專利名稱：玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種玉米皮酶法水解制備低 聚木糖的方法。
技術(shù)背景玉米深加工工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的產(chǎn)業(yè)之一，因其產(chǎn)品多、功能 全以及與人們生活密切相關(guān)，近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但這種發(fā)展屬 于資源、能源高度依賴型，其突出表現(xiàn)在玉米深加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn) 物和原料中未被利用的成分被作為廢物而排放，造成環(huán)境污染。玉米皮作為淀粉工業(yè)生產(chǎn)的主要副產(chǎn)物，量大且集中，是一種廉價(jià) 的植物纖維原料。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)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(chǎn)品中含有二氧化硫、木聚糖和植酸等抗?fàn)I 養(yǎng)因子會(huì)影響動(dòng)物對(duì)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(zhì)量占玉米(干基)12%左右，根據(jù)原料來(lái)源以及定量分析 方法的不同，組分分析結(jié)果也有相應(yīng)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(zhì)、1. 5% 2. 5%木質(zhì)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(gòu)成的異質(zhì)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(chǎn)低聚木糖的優(yōu)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(gè)木糖分子以0-1， 4糖苷鍵結(jié) 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(wěn)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(nèi)難以消化，在腸 道內(nèi)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(huì) 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(guó)際上頗受關(guān)注的一種附加值高、市場(chǎng)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(zhì)，同纖維素、半纖維素和木質(zhì) 素三種組分交織在一起，直接對(duì)其進(jìn)行利用不能達(dá)到理想的效果，因此應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，目前國(guó)內(nèi)外的預(yù)處理方法主要有物理法和化學(xué) 法，其中物理法主要包括機(jī)械粉碎，但此方法耗能多；化學(xué)法包括蒸汽 爆碎，此種方法處理物料具有較高轉(zhuǎn)化率，但是需專用設(shè)備，而且反應(yīng) 過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一些微生物的抑制物。模擬移動(dòng)床(SMB)色譜分離技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種 現(xiàn)代化分離技術(shù)，它是將多個(gè)色譜柱串聯(lián)成閉合環(huán)路，通過(guò)不斷切換閥 門(mén)來(lái)改變各股物料的進(jìn)出口位置，使固液兩相物料發(fā)生相對(duì)移動(dòng)達(dá)到不 同組份分離提取的目的，它具有分離能力強(qiáng)、設(shè)備體積小、投資成本低、 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及特別有利于分離熱敏性及難以分離的物系等優(yōu) 點(diǎn)，在制備色譜技術(shù)中最適用于進(jìn)行連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。SMB技 術(shù)的興起是化工技術(shù)中的一次革新，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，遍及石油、 精細(xì)化工、生物發(fā)酵、醫(yī)藥、食品等很多生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其在同系化合物、 手性異構(gòu)體藥物、糖類、有機(jī)酸和氨基酸等混合物的分離中顯示出其獨(dú) 特性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(fù)合酶預(yù)處理后酶法水解，并采用模擬 移動(dòng)床分離，具有能耗低、分離效率高、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的的技術(shù)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(diào)漿，經(jīng)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(jìn)行水解，水解后過(guò)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(diào)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(guò)濾得到酶解液；(3) 將上述酶解液通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂實(shí)施連續(xù)離子交換，測(cè)電 導(dǎo)率，合格后得粗制糖液，；(4) 將粗制糖液經(jīng)模擬移動(dòng)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(zhuǎn)真空濃縮后冷凍干燥結(jié)晶。而且，步驟(1)將玉米皮按料液比1: 4 1: 8調(diào)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(jìn)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(dǎo)率為《10uS/cm。而且，步驟(5)是在55。C 60。C旋轉(zhuǎn)真空濃縮至50%再冷凍干燥 結(jié)晶。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為1、 本發(fā)明根據(jù)物料組成采用相應(yīng)的復(fù)合酶靶向水解大分子化合物 的方法生產(chǎn)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(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分，減少了美拉德反 應(yīng)導(dǎo)致的黑精色素的生成，避免了酸水解設(shè)備要求高、水解速度不易控 制、有害物質(zhì)生成多、精制工藝繁瑣的缺點(diǎn)，符合國(guó)家節(jié)約資源、節(jié)能 減排的要求。2、 本發(fā)明采用先進(jìn)的模擬移動(dòng)床(SMB)分離技術(shù)代替膜分離技術(shù)， 解決了膜分離動(dòng)力費(fèi)較大、不能直接得到高濃度的液體以及使用過(guò)程中 的時(shí)變性等問(wèn)題，該方法具有固定床吸附操作簡(jiǎn)單、移動(dòng)床連續(xù)操作能 力的優(yōu)點(diǎn)，能高效分離低聚木糖產(chǎn)品，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。3、 本發(fā)明結(jié)合物理法和復(fù)合酶預(yù)處理法以最大限度破壞玉米皮中 的大分子纏繞結(jié)構(gòu)，釋放其中的淀粉、蛋白質(zhì)、水解果膠等物質(zhì)，減少 半纖維素水解時(shí)副產(chǎn)物的形成，大幅度減少糖液的凈化成本，同時(shí)消除 了玉米皮的低效利用和對(duì)環(huán)境的污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效、人具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述 性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)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(diào)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(guò)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(zhì)溶出。經(jīng)檢測(cè)淀粉殘留量從原來(lái)的13.84°/。下降到2.04%,蛋白質(zhì)殘留量 從原來(lái)的12.5%下降到5.1%。(2) 將玉米皮液化渣加水調(diào)漿配成7°/。底物濃度，用醋酸緩沖液調(diào)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(jīng)沸水浴蒸煮5-10min使酶失活，過(guò)5濾得酶解液。測(cè)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(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂實(shí)施連續(xù)離子交換操作， 得粗制糖液，使粗制后糖液的電導(dǎo)率在9.1nS/cm。(4) 通過(guò)模擬移動(dòng)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(zhuǎn)真空濃縮至原來(lái)的48%，然 后冷凍干燥得低聚木糖晶體。實(shí)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(diào)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(guò)濾得玉米皮液化 渣，該步驟使玉米皮中所含的淀粉、蛋白質(zhì)溶出。經(jīng)檢測(cè)測(cè)得淀粉殘留量從原來(lái)的13.84%下降到1.28%，蛋白質(zhì)殘 留量從原來(lái)的12.5%下降到7.5%。(2) 將玉米皮液化渣加水調(diào)漿配成5%底物濃度，用醋酸緩沖液調(diào)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(jīng)沸水浴蒸煮5-10min使酶失活， 過(guò)濾得酶解液。測(cè)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(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂實(shí)施連續(xù)離子交換操作， 得粗制糖液，使粗制后酶解液的電導(dǎo)率在9.5pS/cm。(4) 通過(guò)模擬移動(dòng)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(zhuǎn)真空濃縮至原來(lái)的40%，然 后冷凍干燥得低聚木糖晶體。實(shí)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(diào)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(guò)濾得玉米皮液化渣，該步驟使玉米皮中所含的淀粉、蛋白質(zhì)溶出。經(jīng)檢測(cè)淀粉殘留量從原來(lái)的13.84%下降到0.864%，蛋白質(zhì)殘留 量從原來(lái)的12.5%下降到9.1%。(2) 將玉米皮液化渣加水調(diào)漿配成5%底物濃度，用醋酸緩沖液調(diào)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(jīng)沸水浴蒸煮5-10min使酶失活，過(guò) 濾得酶解液。測(cè)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(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂實(shí)施連續(xù)離子交換操作， 得粗制糖液，使粗制后酶解液的電導(dǎo)率在8.7pS/cm。(4) 通過(guò)模擬移動(dòng)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(zhuǎn)真空濃縮至原來(lái)的45°/。，然 后冷凍干燥得低聚木糖晶體。
權(quán)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(diào)漿，經(jīng)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(jìn)行水解，水解后過(guò)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(diào)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(guò)濾得到酶解液；(3)將上述酶解液通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂實(shí)施連續(xù)離子交換，測(cè)電導(dǎo)率，合格后得粗制糖液，；(4)將粗制糖液經(jīng)模擬移動(dòng)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(zhuǎn)真空濃縮后冷凍干燥結(jié)晶。
2、 根據(jù)權(quán)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(diào)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(jìn)行水解。
3、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(dǎo)率為《10"S/cm。
5、 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)真空濃縮至50%再冷凍干燥結(jié)晶。
全文摘要
本發(fā)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(diào)漿，經(jīng)過(guò)短時(shí)高溫蒸煮，再用淀粉酶和蛋白酶預(yù)處理，過(guò)濾，濾渣加水調(diào)漿利用木聚糖酶、β-葡聚糖酶降解，水解液濾除離子后通過(guò)模擬移動(dòng)床(SMB)分離得到低聚木糖。本發(fā)明根據(jù)物料組成采用相應(yīng)的復(fù)合酶靶向水解大分子化合物的方法生產(chǎn)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(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分，減少了美拉德反應(yīng)導(dǎo)致的黑精色素的生成，避免了酸水解設(shè)備要求高、水解速度不易控制、有害物質(zhì)生成多、精制工藝繁瑣的缺點(diǎn)，符合國(guó)家節(jié)約資源、節(jié)能減排的要求。
文檔編號(hào)C12P19/14GK101597628SQ200910069540
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者別松濤, 娜 孟, 張朝正, 王春霞, 蔣彥潔, 路福平 申請(qǐng)人:天津科技大學(xué)