專利名稱：一種利用竹材廢料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，具體地說是利用竹材廢料生成低聚木糖的制備方法。
背景技術(shù)：
低聚木糖又稱木寡糖，是由2-7個(gè)木糖分子以13 (1-4)糖苷鍵結(jié)合而成的功能性低聚糖，是迄今為止國內(nèi)外專家公認(rèn)的功能性低聚糖中"雙歧桿菌增殖效果最好"的一種，被譽(yù)為"超強(qiáng)雙歧因子"。與其他功能性低聚糖相比，具有增殖雙歧桿菌效果最強(qiáng)、用量最少(有效用量0. 7克/日)、功效是其它聚合糖類的20倍、耐熱、耐酸、難發(fā)酵等獨(dú)特性能，主要有增殖雙歧桿菌、制其它有害菌滋生、繁殖、提高機(jī)體免疫力、防止便秘、降低血壓、降低血清膽固醇、防止齲齒、防癌抗癌等功能，成為食品、飲料、醫(yī)藥、保健品等生產(chǎn)行業(yè)的理想食品基料。對于預(yù)防和抑制人體高血脂、糖尿病、肥胖癥等疾病，"優(yōu)化體內(nèi)微生態(tài)環(huán)境"具有顯著效果。 另外，低聚木糖的粗制品還可以作為動(dòng)物飼料添加劑，可以提高蛋禽的產(chǎn)蛋率，提高畜禽和水產(chǎn)品的抗病能力，促進(jìn)生產(chǎn)，減少藥物用量，對降低飼養(yǎng)動(dòng)物的藥物殘留量。
目前低聚木糖的制備工藝通常包括以下三個(gè)主要過程 1)木聚糖的提取用堿溶液、熱水、高壓蒸汽爆破等方法可以將木聚糖從植物纖
維原料中抽提出來；加乙醇可以使粗提木聚糖從抽提液中沉淀出來；經(jīng)過超濾、乙醇沉淀、
再溶解、再沉淀、過氧化氫或次氯酸鹽處理、柱層析等方法可以使粗提木聚糖凈化。
2)木聚糖的降解向植物纖維原料的抽提液，或木聚糖溶解液中加入一定量的木
聚糖酶進(jìn)行水解反應(yīng)，產(chǎn)生降解程度不同的混合物。所用的木聚糖酶通常由經(jīng)過選育的高
產(chǎn)菌株或基因工程菌發(fā)酵產(chǎn)生，常見菌株包括芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌、梭狀芽孢桿菌、假單孢
桿菌、黑曲霉、里氏木霉、頂青霉等。 3)低聚木糖的分離含低聚木糖的混合物溶液經(jīng)離心分離、活性碳脫色、層析分離、離子交換、超濾等方法提純，最后再經(jīng)真空濃縮、冷凍濃縮、噴霧干燥等方法制成產(chǎn)品。
如中國專利02112568. 6公開了一種以植物纖維為原料經(jīng)微生物分泌的酶生物降解制備功能性食品添加劑低聚木糖的方法，其特征是嚴(yán)格控制產(chǎn)酶前期和后期的反應(yīng)條件使微生物產(chǎn)出高活力的里氏木霉木聚糖酶，并采用超濾技術(shù)對酶液進(jìn)行分級。產(chǎn)酶的碳源是聚合度高的酶解廢棄物，產(chǎn)酶的微生物是里氏木霉(Trichoderma reesei)。應(yīng)用本發(fā)明所提供的方法，可制得木糖含量低、聚合度為2至5的低聚木糖產(chǎn)品。 中國專利200410023875. X提供了一種低聚木糖的制備方法，包括下列順序步驟將玉米芯粉與水混合，加入弱酸催化劑進(jìn)行裂解，將玉米芯中的木聚糖溶出；調(diào)節(jié)木聚糖水溶液pH值為5. 0 6. 0，加入木聚糖酶進(jìn)行酶解，高溫對木聚糖酶進(jìn)行滅活；濾除玉米芯粉渣，對木聚糖糖液進(jìn)行活性炭和離子交換樹脂除雜脫色；大分子截留膜截留大分子木聚糖，過濾出低木聚糖糖液；鈉濾膜濃縮脫鹽；將低聚木糖糖液真空濃縮為淺黃色粘稠狀糖漿，低聚木糖糖漿經(jīng)賦形劑或直接噴霧干燥成低聚木糖粉劑。該方法簡單易行，是以于工業(yè)化生產(chǎn)，得到的低聚木糖純度高，色淺，可廣泛應(yīng)用于各種食品、保健品、藥品中作為添加劑。
這樣的工藝中存在的問題木聚糖酶多為不耐高溫木聚糖酶，因此酶解反應(yīng)液體積大、濃度低、雜質(zhì)多，從而后處理效率低、化工程序多、對設(shè)備要求高，因此生產(chǎn)成本居高不下，因此工藝需要進(jìn)一步改進(jìn)。 同時(shí)截至目前，低聚木糖是從玉米芯、棉子殼、甘蔗渣等植物資源中，采用木聚糖酶糖化分解進(jìn)行制取低聚木糖糖漿或者干粉。利用成本更低的竹材廢料進(jìn)行高效的低聚木糖的制備工藝尚未見專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本的制備低聚木糖的方法，本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)， 本發(fā)明公開了一種利用竹材廢料生產(chǎn)低聚木糖的制備方法，包括以下步驟
a)竹材廢料水溶液，100-14(TC預(yù)處理2-5小時(shí)，過濾、沉淀物干燥，獲得高糖的干物質(zhì)； b)將上述高糖的干物質(zhì)加入堿液，堿水解，加入乙醇，過濾或離心獲得木聚糖沉淀； C)將上述木聚糖溶于水或緩沖液中，加入木聚糖酶，酶解得到木聚糖酶解液；
d)上述木聚糖酶解液中加入乙醇，過濾或離心取上清獲得低聚木糖溶液；
e)上述低聚木糖溶液蒸餾除去乙醇，即得低聚木糖糖漿或干燥即得到低聚木糖粉。 本發(fā)明步驟a中所述竹材廢料主要指采伐剩余物和加工廢料的粉屑，包括但不限于竹屑、邊腳料、細(xì)刨花、竹枝丫、開花竹子或竹簍中之一或它們?nèi)魏蔚慕M合。竹材廢料在我國數(shù)量巨大，成本低廉，竹材廢料含纖維素49 % ，半纖維素為26% ，木質(zhì)素為22 % ，為木聚糖的良好來源原料。 在一些實(shí)施方式中，所述竹材廢料水溶液的固液重量比為1 : 20; 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明步驟b中，所述堿液可為重量百分比濃度為2.5
7.5XKOH或NaOH水溶液，所述高糖干物質(zhì)和堿液的固液重量比為1 : 5 ;所述堿水解條件
為固液浸泡3小時(shí)后蒸煮20分，擠壓出溶液；再固液比1 : 3加堿液，蒸煮20分鐘，擠壓出
溶液，合并擠壓液；所述乙醇為95%乙醇，加入的體積為堿液體積的1-3倍。 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明步驟c中，所用木聚糖酶為Sigma公司疏棉狀嗜熱絲孢
菌Thermomyces la皿ginosus生產(chǎn)的耐堿耐高溫極端木聚糖酶(Si gma—Aldrich， x2753)，
酶活大于2500U/g ;所述酶解條件為pH值2 12，溫度90°C ，優(yōu)選pH至7. 5，反應(yīng)溫度60°C ，
每升反應(yīng)液加酶1. 25g。該耐堿耐高溫極端木聚糖酶在pH值2 12，溫度9(TC以下均非常
穩(wěn)定；最適pH值7. 5 ;極耐熱耐堿，不易失活，在65-9(TC高溫下進(jìn)行水解反應(yīng)無需采取防
腐措施。 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明步驟d中所述乙醇為重量百分比濃度75X以上的乙醇，加入的體積為木聚糖酶解液體積的1-5倍；其中最優(yōu)選重量百分比濃度95%乙醇；
本發(fā)明中所述水是可食用水，可以是自來水、純凈水或蒸餾水，優(yōu)選純凈水或蒸餾水；本發(fā)明所述的緩沖液推薦可食用乙酸(PH4-5. 5)或檸檬酸緩沖液(pH 4_7);
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明所述低聚木糖糖漿或糖粉可制備成低聚木糖膠囊或者片劑。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法選用竹材廢料作為原料制備低聚木糖是廢物利用，不僅可解決竹材廢料污染環(huán)境的問題，同時(shí)可得到高附加值功能性低聚木糖。同時(shí)本發(fā)明不需要其他活性碳脫色、層析分離、離子交換等過程，簡單易行，生產(chǎn)效率高，生成成本低，便于工業(yè)化生產(chǎn)，所得產(chǎn)品性質(zhì)接近自然產(chǎn)物。


圖1.本發(fā)明一實(shí)施方式中工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說明。
本發(fā)明中所述低聚木糖檢測方法為常規(guī)高壓液相色譜檢測方法，低聚木糖標(biāo)準(zhǔn)品購于SIGMA公司。 結(jié)合本發(fā)明制備低聚木糖的工藝流程見圖l，進(jìn)行下列實(shí)施例。
實(shí)例1 : 1)取500g竹屑，加入IOL水中，在115t:攪拌反應(yīng)2小時(shí)，抽濾處理后的物料，置烘箱65t:干燥6小時(shí)后稱重獲得475g干物質(zhì)； 2)向每千克干物質(zhì)中加入5升2. 5%的KOH水溶液抽提干物質(zhì)中的堿性物質(zhì)；固液浸泡3小時(shí)后蒸煮20分，擠壓出溶液；再固液比1 : 3加堿液，蒸煮20分鐘，擠壓出溶液，合并擠壓液；再加入3倍體積的重量百分比濃度95%的乙醇，用酸調(diào)節(jié)pH至7. 5 ;離心或者超濾收集的沉淀物質(zhì)即為木聚糖； 3)向所述木聚糖溶于用水配制成重量百分比濃度30%木聚糖溶液，用磷酸調(diào)pH至7. 5，向該溶液中加入耐熱性耐堿性極端木聚糖酶，每升反應(yīng)液加酶1. 25g，反應(yīng)溫度6(TC，水解得木聚糖酶解液； 4)加入2倍體積的重量百分比濃度95%的乙醇并攪拌均勻，離心后再超濾1次，取上清即為低聚木糖溶液； 5)蒸餾上述低聚木糖溶液中的乙醇，并進(jìn)一步濃縮制備成重量百分比濃度75%濃度的低聚木糖糖漿；可進(jìn)一步干燥成糖粉，并可通過離心及超濾后干燥制備成低聚木糖膠囊或者片劑。 實(shí)例2 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于用物料12(TC高溫?cái)嚢杼幚頃r(shí)間為3小時(shí)，高溫干燥獲得470a干物質(zhì)。 實(shí)例3 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于用物料13(TC高溫?cái)嚢杼幚頃r(shí)間為2小時(shí)，高溫干燥獲得465a干物質(zhì)。 實(shí)例4 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于用物料14(TC高溫?cái)嚢杼幚頃r(shí)間為2小時(shí)，高溫干燥獲得455a干物質(zhì)。 實(shí)例5 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于加入7. 5升2. 5%的NaOH水溶液抽提干
5物質(zhì)中的堿性物質(zhì)。 實(shí)例6 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于加入75%的乙醇。 實(shí)例7 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于酶水解溫度為65t:，反應(yīng)pH為7. 0。 實(shí)例8 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于用檸檬酸緩沖液配制30%的木聚糖溶液。 實(shí)例9 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于用乙酸酸緩沖液配制30%的木聚糖溶液。 實(shí)例10 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在于步驟(4)中加入3倍體積的95%的乙醇并攪拌均勻，離心后再超濾1次，重復(fù)上述過程1次，合并上清液。 實(shí)例11 :與實(shí)例1基本相同，不同之處在步驟(5)中蒸餾低聚木糖溶液中的乙醇，并進(jìn)一步濃縮干燥制備成35%濃度的低聚木糖糖粉。 實(shí)例12 :與實(shí)例1基本相同，不同之處是用竹子枝丫做原料，處理前先用高速萬能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎； 實(shí)例13 :與實(shí)例1基本相同，不同之處使用廢竹渣竹塊做原料，處理前先用高速萬能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。 實(shí)例14 :輔你l H3戸斤燃隨凍雄"口翻翻，口口口狀織鮮:
7&: 口 廣口口95%低聚木 糖糖粉70%低聚木 糖糖粉35%低聚木 糖糖粉70%低聚木 糖糖漿95%低聚木 糖糖漿
低聚木 糖總含量(占 總糖)/%》95》70》35》70》95
水分/%《6. 0《6. 0《6. 030±130±1
固形物 含量/%70. 0±1. 070. 0±1. 070. 0±1. 0
pHpH3. 0-6.. 5pH3. 0-6.. 5pH3. 0-6. . 5pH3. 0-6. . 5pH3. 0-6.. 5
灰分/%< 0. 3< 0. 3< 0. 3< 0. 3< 0. 3
其他糖 (木糖、阿拉 伯糖)總含量 (占總糖)/%《5. 0《4《15《30《5 本發(fā)明的范圍不受所述具體實(shí)施方案的限制，所述實(shí)施方案只欲作為闡明本發(fā)明各個(gè)方面的單個(gè)例子，本發(fā)明范圍內(nèi)還包括功能等同的方法和組分。實(shí)際上，除了本文所述的內(nèi)容外，本領(lǐng)域技術(shù)人員參照上文的描述和附圖可以容易地掌握對本發(fā)明的多種改進(jìn)。所述改進(jìn)也落入所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。上文提及的每篇參考文獻(xiàn)皆全文列入本文作為參考。
權(quán)利要求
一種利用竹材廢料生產(chǎn)低聚木糖的制備方法，包括以下步驟a)竹材廢料水溶液，100-140℃預(yù)處理2-5小時(shí)，過濾、沉淀物干燥，獲得高糖的干物質(zhì)；b)將上述高糖的干物質(zhì)加入堿液，堿水解，加入乙醇，過濾或離心獲得木聚糖沉淀；c)將上述木聚糖溶于水或緩沖液中，加入木聚糖酶，酶解得到木聚糖酶解液；d)上述木聚糖酶解液中加入乙醇，過濾或離心取上清獲得低聚木糖溶液；e)上述低聚木糖溶液蒸餾除去乙醇，即得低聚木糖糖漿或干燥即得到低聚木糖粉。
2. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述竹材廢料為采伐剩余物和加工廢料 的粉屑。
3. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述竹材廢料水溶液的固液重量比為i : 20。
4. 如權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于步驟b中，所述堿液可為重量百分比濃度 為2. 5 7. 5% KOH或NaOH水溶液，所述高糖干物質(zhì)和堿液的固液重量比為1:5。
5. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟b中，所述堿水解條件為固液浸泡3 小時(shí)后蒸煮20分，擠壓出溶液；再固液比1 : 3加堿液，蒸煮20分鐘，擠壓出溶液，合并擠壓液。
6. 如權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于步驟b中，所述乙醇為重量百分比濃度為 95%乙醇，加入的體積為堿液體積的1 5倍。
7. 如權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于步驟c中，所用木聚糖酶為疏棉狀嗜熱絲 孢菌Thermomyces la皿ginosus菌液或其生產(chǎn)的耐堿耐高溫極端木聚糖酶。
8. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟c中，所述酶解條件為pH值2 12， 溫度90°C .
9. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟c中，所述酶解條件為pH至7. 5，反 應(yīng)溫度60°C。
10. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟d中所述乙醇為重量百分比濃度 75%以上的乙醇，加入的體積為木聚糖酶解液體積的1-5倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及低聚木糖的制備方法，具體地說是利用竹材廢料生成低聚木糖的制備方法。本發(fā)明公開了一種利用竹材廢料生產(chǎn)低聚木糖的制備方法，包括以下步驟竹材廢料水溶液，100-140℃預(yù)處理2-5小時(shí)，過濾、沉淀物干燥，獲得高糖的干物質(zhì)；將高糖的干物質(zhì)加入堿液，堿水解，加入乙醇，過濾或離心獲得木聚糖沉淀；將木聚糖溶于水或緩沖液中，加入木聚糖酶，酶解得到木聚糖酶解液；木聚糖酶解液中加入乙醇，過濾或離心取上清獲得低聚木糖溶液；低聚木糖溶液蒸餾除去乙醇，即得低聚木糖糖漿或干燥即得到低聚木糖粉。本發(fā)明方法不需要脫色、層析分離、離子交換等過程，簡單易行，生產(chǎn)效率高，便于工業(yè)化生產(chǎn)，所得產(chǎn)品性質(zhì)接近自然產(chǎn)物。
文檔編號(hào)C12P19/04GK101736057SQ20081020232
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者唐雪明 申請人:上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院