CN105648120A - 一种水解农业废弃物中半纤维素多糖制备木糖功能糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水解农业废弃物中半纤维素多糖制备木糖功能糖的方法，属于木糖领域。本发明选取小麦秸秆，经过烘干、粉碎、碱性提取等工艺得半纤维素粗多糖，再提纯，将纤维素纯多糖加入纤维素酶降解剂和乙醇溶液进行超声降解，将降解液加压浓缩后用超滤膜进行膜分离，即可得到木糖产物，浓缩干燥即可，本发明的制备工艺水解后可去除多余的副产物，得到纯度为90～95%的木糖，添加在食品总具有广泛的应用，采用超滤膜将低聚木糖液中的酶和未降解的木聚糖去除，减少木糖的损失，而且制备来源丰富，成本低。

Description

一种水解农业废弃物中半纤维素多糖制备木糖功能糖的方法

技术领域

本发明公开了一种水解农业废弃物中半纤维素多糖制备木糖功能糖的方法，属于木糖领域。

背景技术

木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中半纤维素一般占20～35%。半纤维素可作为胆固醇抑制剂和药片分解剂等。其经水解可制备功能性低聚糖，可生产木糖、***糖和半乳糖等。然而，半纤维素由于其组成、结构、性质和反应条件的差异，水解产物复杂多样，从而制约了半纤维素各有用组分的生产与应用。因此研究半纤维素的水解反应有助于半纤维素资源的高效利用。

低聚木糖因很难被人体消化酶***分解而直接进入大肠，大量增殖肠道内的益生菌双歧杆菌和乳酸菌，其发酵产物短链脂肪酸如乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等一方面可以降低肠道内的pH值，从而促进肠道功能、脂类代谢、弼和矿物质的吸收及预防结肠癌。另一方面，能抑制梭菌等致病菌的生长、防止腹湾和便秘、减少有毒代谢产物(如胺)的形成，从而减轻肝脏分解毒素负担，起到保护肝脏的作用。此外，低聚木糖还有降血脂、降低胆固醇、控制血糖水平、抗过敏、抗氧化、抗感染、免疫调节等生理特性。因此在食品、制药、动物饲料等方面有重要的应用。

传统的降解处理中，由于多种半纤维素糖组分，如葡萄糖、半乳糖、木糖、***糖等都被降解溶出，水解液中存在较多的糖组分，这导致在后续木糖结晶析出的过程中，由于纯化后的水解液中木糖的纯度较低，较多木糖难以被结晶析出，被残留在剩余的混合糖液中，降低了结晶木糖的收率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对由于半纤维素多糖组分中如葡萄糖、半乳糖、木糖、***糖等降解时容易溶出，导致水解液中存在较多的糖组分，使后续木糖结晶析出的过程中，由于纯化后的水解液中木糖的纯度较低，较多木糖难以被结晶析出，残留在剩余的混合糖液中，降低了结晶木糖的收率的问题，提供了一种水解农业废弃物中半纤维素多糖制备木糖功能糖的方法，本发明选取小麦秸秆，经过烘干、粉碎、碱性提取等工艺得半纤维素粗多糖，再提纯，将纤维素纯多糖加入纤维素酶降解剂和乙醇溶液进行超声降解，将降解液加压浓缩后用超滤膜进行膜分离，即可得到木糖产物，浓缩干燥即可，本发明的制备工艺水解后可去除多余的副产物，得到纯度为90～95%的木糖，添加在食品总具有广泛的应用，采用超滤膜将低聚木糖液中的酶和未降解的木聚糖去除，减少木糖的损失，而且制备来源丰富，成本低。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取200～300g小麦秸秆，将其晒干后粉碎、过筛得50～60目碎粒，在室温下取500～600mL浓度为5mol/L氢氧化钠溶液和1000～1200mL质量分数3%双氧水，混合搅拌后浸泡3～5h，浸泡后放入离心机中在4000～4500r/min转速下离心分离15～20min，得上清液；

（2）将上清液中用冰醋酸调节pH值为4.5～5.5，透析，将透析后的溶液在55～65℃下旋转蒸发至原体积的20%，将蒸发后浓缩液按体积比1:5加入到质量分数95%的乙醇中，密封进行醇沉3～5h，醇沉液用高速离心机在5500～6000r/min的转速下离心处理15～20min后，去除上清液得到沉淀物，将沉淀物进行冷冻干燥得半纤维素粗多糖；

（3）取1～3g上述得到的半纤维素多糖，向其中加入200～300mLpH4.0～5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，搅拌后将混合液加入到装有强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱中进行吸附纯化，流速为3～5mL/min，用含10～15%体积氯化钠的pH4.0～5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液进行洗脱1～2h，洗脱后收集含有半纤维素多糖洗脱液，将洗脱液在60～70℃下加热浓缩，将浓缩液冷冻干燥得半纤维素纯多糖，所述的混合液的体积为强酸性阳离子交换树脂体积的10～15倍；

（4）将上述得到的多糖按固液比1:5加入去离子，在-5℃下冷冻，冷冻完全后再在室温下缓慢融化，将融化后的糖水进行在4000～5000r/min转速下离心分离，去除沉淀物，将上清液液中加入总质量0.5～0.8%纤维素酶降解剂，在35～45℃和超声频率为25～35kHz下进行超声波降解，并向糖水中加入总质量50～60%质量分数80%乙醇溶液，超声30～40min后再加入总质量30～50%无水乙醇，继续超声降解1～2h，降解结束后，即可得到多糖降解液；

（5）将上述多糖降解液在真空度为为-0.04～-0.02MPa，温度为20～30℃下，减压浓缩至提取液体积的10～15％，向浓缩液加入等体积去离子水，搅拌混合后去除不溶物，再经过分子直径为0.5～0.8μm超滤膜进行膜分离，操作的压差为0.1～0.5MPa，截留小分子量，可得到木糖产物，最后将产物浓缩、干燥即可得木糖功能糖。

本发明的应用方法：本发明制得的木糖可以应用于食品上中，例如在饮料用木糖取代原来白砂糖的20～30%，在10～30℃下可以保存10～12个月，而且口感更佳；添加在奶油食品中，可将原来砂糖的40～50％更换为木糖，可提高产品的乳化性，而且食用起来避免油腻口感；添加在布丁中，将木糖和砂糖按30～40％的比例更换，不仅具有爽口的效果，而且还增加食品的保鲜期。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的制备工艺可以去除多余的副产物，得到纯度为90～95%的木糖，具有更广泛的应用；

（2）本发明采用超滤膜将低聚木糖液中的酶和未降解的木聚糖去除，使得木糖的损失量减少，而且制备来源丰富，成本低。

具体实施方式

首先取200～300g小麦秸秆，将其晒干后粉碎、过筛得50～60目碎粒，在室温下取500～600mL浓度为5mol/L氢氧化钠溶液和1000～1200mL质量分数3%双氧水，混合搅拌后浸泡3～5h，浸泡后放入离心机中在4000～4500r/min转速下离心分离15～20min，得上清液；将上清液中用冰醋酸调节pH值为4.5～5.5，透析，将透析后的溶液在55～65℃下旋转蒸发至原体积的20%，将蒸发后浓缩液按体积比1:5加入到质量分数95%的乙醇中，密封进行醇沉3～5h，醇沉液用高速离心机在5500～6000r/min的转速下离心处理15～20min后，去除上清液得到沉淀物，将沉淀物进行冷冻干燥得半纤维素粗多糖；取1～3g得到的半纤维素多糖，向其中加入200～300mLpH4.0～5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，搅拌后将混合液加入到装有强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱中进行吸附纯化，流速为3～5mL/min，用含10～15%体积氯化钠的pH4.0～5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液进行洗脱1～2h，洗脱后收集含有半纤维素多糖洗脱液，将洗脱液在60～70℃下加热浓缩，将浓缩液冷冻干燥得半纤维素纯多糖，所述的混合液的体积为强酸性阳离子交换树脂体积的10～15倍；将得到的多糖按固液比1:5加入去离子，在-5℃下冷冻，冷冻完全后再在室温下缓慢融化，将融化后的糖水进行在4000～5000r/min转速下离心分离，去除沉淀物，将上清液液中加入总质量0.5～0.8%纤维素酶降解剂，在35～45℃和超声频率为25～35kHz下进行超声波降解，并向糖水中加入总质量50～60%质量分数80%乙醇溶液，超声30～40min后再加入总质量30～50%无水乙醇，继续超声降解1～2h，降解结束后，即可得到多糖降解液；将多糖降解液在真空度为为-0.04～-0.02MPa，温度为20～30℃下，减压浓缩至提取液体积的10～15％，向浓缩液加入等体积去离子水，搅拌混合后去除不溶物，再经过分子直径为0.5～0.8μm超滤膜进行膜分离，操作的压差为0.1～0.5MPa，截留小分子量，可得到木糖产物，最后将产物浓缩、干燥即可得木糖功能糖。

实例1

首先取200g小麦秸秆，将其晒干后粉碎、过筛得50目碎粒，在室温下取500mL浓度为5mol/L氢氧化钠溶液和1000mL质量分数3%双氧水，混合搅拌后浸泡3h，浸泡后放入离心机中在4000r/min转速下离心分离15min，得上清液；将上清液中用冰醋酸调节pH值为4.5，透析，将透析后的溶液在55℃下旋转蒸发至原体积的20%，将蒸发后浓缩液按体积比1:5加入到质量分数95%的乙醇中，密封进行醇沉3h，醇沉液用高速离心机在5500r/min的转速下离心处理15min后，去除上清液得到沉淀物，将沉淀物进行冷冻干燥得半纤维素粗多糖；取1g得到的半纤维素多糖，向其中加入200mLpH4.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，搅拌后将混合液加入到装有强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱中进行吸附纯化，流速为3mL/min，用含10%体积氯化钠的pH4.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液进行洗脱1h，洗脱后收集含有半纤维素多糖洗脱液，将洗脱液在60℃下加热浓缩，将浓缩液冷冻干燥得半纤维素纯多糖，所述的混合液的体积为强酸性阳离子交换树脂体积的10倍；将得到的多糖按固液比1:5加入去离子，在-5℃下冷冻，冷冻完全后再在室温下缓慢融化，将融化后的糖水进行在4000r/min转速下离心分离，去除沉淀物，将上清液液中加入总质量0.5%纤维素酶降解剂，在35℃和超声频率为25kHz下进行超声波降解，并向糖水中加入总质量50%质量分数80%乙醇溶液，超声30min后再加入总质量30%无水乙醇，继续超声降解1h，降解结束后，即可得到多糖降解液；将多糖降解液在真空度为为-0.04MPa，温度为20℃下，减压浓缩至提取液体积的10％，向浓缩液加入等体积去离子水，搅拌混合后去除不溶物，再经过分子直径为0.5μm超滤膜进行膜分离，操作的压差为0.1MPa，截留小分子量，可得到木糖产物，最后将产物浓缩、干燥即可得木糖功能糖。

本发明制得的木糖可以应用于食品上中，例如在饮料用木糖取代原来白砂糖的20%，在10℃下可以保存12个月，而且口感更佳；添加在奶油食品中，可将原来砂糖的40％更换为木糖，可提高产品的乳化性，而且食用起来避免油腻口感；添加在布丁中，将木糖和砂糖按30％的比例更换，不仅具有爽口的效果，而且还增加食品的保鲜期。

实例2

首先取250g小麦秸秆，将其晒干后粉碎、过筛得55目碎粒，在室温下取550mL浓度为5mol/L氢氧化钠溶液和1100mL质量分数3%双氧水，混合搅拌后浸泡4h，浸泡后放入离心机中在4250r/min转速下离心分离17min，得上清液；将上清液中用冰醋酸调节pH值为5.0，透析，将透析后的溶液在60℃下旋转蒸发至原体积的20%，将蒸发后浓缩液按体积比1:5加入到质量分数95%的乙醇中，密封进行醇沉4h，醇沉液用高速离心机在5750r/min的转速下离心处理17min后，去除上清液得到沉淀物，将沉淀物进行冷冻干燥得半纤维素粗多糖；取2g得到的半纤维素多糖，向其中加入250mLpH4.5磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，搅拌后将混合液加入到装有强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱中进行吸附纯化，流速为4mL/min，用含13%体积氯化钠的pH4.5磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液进行洗脱1.5h，洗脱后收集含有半纤维素多糖洗脱液，将洗脱液在65℃下加热浓缩，将浓缩液冷冻干燥得半纤维素纯多糖，所述的混合液的体积为强酸性阳离子交换树脂体积的13倍；将得到的多糖按固液比1:5加入去离子，在-5℃下冷冻，冷冻完全后再在室温下缓慢融化，将融化后的糖水进行在4500r/min转速下离心分离，去除沉淀物，将上清液液中加入总质量0.6%纤维素酶降解剂，在40℃和超声频率为30kHz下进行超声波降解，并向糖水中加入总质量55%质量分数80%乙醇溶液，超声35min后再加入总质量40%无水乙醇，继续超声降解1.5h，降解结束后，即可得到多糖降解液；将多糖降解液在真空度为为-0.03MPa，温度为25℃下，减压浓缩至提取液体积的13％，向浓缩液加入等体积去离子水，搅拌混合后去除不溶物，再经过分子直径为0.7μm超滤膜进行膜分离，操作的压差为0.3MPa，截留小分子量，可得到木糖产物，最后将产物浓缩、干燥即可得木糖功能糖。

本发明制得的木糖可以应用于食品上中，例如在饮料用木糖取代原来白砂糖的25%，在20℃下可以保存11个月，而且口感更佳；添加在奶油食品中，可将原来砂糖的45％更换为木糖，可提高产品的乳化性，而且食用起来避免油腻口感；添加在布丁中，将木糖和砂糖按35％的比例更换，不仅具有爽口的效果，而且还增加食品的保鲜期。

实例3

首先取300g小麦秸秆，将其晒干后粉碎、过筛得60目碎粒，在室温下取600mL浓度为5mol/L氢氧化钠溶液和1200mL质量分数3%双氧水，混合搅拌后浸泡5h，浸泡后放入离心机中在4500r/min转速下离心分离20min，得上清液；将上清液中用冰醋酸调节pH值为5.5，透析，将透析后的溶液在65℃下旋转蒸发至原体积的20%，将蒸发后浓缩液按体积比1:5加入到质量分数95%的乙醇中，密封进行醇沉5h，醇沉液用高速离心机在6000r/min的转速下离心处理20min后，去除上清液得到沉淀物，将沉淀物进行冷冻干燥得半纤维素粗多糖；取3g得到的半纤维素多糖，向其中加入300mLpH5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，搅拌后将混合液加入到装有强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱中进行吸附纯化，流速为5mL/min，用含15%体积氯化钠的pH5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液进行洗脱2h，洗脱后收集含有半纤维素多糖洗脱液，将洗脱液在70℃下加热浓缩，将浓缩液冷冻干燥得半纤维素纯多糖，所述的混合液的体积为强酸性阳离子交换树脂体积的15倍；将得到的多糖按固液比1:5加入去离子，在-5℃下冷冻，冷冻完全后再在室温下缓慢融化，将融化后的糖水进行在5000r/min转速下离心分离，去除沉淀物，将上清液液中加入总质量0.8%纤维素酶降解剂，在45℃和超声频率为35kHz下进行超声波降解，并向糖水中加入总质量60%质量分数80%乙醇溶液，超声40min后再加入总质量50%无水乙醇，继续超声降解2h，降解结束后，即可得到多糖降解液；将多糖降解液在真空度为为-0.02MPa，温度为30℃下，减压浓缩至提取液体积的15％，向浓缩液加入等体积去离子水，搅拌混合后去除不溶物，再经过分子直径为0.8μm超滤膜进行膜分离，操作的压差为0.5MPa，截留小分子量，可得到木糖产物，最后将产物浓缩、干燥即可得木糖功能糖。

本发明制得的木糖可以应用于食品上中，例如在饮料用木糖取代原来白砂糖的30%，在30℃下可以保存12个月，而且口感更佳；添加在奶油食品中，可将原来砂糖的50％更换为木糖，可提高产品的乳化性，而且食用起来避免油腻口感；添加在布丁中，将木糖和砂糖按40％的比例更换，不仅具有爽口的效果，而且还增加食品的保鲜期。

Claims (1)

1.一种水解农业废弃物中半纤维素多糖制备木糖功能糖的方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取200～300g小麦秸秆，将其晒干后粉碎、过筛得50～60目碎粒，在室温下取500～600mL浓度为5mol/L氢氧化钠溶液和1000～1200mL质量分数3%双氧水，混合搅拌后浸泡3～5h，浸泡后放入离心机中在4000～4500r/min转速下离心分离15～20min，得上清液；

（2）将上清液中用冰醋酸调节pH值为4.5～5.5，透析，将透析后的溶液在55～65℃下旋转蒸发至原体积的20%，将蒸发后浓缩液按体积比1:5加入到质量分数95%的乙醇中，密封进行醇沉3～5h，醇沉液用高速离心机在5500～6000r/min的转速下离心处理15～20min后，去除上清液得到沉淀物，将沉淀物进行冷冻干燥得半纤维素粗多糖；

（3）取1～3g上述得到的半纤维素多糖，向其中加入200～300mLpH4.0～5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液，搅拌后将混合液加入到装有强酸性阳离子交换树脂的离子交换柱中进行吸附纯化，流速为3～5mL/min，用含10～15%体积氯化钠的pH4.0～5.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液进行洗脱1～2h，洗脱后收集含有半纤维素多糖洗脱液，将洗脱液在60～70℃下加热浓缩，将浓缩液冷冻干燥得半纤维素纯多糖，所述的混合液的体积为强酸性阳离子交换树脂体积的10～15倍；

（4）将上述得到的多糖按固液比1:5加入去离子，在-5℃下冷冻，冷冻完全后再在室温下缓慢融化，将融化后的糖水进行在4000～5000r/min转速下离心分离，去除沉淀物，将上清液液中加入总质量0.5～0.8%纤维素酶降解剂，在35～45℃和超声频率为25～35kHz下进行超声波降解，并向糖水中加入总质量50～60%质量分数80%乙醇溶液，超声30～40min后再加入总质量30～50%无水乙醇，继续超声降解1～2h，降解结束后，即可得到多糖降解液；

（5）将上述多糖降解液在真空度为为-0.04～-0.02MPa，温度为20～30℃下，减压浓缩至提取液体积的10～15％，向浓缩液加入等体积去离子水，搅拌混合后去除不溶物，再经过分子直径为0.5～0.8μm超滤膜进行膜分离，操作的压差为0.1～0.5MPa，截留小分子量，可得到木糖产物，最后将产物浓缩、干燥即可得木糖功能糖。