1摩爾比的水溶液組成，濃度范圍為0. 03-0. 06mol/L。所述有機(jī)溶劑為乙醇、或?yàn)楸?。其中?yōu)選乙醇。所述混合溶劑以有機(jī)溶劑體積與含金屬鹽緩沖溶液體積比為(4-5)比1配置。所述粉碎的芯穰置入混合溶劑中，芯穰與混合溶劑是按照1克重粉碎的芯穰與15-20mL的混合溶劑混和，混和物置于超聲發(fā)生器中進(jìn)行浸提。所述超聲發(fā)生器設(shè)定參數(shù)為超聲頻率為MKHz、或48KHz、或IOOKHz ；超聲功率為 80W，超聲浸提加熱溫度為25 70°C，超聲提取時(shí)間2-30min。最佳設(shè)定參數(shù)為超聲頻率為 48KHz ；超聲浸提加熱溫度為30°C ；超聲提取時(shí)間為15min。所述混和物以超聲浸提，經(jīng)抽濾和水洗滌至中性后的濾渣，并按照濾渣1克重與纖維素酶溶液3-6毫升的比例加入纖維素酶溶液，和適量的水浸潤，攪拌均勻，便得濾渣-酶混合體。所述的纖維素酶溶液為纖維素酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 04%-0. 06%，PH值為4. 7-6的緩沖溶液。所述的濾渣-酶混合體置于發(fā)生器中去除纖維素，設(shè)定超聲溫度為50°C、功率 60-80W,超聲時(shí)間10-40min，停止超聲后，濾渣-酶混合體保持50°C條件下繼續(xù)酶解3小時(shí)。所述超聲時(shí)間優(yōu)選25min。所述濾渣-酶混合體，加熱至100°C滅酶，經(jīng)過濾后干燥，粉碎至160-200目，即為粉狀低聚木糖成品。本發(fā)明的有益效果
(一)本發(fā)明改變了現(xiàn)有技術(shù)從植物秸稈中，制備提取低聚木糖均須采用強(qiáng)堿或強(qiáng)酸在高溫條件下的浸提工藝，而是根據(jù)金屬鐵鹽易與木質(zhì)素形成絡(luò)合物、堿性有機(jī)溶劑易溶解芯穰中的木質(zhì)素和有機(jī)小分子，以及超聲作用可加速溶劑及溶液分子快速進(jìn)入芯穰組織中，促使木質(zhì)素及其它小分子更易溶入溶劑中的物化特性，采用含金屬鹽的緩沖溶液和有機(jī)溶劑組成的混合溶劑的浸提工藝；輔以超聲快速脫除芯穰中的木質(zhì)素、加纖維素酶水解濾渣，再次超聲去除纖維素，經(jīng)簡單的后處理便獲得低聚木糖的工藝路線。整個(gè)工藝流程短、耗材耗能少、成本低，而所取用的有機(jī)溶劑可采用成熟工藝再回收利用，故有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。(二)本發(fā)明選擇了玉米秸稈芯穰作為制備低聚木糖的原材料，充分而合理地利用了玉米秸稈資源，提高了玉米秸稈的附加值。


附圖1為本發(fā)明的工藝流程框附圖2為玉米秸稈芯穰原料經(jīng)熱水浸泡，過濾除渣后的水溶液液相色譜分析圖； 附圖3為本發(fā)明制得的低聚木糖溶于熱水后，過濾除渣后的水溶液液相色譜分析圖。附圖2、3液相色譜檢測的條件是，流動(dòng)相為水，色譜柱為SP0810，柱溫是85°C，流速是0. 5ml/min,檢測器是Shodex Ri_201H，檢測器溫度40°C，壓力為0. 7MPa,進(jìn)樣量IOul。 圖2所示峰1為木糖，其余峰為未知。圖3所示峰1為未知，峰2為木六糖，峰3為木五糖， 峰4為木三糖，峰5為葡糖，峰6為木二糖，峰7為木糖，峰8未知。由附圖2、3的對比可見， 兩者所含有效成分有很大區(qū)別。
具體實(shí)施例方式以下給出實(shí)施例，以對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。實(shí)施例一稱取粉碎過60目的玉米秸稈芯穰50g，用由150mL含0.0015mol
硫酸鐵、0. 0045mol磷酸氫二鈉與0. 0045mol磷酸鈉的水溶液和600mL的乙醇組成的總體積為750mL的混合溶劑混合后，在MKHz、功率為80W、溫度為70°C的超聲發(fā)生器浸提 2min。浸提混合物經(jīng)過抽濾，濾渣經(jīng)洗滌至中性后，加入150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 04%的纖維素酶和pH為4. 7的緩沖溶液組成的纖維素酶溶液和適量的水使濾渣完全浸泡，攪拌均勻后的濾渣-酶混合體，置于超聲發(fā)生器中，在超聲溫度50°C、功率為80W下，超聲IOmin后，再繼續(xù)在50°C下酶解3小時(shí)。將經(jīng)過纖維素酶解后的濾渣-酶混合體系，加熱至100°C滅酶，經(jīng)過濾后冷凍干燥，粉碎至160目，即為粉狀低聚木糖成品。實(shí)施例二 稱取粉碎過80目的玉米秸稈芯穰50g，用由170mL含0. 0051mol的氯化鐵、0. Olmol磷酸氫二鈉與0. Olmol磷酸鈉的水溶液和830mL的丙酮組成的總體積為 IOOOmL的混合溶劑混合后，在48KHz、功率為80W、溫度為30°C的超聲發(fā)生器浸提15min。浸提混合物經(jīng)過抽濾，濾渣經(jīng)洗滌至中性后，加入300mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 05%的纖維素酶，pH為 6的緩沖溶液組成的纖維素酶溶液和適量的水使濾渣完全浸泡，攪拌均勻后的濾渣-酶混合體，置于超聲儀中，在超聲溫度50°C、功率為70W下，超聲25min后，再繼續(xù)在50°C下酶解 3小時(shí)。將經(jīng)過纖維素酶解后的濾渣-酶混合體系，加熱至100°C滅酶，經(jīng)過濾后冷凍干燥， 粉碎至200目，即為粉狀低聚木糖成品。實(shí)施例三稱取粉碎過70目的玉米秸稈芯穰50g，用由180mL含0. 0036mol、或硝酸鐵、0. 008mol磷酸氫二鈉與0. 008mol磷酸鈉的水溶液和720mL的乙醇組成的總體積為 900mL的混合溶劑混合后，在IOOKHz、功率為80W、溫度為25°C的超聲發(fā)生器浸提30min。浸提混合物經(jīng)過抽濾，濾渣經(jīng)洗滌至中性后，加入225mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 06%的纖維素酶，pH為 5的緩沖溶液組成的纖維素酶溶液和適量的水使濾渣完全浸泡，攪拌均勻后的濾渣-酶混合體，置于超聲儀中，在超聲溫度50°C、功率為60W下，超聲40min后，再繼續(xù)在50°C下酶解 3小時(shí)。將經(jīng)過纖維素酶解后的濾渣-酶混合體系，加熱至100°C滅酶，經(jīng)過濾后冷凍干燥， 粉碎至190目，即為粉狀低聚木糖成品。綜上，本發(fā)明可達(dá)到預(yù)期的發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述的低聚木糖由玉米秸稈芯穰制備而成，其制備方法的工藝步驟為(一)玉米秸稈去葉、剝離外皮和硬殼，獲取芯穰，粉碎芯穰至60-80目；(二)配置含金屬鹽的緩沖溶液和有機(jī)溶劑組成的混合溶劑；將粉碎的芯穰置入混合溶劑中混和，對混和物作超聲浸提、經(jīng)抽濾、并以水洗滌濾渣；洗滌后的濾渣用纖維素酶溶液先進(jìn)行超聲，然后在相同溫度下繼續(xù)進(jìn)行酶水解3小時(shí)，最后所再得濾渣經(jīng)滅酶、過濾、干燥、粉碎，獲低聚木糖成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述配置含金屬鹽的溶液由金屬鐵鹽和緩沖溶液組成；金屬鹽為硫酸鐵、或氯化鐵、或硝酸鐵,濃度范圍均為0. 01-0. 03mol/L ；緩沖溶液由組分磷酸氫二鈉和磷酸鈉按照1 1摩爾比的水溶液組成，濃度范圍為0. 03-0. 06mol/L;所述有機(jī)溶劑為乙醇、或?yàn)楸?，其中?yōu)選乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述混合溶劑以有機(jī)溶劑體積與含金屬鹽緩沖溶液體積比為(4-5)比1配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述粉碎的芯穰置入混合溶劑中，芯穰與混合溶劑是按照1克重粉碎的芯穰與15-20mL的混合溶劑混和，混和物置于超聲發(fā)生器中進(jìn)行浸提。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述超聲發(fā)生器設(shè)定參數(shù)為超聲頻率為MKHz、或48KHz、或IOOKHz ；超聲功率為80W，超聲浸提加熱溫度為25 70°C，超聲提取時(shí)間2-30min ；最佳設(shè)定參數(shù)為超聲頻率為48KHz ；超聲浸提加熱溫度為30°C ；超聲提取時(shí)間為15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述混和物以超聲浸提，經(jīng)抽濾和水洗滌至中性后的濾渣，并按照濾渣1克重與纖維素酶溶液3-6毫升的比例加入纖維素酶溶液，和適量的水浸潤，攪拌均勻，便得濾渣-酶混合體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述的纖維素酶溶液為纖維素酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 04%-0. 06%，pH值為4. 7-6的緩沖溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述的濾渣-酶混合體置于發(fā)生器中去除纖維素，設(shè)定超聲溫度為50°C、功率60-80W，超聲時(shí)間 10-40min，停止超聲后，濾渣-酶混合體保持50°C條件下繼續(xù)酶解3小時(shí)，所述超聲時(shí)間優(yōu)選 25min。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法，其特征在于所述濾渣-酶混合體，加熱至100°c滅酶，經(jīng)過濾后干燥，粉碎至160-200目，即為粉狀低聚木糖成品。
全文摘要
本發(fā)明為采用玉米秸稈芯穰制備低聚木糖的方法。該方法以玉米秸稈芯穰為原料，采用含金屬鹽的緩沖溶液和有機(jī)溶劑組成的混合溶劑與粉碎芯穰混和，在超聲作用下快速脫除芯穰中的木質(zhì)素、以水洗滌溶解后的濾渣、加纖維素酶水解濾渣，并再次超聲去除纖維素、經(jīng)干燥、粉碎獲得低聚木糖。本發(fā)明工藝流程短、耗材耗能少、成本低、工業(yè)污染少，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益；且選擇玉米秸稈芯穰作為制備低聚木糖的原材料，充分而合理地利用了玉米秸稈資源，提高了玉米秸稈的附加值。
文檔編號C12P19/14GK102559808SQ20121003802
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者呂金順, 宋虎衛(wèi), 徐繼明, 江艷, 錢曉聰 申請人:淮陰師范學(xué)院