利用冬笋壳制备木糖醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用冬笋壳制备木糖醇的方法：原料冬笋壳先用硫酸水解，所得水解液再用CaCO3乳液进行中和，得到糖液，所得糖液浓缩后用活性炭脱色，进一步通过离子交换净化糖液，最后利用热带假丝酵母进行生物转化获得木糖醇；本发明专利技术使用冬笋壳为原材料，生产工艺简单温和，经济高效。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】(一)
本专利技术涉及木糖醇的制备方法，利用农业废弃物竹笋壳清洁生产木糖醇的方法。(二)
技术介绍
木糖醇研宄生产历史较早的国家主要是拥有丰富白桦树资源的芬兰、俄罗斯等欧洲国家，因此这些国家成为木糖醇生产大国。这些国家直至今日仍沿用传统的桦木蒸煮法来生产木糖醇一一用白桦木片经水蒸气蒸煮后得到粗糖液，再经精制即可得到结晶木糖醇产品。该方法不仅要消耗大量森林资源，而且产品收率低，故直到上世纪80年代的全球木糖醇总产量始终徘徊在I万吨左右。起初生产木糖醇都采用物理、化学的方法，存在诸多弊端。1966年Onishi和Suzuki首次报道了酵母菌能够利用D-木糖生产木糖醇后，国际上许多学者都对发酵法生产木糖醇的研宄产生了很大的兴趣。目前的研宄发现，一些细菌、酵母菌以及某些真菌能将木糖转化，生成木糖醇。其中，酵母菌是最有效的木糖醇生产菌。相较于传统的木糖醇生产方法，利用酵母还原木糖生成木糖醇是一条更为经济的工艺路线，因为发酵生产木糖醇无需化学法所必不可少的木糖纯化步骤，还可以简化木糖醇的分离步骤。此外，以酵母细胞作为木糖氢化的催化剂其过程耗能也较低。尽管某些天然利用木糖的微生物如树干毕赤氏酵母，在代谢过程中产生木糖醇，但将其直接用于工业生产则存在着许多局限性。首先，对这些酵母菌而言，木糖是碳源及能源物质，有相当部分的木糖要转变为生物量，影响木糖醇得率的提高；其次，这些微生物往往对木质纤维材料水解物中的毒性成分，如糠醛抗性很低，难以适应工业生产的要求；而且某些这类微生物的自身特性(如产生毒素等)不适用于食品及相关工业。酿酒酵母是公认的安全性微生物，应用于食品发酵已有上千年的历史，发酵工艺成熟，是理想的工业生产菌株，且自身不具有代谢木糖的能力。木糖还原酶转化木糖为木糖醇，是木糖代谢的第I步。在酿酒酵母工业菌株中稳定高效表达木糖还原酶基因，是构建酿酒酵母木糖醇生产菌株的基本策略。近年来国外学者进行了许多相关的研宄，并取得了可喜的成果。有将木糖醇磷酸脱氢酶基因整合到枯草芽孢杆菌细胞中的(Mira Povelainen，2007年)；有以谷氨酸棒杆菌做为宿主的(So-Hyun Kim，2010年);但是更多的是将毕赤酵母木糖还原酶基因整合到酿酒酵母细胞内(Xiaoran Zhang，2010年；Eun-Joong 0h，2012 年；Soo Rin Kim，2012 年)，并得到很好地表达。本项目拟以竹笋壳为原料，采用生物转化法生产木糖醇，可省去多次提纯、精制步骤，提高木糖利用率和木糖醇转化率，实现木糖醇低成本的关键技术突破，增加农民收入，提高我国木糖醇国际占有量和竞争力。(三)
技术实现思路
为了得到质量高、成本低廉的木糖醇，本专利技术提供一种原材料新颖、反应条件温和、成本低、绿色生产、环境友好，易于实现工业化的木糖醇的制备方法。竹笋壳分为春笋壳和冬笋壳等品种，春笋壳颜色深会加重木糖醇的颜色，增加脱色炭的消耗，加大成本，所以选用冬舆(Phyllostachys pubescens)壳作原料。本专利技术采用如下技术方案:一种，所述方法按如下步骤进行:(I)水解:将原料冬笋壳洗净，烘干后破碎，置于水解釜中，加入原料冬笋壳质量3?4倍的水，煮沸90?120min，排水后再加入原料冬笋壳质量5?6倍的0.5wt%?Iwt %硫酸，即0.5wt%? lwt%硫酸水溶液，在120?130°C，0.1?0.15MPa的条件下水解3?5h，得到水解液；(2)中和:将步骤(I)所得水解液升温至75?80°C，边搅拌边加入CaCO3乳液进行中和，中和至pH为3.5?4.0后，保温60?80min，过滤除渣，得到糖液；(3)脱色:将步骤(2)所得糖液减压浓缩至所述糖液体积的1/5?1/7倍，滤除析出的固体，升温至75?80°C，pH调为2.5?3.5，边搅拌边加入活性炭A进行脱色，脱色后滤除活性炭，得到脱色后的糖液；(4)离子交换:对步骤(3)所得脱色后的糖液进行离子交换，采用732型强酸性阳离子树脂和D201型强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，所述交叉处理的方法为:先用所述阳离子树脂对脱色后的糖液进行离子交换，再用所述阴离子树脂进行离子交换，以此为一个周期，重复进行I?3次，得到离子交换后的糖液；(5)发酵:首先配制培养基:将步骤(4)所得离子交换后的糖液、酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨、水混合即得到培养基，接入以热带假丝酵母Candida tripicalis，保藏号:AS2.1776为出发菌株制得的酶源，在200?220r/min，28?32°C的条件下发酵48?52h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000?1000rpm下离心20?25分钟，取上清液，纯化得抽提液冷却后析出晶体，过滤收集晶体并干燥，得到产物木糖醇；所述培养基中，所述糖液中的木糖的终浓度为120?150g/L，所述酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨的终浓度分别为8?12g/L，溶剂为水，初始pH为5.0?6.0。本专利技术所述的制备木糖醇的方法，步骤(I)中，推荐将所述冬笋壳烘干后破碎至粒度为3?5mm。步骤(2)中，由于所述水解液仍含残余的硫酸，pH值为2.5左右，因此加入CaCO3乳液进行中和，优选所述CaCO3乳液波美度为15?17度。步骤(3)中，由于浓缩后的糖液颜色较深，因此利用活性炭A进行脱色处理，优选所述活性炭A的质量用量为所述糖液质量的8%?12%，脱色后所述糖液的透明度(折光度)为30%?40%。步骤(4)中，通过离子交换处理进一步净化所述糖液，可使所述糖液的透明度(折光度)达94%?97%，糖液呈无色透明状。步骤(5)中，在配制培养基前，可以通过紫外可见分光光度法测得所述糖液中木糖的含量，从而在配制培养基时，可通过调节水量使木糖的终浓度满足本专利技术所述的浓度范围。步骤(5)中所述的纯化方法为:所述上清液，加入活性炭B，调节pH至4.8?5.2，煮沸，冷却至室温，抽滤，取滤液在50?55°C下减压蒸干得到固体物质，并在50?55°C下用无水乙醇抽提得抽提液；所述活性炭B的质量用量以所述上清液的体积计为18?25g/L0步骤(5)中，所述的出发菌株热带假丝酵母(Candida tripicalis，菌种保存号:AS2.1776)，购自中国普通微生物菌种保藏中心(北京)。步骤(5)中，所述的酶源为所述的热带假丝酵母种子液，推荐所述热带假丝酵母种子液的接种体积量是所述培养基体积的5%?15%，所述的热带假丝酵母种子液按如下方法制得:(I)斜面培养:将热带假丝酵母菌Candida tripicalis，保藏号:AS2.1776接种至斜面培养基，30°C培养3?4天，获得斜面菌体，所述斜面培养基终浓度组成为:酵母膏1.5?5g/L，蛋白胨2?5g/L，琼脂粉18?25g/L，木糖30?50g/L，pH 5?6，溶剂为水；优选斜面培养基终浓度组成为:酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，琼脂粉20g/L，木糖40g/L，溶剂为水，pH 5.5 ；(2)种子培养:从斜面菌体挑选一环菌体接种至种子培养基中，30°C、200rpm培养24h，获得种子液；所述种子培养基终浓度组成为:葡萄糖5?15g/L，D-木糖5?15g/L，酵母膏1.5?5g/L，蛋白胨2?5g/L，麦芽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用冬笋壳制备木糖醇的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：(1)水解：将原料冬笋壳洗净，烘干后破碎，置于水解釜中，加入原料冬笋壳质量3～4倍的水，煮沸90～120min，排水后再加入原料冬笋壳质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸，即0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，在120～130℃，0.1～0.15MPa的条件下水解3～5h，得到水解液；(2)中和：将步骤(1)所得水解液升温至75～80℃，边搅拌边加入CaCO3乳液进行中和，中和至pH为3.5～4.0后，保温60～80min，过滤除渣，得到糖液；(3)脱色：将步骤(2)所得糖液减压浓缩至所述糖液体积的1/5～1/7倍，滤除析出的固体，升温至75～80℃，pH调为2.5～3.5，边搅拌边加入活性炭A进行脱色，脱色后滤除活性炭，得到脱色后的糖液；(4)离子交换：对步骤(3)所得脱色后的糖液进行离子交换，采用732型强酸性阳离子树脂和D201型强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，所述交叉处理的方法为：先用所述阳离子树脂对脱色后的糖液进行离子交换，再用所述阴离子树脂进行离子交换，以此为一个周期，重复进行1～3次，得到离子交换后的糖液；(5)发酵：首先配制培养基：将步骤(4)所得离子交换后的糖液、酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨、水混合即得到培养基，接入以热带假丝酵母Candida tripicalis，保藏号：AS2.1776为出发菌株制得的酶源，在200～220r/min，28～32℃的条件下发酵48～52h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000～10000rpm下离心20～25分钟，取上清液，纯化得抽提液冷却后析出晶体，过滤收集晶体并干燥，得到产物木糖醇；所述培养基中，所述糖液中的木糖的终浓度为120～150g/L，所述酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨的终浓度分别为8～12g/L，溶剂为水，初始pH为5.0～6.0。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜利，张慧，羊悦，祝燕燕，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33