一种双水相水解体系制备低聚木糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种双水相水解体系制备低聚木糖的方法，包括如下步骤：１．在水解槽中，配置聚乙二醇和硫酸铵体系，或聚乙二醇和葡聚糖体系的双水相系统；２．加入粗木聚糖溶液和木聚糖酶，进行酶水解反应；３．将反应液转入分配槽，静置成相后，下相经超滤膜分离，再经纳滤膜分离得低聚木糖；回收下相经超滤后的截留物，与上相合并，转入水解槽；４．对于原始聚乙二醇和硫酸铵体系的双水相系统，在水解槽中，再加入硫酸铵，形成双水相体系，返回步骤２；对于原始聚乙二醇和葡聚糖体系的双水相系统，直接返回步骤２。本发明专利技术技术利用双水相体系，回收利用木聚糖酶，提高了木聚糖酶的利用率，易于规模放大，操作简便，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低聚木糖的制备方法，具体涉及一种将木聚糖酶水解的过程与双水 相分离体系集成制备低聚木糖的方法。技术背景天然纤维素资源是地球上最丰富的可再生有机物质，在世界通过植物光合作用产生 的生物量高达1000亿吨，其中只有11%用作农作物产品、饲料、造纸及建筑材料等， 89%的天然纤维素资源则被自然界中的各种微生物降解，最终转化成二氧化碳和水。虽 然这是自然界中重要的碳循环，但从原子经济角度来说，无疑是巨大的资源浪费。半纤 维素作为天然纤维素资源的重要组成部分之一，是除纤维素以外最为丰富、最廉价的可 再生资源。利用天然木质纤维素为原材料，制备功能性低聚木糖产品具有广阔的市场前 景和商业价值。低聚糖，又称寡糖，是由2~10个单糖分子通过糖苷键连接形成的直链或支链的糖 类物质，其分子量约为300~2000道尔顿。低聚木糖是由2~10个木糖分子通过p-l， 4-糖苷键连接而成的低聚糖，又称木寡糖。低聚木糖是功能性低聚糖家族中的一个重要成 员，其甜度低于蔗糖和葡萄糖，约为蔗糖的40%，与麦芽糖的甜度相当。低聚木糖具有显著的双歧杆菌增殖能力，可使双歧杆菌等有益菌群快速增殖，从而 抑制肠道内有害菌群的生长；难于被消化吸收，不能被唾液、胰液、小肠绒毛腺均质液 等分解；降低血清胆固醇和中性脂肪、防止老化和骨质疏松症，具有抗龋齿、防止便秘 的效果，有利于口腔健康、清除肠道内毒素的特点；具有独特的酸与热稳定性和难发酵 等优点，已被广泛应用于食品、医药保健品等诸多领域。木聚糖是半纤维素的主要成分，在植物细胞壁中的含量仅次于纤维素，是自然界中 最主要的可再生资源之一。木聚糖是一种杂合多聚分子，主链由P-l,4-糖苷键相连的(3-D-吡喃型木糖残基聚合而成，侧链上连有多种不同大小短取代基。玉米芯、甘蔗渣、棉子 壳以及稻麦等的秸秆中富含木聚糖，例如玉米芯中含有高达40%的木聚糖，且这些原料 价廉易得，是制备低聚木糖的理想对象。双水相生物催化技术的基本原理是利用两种不同高聚物的水溶液或一种高聚物与 一种无机盐的水溶液，由于其浓度的不同，而形成互相不溶的两水相体系，调整其浓度 可将反应物和生物催化剂分配于不同的水相中，有效地实现生化反应与产物的反应分离 耦合。当生物大分子(如生物活性的酶分子)进入双水相体系后，由于生物大分子的表面性质、电荷作用和不同分子间作用力，以及不同环境因素的影响，使其在两相间的分配 浓度不同，表现较大或较小的分配系数。在生物催化过程中，双水相体系可以将反应物、 产物以及酶分配于不同的水相中，最大限度地回收酶活力，同时提高催化反应的效率， 简化操作过程，能耗低，处理量大，降低投资和费用，更重要的是易于过程放大，特别 适合于工业化生物催化过程。低聚木糖的制备方法有酸水解法、蒸汽爆破法、酶水解法和微波降解法，酸水解 法、蒸汽爆破法与微波降解法等物理、化学方法，由于降解速度难以控制，精制过程繁 琐，效率低等特点，不适合于低聚木糖的工业化生产。而酶水解法具有高效、条件温和、 环境友好等优点，已经成为工业化生产低聚木糖的主要制备方法。目前，国内外主要采 用黑曲霉、里氏木霉、链霉菌等天然产木聚糖酶的菌种，进行酶水解制备低聚木糖，其 生物加工过程包括木聚糖的提取、木聚糖酶的制备、酶解木聚糖以及产品的精制等工艺。 虽然酶水解法具有明显优点，但也存在着木聚糖酶回收利用率低、工艺步骤较多以及生 物加工过程不易放大等问题。因此，提高木聚糖酶的回收利用率、降低低聚木糖的生产 成本以及简化其规模放大过程就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用双水相生物催化体系制备低聚木糖的 生产方法，以提高木聚糖酶的回收利用率、降低低聚木糖的生产成本以及简化其规模放 大过程。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下 ，包括如下步骤(1) 在水解槽中，配置聚乙二醇和硫酸铵体系的双水相系统，或聚乙二醇和葡聚糖 体系的双水相系统；(2) 加入粗木聚糖溶液和木聚糖酶，使双水相体系中木聚糖浓度达l~50g/L，木聚 糖酶的加入量为5 50IU/g木聚糖，在pH4.0 8.0， 30 60°C，搅拌转速100 30"0 r/min下，酶水解反弃2 12小时；(3) 将反应液转入分配槽，静置成相后，下相经截留分子量为1000 20000的超滤 膜分离，再经截留^"子量为150 500的纳滤膜分离得低聚木糖；回收下相经超滤后的 截留物，与上相合并，转入水解槽；(4) 对于原始聚乙二醇和硫酸铵体系的双水相系统，在水解槽中，再加入硫酸铵， 形成双水相体系，返回步骤(2);对于原始聚乙二醇和葡聚糖体系的双水相系统，直接返 回步骤(2)。其中，双水相系统中，聚乙二醇的成相浓度范围重量百分比为1~50%，硫酸铵的成相浓度范围重量百分比为5~50%，葡聚糖的成相浓度范围重量百分比为5~50%。上述聚乙二醇的分子量范围为1000~6000，葡聚糖的分子量范围为10000~50000。 步骤(2)中，所述的粗木聚糖溶液采用如下方法制备将木质纤维素类生物质经干燥、粉碎后，在20 40'C下，边加入碱溶液边搅拌；然 后，在70 10(TC下蒸煮1 5小时；过滤除固形物，收集蒸煮液；蒸煮液采用强酸中和 至pH4.0~8.0;中和的蒸煮液采用超滤技术脱盐，得到浓縮的粗木聚糖液。其中，所述 的木质纤维素类生物质为玉米芯、秸杆、甘蔗渣、桦木或杨木；所述的碱溶液可以为 l~6mol/L的NaOH;所述的强酸为可以为l~6mol/L盐酸。步骤(2)中，所述的木聚糖酶采用如下方法制备本专利技术所采用的木聚糖酶来源于重组毕赤酵母菌NL-OU，其制备方法为重组毕 赤酵母菌NL-OU经平板活化后，接种单菌落于摇瓶培养基中，在20~40 °C 、 100~200 r/min 摇瓶培养12~72小时，至OD6oo达至lJ 2~10，得到种子液。将此种子液以5%~20%(v/v) 接种至灭菌的甘油培养基中，在20~40 °C， 400~800 r/min条件下，发酵培养约12-48 小时至溶解氧上升大于50%。向罐中流加甘油溶液，流速15~35 mL/(L七)持续10~28小 时，然后停止流加1 3小时，pH值控制在4.0 8.0左右，温度维持2(K40'C。然后向罐 中流加甲醇，流速l 10mL/(L七)持续24 72小时，温度维持204(TC，最后离心收集得 到木聚糖酶粗酶液。摇瓶培养基组成葡萄糖0.5% 5% (w/v)，蛋白胨1% 5% (w/v)， 酵母膏0.5% 5% (w/v)。 30% 70% (w/v)甘油培养基组成甘油30% 70% (w/v)， CaSCV2H20 0.1% 5%(w/v)， MgS04'7H20 0.5% 10%(w/v)， K2S04 0.5% 10%(w/v)， KOH 0.1% 5% (w/v)，氨水调pH值为4.0 8.0。双水相体系的建立方法如下在室温条件下，取一定量ly。 50。/。(w/w)浓度的聚乙二醇于lOmL刻度离心管中， 向刻度离心管中滴加5。/。 50。/。(w/w)浓度的硫酸铵或葡聚糖等溶液，在混合器上混匀， 至出现混浊，记下此时加入溶液的质量。接着再逐滴加入去离子水，至混浊刚好消失时， 记下加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双水相水解体系制备低聚木糖的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：　　　　（１）在水解槽中，配置聚乙二醇和硫酸铵体系的双水相系统，或聚乙二醇和葡聚糖体系的双水相系统；　　　　（２）加入粗木聚糖溶液和木聚糖酶，使双水相体系中木聚糖浓度达１～５０ｇ／Ｌ，木聚糖酶的加入量为５～５０ＩＵ／ｇ木聚糖，在ｐＨ４．０～８．０，３０～６０℃，搅拌转速１００～３００ｒ／ｍｉｎ下，酶水解反应２～１２小时；　　　　（３）将反应液转入分配槽，静置成相后，下相经截留分子量为１０００～２００００的超滤膜分离，再经截留分子量为１５０～５００的纳滤膜分离得低聚木糖；回收下相经超滤后的截留物，与上相合并，转入水解槽；　　　　（４）对于原始聚乙二醇和硫酸铵体系的双水相系统，在水解槽中，再加入硫酸铵，形成双水相体系，返回步骤（２）；对于原始聚乙二醇和葡聚糖体系的双水相系统，直接返回步骤（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，欧阳嘉，余世袁，勇强，宋向阳，徐勇，陈牧，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]