玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法

專利名稱：玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法
技術領域：
本發明屬于生物工程技術領域，尤其是一種玉米皮酶法水解制備低 聚木糖的方法。
技術背景玉米深加工工業是國民經濟中重要的產業之一，因其產品多、功能 全以及與人們生活密切相關，近年來取得了長足的發展，但這種發展屬 于資源、能源高度依賴型，其突出表現在玉米深加工過程中產生的副產 物和原料中未被利用的成分被作為廢物而排放，造成環境污染。玉米皮作為淀粉工業生產的主要副產物，量大且集中，是一種廉價 的植物纖維原料。目前，國內對于玉米皮的綜合利用，主要是將其和濃 縮后的玉米浸泡水混合后制造加槳纖維渣以用作飼料原料，但由于玉米 漿黏度大，千燥困難，而且產品中含有二氧化硫、木聚糖和植酸等抗營 養因子會影響動物對詞料的消化和吸收，所以玉米皮在飼料中的添加量 有限，限制了其高效利用。玉米皮質量占玉米(干基)12%左右，根據原料來源以及定量分析 方法的不同，組分分析結果也有相應變化，其成分主要含有17% 20% 纖維素、30% 40%半纖維素、13% 20%淀粉、9. 5% 13%蛋白質、1. 5% 2. 5%木質素、2%左右的脂肪和1. 5% 2%的灰分，其中半纖維素是由幾種 不同類型的單糖構成的異質多聚體，如木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖 等，其中主要都是五碳糖，是生產低聚木糖的優良原料。低聚木糖亦稱 木寡糖，是木糖的直鏈低聚糖，由2 7個木糖分子以0-1， 4糖苷鍵結 合而成，其甜度約為蔗糖的40%，和麥芽糖相似。低聚木糖的熱穩定性 較好，在酸性條件(pH2.5)下加熱不易被分解，適合添加在酸奶、乳 酸菌飲料和碳酸飲料等酸性飲料中。低聚木糖在人體內難以消化，在腸 道內殘存率高，具有極好的雙岐桿菌增殖活性，食用該低聚木糖后不會 使血糖中葡萄糖水平大幅度上升，可作為糖尿病或肥胖癥患者的甜味 劑。因此，低聚木糖是目前國際上頗受關注的一種附加值高、市場前景 看好的功能性低聚糖。玉米皮中含有一定量的淀粉、蛋白質，同纖維素、半纖維素和木質 素三種組分交織在一起，直接對其進行利用不能達到理想的效果，因此應先對其進行預處理，目前國內外的預處理方法主要有物理法和化學 法，其中物理法主要包括機械粉碎，但此方法耗能多；化學法包括蒸汽 爆碎，此種方法處理物料具有較高轉化率，但是需專用設備，而且反應 過程會產生一些微生物的抑制物。模擬移動床(SMB)色譜分離技術是20世紀60年代發展起來的一種 現代化分離技術，它是將多個色譜柱串聯成閉合環路，通過不斷切換閥 門來改變各股物料的進出口位置，使固液兩相物料發生相對移動達到不 同組份分離提取的目的，它具有分離能力強、設備體積小、投資成本低、 便于實現自動控制以及特別有利于分離熱敏性及難以分離的物系等優 點，在制備色譜技術中最適用于進行連續性大規模工業化生產。SMB技 術的興起是化工技術中的一次革新，其應用范圍也不斷擴大，遍及石油、 精細化工、生物發酵、醫藥、食品等很多生產領域，尤其在同系化合物、 手性異構體藥物、糖類、有機酸和氨基酸等混合物的分離中顯示出其獨 特性能。發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種玉米皮酶法水解 制備低聚木糖的方法，該方法在復合酶預處理后酶法水解，并采用模擬 移動床分離，具有能耗低、分離效率高、工藝簡單的優點。 本發明實現目的的技術方案是這樣的 一種玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，步驟如下(1) 將玉米皮加水調漿，經高溫蒸煮后，先后用50-100 U/g船的淀粉酶和2000-4000U/g g的蛋白酶進行水解，水解后過濾得到玉米皮液 化渣；(2) 將得到的玉米皮液化渣稀釋，稀釋后調pH至5.0，分別用 3000-5000U/g縣木聚糖酶和P -葡聚糖酶水解12-18h，水解后沸水浴蒸 煮，過濾得到酶解液；(3) 將上述酶解液通過陰、陽離子交換樹脂實施連續離子交換，測電 導率，合格后得粗制糖液，；(4) 將粗制糖液經模擬移動床分離提純至低聚木糖含量在90%以上， 得精制低聚木糖液；(5) 將精制低聚木糖液旋轉真空濃縮后冷凍干燥結晶。而且，步驟(1)將玉米皮按料液比1: 4 1: 8調漿，并在105。C 115"C條件下沸騰蒸煮15 30min后再用蛋白酶或淀粉酶進行水解。而且，所述步驟(l)所用淀粉酶是中溫a-淀粉酶或高溫a-淀粉酶，所用蛋白酶是中性蛋白酶或堿性蛋白酶。而且，所述步驟(3)合格電導率為《10uS/cm。而且，步驟(5)是在55。C 60。C旋轉真空濃縮至50%再冷凍干燥 結晶。本發明的優點和有益效果為1、 本發明根據物料組成采用相應的復合酶靶向水解大分子化合物 的方法生產高附加值的低聚木糖，糖液中不含糠醛類化合物，該方法提 高了半纖維素的純度，保證了被水解物質的營養成分，減少了美拉德反 應導致的黑精色素的生成，避免了酸水解設備要求高、水解速度不易控 制、有害物質生成多、精制工藝繁瑣的缺點，符合國家節約資源、節能 減排的要求。2、 本發明采用先進的模擬移動床(SMB)分離技術代替膜分離技術， 解決了膜分離動力費較大、不能直接得到高濃度的液體以及使用過程中 的時變性等問題，該方法具有固定床吸附操作簡單、移動床連續操作能 力的優點，能高效分離低聚木糖產品，便于大規模工業化生產。3、 本發明結合物理法和復合酶預處理法以最大限度破壞玉米皮中 的大分子纏繞結構，釋放其中的淀粉、蛋白質、水解果膠等物質，減少 半纖維素水解時副產物的形成，大幅度減少糖液的凈化成本，同時消除 了玉米皮的低效利用和對環境的污染，具有良好的經濟、社會和環保效、人具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述 性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。實施例1 :一種玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，具體步驟為(1) 玉米皮按料液比1: 4加水調漿，于ll(TC高溫沸騰15分鐘，加50U/g船的中溫淀粉酶在7(TC水浴條件下攪拌水解2.5h，然后加4000U/g 樣品的中性蛋白酶45。C水浴下攪拌水解2.5h后過濾得玉米皮液化渣，該 步驟可使玉米皮中所含的淀粉、蛋白質溶出。經檢測淀粉殘留量從原來的13.84°/。下降到2.04%,蛋白質殘留量 從原來的12.5%下降到5.1%。(2) 將玉米皮液化渣加水調漿配成7°/。底物濃度，用醋酸緩沖液調pH 至5.0，分別加入3000U/g縣的木聚糖酶和P -葡聚糖酶，在5(TC水浴條 件下攪拌水解18h;酶解完畢后，經沸水浴蒸煮5-10min使酶失活，過5濾得酶解液。測得酶解液的還原糖濃度9.87mg/ml，總糖濃度31.73mg/ml，低聚 木糖的平均聚合度3.21。(3) 將上述酶解液通過陰、陽離子交換樹脂實施連續離子交換操作， 得粗制糖液，使粗制后糖液的電導率在9.1nS/cm。(4) 通過模擬移動床分離提純上述粗制糖液，得到精制低聚木糖液 液，其低聚木糖純度91.5%。(5) 將上述精制低聚木糖液用旋蒸儀旋轉真空濃縮至原來的48%，然 后冷凍干燥得低聚木糖晶體。實施例2一種玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，具體步驟為(1) 玉米皮按料液比l: 8加水調漿，于108。C高溫沸騰20分鐘，加 100U/g ^的中溫淀粉酶在7(TC水浴條件下攪拌水解1.5h，然后加 3000U/g縣的中性蛋白酶45'C水浴下攪拌水解2.5h后過濾得玉米皮液化 渣，該步驟使玉米皮中所含的淀粉、蛋白質溶出。經檢測測得淀粉殘留量從原來的13.84%下降到1.28%，蛋白質殘 留量從原來的12.5%下降到7.5%。(2) 將玉米皮液化渣加水調漿配成5%底物濃度，用醋酸緩沖液調pH 至5.0，分別加入4000U/g樣品的木聚糖酶和P-葡聚糖酶，在5(TC水浴 條件下攪拌水解15h;酶解完畢后，經沸水浴蒸煮5-10min使酶失活， 過濾得酶解液。測得酶解液的還原糖濃度6.42mg/ml，總糖濃度29.65mg/ml，低聚 木糖的平均聚合度4.61。(3) 將上述酶解液通過陰、陽離子交換樹脂實施連續離子交換操作， 得粗制糖液，使粗制后酶解液的電導率在9.5pS/cm。(4) 通過模擬移動床分離提純上述粗制糖液，得到精制低聚木糖液 液，其低聚木糖純度92.7%。(5) 將上述精制低聚木糖液用旋蒸儀旋轉真空濃縮至原來的40%，然 后冷凍干燥得低聚木糖晶體。實施例3一種玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，具體步驟為 (l)玉米皮按料液比l: 8加水調漿，于11(TC高溫沸騰20分鐘，加 80U/g樣品的高溫淀粉酶在95'C水浴條件下攪拌水解2h，然后加2000U/g 樣品的中性蛋白酶45。C水浴下攪拌水解3h后過濾得玉米皮液化渣，該步驟使玉米皮中所含的淀粉、蛋白質溶出。經檢測淀粉殘留量從原來的13.84%下降到0.864%，蛋白質殘留 量從原來的12.5%下降到9.1%。(2) 將玉米皮液化渣加水調漿配成5%底物濃度，用醋酸緩沖液調pH 至5.0，分別加入5000U/g船的木聚糖酶和P -葡聚糖酶，在5(TC水浴條 件下攪拌水解12h;酶解完畢后，經沸水浴蒸煮5-10min使酶失活，過 濾得酶解液。測得酶解液的還原糖濃度10.33mg/ml，總糖濃度33.58mg/ml，低聚 木糖的平均聚合度3.25。(3) 將上述酶解液通過陰、陽離子交換樹脂實施連續離子交換操作， 得粗制糖液，使粗制后酶解液的電導率在8.7pS/cm。(4) 通過模擬移動床分離提純上述粗制糖液，得到精制低聚木糖液 液，其低聚木糖純度90.3%;(5) 將上述精制低聚木糖液用旋蒸儀旋轉真空濃縮至原來的45°/。，然 后冷凍干燥得低聚木糖晶體。
權利要求
1、一種玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，其特征在于步驟如下(1)將玉米皮加水調漿，經高溫蒸煮后，先后用50-100U/g樣品的淀粉酶和2000-4000U/g樣品的蛋白酶進行水解，水解后過濾得到玉米皮液化渣；(2)將得到的玉米皮液化渣稀釋，稀釋后調pH至5.0，分別用3000-5000U/g樣品木聚糖酶和β-葡聚糖酶水解12-18h，水解后沸水浴蒸煮，過濾得到酶解液；(3)將上述酶解液通過陰、陽離子交換樹脂實施連續離子交換，測電導率，合格后得粗制糖液，；(4)將粗制糖液經模擬移動床分離提純至低聚木糖含量在90％以上，得精制低聚木糖液；(5)將精制低聚木糖液旋轉真空濃縮后冷凍干燥結晶。
2、 根據權利要求1所述的玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，其特征在于步驟(1)將玉米皮按料液比1: 4 1: 8調漿，并在105X: 115T:條件下沸騰蒸煮15 30min后再用蛋白酶或淀粉酶進行水解。
3、 根據權利要求1所述的玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，其特征在于所述步驟(l)所用淀粉酶是中溫a-淀粉酶或高溫ci-淀粉酶，所用蛋白酶是中性蛋白酶或堿性蛋白酶。
4、 根據權利要求1所述的玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，其特征在于所述步驟(3)合格電導率為《10"S/cm。
5、 根據權利要求1所述的玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法，其特征在于步驟(5)是在55。C 6(TC旋轉真空濃縮至50%再冷凍干燥結晶。
全文摘要
本發明涉及一種玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法。該方法將玉米皮加水調漿，經過短時高溫蒸煮，再用淀粉酶和蛋白酶預處理，過濾，濾渣加水調漿利用木聚糖酶、β-葡聚糖酶降解，水解液濾除離子后通過模擬移動床(SMB)分離得到低聚木糖。本發明根據物料組成采用相應的復合酶靶向水解大分子化合物的方法生產高附加值的低聚木糖，糖液中不含糠醛類化合物，提高了半纖維素的純度，保證了被水解物質的營養成分，減少了美拉德反應導致的黑精色素的生成，避免了酸水解設備要求高、水解速度不易控制、有害物質生成多、精制工藝繁瑣的缺點，符合國家節約資源、節能減排的要求。
文檔編號C12P19/14GK101597628SQ200910069540
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月3日 優先權日2009年7月3日
發明者別松濤, 娜 孟, 張朝正, 王春霞, 蔣彥潔, 路福平 申請人:天津科技大學