本發(fā)明屬于功能糖制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，其中涉及一種從木質(zhì)纖維原料預(yù)水解液中分離木質(zhì)素提純低聚木糖的方法。技術(shù)背景預(yù)處理是木質(zhì)素纖維原料制備可發(fā)酵性糖的關(guān)鍵過程之一，木質(zhì)纖維原料預(yù)處理方法包括物理法、化學(xué)法、物理-化學(xué)法和生物法。在原料預(yù)處理方法中，水熱法預(yù)處理因具有不需要添加除水以外的其它任何化學(xué)試劑、對設(shè)備腐蝕性小、廢水易處理等優(yōu)點而被認(rèn)為是有良好發(fā)展前景的綠色預(yù)處理方法。在水熱法預(yù)處理過程中，半纖維素木聚糖上的乙酰基在高溫條件下發(fā)生脫落，與水中的水合氫離子結(jié)合生成乙酸，從而使水熱預(yù)處理體系呈弱酸性。隨后，木質(zhì)纖維原料中的木聚糖在弱酸性條件下發(fā)生降解和溶解，主要生成低聚木糖和少量木糖，此外，少量纖維素也發(fā)生降解和溶解作用生成少量纖維低聚糖和葡萄糖；部分木質(zhì)素在弱酸性條件下發(fā)生碎片化，以小分子(分子量低于1000Da)的形式溶解在水熱法預(yù)處理水解液(以下稱“預(yù)水解液”)中。低聚木糖是目前已知的對人體雙歧桿菌增殖效果最好的功能性低聚糖，作為一種功能性添加劑可廣泛應(yīng)用于功能食品和保健品的生產(chǎn)?；谀举|(zhì)纖維原料生產(chǎn)可發(fā)酵性糖的水熱法預(yù)處理，產(chǎn)生的預(yù)水解液中含有大量的低聚木糖，將這些預(yù)水解液中的低聚木糖分離提純生產(chǎn)高純度低聚木糖，可以大幅度降低木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)可發(fā)酵性糖的成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。可溶性木質(zhì)素是水熱法預(yù)水解液中含量較高的一種雜質(zhì)成分，從預(yù)水解液中分離木質(zhì)素的方法有絮凝法、有機(jī)溶劑抽提法、樹脂法、超濾法和納濾法等方法。預(yù)水解液中木質(zhì)素分子量(低于1000Da)和聚合度為2-7的低聚木糖分子量(286-956Da)相近，因此基于分子量差異的超濾法和納濾法不能將木質(zhì)素和低聚木糖有效分離。離子交換樹脂和基于尺寸排阻的樹脂能用于低聚糖和單糖的分離，但對預(yù)水解液中的木質(zhì)素和低聚木糖也不能實現(xiàn)有效分離。利用有機(jī)溶劑乙酸乙酯可從預(yù)水解液中抽提出木質(zhì)素，但成本高，且乙酸乙酯具有毒性，不適合于食品級低聚木糖的生產(chǎn)。聚(苯乙烯-二乙烯基苯)共聚物(PS-DVB)是一類疏水性的聚合物微球，在酸堿溶劑中化學(xué)穩(wěn)定性好，粒徑高度均一，表面無極性，不易產(chǎn)生非特異性吸附，可用于預(yù)水解液中木質(zhì)素的分離。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種從木質(zhì)素纖維原料預(yù)水解液中分離木質(zhì)素提純低聚木糖的方法，具有操作簡單、吸附介質(zhì)PS-DVB微球和溶劑乙醇可重復(fù)使用、木質(zhì)素分離效率高、低聚木糖回收率高等優(yōu)點。技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種從木質(zhì)纖維原料預(yù)水解液中分離木質(zhì)素提純低聚木糖的方法，在木質(zhì)纖維原料水熱法預(yù)處理的預(yù)水解液除去不溶性顆粒物后，采用PS-DVB微球吸附分離預(yù)水解液中的木質(zhì)素，得到提純的粗低聚木糖溶液，吸附在PS-DVB微球上的木質(zhì)素用無水乙醇洗脫，含木質(zhì)素的乙醇洗脫液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收乙醇；解析出木質(zhì)素的PS-DVB微球和回收的乙醇循環(huán)使用。所述的從木質(zhì)纖維原料預(yù)水解液中分離木質(zhì)素提純低聚木糖的方法，采用過濾或離心分離方法除去預(yù)水解液中的不溶性顆粒物。所述的采用PS-DVB微球吸附分離預(yù)水解液中的木質(zhì)素，方法為：澄清的預(yù)水解液用蠕動泵通過裝填有PS-DVB微球的分離柱吸附木質(zhì)素，收集分離液，得到粗低聚木糖溶液。所述的水熱法預(yù)處理條件：固液比1:8～15、160-200℃下水熱預(yù)處理40-60min。柱分離法中，采用無水乙醇洗脫PS-DVB微球上的木質(zhì)素，含木質(zhì)素的乙醇洗脫液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收乙醇，乙醇和PS-DVB微球循環(huán)使用。所述的從木質(zhì)纖維原料預(yù)水解液中分離木質(zhì)素提純低聚木糖的方法，具體步驟如下：(1)木質(zhì)纖維原料水熱法預(yù)處理的預(yù)水解液采用過濾或離心分離方法除去其中的不溶性顆粒物；(2)除去不溶性顆粒物后的預(yù)水解液，用蠕動泵通過以PS-DVB微球為填料的分離柱吸附木質(zhì)素，收集分離液，得到粗低聚木糖溶液；(3)將無水乙醇用蠕動泵通過步驟(2)中吸附木質(zhì)素的PS-DVB微球分離柱，解析出吸附的木質(zhì)素，收集洗脫液得到木質(zhì)素乙醇溶液；(4)步驟(3)得到的木質(zhì)素乙醇溶液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收乙醇，回收乙醇后的PS-DVB微球和乙醇循環(huán)使用。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用PS-DVB微球吸附分離木質(zhì)纖維原料水熱法預(yù)水解液中的木質(zhì)素，具有工藝簡單、無毒副作用、木質(zhì)素分離效率高的優(yōu)點，而且PS-DVB微球和乙醇可循環(huán)使用。具體實施方式以下結(jié)合具體實施對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。實施例是為說明而非限制本發(fā)明。本領(lǐng)域中任何普通技術(shù)人員能夠理解這些實施例，不以任何方式限制本發(fā)明，可做適當(dāng)?shù)男薷亩贿`背本發(fā)明的實質(zhì)和偏離本發(fā)明的范圍。以下實施例中，預(yù)水解液、粗低聚木糖溶液和木質(zhì)素乙醇溶液中木質(zhì)素、低聚木糖和木糖測定方法：木質(zhì)素濃度采用紫外分光光度計測得吸收值并根據(jù)“朗伯-比爾定律”計算得出。溶液稀釋一定倍數(shù)之后，在280nm下測得紫外吸收值，根據(jù)c＝A/εb得到木質(zhì)素濃度。木糖和葡萄糖濃度采用色譜法測定：采用高效液相色譜(Agilent1200)法分析，外標(biāo)法測定。采用Bio-RadAminexHPX-87H色譜柱(7.8mm×300mm)，進(jìn)樣量10μL；流動相0.005mol/LH2SO4，流速0.6mL/min，柱溫55℃，示差折光檢測器檢測。低聚木糖和纖維低聚糖濃度測定方法：取含低聚木糖和纖維低聚糖的溶液于水解瓶中，加入等體積8％H2SO4于121℃下反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后用50％NaOH調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值1-3，用蒸餾水定容至一定體積V0，在Agilent1200高效液相色譜儀上分別測定稀釋液中木糖和葡萄糖濃度C0和C00。另取VmL含低聚木糖和纖維低聚糖的溶液，稀釋一定倍數(shù)，色譜法測定其中原有的木糖和葡萄糖濃度C1和C11，則樣品中低聚木糖和纖維低聚糖的濃度計算如下：C低聚木糖＝(V0/V×C0-C1)×0.88C纖維低聚糖＝(V0/V×C00-C11)×0.90式中：V：含低聚木糖和纖維低聚糖的溶液樣品體積，mL；V0：樣品水解、中和、定容后的稀釋液的體積，mL；C0：稀釋液中木糖濃度，g/L；C00：稀釋液中葡萄糖濃度，g/L；C1：含低聚木糖和纖維低聚糖的溶液中木糖濃度，g/L；C11：含低聚木糖和纖維低聚糖的溶液中葡萄糖濃度，g/L；0.88：低聚木糖和木糖的轉(zhuǎn)化系數(shù)；0.90：纖維低聚糖和葡萄糖的轉(zhuǎn)化系數(shù)。實施例1木質(zhì)纖維原料預(yù)水解液的制備方法，過程如下：(1)80g絕干楓香樹片或毛竹片(大小10×20mm)分別裝入1L的Parr高溫高壓反應(yīng)器中，按照固液比1:10加入蒸餾水。Parr反應(yīng)器在15min內(nèi)升溫至180℃，保溫40min。反應(yīng)結(jié)束后用布袋過濾得到楓香樹或毛竹預(yù)水解液。用布氏漏斗過濾除去預(yù)水解液中細(xì)小的不溶顆粒物，得到澄清的預(yù)水解液。(2)取1mL楓香樹或毛竹預(yù)水解液稀釋到一定倍數(shù)，在紫外分光光度計280nm下測定其吸收值，根據(jù)c＝A/εb得到木質(zhì)素濃度并計算得到預(yù)水解液中木質(zhì)素濃度。(3)取1mL預(yù)水解液至色譜瓶中，利用HPLC測定其中木糖和葡萄糖含量。(4)取3mL預(yù)水解液至10mL試管中，加入3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的H2SO4，在121℃條件下水解1h。反應(yīng)結(jié)束后，取1mL酸水解液至色譜瓶中，利用HPLC測定其中木糖和葡萄糖濃度。按公式計算預(yù)水解液中低聚木糖、纖維低聚糖濃度。800mL楓香樹和毛竹預(yù)水解液中木質(zhì)素、低聚木糖、纖維低聚糖、木糖和葡萄糖含量如表1。表1800mL楓香樹和毛竹預(yù)水解液中木質(zhì)素和糖組分含量(g)預(yù)水解液木質(zhì)素低聚木糖木糖纖維低聚糖葡萄糖楓香樹2.615.061.440.970.35毛竹2.845.691.450.520.17實施例2木質(zhì)纖維原料預(yù)水解液中木質(zhì)素的分離以及低聚木糖的提純，過程如下：(1)取25g左右PS-DVB微球顆粒(XAD16N)裝入15×1cm的空玻璃分離柱。填滿PS-DVB顆粒的分離柱用100mL無水乙醇活化1h后，用300mL去離子水清洗柱子，用蠕動泵控制無水乙醇和蒸餾水流速在1.5-2mL/min之間。(2)取100mL預(yù)水解液用蠕動泵流過步驟(1)中的分離柱，收集分離液S1。分離結(jié)束后用100mL去離子水清洗分離柱以得到殘留在分離柱上的糖，并收集清洗液S2。合并分離液S1和清洗液S2即為粗低聚木糖溶液，并記錄總體積(189mL)。該步驟流速控制在1.5-2mL/min之間。(3)取100mL無水乙醇用蠕動泵以1.5-2mL/min流速流過步驟(2)中已吸附木質(zhì)素的分離柱，收集清洗液L1。另外取100mL無水乙醇用蠕動泵以4-5mL/min快速流過分離柱，收集清洗液L2。合并清洗液L1和L2即為木質(zhì)素溶液，并記錄總體積(185mL)。(4)取10mL木質(zhì)素溶液用于分析，剩余木質(zhì)素溶液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收乙醇。實施例3(1)取1mL粗低聚木糖溶液和木質(zhì)素乙醇溶液，分別稀釋到一定倍數(shù)后在紫外分光光度計280nm下測定其吸收值，根據(jù)c＝A/εb得到木質(zhì)素濃度并計算得到兩種溶液中木質(zhì)素含量。(2)取1mL粗低聚木糖溶液和木質(zhì)素乙醇溶液至色譜瓶中，利用HPLC測定其中木糖和葡萄糖含量。(3)取3mL粗低聚木糖溶液和木質(zhì)素乙醇溶液分別至10mL試管中，加入3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的H2SO4，在121℃條件下水解1h。反應(yīng)結(jié)束后，取1mL酸水解液至色譜瓶中，利用HPLC測定其中木糖和葡萄糖含量。利用步驟(2)和(3)的測定結(jié)果根據(jù)公式計算粗低聚木糖溶液和木質(zhì)素乙醇溶液中低聚木糖和纖維低聚糖濃度。根據(jù)(1)、(2)和(3)中得到的粗低聚木糖溶液和木質(zhì)素乙醇溶液中木質(zhì)素濃度和各糖組分濃度，計算出800mL楓香樹和毛竹預(yù)水解液經(jīng)過PS-DVB微球分離后木質(zhì)素去除率和低聚木糖回收率，結(jié)果如表2所示。表2800mL楓香樹和毛竹預(yù)水解液經(jīng)PS-DVB微球吸附分離木質(zhì)素和低聚木糖提純結(jié)果。單位：g。結(jié)果表明：800mL含5.06g低聚木糖和2.61g木質(zhì)素的楓香樹水熱法預(yù)水解液，經(jīng)PS-DVB微球分離柱吸附分離木質(zhì)素后，獲得的粗低聚木糖溶液中含低聚木糖4.72g、低聚木糖回收率93.28％，木質(zhì)素乙醇溶液中木質(zhì)素2.18g、木質(zhì)素去除率83.52％。說明本發(fā)明可有效地從楓香樹預(yù)水解液中將大部分木質(zhì)素分離除去，且低聚木糖回收率高，從而提純了楓香樹預(yù)水解液中的低聚木糖。同樣，800mL含5.69g低聚木糖和2.84g木質(zhì)素的毛竹水熱法預(yù)水解液，經(jīng)PS-DVB微球分離柱吸附分離木質(zhì)素后，獲得的粗低聚木糖溶液中含低聚木糖5.28g、低聚木糖回收率92.79％，木質(zhì)素乙醇溶液中木質(zhì)素2.54g、木質(zhì)素去除率89.44％。說明本發(fā)明可有效地從毛竹預(yù)水解液中將大部分木質(zhì)素分離除去，且低聚木糖回收率高，從而提純了毛竹預(yù)水解液中的低聚木糖。當(dāng)前第1頁1 2 3