一种低聚合度低聚木糖及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以木质纤维生物质为原料，经过稀酸/稀碱/热水前处理，过滤液体，对固相采用高温降解或蒸汽爆破预处理方式，降温待用；(2)步骤(1)中的预处理液加入木聚糖酶进行酶解反应；(3)酶解液经灭酶、净化、浓缩、干燥处理制备出低聚合度低聚木糖。本发明专利技术通过合理优化各工艺步骤，最终得到低聚木糖聚合度低，以木二糖、木三糖和木四糖为主，从而增强其作为双歧因子的功能性，经试验验证，所制备得到的低聚木糖对动物双歧杆菌及干酪乳杆菌增殖效果好。本发明专利技术简化了工艺，提升产品品质，具有良好的应用前景。

Low polymerization degree xylo oligosaccharide and preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of low-polymirazed oligoxylose, characterized by comprising the following steps: (1) using lignocellulosic biomass as raw material, after dilute acid / alkali / hot water pretreatment, liquid filtration, for cooling on solid phase by high temperature degradation or steam explosion pretreatment way; (2) step (1) in the pretreatment liquid adding xylanase by enzymatic reaction; (3) the enzyme inactivated enzyme solution, purification, concentration and drying treatment to prepare oligo xylose low-polymirazed. The present invention by optimizing the process steps, finally obtained the Xylooligosaccharides low polymerization degree, two sugar, three wood to wood and wood four sugar sugar, thereby enhancing its function as a bifidus factor, by experiments, the preparation of Xylooligosaccharides animal Bifidobacterium and Lactobacillus casei proliferation effect. The invention simplifies the process, improves the quality of the product, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种低聚合度低聚木糖及其制备方法和应用
本专利技术属于功能糖醇生产
，具体涉及一种低聚合度低聚木糖及其制备方法和应用。
技术介绍
低聚木糖是由β-1，4内切木聚糖酶水解β-1，4糖苷键形成。低聚木糖可以作为双歧因子使人体肠道内的有益菌双歧杆菌成倍增长，改善有机体(人和动物)消化道菌群平衡，促进消化道有益细菌的生长，抑制有害微生物的繁殖，促进营养吸收，提高机体免疫力。低聚木糖中的木二糖是不能为人体消化吸收但可发酵的糖类物质，具双歧杆菌增殖效能，木三糖为三个木糖分子以β-1，4糖苷键相连而成，同样是不为人体消化吸收但可发酵的糖类物质，也具有双歧杆菌增殖效能，木四糖与木三糖功能相似。卜晓莉、余世袁等(低聚木糖各组分的层析分离及对双歧杆菌的增殖)研究发现：聚合度为2-5的低聚木糖对青春双歧杆菌的增殖效能明显强于聚合度为6-8低聚木糖。可见，低聚合度XOS2-4是低聚木糖产品中的主要有效成分，其含量的多少对其双歧因子增殖作用起着关键作用。另外，提升低聚合度低聚木糖的比例含量，可间接通过去除高聚合度的低聚木糖的方法达到。目前低聚木糖产品主要由聚合度2-9的木聚糖组成，产品中聚合度7-9的木聚糖占有较大的比例含量，产品中木二糖、木三糖、木四糖纯度只有60％左右，使产品的双歧因子增殖效能大打折扣。在目前专利及文献资料中，制备低聚合度低聚木糖主要采用聚丙烯酰胺凝胶、活性炭等介质分离洗脱以及酶生物催化与膜分离结合等技术制备：专利CN1847254A采用聚丙烯酰胺凝胶为层析介质洗脱、分离，制备出各种聚合度的低聚木糖；专利CN101632877A中介绍了一种利用活性炭对低聚木糖各单一组分进行分离纯化，制备出各种聚合度低聚木糖；专利102796783A采用多功能糖酶生物催化与膜分离结合的技术，制备聚合度为3-8的功能葡聚糖产品。这些制备方法中分离分化步骤比较繁琐、也不适用于工业化生产应用。专利CN1364911A通过控制里氏木霉产酶前期和后期的反应条件，产生高活力的木聚糖酶，利用该木聚糖酶酶解木聚糖制备聚合度为2-5的低聚木糖。但是，该制备方法中初始原料为木聚糖，经过乙醇沉淀、超滤、纳滤柱层析等方法提纯得到，限制了该技术的应用范围。
技术实现思路
为弥补现有技术之缺陷，本专利技术提供一种低聚合度低聚木糖的制备方法。本专利技术采用前处理工艺及酶解技术，结合电渗析方法对低聚木糖液净化处理，可减少树脂处理过程中酸碱损耗，同时可对电渗析后的残液回收利用，制备出对功能性双歧因子有益增殖、生产工艺简单、生产效率高的低聚合度低聚木糖，不仅可以提高低聚糖品质，而且可以提高生产效率。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种低聚合度低聚木糖的制备方法，包括如下步骤：(1)以木质纤维生物质为原料，经过稀碱/热水前处理，过滤液体，对固相采用高温降解或蒸汽爆破预处理方式，将木质纤维质原料中的半纤维素长链降解，使其中的木聚糖溶出，预处理后料液中的木糖含量控制在5-20％；降温待用；(2)步骤(1)中的预处理液加入木质纤维生物质干重0.01-0.03％的木聚糖酶进行酶解反应；(3)酶解液经灭酶、净化、浓缩、干燥处理制备出低聚合度低聚木糖。优选的，所述步骤(1)中木质纤维生物质包括：棉籽壳、玉米芯、玉米秸秆、甘蔗渣或麸皮中的一种或多种；进一步优选所述木质纤维生物质为玉米芯；优选的，所述步骤(1)中木质纤维生物质原料前处理方法具体为：热水法：将所述木质纤维生物质原料与工艺水按1:(6-12)的质量比混合，50-100℃热水处理30min-90min，过滤液体；稀碱法：将所述木质纤维生物质原料与工艺水按1:(6-12)的质量比混合，加入所述木质纤维生物质原料干重百分比0.01-0.5％的碱溶液，50-100℃热水处理30min-90min，过滤液体，并水洗至固相接近pH至7；其中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或氨基钠的一种或多种；所述前处理方式还包括其它与本专利技术具有等同效果的前处理工艺；优选的，所述步骤(1)中对固相进行高温降解方法具体为：固相与工艺水按1:(6-12)的质量比混合加入固相干重百分比为0.3-1.5％的弱酸催化剂，在160-170℃蒸煮30min-90min；优选的，所述步骤(1)中对固相进行蒸汽爆破方法具体为：固相与工艺水按1:(1-5)的质量比混合，加入固相干重百分比0.3-1.2％的弱酸催化剂，处理压力1.5-2.5MPa，时间30s-300s；上述高温降解方法和蒸气爆破方法中弱酸催化剂为乙酸、甲酸、柠檬酸、乳酸、亚硫酸或碳酸中的一种或多种；所述预处理方式还包括其它与本专利技术具有等同效果的预处理降解方法；进一步优选的，所述料液中木糖含量计算方法为：HPLC检测，木糖组分的峰面积占总糖峰面积的百分比；检测条件为：色谱柱为ShodexsugarKS-802，或其他具有同等分析效果的色谱柱；流动相为超纯水，柱温80℃，流速0.5-0.7ml/min；优选的，所述步骤(1)中的具体步骤为：以棉籽壳为原料，经稀碱法进行前处理，过滤液体，对固相采用蒸汽爆破预处理方式，将木质纤维质原料中的半纤维素长链降解，使其中的木聚糖溶出，预处理后料液中的木糖含量控制在5-20％，降温待用；其中，所述稀碱法为将棉籽壳与工艺水按1:(6-12)的质量比混合，加入所述棉籽壳原料干重百分比0.01-0.5％的碱溶液，50-100℃热水处理30min-90min，过滤液体，并水洗至固相接近pH至7；其中所述碱为氢氧化钠；所述蒸汽爆破预处理具体方法为：固相与工艺水按1:(1-5)的质量比混合，加入固相干重百分比0.3-1.2％的弱酸催化剂，处理压力1.5-2.5MPa，处理温度为150-190℃，时间30s-300s；其中所述弱酸催化剂为乙酸；本专利技术采用以稀碱法结合蒸汽爆破法对低聚木糖进行前处理，专利技术人在实践研究中发现，稀碱法可以有效将原料中的木聚糖主链上的乙酰基、葡萄糖基、阿拉伯糖基去除，使得产品单糖含量大幅度降低，有利于提高产品低聚合度木聚糖所占比例；同时，通过上述添加比例，使得加入碱后的溶液pH维持在8-10之间，从而有效避免因碱性过高导致木聚糖结构破坏降低低聚木糖收率；同时也避免因碱性过低导致无法起到去除杂糖链、乙酰基及少量木质素和胶质的作用效果；而后通过蒸汽爆破法对植物细胞壁进行进一步的机械破坏，从而使得木聚糖进一步溶解在提取液中，同时，由于前期经过稀碱法处理并在蒸汽爆破法中加入弱酸催化剂，从而有效降低蒸汽爆破法反应温度和压力，避免提取液颜色较深；同时，专利技术人在实践研究意外发现经过预处理后的木糖含量这一指标对于控制木聚糖降解程度和溶出效果非常重要；当木糖含量过高时(＞20％)，尽管木聚糖的解离度提高，但是副产物明显增多，导致后续酶解过程得到的低聚木糖含量比例降低，而预处理后的木糖含量较低(＜5％)时，木聚糖解离度偏低，不利于后续木聚糖酶的酶解作用，同样导致后续低聚木糖收率降低；而且，经过前处理和预处理工艺后，后续酶解时间减少，而且，木聚糖酶使用量降低，有利于工业化生产。优选的，所述步骤(2)中木聚糖酶为里氏木霉、绿垂曲霉或具有等同效果的其它菌株进行微生物发酵处理制备的β-1,4-内切型木聚糖酶，另有β-木糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶等具有降解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以木质纤维生物质为原料，经过稀酸/稀碱/热水前处理，过滤液体，对固相采用高温降解或蒸汽爆破预处理方式，降温待用；(2)步骤(1)中的预处理液加入木聚糖酶进行酶解反应；(3)酶解液经灭酶、净化、浓缩、干燥处理制备出低聚合度低聚木糖。

【技术特征摘要】
1.一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以木质纤维生物质为原料，经过稀酸/稀碱/热水前处理，过滤液体，对固相采用高温降解或蒸汽爆破预处理方式，降温待用；(2)步骤(1)中的预处理液加入木聚糖酶进行酶解反应；(3)酶解液经灭酶、净化、浓缩、干燥处理制备出低聚合度低聚木糖。2.如权利要求1所述的一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中木质纤维生物质为棉籽壳、玉米芯、玉米秸秆、甘蔗渣或麸皮中的一种或多种。3.如权利要求1所述的一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中木质纤维生物质原料前处理方法具体为：热水法：将所述木质纤维生物质原料与工艺水按1:(6-12)的质量比混合，50-100℃热水处理30min-90min，过滤液体；稀碱法：将所述木质纤维生物质原料与工艺水按1:(6-12)的质量比混合，加入所述木质纤维生物质原料干重百分比0.01-0.5％的碱溶液，50-100℃热水处理30min-90min，过滤液体，并水洗至固相接近pH至7；其中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或氨基钠的一种或多种。4.如权利要求1所述的一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中对固相进行高温降解方法具体为：固相与工艺水按1:(6-12)的质量比混合加入固相干重百分比为0.3-1.5％的弱酸催化剂，在160-170℃蒸煮30min-90min；所述步骤(1)中对固相进行蒸汽爆破方法具体为：固相与工艺水按1:(1-5)的质量比混合，加入固相干重百分比0.3-1.2％的弱酸催化剂，处理压力1.5-2.5MPa，时间30s-300s；所述高温降解方法中的弱酸催化剂为乙酸、甲酸、柠檬酸、乳酸、亚硫酸或碳酸中的一种或多种；所述蒸汽爆破方法中的弱酸催化剂为乙酸、甲酸、柠檬酸、乳酸、亚硫酸或碳酸中的一种或多种。5.如权利要求1所述的一种低聚合度低聚木糖的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中预处理后料液中的木糖含量为5-20％；所述料液...

【专利技术属性】
技术研发人员：程少博，肖林，李莹，夏蕊蕊，刘宪夫，覃树林，宋光明，王燕，
申请(专利权)人：山东龙力生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37