本發(fā)明涉及功能性低聚糖制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木二糖和木三糖含量高的低聚木糖制備方法。

技術(shù)背景

半纖維素是木質(zhì)纖維原料中含量僅次于纖維素的一類高聚糖，其中木聚糖是農(nóng)作物秸稈半纖維素的主要成分。木聚糖工業(yè)化利用途徑主要包括生產(chǎn)木糖、木糖醇、糠醛和低聚木糖等，以及木聚糖降解成木糖后被微生物發(fā)酵制備乙醇等生物能源或化學(xué)品，其中，低聚木糖是附加值最高的木聚糖衍生品。目前，有工業(yè)應(yīng)用前景的農(nóng)作物秸稈制備低聚木糖的方法主要包括兩種：一是采用堿從農(nóng)作物秸稈中提取木聚糖，木聚糖經(jīng)內(nèi)切木聚糖酶水解后制備低聚木糖，該法存在的缺點是木聚糖提取、純化成本較高，產(chǎn)生的廢水污染負荷大。二是水熱法處理農(nóng)作物秸稈，原料中木聚糖以低聚木糖的形式溶出。該法具有無需添加化學(xué)品、生產(chǎn)成本低和廢水污染負荷小的優(yōu)點，但該法制備的低聚木糖中低聚合度的木二糖和木三糖的含量低，一般低于40％。

低聚木糖是由2-10個木糖通過β-1,4-糖苷鍵連接而成的低聚合度糖類的總稱。低聚木糖最主要的生物學(xué)功能是選擇性增殖人或動物腸道內(nèi)以雙歧桿菌為代表的有益菌，作為一種新型生物制品，低聚木糖在食品、飲料、保健品和飼料領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷擴大。研究發(fā)現(xiàn)，低聚木糖聚合度越低，其生物活性越強。低聚木糖是由不同聚合度的低聚木糖組分組成的混合物，低聚木糖中低聚合度組分(例如木二糖、木三糖)比例越大，其生物活性越高，因此，制備以低聚合度低聚木糖組分為主的低聚木糖制品是低聚木糖制備研究發(fā)展的方向。

農(nóng)作物秸稈水熱法制備低聚木糖的原理是農(nóng)作物秸稈中木聚糖上的乙?；诟邷貤l件下從木聚糖主鏈上脫落溶于水中形成乙酸，導(dǎo)致反應(yīng)體系呈弱酸性環(huán)境，木聚糖在弱酸環(huán)境下發(fā)生部分降解生成低聚木糖。由于水熱法處理中木聚糖降解反應(yīng)處于弱酸性環(huán)境，反應(yīng)強度較低，因此生成的低聚木糖產(chǎn)物中低聚合度的木二塘和木三糖組分較少，從而導(dǎo)致水熱法制備的低聚木糖生物活性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種木二糖和木三糖含量高的低聚木糖制備方法，該法具有污染負荷小，低聚木糖生物活性高等優(yōu)點。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種木二糖和木三糖含量高的低聚木糖制備方法：采用農(nóng)作物秸稈熱水處理與內(nèi)切木聚糖酶降解相耦合的方式，制備出木二糖和木三糖質(zhì)量之和不小于低聚木糖總質(zhì)量60％的低聚木糖。

所述的熱水處理步驟中，原料與水按固液比1:6-1:15混合后，于140-180℃下蒸煮10-60min。

所述的內(nèi)切木聚糖酶降解步驟中，熱水處理液于酶加量50-100u/g低聚木糖酶解2-24h。

所述的農(nóng)作物秸稈包括麥草、玉米秸稈。

所述的木二糖和木三糖含量高的低聚木糖制備方法，包括以下步驟：

(1)農(nóng)作物秸稈與水按固液比1:6-1:15混合后，于140-180℃下蒸煮10-60min；固液分離獲得熱水處理溶液；

(2)調(diào)節(jié)熱水處理溶液ph，添加酶用量為50-100u/g低聚木糖的內(nèi)切木聚糖酶，酶解2-24h，獲得木二糖和木三糖含量高的低聚木糖。

所述的木二糖和木三糖含量高的低聚木糖制備方法，步驟(2)中，調(diào)節(jié)熱水處理溶液ph4.8；酶解條件為：50℃，ph4.8，酶解2-24h。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首先采用熱水處理農(nóng)作物秸稈使其中的木聚糖以可溶的、主要為聚合度較高的低聚木糖的形式溶解于處理液中，然后在熱水處理液中加入內(nèi)切木聚糖酶進行酶解，可得到富含木二糖和木三糖的低聚木糖溶液。經(jīng)試驗證實：酶解24h，就可以獲得木二糖和木三糖占總低聚木糖的質(zhì)量比例大于60％的低聚木糖。有效解決了水熱法制備的低聚木糖生物活性較低的問題，并規(guī)避了常規(guī)方法中的木聚糖提取難、純化成本較高，廢水污染負荷大等缺點，具有無需添加化學(xué)品、生產(chǎn)成本低和廢水污染負荷小、制備的低聚木糖生物活性高等優(yōu)點，有很好的工業(yè)化前景，具有很好的實用性。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施對本發(fā)明做進一步闡述。實施例是為說明而非限制本發(fā)明。本領(lǐng)域中任何普通技術(shù)人員能夠理解這些實施例，不以任何方式限制本發(fā)明，可做適當(dāng)?shù)男薷亩贿`背本發(fā)明的實質(zhì)和偏離本發(fā)明的范圍。

以下實施例中：

木糖濃度采用高效液相色譜法(hplc)測定。色譜條件如下：色譜儀：agillent1200高效液相色譜儀；色譜柱：bio-radaminexhpx-87h；流動相：0.005mol/l硫酸，流速：0.6ml/min；柱溫：55℃；檢測器：示差折光檢測器；進樣量：10μl。外標法測定。

木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖濃度測定參照專利《一種利用高效液相離子交換色譜測定低聚木糖的方法》(公開號：cn102288688b)測定。

聚合度大于6的低聚木糖組分，由于目前市場上尚沒有聚合度大于6的低聚木糖單組分標準樣品，因此不能用專利文獻cn102288688b測定。聚合度高于6的低聚木糖組分定量測定方法如下：

(1)總低聚木糖濃度測定方法

取含低聚木糖的溶液vml于水解瓶中，加入等體積8％h2so4于121℃下反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后用50％的naoh調(diào)節(jié)反應(yīng)液ph值1-3，用蒸餾水定容至一定體積v0，在agilent1200高效液相色譜儀上測定稀釋液中木糖濃度c0。另取vml含低聚木糖的溶液，稀釋一定倍數(shù)，在agilent1200高效液相色譜儀上測定其中原有的木糖濃度c1，則樣品中總低聚木糖濃度計算如下：

c總低聚木糖＝(v0/v×c0-c1)×0.88

式中：v：含低聚木糖的溶液樣品體積，ml；v0：樣品水解、中和、定容后的稀釋液的體積，ml；c0：稀釋液中木糖濃度，g/l；c1：含低聚木糖的溶液中木糖濃度，g/l；0.88：低聚木糖和木糖的轉(zhuǎn)化系數(shù)。

(2)聚合度高于6的低聚木糖組分濃度(cdp>6低聚木糖)計算

cdp>6低聚木糖(g/l)＝c總低聚木糖-(c木二糖+c木三糖+c木四糖+c木五糖+c木六糖)

式中，c木二糖、c木三糖、c木四糖、c木五糖、c木六糖分別表示溶液中木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖的濃度，g/l。

實施例1農(nóng)作物秸稈的熱水處理

(1)麥草的熱水處理：50g絕干麥草與500ml蒸餾水混合，于180℃下蒸煮40min，蒸煮結(jié)束后，用布袋進行固液分離，得到熱水處理固體渣和熱水處理液兩部分。

(2)分析熱水處理液中不同聚合度低聚木糖組分濃度及占總低聚木糖比例，結(jié)果如表1。

表1熱水處理液中不同聚合度低聚木糖組分濃度及占總低聚木糖比例

結(jié)果表明，麥草以固液比1:10于180℃的熱水中處理40min，麥草中的大部分木聚糖以不同聚合度的低聚木糖形式溶出。在麥草熱水處理液中，低聚木糖總濃度為10g/l，其中低聚合度的木二糖和木三糖濃度為3.3g/l，占總低聚木糖的比例為33.0％；而聚合度較高的低聚木糖組分(聚合度大于等于4)濃度之和為6.7g/l，占總低聚木糖的比例為67.0％。

實施例2麥草熱水處理液酶解制備木二糖和木三糖含量高的低聚木糖

取實施例1的熱水處理液20ml于150ml水解瓶中，用50％的naoh調(diào)節(jié)ph值為4.8，按75u/g低聚木糖的酶加量加入內(nèi)切木聚糖酶，置于50℃搖床中酶解24h，在不同反應(yīng)時間取樣1ml，于10000條件下離心10min，取上清分析酶解液中不同聚合度低聚木糖組分濃度及占總低聚木糖的比例。結(jié)果如表2。

表2酶解液中不同聚合度低聚木糖組分濃度及占總低聚木糖比例

結(jié)果表明，總低聚木糖濃度為10.0g/l的麥草熱水處理液經(jīng)酶用量為75u/g低聚木糖的內(nèi)切木聚糖酶水解24h，在低聚木糖總濃度基本不變的情況下，產(chǎn)物中不同聚合度低聚木糖組分的濃度發(fā)生變化。隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)體系中木二糖濃度呈增加趨勢，木三糖濃度在反應(yīng)前8h呈增加趨勢、8h后呈下降趨勢，聚合度高于4(包括木四糖)的低聚木糖組分呈下降趨勢。木二糖和木三糖占總低聚木糖的比例隨著酶解反應(yīng)的進行呈增加趨勢?？偟途勰咎菨舛葹?0.0g/l、木二糖和木三糖占總低聚木糖的比例為33.0％的麥草熱水處理液經(jīng)酶用量為75u/g低聚木糖的內(nèi)切木聚糖酶水解24h，總低聚木糖為9.99g/l，酶解產(chǎn)物低聚木糖中木二糖和木三糖占總低聚木糖的比例提高到74.27％。

實施例3酶用量對麥草熱水處理液酶解制備的低聚木糖中木二糖和木三糖含量的影響

分別取實施例1的熱水處理液20ml于150ml水解瓶中，用50％的naoh調(diào)節(jié)ph值為4.8，分別按50、75、100u/g低聚木糖的酶加量加入內(nèi)切木聚糖酶，置于50℃搖床中酶解24h，酶解結(jié)束后酶解物于10000條件下離心10min，取上清分析酶解液中木二糖和木三糖濃度之和及占總低聚木糖的比例。結(jié)果如表3。

表3酶用量對麥草熱水處理液酶解制備的低聚木糖中木二糖和木三糖含量的影響

結(jié)果表明，總低聚木糖濃度為10.0g/l的麥草熱水處理液分別經(jīng)酶用量為50、75、100u/g低聚木糖的內(nèi)切木聚糖酶水解24h，酶解液中木二糖和木三糖質(zhì)量濃度之和分別占酶解液中總低聚木糖質(zhì)量濃度的66.23％、74.27％和79.08％。