一種以棉籽殼為原料制備高純度低聚木糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種低聚木糖的制備方法，具體設(shè)及到一種W棉巧殼為原料高效制備 高純度低聚木糖的方法，屬于功能糖制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 低聚木糖是低聚糖的一種，是由β-1，4-內(nèi)切木聚糖酶W木聚糖為底物、水解 0-1，4糖巧鍵形成的聚合度為2-7的低聚糖。低聚木糖可W改善有機體（人和動物）消化 道菌群平衡，促進消化道有益細菌的生長，抑制有害微生物的繁殖，促進營養(yǎng)吸收，提高機 體免疫力。近年來，高純度低聚木糖由于功效更突出，附加值更高而需求越來越大。
[0003]棉巧殼主要由纖維素（37-48% )、半纖維素（22-28% )、木質(zhì)素（29-32% )等組 成，較高的半纖維素含量決定棉巧殼是一種制備低聚木糖的良好原料。目前，棉巧殼主要用 途有燃燒、制備含娃化合物、制備建筑材料、飼料等，經(jīng)濟效益不佳，產(chǎn)品附加值較低。采用 棉巧殼制備低聚木糖有助于提升其經(jīng)濟價值，使其變廢為寶，產(chǎn)生重要的經(jīng)濟、社會效益。
[0004]現(xiàn)有的低聚木糖提取方法包括：酸水解法、堿水解法、熱水抽提法（含蒸汽噴爆 法）、酶水解法（含物理或化學-酶聯(lián)合法）、微波降解法，不同的方法其制備效率、包含雜 質(zhì)有所不同。
[0005]而目前制備低聚木糖的主要原料包括玉米忍、稻草、稻殼、甘薦渣等為主要原料， 制備的產(chǎn)品中含有大量的單糖而純度較低，一般在65% -80%之間。專利CN1333371A采用 教皮為原料制備的低聚木糖純度為66. 77% ;專利CN102559805A采用稻草及稻殼為原料 制備的低聚木糖純度（含量）為80-85% ;專利CN101781669A采用稻草為原料制備的低聚 木糖純度（含量）為80-85%。制備高純度低聚木糖需要經(jīng)過膜分離、模擬移動床等方法分 離純化獲得。比如：專利CN203833852U介紹了一種膜分離純化低聚木糖的應(yīng)用；專利CN 1500796A介紹了一種納濾膜去除粗糖液中的雜質(zhì)單糖；專利CN101899486A利用模擬移動 床分離提純低聚木糖，低聚木糖的純度為90. 64% -93. 2%;專利CN1556110A采用納濾技術(shù) 將含量75. 9%的粗糖液制備為含量為94%左右的高純度低聚木糖；專利CN101928305A采 用模擬移動床技術(shù)，將含量由75. 63%提升到95%左右的低聚木糖。運些方法雖然提升了 低聚木糖純度，但是分離過程不可避免的造成糖液損失，且需要大量純水，分離過程將糖液 稀釋，還需再次濃縮等，造成資源浪費，使高純度低聚木糖的制備成本升高。
[0006]專利CN1333371A中提到一種W薦渣為原料，采用堿溶、醇沉制備粗木聚糖，然后 木聚糖酶定向酶解，制備的低聚木糖純度為92. 9%，此方法中酶解時間長達2地，影響了制 備效率；另外，由于乙醇易燃，在使用中還需要特定的環(huán)境。專利CN101565468B采用棉巧 殼為原料制備低聚木糖，但木聚糖酶添加量高達棉巧殼干重的1. 0-2. 5%，酶解時間長達 24-36h，影響了棉巧殼低聚木糖的成本及效率，另外，制備的產(chǎn)品中低聚木糖的含量在80% 左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述問題，尋找一種生產(chǎn)成本低、效率高、產(chǎn)品純度高的低聚木糖制備方法非 常必要。
[0008]首先，本發(fā)明針對W棉巧殼為原料制備高純度低聚木糖，提供了一種棉巧殼的預(yù) 處理工藝，其包括：棉巧殼與水按質(zhì)量比混合，加入弱酸催化劑，在140°C-170°C蒸煮 40min-90min，將棉巧殼中的木聚糖溶出，控制蒸煮液中的木糖含量為3% -10%，降溫待 用；
[0009] 其中加入的弱酸催化劑，優(yōu)選為乙酸、甲酸、巧樣酸；
[0010] 棉巧殼與水的配比，優(yōu)選為按1:化-10)的質(zhì)量比混合。
[0011] 發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，（1)高溫蒸煮法主要是利用水在高溫條件下可W作為酸性 催化劑促進半纖維素的水解，但一定溫度下水本身提供的有限，因此往往需要較高的溫 度條件，然而，較高的蒸煮溫度卻又產(chǎn)生過多的副產(chǎn)物（如木糖在高溫條件下會進一步生 成慷醒等）；若使用強酸（硫酸、鹽酸等）提供Η%其對于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備、工藝條件等提 出了更高的要求（主要是強酸的腐蝕性、危險性控制等）；針對此問題，發(fā)明人通過實驗嘗 試，在高溫蒸煮法中加入弱酸催化劑，既能夠有效的提高催化效率（提供有效的Η+)，又不 必需過高的溫度條件從而減少副產(chǎn)物產(chǎn)生，并且更能適用于工業(yè)生產(chǎn)降低工業(yè)應(yīng)用成本； (2)發(fā)明人在高溫蒸煮-酶解法制備低聚木糖的過程中，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理后的木糖含量運一指 標，對于控制棉巧殼中木聚糖的（預(yù)處理）降解程度和木聚糖的溶出效果，極為關(guān)鍵：預(yù)處 理過程中，體系中的長鏈木聚糖在酸性和高溫條件下主鏈和側(cè)鏈（如阿拉伯糖側(cè)鏈）均發(fā) 生水解，木聚糖從木質(zhì)纖維成分中游離出來并且聚合度下降，其中也包括單糖的解離；發(fā)明 人通過多個條件的比較摸索，發(fā)現(xiàn)在蒸煮液中的木糖含量為3%-10%范圍內(nèi)，其木聚糖的 解離程度適中且效果最好，適中意為長鏈木聚糖較多的解離為聚合度較低的木聚糖，且單 糖解離度不高（副產(chǎn)物較少）；當木糖含量較高（如15%、20% )時，雖然木聚糖的解離度 更高，但副產(chǎn)物也明顯增多，最終進行酶解后獲得的低聚木糖含量占比降低；當木糖含量較 低（如1%)時，木聚糖解離度過低，不利于后續(xù)木聚糖酶的酶解接觸，導(dǎo)致低聚木糖收率降 低；（3)發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，通過本發(fā)明所述的預(yù)處理工藝處理后，可明顯降低后續(xù)木聚糖 酶的使用量同時減少酶解時間，極大降低了生產(chǎn)成本。
[0012] 其次，本發(fā)明的目的還在于提供一種W棉巧殼為原料制備高純度低聚木糖的方 法。產(chǎn)品中木二糖-木屯糖純度> 90%，同時，明顯降低了制備過程中的木聚糖酶添加量及 酶解時間。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案為棉巧殼為原料，制備低聚木糖的過程中，調(diào)節(jié)原料預(yù)處 理過程中高溫蒸煮時間及溫度，控制蒸煮液中的木糖含量，調(diào)節(jié)酶解過程中木聚糖酶加量 及酶解時間，制備高純度低聚木糖。高純度低聚木糖，木二糖-木屯糖純度>90%,結(jié)構(gòu) 式如下所示：其中η= 0-5,A、B、C和D分別對應(yīng)于二維核磁共振波譜解析中的4個端基；
[0014]
[0015] 具體制備步驟如下：
[0016] (1)W棉巧殼為原料；
[0017] (2)棉巧殼與工藝水按1:化-10)的質(zhì)量比混合，加入棉巧殼干重百分比為 0. 5-1. 5%的弱酸催化劑，在140°C-170°c蒸煮40min-90min，將棉巧殼中的木聚糖溶出，控 制蒸煮液中的木糖含量為3% -10%，降溫待用；
[001引 做步驟似中的蒸煮液加入棉巧殼干重百分比0.01% -0.2%的木聚糖酶，酶 解反應(yīng)溫度為50°C-85°C，酶解時間為6-lOh，酶解液經(jīng)滅酶、凈化、濃縮或干燥制備木二 糖-木屯糖純度> 90%的低聚木糖糖漿或糖粉。
[0019] 步驟（2)所述弱酸催化劑為乙酸、甲酸、巧樣酸等。步驟（2)所述蒸煮液中木糖含 量計算方法為：高效液相色譜檢測結(jié)果中，木糖組分的峰面積占總糖峰面積的百分比；步 驟（3)中，所述低聚木糖純度計算方法為：高效液相色譜檢測結(jié)果中，木二糖-木屯糖組分 的峰面積占總糖峰面積的百分比。檢測條件為：色譜柱為甜odexsugarKS-802,或其他具 有同等分析效果的色譜柱；流動相為超純水，柱溫80°C。
[0020] 步驟（3)所述的木聚糖酶為夏盛木聚糖酶SPE-01XG、康地恩木聚糖酶SP-min，或 具有等同效果的其它木聚糖酶。
[0021] 此外，本發(fā)明還提供了通過所述方法制備的高純度低聚木糖糖漿或糖粉及其在制 備加工食品、飲品、化妝品、醫(yī)藥制品中的應(yīng)用。通常，不同的加工制備方法，其所獲得的低 聚木糖產(chǎn)品中低聚木糖的純度、雜質(zhì)的組分、比例等往往有所不同，現(xiàn)有技術(shù)并未提供本發(fā) 明所屬結(jié)構(gòu)和/組成的高純度低聚木糖。
[0022] 本發(fā)明的有益效果為：