[發(fā)明專(zhuān)利]一種由木質(zhì)纖維素制備低聚木糖的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711203681.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107868806A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫軍濤;張智超;肖付剛;王德國(guó);張永清;魏泉增;蘭天璐;詹靜;薛文龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 許昌學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): C12P19/14
• 分類(lèi)號(hào): C12P19/14;C12P19/12;C12P19/00
• 代理公司: 鄭州銘晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)41134
• 代理人: 李靜雅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于食品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由木質(zhì)纖維素制備低聚木糖的方法。

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維素是豐富而廉價(jià)的可再生資源，富含木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)主要包括農(nóng)業(yè)類(lèi)生物質(zhì)（如玉米稈、小麥稈、稻稈和甘蔗渣等）和林業(yè)類(lèi)生物質(zhì)（楊樹(shù)、按樹(shù)和松樹(shù)等），其主要組分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上只有3.5%的生物質(zhì)被人類(lèi)利用，大部分生物質(zhì)資源尚未被人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用，任其在生長(zhǎng)環(huán)境中自生自滅，如果地球上的生物質(zhì)資源能得到有效利用，人類(lèi)將擁有一個(gè)取之不盡、用之不竭的資源寶庫(kù)。隨著石油資源短缺及人們對(duì)能源、環(huán)境問(wèn)題重視度的提高，利用木質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)作為生物能源并生成生物基產(chǎn)品（生物燃料、生物基化學(xué)品和生物基材料）受到世界各國(guó)越來(lái)越廣泛的重視，成為新的發(fā)展領(lǐng)域和科學(xué)研究熱點(diǎn)。研究開(kāi)發(fā)木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將木質(zhì)纖維素原料高效地轉(zhuǎn)化為單糖，進(jìn)一步發(fā)酵成酒精，對(duì)開(kāi)發(fā)新能源，保護(hù)環(huán)境具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

低聚木糖又稱(chēng)木寡糖，是由2-7個(gè)木糖分子以β-1,4糖苷鍵結(jié)合而成的功能性聚合糖。與通常人們所用的大豆低聚糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖等相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其很難為人體消化酶所分解，糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人均可放心食用，并且酸、熱穩(wěn)定性好，可以選擇性地促進(jìn)腸道雙歧桿菌的增殖活性，其雙歧因子功能是其它聚合糖類(lèi)的10-20倍。木質(zhì)纖維素是制備低聚木糖的一個(gè)重要來(lái)源。

木質(zhì)纖維素通過(guò)生物化學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物燃料和高附加值的化學(xué)品（例如低聚木糖）的過(guò)程一般包括預(yù)處理、水解和發(fā)酵等步驟，其中，原料預(yù)處理是生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的預(yù)處理方法包括在酸或堿條件下進(jìn)行部分水解除去木質(zhì)素，也有報(bào)道采用離子液體來(lái)提高纖維素的溶解能力，然而，這些方法均傾向于將木質(zhì)纖維素大量分解為單糖，同時(shí)酸或堿的使用，對(duì)環(huán)境也有一定的污染。水熱預(yù)處理方法是在高溫條件下（160～240℃）水自電離產(chǎn)生氧離子形成水合離子，使得對(duì)酸不穩(wěn)定的糖苷鍵斷裂，從而使半纖維素解聚并且從生物質(zhì)基質(zhì)中溶解出來(lái)，并使部分纖維素水解，以消除對(duì)纖維素酶的空間阻礙，從而提高酶解反應(yīng)效率，有利于木聚糖酶將木質(zhì)纖維素可控地水解為低聚木糖，尤其是木二糖。并且在眾多的預(yù)處理方法中，由于不需要添加任何酸性或堿性化學(xué)試劑、減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕作用等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新興的綠色環(huán)保處理技術(shù)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了進(jìn)一步提高由木質(zhì)纖維素制備低聚木糖的效率，發(fā)明人對(duì)生物質(zhì)原料的預(yù)處理?xiàng)l件進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)采用超微粉碎技術(shù)與水熱預(yù)處理技術(shù)相結(jié)合，相較于堿處理技術(shù)而言，能夠很好地提高木二糖的提取率，進(jìn)而提高低聚木糖的獲取效率，從而完成本發(fā)明。

因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種由木質(zhì)纖維素制備低聚木糖的方法，所述方法包括以下步驟：

（1）木質(zhì)纖維素原料超微粉碎

將木質(zhì)纖維素原料干燥后，首先進(jìn)行粗粉碎，然后進(jìn)行超微粉碎，獲得粒度范圍為0.1μm-5μm的木質(zhì)纖維素原料粉；

（2）水熱預(yù)處理

將步驟（1）的木質(zhì)纖維素原料粉與水以1:5～1:15的質(zhì)量（g）體積（mL）比置于反應(yīng)釜中，在150℃～190℃下水熱預(yù)處理20 min～60 min，冷卻后過(guò)濾，得到提取液；

（3）酶解反應(yīng)

向所述提取液中，按照質(zhì)量（g）體積（mL）比0.5%～1.5%的添加量加入木聚糖酶，搖勻后，置于50℃～55℃下水解20min～30min，得到水解液；

（4）滅酶

將所述水解液置于85℃～90℃下保溫15min～20min，冷卻后離心，收集上清液，獲得低聚木糖提取液。

在具體實(shí)施方式中，所述木質(zhì)纖維素原料可以為玉米芯、玉米秸稈、棉花稈等，優(yōu)選玉米芯。步驟（1）中，優(yōu)選將粗粉碎的木質(zhì)纖維素原料置于超微粉碎機(jī)中超微粉碎15min以上。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述方法僅由上述步驟（1）-（4）組成。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了由上述方法獲得的低聚木糖提取液，優(yōu)選地，其中木二糖含量高達(dá)64mg/g以上。