CN105039486A - 一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，产品利用小麦秸秆为原料，通过超声波辅助酶解和微生物发酵法联合制备阿魏酸，提取率得到极大提高，检测结果表明小麦秸秆中阿魏酸的提取率达到95%以上，可达到9.17mg/g，显著高于目前已报到技术水平。本发明优势在于：一是采用碱处理+复合微生物发酵+超声波辅助酶解+二步醇提相结合的工艺降解小麦秸秆中的纤维素、木质素等，打破阿魏酸酯键与多糖和木质素的交联，提高阿魏酸的提取率；二是通过超声波辅助酶解及微生物发酵后的小麦秸秆纤维素，显著提升了秸秆的饲用营养价值；三是工艺生产成本较低，耗能高的干燥环节少，无水乙醇可回收利用，利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，属生物化工领域。
背景技术
小麦秸秆是成熟小麦茎、叶、穗部分总和，是小麦成熟获取籽实后剩余部分，约占作物质量50%。我国每年产生小麦秸秆近1.1亿吨，除少数被作为牲畜饲料、农家肥和农村燃料外，大部分被堆放或直接焚烧后还田，有效工业利用所占比例极低，浪费宝贵资源，且对环境也造成极大污染。现代谷物科学研究已发现，小麦秸秆含有多种具有抗肿瘤、抗氧化重要生理活性物质，如膳食纤维、***木聚糖、对–香豆酸和阿魏酸；其中，近年来对阿魏酸的研究已引起国内外普遍的关注。阿魏酸(FerulicAcid)是有机酚酸，是桂皮酸的衍生物之一，阿魏酸现在已经是国际公认的天然抗氧化剂，近几年在药理药效方面的研究发现了许多阿魏酸及衍生物的药理作用和生物活性，阿魏酸的防癌作用也得到了极高的认知度，不仅将其应用于医药领域，还广泛应用在食品、保健品、化妆品等领域；阿魏酸的主要生理功能有抗氧化性、抗菌消炎、降血脂、抗血栓、抗突变、防冠心病和防癌等；阿魏酸除了广泛应用在医药领域外，一些国家已批准将将其作为食品添加剂应用于食品领域，主要用作制备防腐保鲜剂、食品交联剂等。目前阿魏酸的制备方法主要包括从植物材料中提取和生物合成法，其中从植物材料中提取主要包括碱法、酶法、超声波、微波、超临界萃取等方法。
近年来的研究发现，阿魏酸是小麦秸秆中含量最高的酚酸，在植物细胞的细胞壁中它主要通过酯键与多糖和木质素交联，或自身酯化或醚化形成二阿魏酸，提取难度较大，现有提取技术提取率一般较低，一般不足80%，且提取成本较高，制约着利用小麦秸秆提取阿魏酸的工业化生产，因此，建立一套效率较高、成本较低、安全可行的小麦秸秆总阿魏酸开发利用途径，为小麦秸秆的进一步资源化利用提供新的途径，对增加小麦种植业的经济附加值，充分发挥我国小麦的产业优势具有重要的意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，该工艺提取工艺简单、易于大规模工业化生产，有助于解决目前存在的小麦秸秆提取阿魏酸提取率较低、成本较高等问题，由于改善目前市场上阿魏酸仍以化学合成为主的现状。
本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现的：
本发明提供一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）小麦秸秆预处理：将小麦秸秆粉碎，过100目筛，以料液质量比1:5～10的量加入蒸馏水，加热灭酶，得小麦秸秆悬浮液；
（2）碱处理：向小麦秸秆悬浮液中加入总质量比3～5%的亚硫酸钠，搅拌处理2～3h；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液pH6.0～7.0，加入小麦秸秆质量的3～5%纤维素酶、2～3%木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率600W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为40～60min；
（4）离心：酶解结束后离心，得上清液a和小麦秸秆残渣；
（5）生物发酵剂制备：取8～10份吸附剂、3～5份磷酸二氢钙、6～8份葡萄糖、10～15份米糠、10～15份玉米粉、3～5份菜籽饼、10～15份小麦秸秆、2～3份里氏木霉、1～2份黑曲霉、1-2份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵7～10d；
（6）混料：按质量比小麦秸秆残渣100份、生物发酵剂3～5份、纤维素酶0.5～1份、木聚糖酶0.5～1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（7）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2～3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入3～5倍水，加入发酵渣质量份数2～3%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为20～30min；
（9）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液b和固体残渣；
（10）浓缩干燥：合并上清液a、b，浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（11）二步醇提：向固体残渣用3～5倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提20～30min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（12）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得醇提液和固体残渣；
（13）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗3～5次，合并醇提液；
（14）纯化：将步骤10得到的阿魏酸粗品用步骤13得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（15）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
上述步骤（5）中所述的吸附剂是沸石、活性炭、膨润土、蛭石中的一种或几种。
本发明提供一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，产品利用小麦秸秆为原料，通过超声波辅助酶解和微生物发酵法联合制备阿魏酸，提取率得到极大提高，检测结果表明小麦秸秆中阿魏酸的提取率达到95%以上，可达到9.17mg/g，显著高于目前已报到技术水平。
本发明提供一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，其优势在于：一是采用碱处理+复合微生物发酵+超声波辅助酶解+二步醇提相结合的工艺降解小麦秸秆中的纤维素、木质素等，打破阿魏酸酯键与多糖和木质素的交联，提高阿魏酸的提取率；二是通过超声波辅助酶解及微生物发酵后的小麦秸秆纤维素、木质素降解率达到67.4%，显著提升了秸秆的饲用营养价值；三是工艺生产成本较低，耗能高的干燥环节少，无水乙醇可回收利用，利于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，通过以下步骤制备：
（1）小麦秸秆预处理：将小麦秸秆粉碎，过100目筛，以料液质量比1:8的量加入蒸馏水，加热灭酶，得小麦秸秆悬浮液；
（2）碱处理：向小麦秸秆悬浮液中加入总质量比3～5%的亚硫酸钠，搅拌处理2.5h；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液pH6.0～7.0，加入小麦秸秆质量的4%纤维素酶、2.5%木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率600W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为50min；
（4）离心：酶解结束后离心，得上清液a和小麦秸秆残渣；
（5）生物发酵剂制备：取9份沸石、4份磷酸二氢钙、7份葡萄糖、12份米糠、12份玉米粉、4份菜籽饼、12份小麦秸秆、2.5份里氏木霉、1.5份黑曲霉、1.5份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵8d；
（6）混料：按质量比小麦秸秆残渣100份、生物发酵剂4份、纤维素酶0.8份、木聚糖酶0.8份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（7）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2.5d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入4倍水，加入发酵渣质量份数2.5%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为25min；
（9）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液b和固体残渣；
（10）浓缩干燥：合并上清液a、b，浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（11）二步醇提：向固体残渣用4倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提25min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（12）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得醇提液和固体残渣；
（13）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗4次，合并醇提液；
（14）纯化：将步骤10得到的阿魏酸粗品用步骤13得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（15）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
实施例2：
一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，通过以下步骤制备：
（1）小麦秸秆预处理：将小麦秸秆粉碎，过100目筛，以料液质量比1:10的量加入蒸馏水，加热灭酶，得小麦秸秆悬浮液；
（2）碱处理：向小麦秸秆悬浮液中加入总质量比5%的亚硫酸钠，搅拌处理2h；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液pH6.0～7.0，加入小麦秸秆质量的5%纤维素酶、3%木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率600W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为40min；
（4）离心：酶解结束后离心，得上清液a和小麦秸秆残渣；
（5）生物发酵剂制备：取10份活性炭、3份磷酸二氢钙、8份葡萄糖、10份米糠、15份玉米粉、3份菜籽饼、15份小麦秸秆、2份里氏木霉、2份黑曲霉、1份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵10d；
（6）混料：按质量比小麦秸秆残渣100份、生物发酵剂5份、纤维素酶1份、木聚糖酶1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（7）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入5倍水，加入发酵渣质量份数3%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为20min；
（9）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液b和固体残渣；
（10）浓缩干燥：合并上清液a、b，浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（11）二步醇提：向固体残渣用5倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提20min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（12）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得醇提液和固体残渣；
（13）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗5次，合并醇提液；
（14）纯化：将步骤10得到的阿魏酸粗品用步骤13得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（15）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
实施例3：
一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，通过以下步骤制备：
（1）小麦秸秆预处理：将小麦秸秆粉碎，过100目筛，以料液质量比1:5的量加入蒸馏水，加热灭酶，得小麦秸秆悬浮液；
（2）碱处理：向小麦秸秆悬浮液中加入总质量比3%的亚硫酸钠，搅拌处理3h；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液pH6.0～7.0，加入小麦秸秆质量的3%纤维素酶、2%木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率600W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60min；
（4）离心：酶解结束后离心，得上清液a和小麦秸秆残渣；
（5）生物发酵剂制备：取8份膨润土、5份磷酸二氢钙、6份葡萄糖、15份米糠、10份玉米粉、5份菜籽饼、10份小麦秸秆、3份里氏木霉、1份黑曲霉、2份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵10d；
（6）混料：按质量比小麦秸秆残渣100份、生物发酵剂3份、纤维素酶0.5份、木聚糖酶0.5份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（7）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入3倍水，加入发酵渣质量份数2%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为30min；
（9）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液b和固体残渣；
（10）浓缩干燥：合并上清液a、b，浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（11）二步醇提：向固体残渣用3倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提30min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（12）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得醇提液和固体残渣；
（13）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗3次，合并醇提液；
（14）纯化：将步骤10得到的阿魏酸粗品用步骤13得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（15）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）小麦秸秆预处理：将小麦秸秆粉碎，过100目筛，以料液质量比1:5～10的量加入蒸馏水，加热灭酶，得小麦秸秆悬浮液；
（2）碱处理：向小麦秸秆悬浮液中加入总质量比3～5%的亚硫酸钠，搅拌处理2～3h；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液pH6.0～7.0，加入小麦秸秆质量的3～5%纤维素酶、2～3%木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率600W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为40～60min；
（4）离心：酶解结束后离心，得上清液a和小麦秸秆残渣；
（5）生物发酵剂制备：取8～10份吸附剂、3～5份磷酸二氢钙、6～8份葡萄糖、10～15份米糠、10～15份玉米粉、3～5份菜籽饼、10～15份小麦秸秆、2～3份里氏木霉、1～2份黑曲霉、1-2份枯草芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25℃～30℃下厌氧发酵7～10d；
（6）混料：按质量比小麦秸秆残渣100份、生物发酵剂3～5份、纤维素酶0.5～1份、木聚糖酶0.5～1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（7）厌氧发酵：将混合后的混合物控温厌氧发酵2～3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）超声波辅助酶解：发酵结束后向发酵渣中加入3～5倍水，加入发酵渣质量份数2～3%的木聚糖酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为20～30min；
（9）离心：酶解结束后过离心，离心转速3000～5000rpm，分离上清液b和固体残渣；
（10）浓缩干燥：合并上清液a、b，浓缩、真空干燥得到阿魏酸粗品；
（11）二步醇提：向固体残渣用3～5倍无水乙醇，在超声波辅助作用下醇提20～30min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌；
（12）离心：醇提结束后离心，离心转速3000～5000rpm，分离得醇提液和固体残渣；
（13）醇洗：将上述固体残渣用无水乙醇冲洗3～5次，合并醇提液；
（14）纯化：将步骤10得到的阿魏酸粗品用步骤13得到的醇提液溶解，离心除去沉淀，得到透明的淡黄色上清液；
（15）浓缩干燥：将上清液浓缩、真空干燥得到纯度较高的阿魏酸。
2.根据权利要求1所述的一种生物法提取小麦秸秆中阿魏酸的方法，其特征在于步骤（5）中的吸附剂是沸石、活性炭、膨润土、蛭石中的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151111 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |