專利名稱：一種酶解小麥麩皮制備低聚木糖的方法
技術領域：
一種酶解小麥麩皮制備低聚木糖的方法，屬于農副產品資源開發(fā)和功能性食品添加劑技術領域。
背景技術：
植物半纖維素是除纖維素外自然界中含量最為豐富的多糖。木聚糖是植物半纖維素的主要成分，其主鏈由吡喃木糖基通過β-D-(1，4)-糖苷鍵相連構成，L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-半乳糖以及甲基、乙?；葮嫵芍ф?。不同原料中木聚糖的含量以及所帶支鏈的類型和取代度不同。如，谷物皮層中半纖維素含量占干重的25％-40％，主要成分是阿拉伯木聚糖，阿拉伯糖在木糖殘基的O-2、O-3位或O-2和O-3位發(fā)生取代。
低聚木糖是木聚糖降解的產物。目前，低聚木糖的工業(yè)化生產主要采用酶法，即利用木聚糖酶定向催化木聚糖水解得到。自然界中很多微生物都能產生木聚糖酶，如枯草芽孢桿菌、鏈霉菌、曲霉、青霉、木霉和毛殼霉等，主要是細菌與真菌。
由于低聚木糖的主要有效成分為二糖和三糖，制備低聚木糖應選擇內切木聚糖酶活力相對較高的木聚糖酶。同時，由于木聚糖是一種結構復雜的非均一聚糖，含有許多不同的取代基，為獲得較高的低聚木糖得率，選用的木聚糖酶應具有水解特定底物中異型木聚糖的能力較強或酶系中含有水解特定底物中支鏈的切支酶(如阿拉伯糖苷酶)等特點，原料不同要求使用不同的微生物木聚糖酶。因此酶解小麥麩皮制備低聚木糖的關鍵在于木聚糖酶對大量存在于小麥麩皮不溶性膳食纖維中的麥麩木聚糖的適應性，即選擇合適的木聚糖酶。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種酶解小麥麩皮制備低聚木糖的方法，實現小麥麩皮的有效增值和利用，所制備的低聚木糖是一種卓越的功能性低聚糖，對人體健康非常有益，具有很大的經濟效益和社會效益。
本發(fā)明的技術方案以小麥麩皮為原料，采用通常的經高溫淀粉酶、蛋白酶、糖化酶依次處理后得到小麥麩皮不溶性膳食纖維，本發(fā)明將小麥麩皮不溶性膳食纖維再用木聚糖酶進行酶解反應，酶解上清液經濃縮、噴霧干燥制備低聚木糖粗品。酶解反應所用木聚糖酶為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)木聚糖酶。酶解底物為小麥麩皮不溶性膳食纖維，底物質量濃度為4％-7％，體系中酶質量濃度為0.4％-0.7％，酶解溫度為40-50℃，酶解時間為24-30h，酶解體系pH為5.0。
小麥麩皮不溶性膳食纖維酶解反應的優(yōu)化條件為底物質量濃度為5％-6％，體系中酶質量濃度為0.45％-0.55％，酶解溫度為45℃，酶解時間為24h，酶解體系pH為5.0。
由于小麥麩皮中含有較大量的淀粉、蛋白質，為了提高原料利用率，減輕下游分離純化的負擔，首先用淀粉酶、蛋白酶、糖化酶依次處理進行脫淀粉、除蛋白質得到了小麥麩皮不溶性膳食纖維。
經分析小麥麩皮的基本組成如表1所示。經脫淀粉、除蛋白質后所得小麥麩皮不溶性膳食纖維的基本組成如表2所示。
表1小麥麩皮基本組成

表2小麥麩皮不溶性膳食纖維基本組成

通常將小麥麩皮懸浮在熱水中，加入75mL/kg麩皮的耐溫α-淀粉酶，95℃攪拌處理1h，冷卻至60℃調pH至7.5，再加入30mL/kg麩皮的水解蛋白酶Alcalase，60℃下攪拌處理30min，調pH至4.5，再加入35mL/kg麩皮的糖化酶，60℃下攪拌處理30min，離心取沉淀，沉淀用熱蒸餾水反復洗滌，得到小麥麩皮不溶性膳食纖維。耐溫α-淀粉酶、水解蛋白酶和精制糖化酶均由Novozymes公司提供。
經篩選確定采用枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)木聚糖酶對小麥麩皮不溶性膳食纖維進行酶解反應，因其對小麥麩皮不溶性膳食纖維具有較高的酶解效率，該酶由武漢新華揚生物有限公司提供。
底物濃度對酶促反應具有很大的影響，當底物濃度較低時，提高底物的濃度可以提高反應速度，但當底物濃度較高時，底物濃度的進一步提高，反應速度的增加變得緩慢甚至不再增加。而且，底物濃度的提高往往會導致產品得率的下降。增大酶濃度可以提高反應速度，但同時引起成本增加，應選擇合適的酶濃度使酶反應在可接受的時間內完成。
在初步確定的酶解工藝中，將影響酶解反應的五因素(底物濃度、酶濃度、溫度、時間、pH)進行正交設計，其各水平見表3所示。
表3實驗因素及水平表

根據因素及水平的特點，我們采用正交表L18(37)進行試驗。
實驗結果見表4。
表4正交結果表

從18個實驗的還原糖得率看出實驗2的得率較高為26.04％，對應的實驗條件是底物濃度4％，酶濃度0.5％，溫度40℃，時間30h，pH5.0。
統計分析表明pH值是重要因素，反應時間、溫度和酶濃度也是比較重要的因素，而底物濃度是影響較小的因素。反應體系為pH5.0，溫度50℃，酶濃度0.5％，底物濃度6％是最優(yōu)水平，反應時間越長得率越高，反應時間不能過短，24h之后得率增加變緩，從生產的角度考慮，反應時間確定為24h比較合適。
除溫度和底物濃度不同外，統計分析的最優(yōu)水平組合與正交表直觀得到的最優(yōu)水平組合2號試驗條件的酶濃度和pH相同。為了進一步對比兩種條件，我們分別在這兩種條件下進行酶解小麥麩皮不溶性膳食纖維24h。最好水平組合結果優(yōu)于2號實驗結果，還原糖得率對小麥麩皮不溶性膳食纖維分別是25.80％和24.71％。
綜上所述，我們確定了枯草芽孢桿菌木聚糖酶作用于小麥麩皮不溶性膳食纖維的優(yōu)化工藝條件pH 5，反應時間24h，溫度45℃，酶濃度0.45％-0.55％，底物濃度5％-6％。將在該條件下所得酶解液冷凍干燥稱重，低聚木糖得率對小麥麩皮達12.50％。
本發(fā)明的有益效果國內已有酶解小麥麩皮生產低聚糖方法的研究；已有采用植酸酶、纖維素酶、蛋白酶和低聚糖酶的復合酶制劑對干燥后粉碎、去離子水浸泡后的小麥麩皮進行酶解、調整pH值制備低聚木糖條件的研究(見中國專利CN1438319A)；已有采用α-淀粉酶、堿性蛋白酶處理小麥麩皮，再采用脫色、離交、過濾等精制手段除去不溶性物質制備低聚糖，含量達80％的公開文獻報道(見中國專利CN1438319A)。關于利用小麥麩皮為底物研究不同來源的木聚塘酶的作用特點已有公開文獻報道，采用一種(1→4)-β-內切木聚糖酶、兩種(1→4)-β-內切木聚糖酶(11族和10族的木聚糖酶)、兩種純酶(熱穩(wěn)定的木聚糖酶XP1和XP2)酶解小麥麩皮及對酶解條件進行研究。
經查新未見利用枯草芽孢桿菌木聚糖酶對小麥麩皮不溶性膳食纖維水解制備低聚木糖，未見低聚木糖的得率、純度及木二糖和木三糖含量的公開文獻報道；國外未見采用α-淀粉酶、堿性內切蛋白酶和精制糖化酶處理小麥麩皮，利用枯草芽孢桿菌木聚糖酶催化小麥麩皮不溶性膳食纖維水解制備低聚木糖，未見低聚木糖的得率、純度及木二糖和木三糖含量的公開文獻報道。
本發(fā)明所制得的低聚木糖得率為12.5％(以小麥麩皮計算)，低聚木糖純度超過60％，其中木二糖和木三糖的含量在30％以上。本發(fā)明實現小麥麩皮的有效增值和利用，所制備的低聚木糖是一種卓越的功能性低聚糖，對人體健康非常有益，具有很大的經濟效益和社會效益。
具體實施例方式
將小麥麩皮懸浮在熱水中，加入75mL/kg麩皮的耐溫α-淀粉酶，95℃攪拌處理1h，冷卻至60℃調pH至7.5，再加入30mL/kg麩皮的水解蛋白酶Alcalase，60℃下攪拌處理30min，調pH至4.5，再加入35m/Lkg麩皮的糖化酶，60℃下攪拌處理30min，離心取沉淀，沉淀用熱蒸餾水反復洗滌，得到小麥麩皮不溶性膳食纖維，得率為35％，即每公斤小麥麩皮得350g小麥麩皮不溶性膳食纖維，控制底物濃度為4％-7％，然后按每公斤麩皮加入35g枯草芽孢桿菌木聚糖酶(木聚糖酶用6.6L pH5.0醋酸鈉緩沖液配制)，在50℃酶解24h。反應混合物進行離心，取上清液，經濃縮、噴霧干燥，得到低聚木糖粗品，以小麥麩皮計得率為12.5％。
權利要求
1.一種酶解小麥麩皮制備低聚木糖的方法，包括小麥麩皮經高溫淀粉酶、蛋白酶、糖化酶依次處理后得到小麥麩皮不溶性膳食纖維，其特征是小麥麩皮不溶性膳食纖維再用木聚糖酶進行酶解反應，酶解上清液經濃縮、噴霧干燥制備低聚木糖粗品；酶解反應所用木聚糖酶為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)木聚糖酶；酶解底物為小麥麩皮不溶性膳食纖維，底物質量濃度為4％-7％，體系中酶質量濃度為0.4％-0.7％，酶解溫度為40-50℃，酶解時間為24-30h，酶解體系pH為5.0。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是小麥麩皮不溶性膳食纖維酶解反應的優(yōu)化條件為底物質量濃度為5％-6％，體系中酶質量濃度為0.45％-0.55％，酶解溫度為45℃，酶解時間為24h，酶解體系pH為5.0。
全文摘要
一種酶解小麥麩皮制備低聚木糖的方法，屬于農副產品資源開發(fā)和功能性食品添加劑技術領域。本發(fā)明是以小麥麩皮為原料，經高溫淀粉酶、蛋白酶、糖化酶依次處理后得到小麥麩皮不溶性膳食纖維，再用枯草芽孢桿菌木聚糖酶進行酶解反應，確定了酶解反應的工藝條件，酶解上清液經濃縮、噴霧干燥制備低聚木糖粗品。低聚木糖得率為12.5％(以小麥麩皮計算)，低聚木糖純度超過60％，其中木二糖和木三糖的含量在30％以上。本發(fā)明實現小麥麩皮的有效增值和利用，所制備的低聚木糖是一種卓越的功能性低聚糖，對人體健康非常有益，具有很大的經濟效益和社會效益。
文檔編號C12P19/00GK1840674SQ20061003795
公開日2006年10月4日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權日2006年1月19日
發(fā)明者姚惠源, 袁小平, 周星, 陳正行, 馬曉軍 申請人:江南大學