專利名稱：一種利用秸稈生產(chǎn)木糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于木糖的生產(chǎn)方法，具體涉及一種利用秸稈生產(chǎn)木糖的方法。
背景技術(shù)：
木糖是一種白色針狀結(jié)晶粉末，味甜，甜度相當(dāng)于蔗糖的40%。易溶于水，熔點(diǎn) 147 151°C，有右旋光性和變旋光性。木糖作為一種功能性食品的基料，具有以下主要功能(1)不被消化吸收，沒(méi)有能量值，能最大限度地滿足愛吃甜品又擔(dān)心發(fā)胖者的需求；(2)活化人體腸道內(nèi)的雙歧桿菌并促進(jìn)其生長(zhǎng)；C3)不被口腔內(nèi)微生物所利用，可防齲齒；(4)具備膳食纖維的部分生理功能，有降血脂，降低膽固醇及預(yù)防腸癌的作用；( 木糖與食物的配伍性很好，食物中添加少量木糖，便能體現(xiàn)出很好的保健效果；(6)木糖與鈣同時(shí)攝入，可以提高人體對(duì)鈣的吸收率和保留率，還能防止便秘。目前工業(yè)上生產(chǎn)木糖主要是采用無(wú)機(jī)酸水解富含半纖維素的農(nóng)業(yè)廢料而制取。在一定壓力、溫度下，無(wú)機(jī)酸將原料分解產(chǎn)生木糖，再經(jīng)脫酸、脫色、離子交換、濃縮、結(jié)晶等工序，得到木糖。酸法生產(chǎn)木糖主要存在以下缺點(diǎn)(1)水解液中含有一定量的葡萄糖、阿拉伯糖等雜糖，濃縮后糖液的粘度較大，影響木糖的結(jié)晶收率。(2)中和脫酸工藝中形成的石膏(CaSO4)最終會(huì)有一部分沉積在蒸發(fā)器的管壁上， 很難去除，對(duì)設(shè)備也有不同程度的損傷，降低設(shè)備的使用壽命。同時(shí)帶進(jìn)了鈣離子，增加了陽(yáng)離子交換樹脂的負(fù)擔(dān)。離子交換脫酸工藝，雖然克服了中和法的缺點(diǎn)，但是其工藝比較復(fù)雜，離子交換樹脂用量較多，設(shè)備較多，投資大，增加了酸堿消耗，加大了成本。(3)酸法生產(chǎn)木糖的過(guò)程中，使用了大量的強(qiáng)酸強(qiáng)堿，產(chǎn)生了大量廢液，對(duì)環(huán)境造成巨大的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決傳統(tǒng)的木糖生產(chǎn)工藝復(fù)雜，離子交換樹脂用量多，需要的設(shè)備多，成本大，對(duì)環(huán)境易造成污染并且生產(chǎn)出的糖液粘度較大，木糖結(jié)晶收率低的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種利用秸稈生產(chǎn)木糖的方法，其生產(chǎn)步驟如下(1)本發(fā)明所需要的放線菌菌株通過(guò)以下方式獲得從山西榆次郊區(qū)玉米田堆肥中采集樣品，采用常規(guī)微生物分離篩選技術(shù)，取1 IOg的樣品置于50 IOOml無(wú)菌水中進(jìn)行梯度稀釋，并吸取0. Iml 0. 5ml 的稀釋液涂布于半纖維素分解菌篩選平板上，半纖維素分解菌篩選培養(yǎng)基的PH值6. 5，半纖維素分解菌篩選培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成=(NH4)2SO4 0.5份，K2HPO4 1. 0份， MgSO4 · 7Η20 0. 3 份，CaCl2 · 2Η200· 2 份，K2SO4 0. 1 份，NaCl 0. 2 份，半纖維素 15 份，自來(lái)水 1000份，于36°C培養(yǎng)72h，挑選菌落透明圈大的菌株發(fā)酵降解半纖維素，選取木聚糖酶活力高的多個(gè)菌株反復(fù)誘變、篩選獲得該菌株；
(2)先將放線菌菌種在高氏合成一號(hào)培養(yǎng)基斜面上活化，35 40°C，培養(yǎng)24h 48h ；然后取一接種環(huán)己長(zhǎng)好的菌苔接入液體種子培養(yǎng)基，35 40°C，200轉(zhuǎn)/分鐘，搖瓶培養(yǎng)M 36h，形成種子培養(yǎng)液，液體種子培養(yǎng)基pH值為7. 0 8. 0，液體種子培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成葡萄糖20 50份，KNO3 1 3份，K2HPO4 0. 2 1份，MgSO4 · 7H20 0. 2 1 份，NaCL 0. 2 1 份，F(xiàn)eSO4 0. 01 0. 1 份，自來(lái)水 1000 份，以 10% 20% (V/ V)的比例將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵培養(yǎng)基，35 40°C，100 200轉(zhuǎn)/分鐘，搖瓶培養(yǎng)48 96h，發(fā)酵培養(yǎng)基pH值為5. 0 8. 0，發(fā)酵培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成=K2HPO4 1 3 份，NH4NO3 1 3份，MgSO4 · 7H20 0. 1 1份，玉米漿20 50份，秸稈50 100份，自來(lái)水1000份；待發(fā)酵結(jié)束，過(guò)濾去除菌體、秸稈殘?jiān)?，即得木聚糖酶液，酶活力達(dá)2100U/mL ；(3)將秸稈粉碎至顆粒直徑為2 5mm，按秸稈(Kg) NaOH溶液(L) = 1 6 8的比例，加入3 6% NaOH溶液，80 100°C，維持3 5h，用濃HCL調(diào)pH至3. 5 5. 5， 即得半纖維素料液；(4)將半纖維素料液冷卻至40 50°C，加入木聚糖酶液，使料液中最終酶活力達(dá) 200 400U/mL，45 55°C，酶解反應(yīng)2 10h，得到粗木糖液；(5)將粗木糖液按0. 2 0. 5% (W/V)的比例加入活性炭，升溫至60 70°C，維持 20 30min，過(guò)濾，將濾液在60°C減壓濃縮至木糖含量20 40% ；選用732型陽(yáng)離子交換樹脂和301型陰離子交換樹脂進(jìn)行離子交換；將離子交換液濃縮至不出水，加入無(wú)水酒精， 使料液中木糖含量達(dá)20 40% (W/V)，過(guò)濾，將濾液在60°C減壓濃縮至不出酒精；將濃糖漿冷卻，降溫至5 10°C，結(jié)晶木糖析出，4000轉(zhuǎn)/分鐘，IOmin離心甩濾，用冷酒精洗滌兩次，將濕結(jié)晶木糖50 70°C烘干，粉碎即為成品。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本法采用一種放線菌發(fā)酵產(chǎn)生的木聚糖酶降解由秸稈制備的半纖維素，生成粗木糖，再經(jīng)提純精制獲得結(jié)晶木糖。木糖結(jié)晶母液中葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖等雜糖含量少，濃糖漿的粘度較小，因而能夠獲得較高的木糖結(jié)晶收率。該法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)條件較溫和，在木糖的提純過(guò)程中后處理的負(fù)擔(dān)減輕，離子交換樹脂的負(fù)荷變小，從而減少了樹脂的用量及酸堿的消耗，生產(chǎn)過(guò)程中酸堿廢水的排放量大大減少，降低了對(duì)環(huán)境的污染，是一種清潔型的生產(chǎn)方法。
具體實(shí)施例方式一種利用秸稈生產(chǎn)木糖的方法，其生產(chǎn)步驟如下(1)本發(fā)明所需要的放線菌菌株通過(guò)以下方式獲得從山西榆次郊區(qū)玉米田堆肥中采集樣品，采用常規(guī)微生物分離篩選技術(shù)，取Ig的樣品置于99ml無(wú)菌水中進(jìn)行梯度稀釋，并吸取0. Iml 0. 5ml的稀釋液涂布于半纖維素分解菌篩選平板上，半纖維素分解菌篩選培養(yǎng)基的PH值6. 5，半纖維素分解菌篩選培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成(NH4)2SO4 0. 5g, K2HPO4 1. 0g, MgSO4 · 7H20 0. 3g, CaCl2 · 2H20 0. 2g, K2SO4 0. lg, NaCl 0. 2g,半纖維素 15g，自來(lái)水1000ml，于36°C培養(yǎng)72h，挑選菌落透明圈大的菌株發(fā)酵降解半纖維素，選取木聚糖酶活力高的多個(gè)菌株反復(fù)誘變、篩選獲得該菌株。(2)先將菌種接于高氏合成一號(hào)培養(yǎng)基斜面上活化，36°C，培養(yǎng)Mh。按葡萄糖20g，KN03 lg，K2HPO4 0. 5g，MgSO4 · 7H20 0. 5g, NaCL 0. 5g, FeSO4 0. Olg, 自來(lái)水1000ml，pH 7. 0 8. 0配制液體種子培養(yǎng)基，121°C滅菌20min。冷卻后接入一接種環(huán)己活化菌種，培養(yǎng)基裝量50mL/250mL，36°C，200轉(zhuǎn)/分鐘，搖瓶培養(yǎng)Mh，即為種子培養(yǎng)液。按K2HPO4 2g，NH4NO3 2g，MgSO4 ·7Η20 0. 2g，玉米漿 50g，秸稈 100g，自來(lái)水 1000ml， PH 7. 2配制發(fā)酵培養(yǎng)基，121°C滅菌20分鐘。冷卻后，以10%的比例接入種子培養(yǎng)液，培養(yǎng)基裝量50mL/250mL，36°C，200轉(zhuǎn)/分鐘，搖瓶培養(yǎng)72h。待發(fā)酵結(jié)束，過(guò)濾去除菌體、秸稈殘?jiān)裙绦挝铮吹盟璧哪揪厶敲敢?，酶活力可達(dá)2100U/mL以上。(3)制備半纖維素將2000g玉米秸稈粉碎至顆粒直徑為2 5mm，加4% NaOH溶液14000mL，90°C，保溫4h。用濃HCL調(diào)pH至4. 5，得半纖維素料液。(4)酶解半纖維素將半纖維素料液冷卻至50°C，保持恒溫，加入1500mL木聚糖酶液，酶解反應(yīng)10h， 得粗木糖液。(5)將粗木糖液按0. 5 % (W/V)的比例加入活性炭，升溫至60°C，維持30min。過(guò)濾，將濾液在60°C減壓濃縮至木糖含量20%。選用732型陽(yáng)離子交換樹脂和301型陰離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，將離子交換液濃縮至不出水。加入無(wú)水酒精，使木糖含量達(dá)20% (W/V)。過(guò)濾，將濾液在60°C減壓濃縮至不出酒精。將濃糖漿冷卻，降溫至10°C，結(jié)晶木糖析出。4000轉(zhuǎn)/分鐘，IOmin離心甩濾。用冷酒精洗滌兩次。將濕結(jié)晶木糖60°C烘干，粉碎。檢驗(yàn)合格后包裝即為成品，得301g。木糖純度為98. 5%以上，總轉(zhuǎn)化率15%。
權(quán)利要求
1. 一種利用秸稈生產(chǎn)木糖的方法，其特征是生產(chǎn)步驟如下(1)本發(fā)明所需要的放線菌菌株通過(guò)以下方式獲得從山西榆次郊區(qū)玉米田堆肥中采集樣品，采用常規(guī)微生物分離篩選技術(shù)，取1 IOg的樣品置于50 IOOml無(wú)菌水中進(jìn)行梯度稀釋，并吸取0. Iml 0. 5ml的稀釋液涂布于半纖維素分解菌篩選平板上，半纖維素分解菌篩選培養(yǎng)基的PH值6. 5，半纖維素分解菌篩選培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成 (NH4) 2S04 0. 5 份，K2HPO4L 0 份，MgSO4 · 7H20 0. 3 份，CaCl2 · 2H20 0. 2 份，K2SO4 0. 1 份，NaCl 0. 2份，半纖維素15份，自來(lái)水1000份，于36°C培養(yǎng)72h，挑選菌落透明圈大的菌株發(fā)酵降解半纖維素，選取木聚糖酶活力高的多個(gè)菌株反復(fù)誘變、篩選獲得該菌株；(2)將獲得的放線菌菌株在高氏合成一號(hào)培養(yǎng)基斜面上活化，35 40°C，培養(yǎng)24h 48h，然后取一接種環(huán)已長(zhǎng)好的菌苔接入液體種子培養(yǎng)基，35 40°C，200轉(zhuǎn)/分鐘，搖瓶培養(yǎng)M 36h，形成種子培養(yǎng)液，液體種子培養(yǎng)基pH值為7. 0 8. 0，液體種子培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成葡萄糖20 50份，KNO3 1 3份，K2HPO4 0. 2 1份，MgSO4 · 7H20 0. 2 1 份，NaCL 0. 2 1 份，F(xiàn)eSO4 0. 01 0. 1 份，自來(lái)水 1000 份，以 10% 20% (V/ V)的比例將種子培養(yǎng)液接入發(fā)酵培養(yǎng)基，35 40°C，100 200轉(zhuǎn)/分鐘，搖瓶培養(yǎng)48 96h，發(fā)酵培養(yǎng)基pH值為5. 0 8. 0，發(fā)酵培養(yǎng)基由下列重量含量的組分組成=K2HPO4 1 3 份，NH4NO3 1 3份，MgSO4 · 7H20 0. 1 1份，玉米漿20 50份，秸稈50 100份，自來(lái)水1000份；待發(fā)酵結(jié)束，過(guò)濾去除菌體、秸稈殘?jiān)吹媚揪厶敲敢?，酶活力達(dá)2100U/mL ；(3)將秸稈粉碎至顆粒直徑為2 5mm，按秸稈(Kg) NaOH溶液(L) = 1 6 8的比例,加入3 6% NaOH溶液，80 100°C，維持3 5h,用濃HCL調(diào)pH至3. 5 5. 5，即得半纖維素料液；(4)將半纖維素料液冷卻至40 50°C，加入木聚糖酶液，使料液中最終酶活力達(dá) 200 400U/mL，45 55°C，酶解反應(yīng)2 10h，得到粗木糖液；(5)將粗木糖液按0.2 0. 5% (W/V)的比例加入活性炭，升溫至60 70°C，維持20 30min，過(guò)濾，將濾液在60°C減壓濃縮至木糖含量20 40%;選用732型陽(yáng)離子交換樹脂和 301型陰離子交換樹脂進(jìn)行離子交換；將離子交換液濃縮至不出水，加入無(wú)水酒精，使料液中木糖含量達(dá)20 40% (W/V)，過(guò)濾，將濾液在60°C減壓濃縮至不出酒精；將濃糖漿冷卻， 降溫至5 10°C，結(jié)晶木糖析出，4000轉(zhuǎn)/分鐘，IOmin離心甩濾，用冷酒精洗滌兩次，將濕結(jié)晶木糖50 70°C烘干，粉碎即為成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用放線菌發(fā)酵產(chǎn)生的木聚糖酶降解由秸稈制備的半纖維素成為木糖的方法，技術(shù)方案包括木聚糖酶液制取、半纖維素的制備、酶解半纖維素以及木糖的提純與精制四個(gè)主要工序。酶法生產(chǎn)木糖，具有專一性高，條件溫和，中間體雜質(zhì)較少，易于凈化提取，同時(shí)半纖維素轉(zhuǎn)化率、木糖結(jié)晶的收率均較高，以及在工業(yè)上能夠保持清潔、環(huán)保型生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。原料總轉(zhuǎn)化率15％以上，成品木糖的含量98.5％以上。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102212594SQ20101014019
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月3日
發(fā)明者丁玉華, 吳光明, 彭曉光, 楊宇霞, 楊慶文, 楊林娥, 韓建欣 申請(qǐng)人:山西省生物研究所