本發(fā)明屬于低聚木糖制備
技術領域：
，具體涉及一種以粘膠纖維壓榨液為原料生產低聚木糖的方法。
背景技術：
：低聚木糖系由2-7個木糖分子以α–1,4糖苷鍵結合而成，其中以木二糖、木三糖為主要有效成分，其理化性質穩(wěn)定，耐酸、耐熱，并有很強增殖腸道益生菌、改善腸道微生態(tài)環(huán)境等功能。固體型低聚木糖呈乳白色至淡黃色粉末，主要是從富含木聚糖植物(如棉籽殼、麩皮、玉米芯等)，通過木聚糖水解酶酶解而得一種非消化低聚木糖。低聚木糖的生產技術包括從原料中提取木聚糖和木聚糖酶法水解，和最后低聚木糖產品的純化等三個方面。制備低聚木糖的原料主要是木聚糖，木聚糖在玉米芯、甘蔗渣、棉子殼和燕麥、樺木等農林產品中含量相對較高，平均可達30％左右。但在低聚木糖生產過程中，原料細胞壁中的某些成分會防礙木聚糖與木聚糖酶之間的作用，從而降低形成速率和產率，因此在水解之前，必須對原料進行有效地處理來提取出木聚糖。目前木聚糖的制備方法通常有以下幾種：1)直接高溫蒸煮提取木聚糖；2)堿法提取木聚糖；3)酸法提取木聚糖；4)微波法提取木聚糖。然而酸法提取木聚糖時木糖含量太高，不利于低聚木糖的生產；堿法提取木聚糖時得到的木聚糖漿粘度太高，不便與操作，且產物中還原糖含量高，不利于生產。目前，產木聚糖酶的微生物有細菌、鏈霉菌、曲霉菌、青霉、木霉和毛殼霉等。但是自然界微生物產生的木聚糖降解酶系均存在木糖苷酶活性，往往影響低聚木糖的產率，同時還伴隨產生大量淀粉酶、纖維素酶，這些酶性質相近，增加了分離純化木聚糖降解酶系的困難。由于在前期處理過程中勢必會產生各種色素、鹽類、酸性低聚糖等雜質，因此，在生產低聚木糖過程中，分離、純化步驟顯得尤為重要。根據低聚木糖單一組分理化特性，采用層析分離技術。適于低聚木糖單一組分制備分離層析技術主要有凝膠過濾層析和活性炭層析兩種。凝膠過濾介質較昂貴，但可反復使用，一般可用水作為洗脫劑等度洗脫。活性炭層析所使用介質相對便宜，樣品容量大，但不能采用等度洗脫方式，不能用示差檢測，且周期較長。膜分離技術是一種新興分離、濃縮和提純技術，具有常溫、無相變、高效、節(jié)能、無污染等特點。該技術利用分離膜選擇性透過特性，透過流體內一種或幾種物質，而截留其它透不過物質，從而達到濃縮和分離、純化目的。將膜技術和生化反應結合耦合技術一直是膜技術應用一個熱點。該技術利用膜特性分離產物，截留底物和酶，從而實現酶重復利用和提高酶解效率。鑒于在低聚木糖的生產過程中存在著上述一系列的問題，開發(fā)一種低聚木糖產率高，尤其是木二糖，木三糖和木四糖產率高、純度高的生產方法，降低生產成本，是目前工業(yè)化生產低聚木糖急需解決的問題。技術實現要素：本發(fā)明為解決現有技術問題，提供了一種以粘膠纖維壓榨液為原料生產低聚木糖,尤其是木二糖，木三糖和木四糖的方法，能有效提高木二糖，木三糖和木四糖的轉化效率。本發(fā)明的低聚木糖的生產方法，包括如下步驟：1)將粘膠纖維生產的壓榨液經過膜脫堿濃縮，得到半纖維素溶液；2)將步驟1)制備的半纖維素溶液在160-170℃條件下保溫30-50min；3)將步驟2)保溫處理后的半纖維素溶液降溫至50-60℃，并調節(jié)pH值為4.8-5.5，按0.01-0.05％(w/v)的比例加入復合酶制劑，酶解3-5h；4)酶解反應結束后，將酶解液升溫滅活復合酶制劑；5)將酶解后的溶液進行固液分離，得到低聚木糖溶液。所述復合酶制劑包含木聚糖酶，纖維素酶和甘露聚糖酶。所述復合酶制劑中各組分的含量分別為木聚糖酶100000IU/g，纖維素酶10000IU/g和甘露聚糖酶5000IU/g。本發(fā)明再一個方面提供采用上述方法制備得到的低聚木糖，能用于飼料制備
技術領域：
中。本發(fā)明的方法能顯著促進木聚糖的有效降解，使木聚糖向木二糖、木三糖和木四糖轉化的總效率達到36-44％；而且還能有效提高木三糖的轉化率，達到19％-22％。本發(fā)明在160-170℃范圍內高溫預處理能有效實現低聚木糖的生產，減少單糖的轉化率，取得了意料不到的技術效果。采用本發(fā)明所述方法制備得到的低聚木糖可廣泛應用于飼料中，能有效促進養(yǎng)殖動物生長，提高免疫力，降低料肉比，市場前景廣闊。具體實施方案在粘膠纖維生產過程中，主要通過堿法溶解原料紙漿，具體就是利用氫氧化鈉溶液將紙漿中的半纖維素溶解出來。堿溶解后，將原料進行壓榨，獲得的溶液即為本發(fā)明實施例中所述的粘膠纖維壓榨液，其主要成分為半纖維素和氫氧化鈉。本發(fā)明實施例中采用離子色譜法測定葡萄糖、木糖、木二糖、木三糖、木四糖含量，測定方法具體為：1原理樣品隨著流動相進入固定相(色譜柱)，溶于流動相中的各組分經過固定相時，由于與固定相發(fā)生作用(吸附、分配、離子吸引、排阻、親和)的大小、強弱不同，在固定相中滯留時間不同，從而先后從固定相中流出，不同保留時間留出來的組分，進入電化學檢測器，發(fā)生氧化還原反應，產生強弱不等的信號，由信號形成色譜圖，在一定范圍之內，信號值和濃度成線性關系。電化學檢測工作原理：糖類屬于弱酸，在強堿溶液中會部分或者全部以陰離子形成存在，利用在陰離子色譜柱上不同的保留性進行分離，在強堿性條件下，糖結構中的羥基等電化學活性基團在適當的電位下可以在金電極表面被氧化而導致電流的變化，電流的大小產生不同的色譜峰。2測定步驟2.1標準曲線取葡萄糖、木糖和木二糖、木三糖、木四糖標準溶液先稀釋10倍，再按下表稀釋，為實驗用標準溶液：混合標準溶液(ml)去離子水(ml)總體積(ml)0.10.910.30.710.50.510.70.311.0012.2實驗條件離子色譜儀：IC-5000檢測器：電化學檢測器流速：0.7ml/min柱溫：30℃色譜柱：ThermoFisherPA10保護柱：ThermoFisherGA10pH電極：Agcl電位：standardquad進樣量：25ul流動相：0.25mol/L氫氧化鈉：水＝40:60運行時間：45min出峰順序：葡萄糖、木糖、木二糖、木三糖、木四糖3實驗結果與計算3.1標準曲線的制作以葡萄糖、木糖、木二糖、木三糖、木四糖系列濃度為橫坐標，色譜峰面積響應值為縱坐標，列出直線回歸方程：Y＝ac+b；其中Y為上述某種糖的峰面積，a、b為標準方程系數，c為對應糖的濃度。3.2樣品含量計算公式：P＝C*n；其中P為樣品中上述某種糖的含量，C為由標準曲線計算出來的對應糖的濃度，n為稀釋倍數。實施例1本實施例的方法，包括如下步驟：1)將粘膠纖維生產的壓榨液經過膜脫堿濃縮，得到低堿高濃度的半纖維素溶液；取20毫升的半纖維素溶液，與20毫升濃度為12％的稀硫酸混合，100℃高溫處理90min，用碳酸鈣調節(jié)pH至中性，用離子液相色譜測定里面木聚糖的總含量，結果表明獲得的半纖維素溶液中木聚糖含量為90g/L；2)將步驟1)獲得的半纖維素溶液在160℃條件下保溫50min；3)降溫至50℃，并調節(jié)半纖維素溶液的pH為4.8，按0.01(w/v)的比例加入復合酶制劑(木聚糖酶100000IU/g，纖維素酶10000IU/g和甘露聚糖酶5000IU/g)，酶解5h；4)酶解反應結束后，升溫至80℃，保溫15min，滅活復合酶制劑；5)將酶解后的溶液通過板框進行固液分離，得到的澄清溶液，即為低聚木糖溶液。利用離子液相色譜測定上述獲得的低聚木糖溶液中的木二糖、木三糖和木四糖的含量分別為10.9g/l，11.2g/l，9.8g/l，計算木二糖、木三糖和木四糖的總轉化率為35％，木三糖的轉化率為12％。總轉化率＝(木二糖+木三糖+木四糖)/總木糖含量×100％。實施例2本實施例的方法，包括如下步驟：1)將粘膠纖維生產的壓榨液經過膜脫堿濃縮，得到低堿高濃度的半纖維素溶液；取20毫升的半纖維素溶液，與20毫升濃度為12％的稀硫酸混合，100℃高溫處理90min，用碳酸鈣調節(jié)pH至中性，用離子液相色譜測定里面木聚糖的總含量，木聚糖含量為90g/L；2)將步驟1)獲得的半纖維素溶液在165℃條件下保溫40min；3)降溫至55℃，并調節(jié)半纖維素溶液的pH為5.0，按0.02(w/v)的比例加入復合酶制劑(木聚糖酶100000IU/g，纖維素酶10000IU/g和甘露聚糖酶5000IU/g)，酶解4h；4)酶解反應結束后，升溫至80℃，保溫15min，滅活復合酶制劑；5)將酶解后的溶液通過板框進行固液分離，得到的澄清溶液，即為低聚木糖溶液。利用離子液相色譜測定上述獲得的低聚木糖溶液中木二糖、木三糖和木四糖的含量分別為10.2g/l，14.3g/l，9.5g/l，計算木二糖、木三糖和木四糖的總轉化率為37％，木三糖的轉化率為15％。總轉化率＝(木二糖+木三糖+木四糖)/總木糖含量×100％。實施例3一種生產低聚木糖的方法，包括如下步驟：1)將粘膠纖維生產的壓榨液經過膜脫堿濃縮，得到低堿高濃度的半纖維素溶液；取20毫升的半纖維素溶液，與20毫升濃度為12％的稀硫酸混合，100℃高溫處理90min，用碳酸鈣調節(jié)pH至中性，用離子液相色譜測定里面木聚糖的總含量，木聚糖含量為90g/L；2)將步驟1)獲得的半纖維素溶液在170℃條件下保溫30min；3)降溫至60℃，并調節(jié)半纖維素溶液的pH為5.5，按0.05(w/v)的比例加入復合酶制劑(木聚糖酶100000IU/g，纖維素酶10000IU/g和甘露聚糖酶5000IU/g)，酶解3h；4)酶解反應結束后，升溫至80℃，保溫15min，滅活復合酶制劑；5)將酶解后的溶液通過板框進行固液分離，得到的澄清溶液，即為低聚木糖溶液。利用離子液相色譜測定上述獲得的低聚木糖溶液中木二糖、木三糖和木四糖的含量分別為10.8g/l，20g/l，9.6g/l，計算木二糖、木三糖和木四糖的總轉化率為44％，木三糖的轉化率為22％。實施例4高溫預處理對低聚木糖轉化率以及木三糖轉化率的影響1、處理組：先高溫預處理，再進行酶解。取實施例3步驟1)制得的木聚糖含量為90g/L的半纖維素溶液，分別升溫至150℃，155℃，160℃,165℃,170℃,175℃,180℃,185℃,190℃,保溫30min，然后均冷降溫至60℃，并調節(jié)半纖維素溶液的pH為5.5，按0.05(w/v)的比例加入復合酶制劑(木聚糖酶100000IU/g，纖維素酶10000IU/g和甘露聚糖酶5000IU/g)，酶解3h；酶解反應結束后，升溫至80℃，保溫15min，滅活復合酶制劑；將酶解后的溶液通過板框進行固液分離，得到的澄清溶液，即為低聚木糖溶液。2、對照組1：不經過高溫預處理，直接酶解。取實施例3步驟1)制得的木聚糖含量為90g/L的半纖維素溶液，升溫至60℃，并調節(jié)半纖維素溶液的pH為5.5，按0.05(w/v)的比例加入復合酶制劑(木聚糖酶100000IU/g，纖維素酶10000IU/g和甘露聚糖酶5000IU/g)，酶解3h；酶解反應結束后，升溫至80℃，保溫15min，滅活復合酶制劑；將酶解后的溶液通過板框進行固液分離，得到的澄清溶液，即為低聚木糖溶液。3、對照組2：不經過高溫預處理，直接初次酶解，然后高溫預熱，再二次酶解。A、膜濃縮粘膠纖維生產的壓榨液經膜過濾，取濃縮液加酸中和，得到木聚糖溶液；B、酶解木聚糖溶液與0.02-0.05％復合酶(木聚糖酶：纖維素酶：果膠酶＝3:2:1)發(fā)生酶解反應，操作壓力10-20kPa，進料速度20-30m3/h，酶解溫度40-45℃，pH值4-5，酶解時間2-5h得到酶解液和酶解渣，所述酶解渣經加水稀釋，170-200℃下預熱20-40min后離心分離，取上清液即木聚糖溶液，在上述復合酶的作用下得到二次酶解液；C、提純將B步驟得到的酶解液合并，進入納濾膜脫鹽，所得濃縮液即為低聚木糖的純化液。3、結果分析利用離子液相色譜分別測定上述處理組和對照組制得的低聚木糖溶液中木二糖、木三糖和木四糖的含量，計算木二糖、木三糖和木四糖的總轉化率以及木三糖的轉化率。具體結果見表1。表1不同溫度預處理對低聚木糖轉化率和木三糖轉化率的影響從表1中的數據可以看出，與對照組相比，經過150-190℃高溫預處理的各處理組木二、木三和木四糖的總轉化率均得到顯著提高，說明高溫預處理對于木聚糖的降解具有明顯的促進作用。尤其是，當預處理溫度達到160℃時，木二、木三和木四糖總轉化率迅速提高至36％，且在160-170℃范圍內，隨著溫度的升高，木二、木三和木四糖總轉化率也逐漸提高，但當溫度超過170℃時，木二、木三和木四糖總轉化率卻明顯下降。更意想不到的是，當預處理溫度達到160℃時，木三糖的轉化率也迅速提高，至19％，在160-170℃范圍內，隨著溫度的升高，木三糖的轉化率也逐漸提高，但當溫度超過170℃時，木三糖的轉化率也明顯下降，取得了意料不到的效果。而本發(fā)明的對照組2采用直接初次酶解，再170-200℃高溫處理酶解渣，然后二次酶解的方式，獲得的低聚木糖溶液中木糖的含量最高，木糖轉化率高于76％，但木二糖，木三糖和木四糖的含量較低，轉化率低于15％，其中木三糖的轉化率更低，不足5％。從而說明，對照組2采用的二次酶解以及高溫處理初次酶解渣的方法，能提高木聚糖的酶解效率，提高木糖的轉化率，但不利于低聚木糖的形成，木二糖，木三糖和木四糖的轉化率均低于處理組。實施例5低聚木糖在肉雞飼料中的應用本實施例選擇1日齡健康Ross308雞共160只，分2組，每組4個重復，每個重復20只，公母各半，以重復為單位采用4層籠養(yǎng)，持續(xù)光照。正式試驗期間舍內溫度控制在22～24℃。試驗日糧以干粉料形式飼喂，前期隨時補料，后期日喂料3次，自由采食和飲水，按籠記錄每日采食量。每天定時打掃雞舍衛(wèi)生，定期免疫。注意適時通風，適時觀察雞群，及時發(fā)現病雞予以治療和記錄，嚴重不愈者淘汰，記錄淘汰雞的雞號和體重，并扣除耗料量。試驗期42天。試驗處理如下：對照組：基礎日糧組(對照組)實驗組：基礎日糧+200g低聚木糖/噸基礎日糧組成及營養(yǎng)水平實驗結果如下：(1)與對照組相比，實驗組7日齡肉雞1-7日增重提高了4.2％，料肉比降低了1.2％；(2)實驗組14日齡肉雞8-14日增重提高了4.0％，料肉比降低了0.9％；(3)實驗組21日齡肉雞1-21日增重提高4.6％，料肉比降低了1.1％。實驗結果顯示，通過在日糧中添加本發(fā)明制備得到的低聚木糖，能顯著提高1～21日齡期肉雞的日增重，降低料重比，說明本發(fā)明提供的低聚木糖能有效提高養(yǎng)殖動物對飼料的消化利用率，提高生產性能，有利于減少飼料的使用量，節(jié)約糧食資源和養(yǎng)殖成本，增加生產效益。當前第1頁1 2 3