利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种从利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法，将竹笋壳经过水解、中和、脱色、离子交换、发酵步骤，得到了木糖醇。本发明专利技术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。

Method for preparing xylitol by utilizing bamboo shoot processing waste

The invention discloses a method for preparing xylitol from the processing waste of bamboo shoots. The xylitol is obtained by hydrolysis, neutralization, decolorization, ion exchange and fermentation steps of the bamboo shoot shell. The invention adopts the bioconversion of xylitol, can save several purification steps, improve the utilization rate of xylose and xylitol conversion rate, to achieve breakthroughs in key technologies of xylitol and low cost, increase farmer income, improve China's international competitiveness and the amount of xylitol.

【技术实现步骤摘要】
利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法
本专利技术涉及一种木糖醇的制备方法，具体涉及一种利用农业废弃物竹笋加工废弃物清洁生产木糖醇的方法。
技术介绍
木糖醇是一种天然甜味剂，化学名为“戊五糖”，是一种五碳糖。外表和味觉都与蔗糖相似，和其他糖醇比较，是多元醇中最甜的甜味剂。已广泛应用于食品、医药、印染、纺织、国防、皮革及化工等领域。20世纪70年代，木糖醇被国际粮农和卫生组织食品添加剂法规专家委员会(JECFA)批准为A类食品添加剂，1999年6月国际食品法典委员会(CAC)批准木糖醇为“在食品中可以按正常生产需要使用的食品添加剂”。近年来随着国内外学者对其生理功能特性的研究，证实木糖醇具有多种生理功能，是一种重要的功能性糖醇。木糖醇是人体糖类代谢的中间体，在体内缺少胰岛素影响糖代谢情况下，无需胰岛素促进，便能透过细胞膜，被组织吸收利用，供细胞以营养和能量，且不会引起血糖值升高，消除糖尿病人服用后的三多症状(多食、多饮、多尿)，是最适合糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品；木糖醇能促进肝糖元合成，血糖不会上升，对肝病患者有改善肝功能和抗脂肪肝的作用；木糖醇的防龋齿特性在所有的甜味剂中效果最好，其不能被口腔中产生龋齿的细菌发酵利用，并能够抑制链球菌生长及酸的产生，防止龋齿和减少牙斑的产生；木糖醇为人体提供能量，合成糖元，减少脂肪和肝组织中的蛋白质的消耗，使肝脏受到保护和修复，消除人体内有害酮体的产生，不会因食用而发胖。最近丹麦科学家又发现木糖醇具有出色的抑制白色念珠菌的效果，妇女经常口服咀嚼片、含片等木糖醇制剂，能大大降低霉菌性阴道炎的发生率；每天口服2～4g木糖醇能够提高骨密度，从而对骨质疏松症也有显著的预防作用。这些新发现大大增强了木糖醇作为新型保健糖的优势地位，国际市场上的销售势头甚至压倒了阿斯巴甜。自上世纪90年代至今，木糖醇的全球销量整整增长了500％。目前国际市场年需求量20万吨，但年产量仅为7万吨左右。国内市场生产能力约为2.5万吨/年，近年来，随着供需矛盾的加大，木糖醇价格持续上涨。我国木糖醇生产为传统生产方法，主要以玉米芯为原料，利用酸水解预处理，经多次精制木糖，再采用氢化技术生产木糖醇，存在产量低、污染严重、高消耗、生产成本高等缺点。并且镍催化剂会污染环境，严重制约企业发展和国际竞争力。而利用微生物直接发酵半纤维素水解液生产木糖醇，工艺条件温和、能耗低、环境污染小、产品质量安全可靠。竹笋加工下脚料一般来说没有开发利用，农民连拿它烧火都觉得麻烦，也就任它随着时间而腐烂，化为尘土肥料。其实竹笋加工下脚料富含半纤维素，用其生产木糖乃至木糖醇将是很好的原料，成本低廉，目前国内外未见相关报道。
技术实现思路
为了扩大原料来源，降低成本，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。本专利技术采用如下技术方案：一种利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法，按如下步骤进行：(1)水解：将竹笋加工废弃物，烘干后破碎，置于水解釜中，加入所述竹笋壳质量3～4倍的水，煮沸100～120min，除水后再加入所述竹笋壳质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，常压下煮沸水解5～6h，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，保温70～80min，过滤除渣，得到糖液；(3)脱色：将步骤(2)所得糖液减压浓缩至为原糖液体积的1/5～1/7倍，滤除析出的固体后，升温至75～80℃，用盐酸调pH为2.5～3.5，边搅拌边加入活性白土进行脱色，脱色后滤除活性白土，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，采用强酸性阳离子树脂和强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，收集离子交换后的糖液，通过化学检测方法检测离子交换后的糖液中木糖的浓度；(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、蛋白胨、水混合即得到培养基，将热带假丝酵母种子液在200～220r/min，28～32℃的条件下于培养基中发酵48～60h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000～10000rpm下离心15～20分钟，取上清液，加入活性白土，调节pH至4.8～5.2，煮沸，冷却至室温，再经后处理得到产物木糖醇；所述培养基中，经过配制使得所述糖液中木糖理论质量在培养基中的终浓度为150～200g/L，所述酵母提取物、蛋白胨的终浓度各自独立为8～12g/L，溶剂为水，初始pH5～6；所述热带假丝酵母种子液的体积量是所述培养基体积的5％～15％；所述活性白土的质量用量以所述上清液的体积计为25～30g/L。进一步，本专利技术所述竹笋加工废弃物包括竹笋壳和废弃的竹笋边角料。进一步，本专利技术步骤(1)中，所述竹笋加工废弃物烘干后推荐破碎至粒度为2～3mm。进一步，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。更进一步，所述CaCO3乳液波美度推荐为15～17度。进一步，步骤(3)中，由于浓缩后的糖液颜色较深，因此利用活性白土进行脱色处理，脱色后所述糖液的透明度(折光度)为30％～40％。更进一步，步骤(3)中，所述活性白土的质量用量为所述浓缩后糖液质量的12％～15％。进一步，本专利技术步骤(4)中，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2～3次，得到离子交换后的糖液。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95％～97％，糖液呈无色透明状。进一步，本专利技术步骤(4)中，所述化学检测方法为DNS法。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。进一步，本专利技术步骤(5)中，所述后处理为：抽滤，取滤液在50～60℃下减压蒸干得到固体物质，并在50～55℃下用无水乙醇抽提得抽提液，冷却后析出晶体，过滤收集晶体并干燥，得到所述产物木糖醇。进一步，本专利技术步骤(5)中，所述活性白土的质量用量以所述上清液的体积计为25～30g/L。进一步，本专利技术所述热带假丝酵母种子液按如下方法制得：(1)斜面培养：将热带假丝酵母菌接种至斜面培养基，30℃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，初始pH5～6，溶剂为水；(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℃、200rpm培养24h，获得热带假丝酵母种子液；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,麦芽汁2～5g/L，初始pH5～6，溶剂为水。进一步，本专利技术所述斜面培养基终浓度组成优选为：酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，琼脂粉20g/L，木糖40g/L，溶剂为水，pH5.5。进一步，所述种子培养基浓度组成优选为：葡萄糖10g/L,D-木糖10g/L,酵母膏2.0g/L，蛋白胨3.0g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：(1)水解：将竹笋加工废弃物，烘干后破碎，置于水解釜中，加入所述竹笋壳质量3～4倍的水，煮沸100～120min，除水后再加入所述竹笋壳质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，常压下煮沸水解5～6h，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，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为原糖液体积的1/5～1/7倍，滤除析出的固体后，升温至75～80℃，用盐酸调pH为2.5～3.5，边搅拌边加入活性白土进行脱色，脱色后滤除活性白土，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，采用强酸性阳离子树脂和强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，收集离子交换后的糖液，通过化学检测方法检测离子交换后的糖液中木糖的浓度；(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、蛋白胨、水混合即得到培养基，将热带假丝酵母种子液在200～220r/min，28～32℃的条件下于培养基中发酵48～60h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000～10000rpm下离心15～20分钟，取上清液，加入活性白土，调节pH至4.8～5.2，煮沸，冷却至室温，再经后处理得到产物木糖醇；所述培养基中，经过配制使得所述糖液中木糖理论质量在培养基中的终浓度为150～200g/L，所述酵母提取物、蛋白胨的终浓度各自独立为8～12g/L，溶剂为水，初始pH5～6；所述热带假丝酵母种子液的体积量是所述培养基体积的5％～15％。...

【技术特征摘要】
1.一种利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：(1)水解：将竹笋加工废弃物，烘干后破碎，置于水解釜中，加入所述竹笋壳质量3～4倍的水，煮沸100～120min，除水后再加入所述竹笋壳质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，常压下煮沸水解5～6h，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，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为原糖液体积的1/5～1/7倍，滤除析出的固体后，升温至75～80℃，用盐酸调pH为2.5～3.5，边搅拌边加入活性白土进行脱色，脱色后滤除活性白土，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，采用强酸性阳离子树脂和强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，收集离子交换后的糖液，通过化学检测方法检测离子交换后的糖液中木糖的浓度；(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、蛋白胨、水混合即得到培养基，将热带假丝酵母种子液在200～220r/min，28～32℃的条件下于培养基中发酵48～60h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000～10000rpm下离心15～20分钟，取上清液，加入活性白土，调节pH至4.8～5.2，煮沸，冷却至室温，再经后处理得到产物木糖醇；所述培养基中，经过配制使得所述糖液中木糖理论质量在培养基中的终浓度为150～200g/L，所述酵母提取物、蛋白胨的终浓度各自独立为8～12g/L，溶剂为水，初始pH5～6；所述热带假丝酵母种子液的体积量是所述培养基体积的5％～15％。2.如权利要求1所述的利用竹笋加工废弃物制备木糖醇的方法，其特征在于，所述热带假丝酵母种子液按如下方法制得：(1)斜面培养：将热带假丝酵母菌接种至斜面培养基，30℃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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜利，沈涛，陈弘，潘芸，吴霞芬，于文文，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33