專利名稱：從稻草中提取制備低聚木糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低聚木糖的制備工藝，具體涉及一種從稻草中提取低聚木糖的方法。
背景技術(shù)：
低聚木糖又稱木寡糖，是由2-7個(gè)木糖分子以β _1，4糖苷鍵連接而成的聚合物的總稱，是目前所有低聚糖中因子，被稱為“超強(qiáng)雙歧因子”。低聚木糖天然存在于竹根、水果、蔬菜、牛乳和蜂蜜中，但含量都非常少。用于生產(chǎn)低聚木糖的典型原料有硬木、玉米芯、 鋸屑、蔗渣、甜菜渣、谷殼、麩皮等?！靶阅茏罘€(wěn)定、增殖雙歧桿菌效價(jià)比最高”益菌。低聚木糖作為功能糖中最強(qiáng)的“雙歧因子”，早在60-70年代就受到眾多專家學(xué)者和商家的青睞， 80年代就開(kāi)始有商品面市，各種機(jī)能食品研發(fā)就緊跟上來(lái)，受到消費(fèi)者歡迎。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，具有巨大的農(nóng)業(yè)資源，其中作物秸稈豐富，年產(chǎn)量達(dá)6億噸左右。南方稻草秸稈尤為豐富，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，是豐富、廉價(jià)的可再生資源。但目前人們對(duì)稻草的利用還停留在低級(jí)階段，如肥田、作食草動(dòng)物的飼料、焚燒或者將之遺棄。這不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。因此尋找一條有效途徑加快對(duì)稻草秸稈的綜合開(kāi)發(fā)利用勢(shì)在必行。微波法在抽提半纖維素過(guò)程中同時(shí)伴有物理和化學(xué)作用。相同的堿抽提條件下， 微波輻射能夠促進(jìn)半纖維素的溶解。通常，處理溫度和抽提溶液的PH值對(duì)半纖維素的結(jié)構(gòu)和分子量有很大影響，一方面微波輻射溫度升高能促進(jìn)半纖維素的提取，另一方面反應(yīng)體系PH值的降低使半纖維素的重均分子量降低。與堿抽提相比，微波輻射法可以得到低分子質(zhì)量和低得率的半纖維素，此分離方法具有無(wú)污染、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)。因此，此法可以作為對(duì)環(huán)境友好的分離半纖維素的新方法，其難點(diǎn)在于如何減小半纖維素的降解程度。如果能以稻草為原料制備低聚木糖，不僅將稻草變廢為寶，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值， 并且解決了稻草傳統(tǒng)利用產(chǎn)生的污染和資源浪費(fèi)的問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)一種成本低、技術(shù)穩(wěn)定、 純度高、無(wú)污染及適于規(guī)?；a(chǎn)的以稻草為原料生產(chǎn)高純度低聚木糖的方法，將稻草變廢為寶，提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)成本低、產(chǎn)物純度高、工藝簡(jiǎn)單的從稻草中提取低聚木糖的方法。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種從稻草中提取低聚木糖的方法，包括以下步驟(1)將稻草碎料與質(zhì)量濃度1-4%的NaOH溶液按1 lOKg/L-Ι 16Kg/L的質(zhì)量體積比混合，在50°C -80°C，200W-400W的功率下微波處理1_4小時(shí)，然后80°C _90°C水浴浸提2-4小時(shí)；(2)去除殘?jiān)?，取上清液，離心，用乙酸調(diào)整所得上清液pH值至4-8，用3-5倍體積 95V/V%的乙醇沉淀，2-4°C冷藏6-14h，離心，棄上清液得沉淀，得粗木聚糖；
(3)將所得粗木聚糖配成質(zhì)量濃度為10% -20%的水溶液，用木聚糖酶酶解，加酶量為400-1400IU/g，控制pH為5. 0-7. 5，25_55°C下反應(yīng)時(shí)間2_15小時(shí)，得酶解液；(4)將酶解液滅活，得上清液，使用活性炭對(duì)所得上清液脫色，抽濾和微孔過(guò)濾，取過(guò)濾后的液體用樹(shù)脂脫色和脫鹽；(5)在截留分子量為3000Da-3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，收集透析袋外的液體，然后濃縮所得液體，冷凍干燥，得低聚木糖。所述步驟(1)中，所述稻草碎料為20-40目的顆粒。本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)方案是，所述步驟(1)中，微波處理的溫度為70-75°C，功率為 300-400w，處理時(shí)間為 2-2. 5h。所述步驟⑵中，去除殘?jiān)姆椒檫^(guò)濾，取濾液在3000-4500r/min離心 15_20min。本發(fā)明的一個(gè)較優(yōu)方案是，所述步驟O)中，所得上清液PH值調(diào)整至5. 5。所述步驟(4)中，酶解液滅活工藝為80-90°C下滅活10-15min，然后3000-4500r/ min 離心 15_20mino使用活性炭脫色的工藝為控制上清液pH為4-6，在70_90°C下活性炭脫色 20-40min，活性炭與上清液用量比為2wt% -#t%。步驟(4)中，用樹(shù)脂脫色的工藝為用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為6wt%，柱溫30-50°C，過(guò)柱時(shí)間2-3小時(shí)。步驟(4)中，用樹(shù)脂脫鹽的工藝為用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為6wt%，柱溫30-50°C，過(guò)柱時(shí)間2-3小時(shí)。(原來(lái)的表述不是很清楚，調(diào)整如上，請(qǐng)您確認(rèn)一下是不是這樣的)所述步驟(5)中，濃縮溫度為50_60°C。所述步驟(5)中，透析時(shí)7-9小時(shí)換水一次，共換水5-8次。通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明可以制得純度高、質(zhì)量好的低聚木糖，而且本發(fā)明的工藝方法簡(jiǎn)單，成本較低，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式為了便于更好理解本發(fā)明，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1將稻草秸稈切斷80°C鼓風(fēng)干燥4小時(shí)、粉碎，40目過(guò)篩，稱取1000克粉碎的稻草秸稈，加入1 %的NaOH水溶液，稻草秸稈與NaOH水溶液的質(zhì)量體積比(Kg/L)為1 14，在 200W的功率下，70°C微波處理2小時(shí)，然后85°C浸提3小時(shí)；300目尼龍布過(guò)濾，除去濾渣，取濾液在4500r/min離心15min，得上清液，所得上清液用乙酸調(diào)整上清液PH為5. 5，然后用3倍體積的95V/V%的乙醇沉淀，4°C冷藏醇沉10 小時(shí)，4500r/min離心15min，棄上清液得沉淀粗木聚糖；所得粗木聚糖室溫真空干燥36小時(shí)，粉碎細(xì)磨，將粉末配成質(zhì)量濃度10%的溶液，加入木聚糖酶1000iu/g，調(diào)整溶液PH為5. 5，35°C下酶解6小時(shí)，得酶解液；將酶解液在85°C條件下，滅活處理15min，4500r/min離心15min，取上清液；控制上清液PH為4-6，80°C下活性炭脫色30min，活性炭與上清液用量比為3wt% ；脫色后所得
4液體用定量濾紙抽濾，再用0. 45 μ m的微孔濾膜過(guò)濾；取過(guò)濾后所得液體用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；在截留分子量為3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，每8小時(shí)換水一次，換水6次檢測(cè)透析袋中還原糖的含量，將透析袋外的液體收集，然后55°C真空濃縮，冷凍干燥。產(chǎn)率2. 4 %，純度大于93 %，木二糖含量大于80 %。實(shí)施例2將稻草秸稈切斷80°C鼓風(fēng)干燥4小時(shí)、粉碎，40目過(guò)篩，稱取1000克粉碎的稻草秸稈，加入1 %的NaOH水溶液，稻草秸稈與NaOH水溶液的質(zhì)量體積比(Kg/L)為1 14，在 300W的功率下，70°C微波處理2小時(shí)，然后85°C浸提3小時(shí)；300目尼龍布過(guò)濾，除去濾渣，取濾液在4500r/min離心15min，得上清液，所得上清液用乙酸調(diào)整上清液PH為5. 5，然后用3倍體積的95V/V%的乙醇沉淀，4°C冷藏醇沉10 小時(shí)，4500r/min離心15min，棄上清液得沉淀粗木聚糖；所得粗木聚糖室溫真空干燥36小時(shí)，粉碎細(xì)磨，將粉末配成質(zhì)量濃度10%的溶液，加入木聚糖酶1000iu/g，調(diào)整溶液PH為5. 5，35°C下酶解6小時(shí)，得酶解液；將酶解液在85°C條件下，滅活處理15min，4500r/min離心15min，取上清液；控制上清液PH為4-6，80°C下活性炭脫色30min，活性炭與上清液用量比為3wt% ；脫色后所得液體用定量濾紙抽濾，再用0. 45 μ m的微孔濾膜過(guò)濾；取過(guò)濾后所得液體用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；在截留分子量為3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，每8小時(shí)換水一次，換水6次檢測(cè)透析袋中還原糖的含量，將透析袋外的液體收集，然后55°C真空濃縮，冷凍干燥。在截留分子量為3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，每8小時(shí)換水一次，換水6次， 檢測(cè)透析袋中還原糖的含量，將透析袋外的液體收集，然后55°C真空濃縮，冷凍干燥。
產(chǎn)率3.6%，純度大于93 %，木二糖含量大于80 %。實(shí)施例3將稻草秸稈切斷80°C鼓風(fēng)干燥4小時(shí)、粉碎，40目過(guò)篩，稱取1000克粉碎的稻草秸稈，加入1 %的NaOH水溶液，稻草秸稈與NaOH水溶液的質(zhì)量體積比(Kg/L)為1 14，在 400W的功率下，70°C微波處理2小時(shí)，然后85°C浸提3小時(shí)；300目尼龍布過(guò)濾，除去濾渣，取濾液在4500r/min離心15min，得上清液，所得上清液用乙酸調(diào)整上清液PH為5. 5，然后用3倍體積的95V/V%的乙醇沉淀，4°C冷藏醇沉10 小時(shí)，4500r/min離心15min，棄上清液得沉淀粗木聚糖；所得粗木聚糖室溫真空干燥36小時(shí)，粉碎細(xì)磨，將粉末配成質(zhì)量濃度10%的溶液，加入木聚糖酶1000iu/g，調(diào)整溶液PH為5. 5，35°C下酶解6小時(shí)，得酶解液；將酶解液在85°C條件下，滅活處理15min，4500r/min離心15min，取上清液；控制上清液PH為4-6，80°C下活性炭脫色30min，活性炭與上清液用量比為3wt% ；脫色后所得液體用定量濾紙抽濾，再用0. 45 μ m的微孔濾膜過(guò)濾；取過(guò)濾后所得液體用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；
在截留分子量為3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，每8小時(shí)換水一次，換水6次檢測(cè)透析袋中還原糖的含量，將透析袋外的液體收集，然后55°C真空濃縮，冷凍干燥。產(chǎn)率3.7%，純度大于93 %，木二糖含量大于80 %。實(shí)施例4將稻草秸稈切斷80°C鼓風(fēng)干燥4小時(shí)、粉碎，40目過(guò)篩，稱取1000克粉碎的稻草秸稈，加入2 %的NaOH水溶液，稻草秸稈與NaOH水溶液的質(zhì)量體積比(Kg/L)為1 14，在 400W的功率下，70°C微波處理2小時(shí)，然后85°C浸提3小時(shí)；300目尼龍布過(guò)濾，除去濾渣，取濾液在4500r/min離心15min，得上清液，所得上清液用乙酸調(diào)整上清液PH為5. 5，然后用3倍體積的95V/V%的乙醇沉淀，4°C冷藏醇沉10 小時(shí)，4500r/min離心15min，棄上清液得沉淀粗木聚糖；所得粗木聚糖室溫真空干燥36小時(shí)，粉碎細(xì)磨，將粉末配成質(zhì)量濃度10%的溶液，加入木聚糖酶1000iu/g，調(diào)整溶液PH為5. 5，35°C下酶解6小時(shí)，得酶解液；將酶解液在85°C條件下，滅活處理15min，4500r/min離心15min，取上清液；控制上清液PH為4-6，80°C下活性炭脫色30min，活性炭與上清液用量比為3wt% ；脫色后所得液體用定量濾紙抽濾，再用0. 45 μ m的微孔濾膜過(guò)濾；取過(guò)濾后所得液體用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；在截留分子量為3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，每8小時(shí)換水一次，換水6次檢測(cè)透析袋中還原糖的含量，將透析袋外的液體收集，然后55°C真空濃縮，冷凍干燥。產(chǎn)率4. 2 %，純度大于93 %，木二糖含量大于80 %。實(shí)施例5將稻草秸稈切斷80°C鼓風(fēng)干燥4小時(shí)、粉碎，40目過(guò)篩，稱取1000克粉碎的稻草秸稈，加入3 %的NaOH水溶液，稻草秸稈與NaOH水溶液的質(zhì)量體積比(Kg/L)為1 14，在 400W的功率下，70°C微波處理2小時(shí)，然后85°C浸提3小時(shí)；300目尼龍布過(guò)濾，除去濾渣，取濾液在4500r/min離心15min，得上清液，所得上清液用乙酸調(diào)整上清液PH為5. 5，然后用3倍體積的95V/V%的乙醇沉淀，4°C冷藏醇沉10 小時(shí)，4500r/min離心15min，棄上清液得沉淀粗木聚糖；所得粗木聚糖室溫真空干燥36小時(shí)，粉碎細(xì)磨，將粉末配成質(zhì)量濃度10%的溶液，加入木聚糖酶1000iu/g，調(diào)整溶液PH為5. 5，35°C下酶解6小時(shí)，得酶解液；將酶解液在85°C條件下，滅活處理15min，4500r/min離心15min，取上清液；控制上清液PH為4-6，80°C下活性炭脫色30min，活性炭與上清液用量比為3wt% ；脫色后所得液體用定量濾紙抽濾，再用0. 45 μ m的微孔濾膜過(guò)濾；取過(guò)濾后所得液體用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt %，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為8wt%，柱溫40°C，過(guò)柱3小時(shí)；在截留分子量為3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，每8小時(shí)換水一次，換水6次檢測(cè)透析袋中還原糖的含量，將透析袋外的液體收集，然后55°C真空濃縮，冷凍干燥。產(chǎn)率4%，純度大于93%，木二糖含量大于80%。上述實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將稻草碎料與質(zhì)量濃度1-4%的NaOH溶液按1 10Kg/L_l 16Kg/L的質(zhì)量體積比混合，在50°C -80°C,200ff-400ff的功率下微波處理1_4小時(shí)，然后80°C _90°C水浴浸提 2-4小時(shí)；(2)去除殘?jiān)?，取上清液，離心，用乙酸調(diào)整所得上清液PH值至4-8，用3-5倍體積95V/ 的乙醇沉淀，2-4°C冷藏6-14h，離心，棄上清液得沉淀，得粗木聚糖；(3)將所得粗木聚糖配成質(zhì)量濃度為10%-20%的水溶液，用木聚糖酶酶解，加酶量為 400-1400IU/g，控制pH為5. 0-7. 5，25_55°C下反應(yīng)時(shí)間2-15小時(shí)，得酶解液；(4)將酶解液滅活，得上清液，使用活性炭對(duì)所得上清液脫色，抽濾和微孔過(guò)濾，取過(guò)濾后的液體用樹(shù)脂脫色和脫鹽；(5)在截留分子量為3000Da-3500Da的透析袋中進(jìn)行透析精制，收集透析袋外的液體， 然后濃縮所得液體，冷凍干燥，得低聚木糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(1) 中，所述稻草碎料為20-40目的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(1) 中，微波處理的溫度為70-75°C，功率為300-400W，處理時(shí)間為2_2. 5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(2) 中，去除殘?jiān)姆椒檫^(guò)濾，取濾液在3000-4500r/min離心15_20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(2) 中，所得上清液PH值調(diào)整至5. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(4) 中，酶解液滅活工藝為80-90°C下滅活10-15min，然后3000_4500r/min離心15_20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(4) 中，使用活性炭脫色的工藝為控制上清液PH為4-6，在70-90°C下活性炭脫色20-40min， 活性炭與上清液用量比為-#t%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(4) 中，用樹(shù)脂脫色的工藝為用陰離子交換樹(shù)脂HZ-202進(jìn)行脫色，樹(shù)脂與上清液用量比為 6wt% _9wt%，柱溫30-50°C，過(guò)柱時(shí)間2-3小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(4) 中，用樹(shù)脂脫鹽的工藝為用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂HZ-016進(jìn)行脫鹽，樹(shù)脂與上清液用量比為 6wt% _9wt%，柱溫30-50°C，過(guò)柱時(shí)間2-3小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(5) 中，濃縮溫度為50-60°C。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從稻草中提取低聚木糖的方法，其特征在于，所述步驟(5) 中，透析時(shí)7-9小時(shí)換水一次，換水5-8次。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種從稻草中提取低聚木糖的方法，其工藝為通過(guò)將稻草干燥粉碎后與NaOH溶液混合；200W-400W的功率下微波處理；然后水浴浸提，過(guò)濾除去殘?jiān)?；調(diào)整濾液pH，用乙醇沉淀，真空干燥，粉碎；將稻草粗木聚糖配成水溶液，酶解；酶解后，將酶解液滅活，活性炭脫色，然后用定量濾紙抽濾，再用微孔濾膜過(guò)濾；再用陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂脫色脫鹽；透析精制，收集透析袋外的液體，然后濃縮溶液，冷凍干燥。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度高，理化性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102399842SQ20111036189
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者王偉, 王飛, 胡國(guó)華 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)