一種水解農(nóng)業(yè)廢棄物中半纖維素多糖制備木糖功能糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種水解農(nóng)業(yè)廢棄物中半纖維素多糖制備木糖功能糖的方法，屬于木糖領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，其中半纖維素一般占20?35%。半纖維素可作為膽固醇抑制劑和藥片分解劑等。其經(jīng)水解可制備功能性低聚糖，可生產(chǎn)木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。然而，半纖維素由于其組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)條件的差異，水解產(chǎn)物復(fù)雜多樣，從而制約了半纖維素各有用組分的生產(chǎn)與應(yīng)用。因此研究半纖維素的水解反應(yīng)有助于半纖維素資源的高效利用。
[0003]低聚木糖因很難被人體消化酶系統(tǒng)分解而直接進入大腸，大量增殖腸道內(nèi)的益生菌雙歧桿菌和乳酸菌，其發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸如乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等一方面可以降低腸道內(nèi)的PH值，從而促進腸道功能、脂類代謝、弼和礦物質(zhì)的吸收及預(yù)防結(jié)腸癌。另一方面，能抑制梭菌等致病菌的生長、防止腹灣和便秘、減少有毒代謝產(chǎn)物(如胺)的形成，從而減輕肝臟分解毒素負擔(dān)，起到保護肝臟的作用。此外，低聚木糖還有降血脂、降低膽固醇、控制血糖水平、抗過敏、抗氧化、抗感染、免疫調(diào)節(jié)等生理特性。因此在食品、制藥、動物飼料等方面有重要的應(yīng)用。
[0004]傳統(tǒng)的降解處理中，由于多種半纖維素糖組分，如葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等都被降解溶出，水解液中存在較多的糖組分，這導(dǎo)致在后續(xù)木糖結(jié)晶析出的過程中，由于純化后的水解液中木糖的純度較低，較多木糖難以被結(jié)晶析出，被殘留在剩余的混合糖液中，降低了結(jié)晶木糖的收率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對由于半纖維素多糖組分中如葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等降解時容易溶出，導(dǎo)致水解液中存在較多的糖組分，使后續(xù)木糖結(jié)晶析出的過程中，由于純化后的水解液中木糖的純度較低，較多木糖難以被結(jié)晶析出，殘留在剩余的混合糖液中，降低了結(jié)晶木糖的收率的問題，提供了一種水解農(nóng)業(yè)廢棄物中半纖維素多糖制備木糖功能糖的方法，本發(fā)明選取小麥秸桿，經(jīng)過烘干、粉碎、堿性提取等工藝得半纖維素粗多糖，再提純，將纖維素純多糖加入纖維素酶降解劑和乙醇溶液進行超聲降解，將降解液加壓濃縮后用超濾膜進行膜分離，即可得到木糖產(chǎn)物，濃縮干燥即可，本發(fā)明的制備工藝水解后可去除多余的副產(chǎn)物，得到純度為90?95%的木糖，添加在食品總具有廣泛的應(yīng)用，采用超濾膜將低聚木糖液中的酶和未降解的木聚糖去除，減少木糖的損失，而且制備來源豐富，成本低。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)取200?300g小麥秸桿，將其曬干后粉碎、過篩得50?60目碎粒，在室溫下取500?600mL濃度為5mol/L氫氧化鈉溶液和1000?1200mL質(zhì)量分數(shù)3%雙氧水，混合攪拌后浸泡3?5h，浸泡后放入離心機中在4000?4500r/min轉(zhuǎn)速下離心分離15?20min，得上清液；
(2)將上清液中用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值為4.5?5.5，透析，將透析后的溶液在55?65°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的20%，將蒸發(fā)后濃縮液按體積比1:5加入到質(zhì)量分數(shù)95%的乙醇中，密封進行醇沉3?5h，醇沉液用高速離心機在5500?6000r/min的轉(zhuǎn)速下離心處理15?20min后，去除上清液得到沉淀物，將沉淀物進行冷凍干燥得半纖維素粗多糖；
(3)取I?3g上述得到的半纖維素多糖，向其中加入200?300mLpH4.0?5.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液，攪拌后將混合液加入到裝有強酸性陽離子交換樹脂的離子交換柱中進行吸附純化，流速為3?51]1171]1；[11，用含10?15%體積氯化鈉的口!14.0?5.0磷酸氫二鈉-梓檬酸緩沖液進行洗脫I?2h，洗脫后收集含有半纖維素多糖洗脫液，將洗脫液在60?70°C下加熱濃縮，將濃縮液冷凍干燥得半纖維素純多糖，所述的混合液的體積為強酸性陽離子交換樹脂體積的1?15倍；
(4)將上述得到的多糖按固液比1:5加入去離子，在-5°C下冷凍，冷凍完全后再在室溫下緩慢融化，將融化后的糖水進行在4000?5000r/min轉(zhuǎn)速下離心分離，去除沉淀物，將上清液液中加入總質(zhì)量0.5?0.8%纖維素酶降解劑，在35?45°C和超聲頻率為25?35kHz下進行超聲波降解，并向糖水中加入總質(zhì)量50?60%質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液，超聲30?40min后再加入總質(zhì)量30?50%無水乙醇，繼續(xù)超聲降解I?2h，降解結(jié)束后，即可得到多糖降解液；
(5)將上述多糖降解液在真空度為為-0.04?-0.02MPa，溫度為20?30°C下，減壓濃縮至提取液體積的10?15%，向濃縮液加入等體積去離子水，攪拌混合后去除不溶物，再經(jīng)過分子直徑為0.5?0.8μπι超濾膜進行膜分離，操作的壓差為0.1?0.5MPa，截留小分子量，可得到木糖產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物濃縮、干燥即可得木糖功能糖。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:本發(fā)明制得的木糖可以應(yīng)用于食品上中，例如在飲料用木糖取代原來白砂糖的20?30%，在10?30°C下可以保存10?12個月，而且口感更佳;添加在奶油食品中，可將原來砂糖的40?50%更換為木糖，可提高產(chǎn)品的乳化性，而且食用起來避免油膩口感;添加在布丁中，將木糖和砂糖按30?40 %的比例更換，不僅具有爽口的效果，而且還增加食品的保鮮期。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明的制備工藝可以去除多余的副產(chǎn)物，得到純度為90?95%的木糖，具有更廣泛的應(yīng)用；
(2)本發(fā)明采用超濾膜將低聚木糖液中的酶和未降解的木聚糖去除，使得木糖的損失量減少，而且制備來源豐富，成本低。
【具體實施方式】
[0009]首先取200?300g小麥秸桿，將其曬干后粉碎、過篩得50?60目碎粒，在室溫下取500?600mL濃度為5mol/L氫氧化鈉溶液和1000?1200mL質(zhì)量分數(shù)3%雙氧水，混合攪拌后浸泡3?5h，浸泡后放入離心機中在4000?4500r/min轉(zhuǎn)速下離心分離15?20min，得上清液；將上清液中用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值為4.5?5.5，透析，將透析后的溶液在55?65°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的20%，將蒸發(fā)后濃縮液按體積比1:5加入到質(zhì)量分數(shù)95%的乙醇中，密封進行醇沉3?5h，醇沉液用高速離心機在5500?6000r/min的轉(zhuǎn)速下離心處理15?20min后，去除上清液得到沉淀物，將沉淀物進行冷凍干燥得半纖維素粗多糖;取I?3g得到的半纖維素多糖，向其中加入200?300mLpH4.0?5.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液，攪拌后將混合液加入到裝有強酸性陽離子交換樹脂的離子交換柱中進行吸附純化，流速為3?5mL/min，用含1?15%體積氯化鈉的PH4.0?5.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液進行洗脫I?2h，洗脫后收集含有半纖維素多糖洗脫液，將洗脫液在60?70 °C下加熱濃縮，將濃縮液冷凍干燥得半纖維素純多糖，所述的混合液的體積為強酸性陽離子交換樹脂體積的10?15倍;將得到的多糖按固液比1:5加入去離子，在-5 °C下冷凍，冷凍完全后再在室溫下緩慢融化，將融化后的糖水進行在4000?5000r/min轉(zhuǎn)速下離心分離，去除沉淀物，將上清液液中加入總質(zhì)量0.5?0.8%纖維素酶降解劑，在35?45°C和超聲頻率為25?35kHz下進行超聲波降解，并向糖水中加入總質(zhì)量50?60%質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液，超聲30?40min后再加入總質(zhì)量30?50%無水乙醇，繼續(xù)超聲降解I?2h，降解結(jié)束后，即可得到多糖降解液;將多糖降解液在真空度為為-0.04?-
0.02MPa，溫度為20?30°C下，減壓濃縮至提取液體積的10?15 %，向濃縮液加入等體積去離子水，攪拌混合后去除不溶物，再經(jīng)過分子直徑為0.5?0.8μπι超濾膜進行膜分離，操作的壓差為0.1?0.5MPa，截留小分子量，可得到木糖產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物濃縮、干燥即可得木糖功能糖。
[0010]實例I
首先取200g小麥秸桿，將其曬干后粉碎、過篩得50目碎粒，在室溫下取500mL濃度為5mol/L氫氧化鈉溶液和100mL質(zhì)量分數(shù)3%雙氧水，混合攪拌后浸泡3h，浸泡后放入離心機中在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心分離15min，得上清液;將上清液中用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值為4.5，透析，將透析后的溶液在55°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的20%，將蒸發(fā)后濃縮液按體積比1:5加入到質(zhì)量分數(shù)95%的乙醇中，密封進行醇沉3h，醇沉液用高速離心機在5500r/min的轉(zhuǎn)速下離心處理15min后，去除上清液得到沉淀物，將沉淀物進行冷凍干燥得半纖維素粗多糖;取Ig得到的半纖維素多糖，向其中加入200mLpH4.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液，攪拌后將混合液加入到裝有強酸性陽離子交換樹脂的離子交換柱中進行吸附純化，流速為3mL/min，用含10%體積氯化鈉的pH4.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液進行洗脫lh，洗脫后收集含有半纖維素多糖洗脫液，將洗脫液在60 0C下加熱濃縮，將濃縮液冷凍干燥得半纖維素純多糖，所述的混合液的體積為強酸性陽離子交換樹脂體積的10倍;將得到的多糖按固液比1:5加入去離子