一种酶法生产木糖的方法技术

本发明专利技术为一种酶法生产木糖的方法，其技术方案包括采用黑曲霉菌种ＣＧＭＣＣ１４７６发酵制备一种适用的外切型木聚糖酶和使用该木聚糖酶酶解玉米芯及植物秸秆原料中的木聚糖生产单木糖。由黑曲霉菌种培养发酵制得的外切型木聚糖酶酶活性高，作用条件温和，对酶解的条件要求不高，能够专一的将木聚糖酶解为单木糖。使用该酶法生产单木糖的方法包括原料玉米芯及植物秸秆处理、木聚糖酶解、木糖精制等三步主要工序。采用酶法生产木糖提取工艺简单，对环境无污染，生产的木糖纯度高，含量达到９９％以上，原料中木聚糖转化木糖的转化率达到８０％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属生物工程领域，具体地说是采用生物酶降解玉米芯及含半纤维素的植物秸秆(如玉米秸、麦草、甘蔗渣等)原料中的木聚糖生产单木糖的方法。
技术介绍
木糖是从农作物废弃物，如玉米芯、玉米秸、麦草、棉子壳、甘蔗渣、木屑中提取的一种白色至黄色的结晶或粉末。木糖属无热量甜味剂，有清爽甜味。木糖广泛应用于食品、医药、化工等行业，是肥胖者及糖尿病人理想的甜味剂；低热食品的添加剂；生物工程的培养剂；也用于染色和制革等。食用木糖能改善人体的微生物环境，提高机体的免疫能力。木糖与食物的配伍性很好，食物中添加少量木糖，便能体现出很好的保健效果。木糖与钙同时摄入，可以提高人体对钙的吸收率和保留率，还能防止便秘。目前国内外木糖货源紧缺，供求矛盾日益突出，特别是世界各国的“戒糖”运动和人们保健意识的不断提高，促进了木糖的市场需求，我国木糖的需求量是继日本、美国、法国、芬兰等国家之后的又一个需求大国，致使市场价格不断上涨，市场前景极为看好。多年来世界各国生产木糖均采用酸法提取，酸法生产木糖多采用硫酸进行水解，硫酸浓度为0.5-2％，温度为120-125℃，水解时间为2-4小时，水解完成后采用石灰乳或碳酸钙为中和剂进行中和水解过程中剩余的硫酸，然后静置过滤去除硫酸钙沉淀，过滤液进行脱色浓缩、离子交换、浓缩等生产工艺，得到木糖浆。酸法生产木糖有如下缺点1、生产过程中采用了大量的硫酸，硫酸能使原料中的纤维素和半纤维素及其它糖类物质水解，所得到的糖浆含有多种糖分，产品的纯度低；同时由于酸的存在，在水解加热过程中会使原料中含有的淀粉、糊精、葡萄糖等焦糖化而产生较深的色泽，影响后提取工艺和产品质量。2、生产过程中采用石灰乳或碳酸钙为中和剂进行中和，由于所用中和剂不是化学纯，带入了不少的灰分元素，人为地增加了中和液的灰分。中和工序的中和终点不好掌握，中和液碱度高，会破坏糖，产生棕色，中和液酸度高，会腐蚀设备。3、酸法提取的木糖由于生产过程中加入了大量的无机酸和无机碱液，使水解液中增加了大量无机离子和色素，水解液着色深，含盐量高，增加了脱色工艺和离子交换工艺生产成本。同时生产过程中添加了大量的化学强酸强碱，产生大量生产废液，对环境造成了巨大污染。为了避免酸法生产木糖所存在的问题，各国正在开发研究采用生物酶法降解木聚糖生产木糖的方法，例如专利申请200410046123.5公开了一种使用橄榄绿链霉素菌种发酵制得的木聚糖酶降解玉米芯汽爆液生产低聚木糖的方法，该方法对环境污染小，生产工艺较简单，但其最终产品是低聚木糖，由于低聚木糖的性质和用途与单木糖差异较大，在大多数应用领域是不能代替单木糖的。现有文献报道，均为酶法生产低聚木糖的方法。由于采用生物酶降解玉米芯及含半纤维素的植物秸秆(如玉米秸、麦草、甘蔗渣等)原料生产单木糖，需要一种适用的外切型木聚糖酶，而该外切型木聚糖酶需要筛选特定的菌种发酵制备，目前，尚未发现与此相关的文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可用于发酵生产外切型木聚糖酶的菌种，利用该菌种发酵生产外切型木聚糖酶和采用外切型木聚糖酶酶解玉米芯及含半纤维素的植物秸秆(如玉米秸、麦草、甘蔗渣等)原料中的木聚糖生产单木糖。本专利技术技术方案包括三部分内容一、提供一种黑曲霉菌种；二、采用微生物菌种发酵制备外切型木聚糖酶；三、酶解玉米芯和/或植物秸秆中的木聚糖生产单木糖。本专利技术提供了一种黑曲霉菌种JF-12(Aspergillus nigerJF-12)，该菌株已于2005年10月12日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)保藏，保藏中心登记入册编号CGNMCC No.1476。本专利技术所提供的黑曲霉CGMCC1476菌丝有隔膜，为多细胞霉菌，部分气生菌丝可以分化生成孢子梗。分生孢子顶端膨大为顶囊，顶囊表面以辐射状生出一串串分生孢子，分生孢子呈黑色。本专利技术所提供的黑曲霉CGMCC1476菌株是以如下方式获得的首先从济南西郊稻田取土样，于无菌室用无菌蒸馏水稀释，并进行梯度稀释，涂布到装有分离固体培养基的平皿中，培养基成分为NaNO30.2％、K2HPO40.1％、KCl0.05％、MgSO40.05％、FeSO40.001％、蔗糖3％、琼脂2％、半纤维素1％，自然PH，于32℃恒温培育三天，观察菌落透明圈大小，挑选菌株进行分离纯化，并进行多次紫外线诱变，获得该高活力菌株。本专利技术所述的外切型木聚糖酶是由黑曲霉CGMCC1476菌种培养发酵制得。它包括种子培养、发酵过程等三步主要工序。种子培养和发酵过程所用的培养基组分包括玉米浆2.0～3.0％(v/v)液体半纤维素4.0～5.0％(v/v)麸皮2.0～3.0％(w/v)硫酸镁0.3～0.5％(w/v)磷酸氢二钾0.3～0.5％(w/v)PH 5.0～7.0上述培养基中所使用的玉米浆为市售的含固型物50％的商品玉米浆；所使用的液体半纤维素是将玉米芯加入5倍重量的5％氢氧化钠溶液，在120℃温度下蒸煮40min制得的。种子培养和发酵制备外切型木聚糖酶的方法为在上述培养基中接入黑曲霉菌种，在25～30℃条件下摇瓶培养24～36h，然后将其作为种子，按接种量2～5％(v/v)接种到发酵罐中进行发酵，发酵条件及培养基均与种子培养相同，发酵液去除固体杂质后，即可获得所需适用的外切型木聚糖酶。上述发酵制备的木聚糖酶为外切型木聚糖酶，它能够从木聚糖非还原端专一性切断β-1，4-糖苷键，将木聚糖酶解为单木糖，酶解液中基本上全部为单木糖，而对纤维素等其它多糖则不起作用。上述发酵制备的木聚糖酶酶活高，发酵液酶活可达2000UI/ml。该酶作用条件温和，对酶解的条件要求不高，酶解温度为35～55℃，酶解时液体的PH在4～6之间，能够专一的将木聚糖酶解为单木糖。该木聚糖酶经毒理安全性检测，确认其安全无毒。本专利技术技术方案所述的使用该外切型木聚糖酶降解玉米芯及含半纤维素的植物秸秆(如玉米秸、麦草、甘蔗渣等)原料中的木聚糖生产单木糖的方法包括原料处理、木聚糖酶解、木糖精制等三步主要工序。其工艺流程为原料→粉碎→预处理→高压蒸煮或汽爆→酶解→酶解液→过滤→脱色→过滤→浓缩→脱色→离子交换→浓缩→离子交换→过滤→浓缩→木糖浆→结晶→干燥→木糖具体操作步骤和条件如下1.原料处理(1)原料前处理将直接采购当年风干无发霉变质的干净原料。把其粉碎至颗粒直径2-5mm，用0.05-0.1％的H2SO4溶液在50-60℃温度下，浸泡1-3h，滤去浸泡液，再用自来水冲洗至PH5.0-7.0。经处理后的原料待用。(2)高压蒸煮或汽爆将处理好的原料和其重量1-8倍的水，加入高压蒸煮罐，在130-160℃条件下蒸煮0.5-2h，放料待用。2、木聚糖酶解工艺将高温蒸煮(或汽爆后)的提取液连同渣一起压入不锈钢酶解罐，调整PH为4.0-5.0，冷却至40-48℃，恒温，并进行搅拌，加入前述制备的外切型木聚糖酶，酶解3-8h。木聚糖酶要分2～4批加入，总加量为100-500UI/g原料。酶解结束后，升温到80℃维持15分钟进行灭酶。3、木糖精制工艺(1)脱色、浓缩将酶解后的糖液经过滤后，调PH5.0-5.5，按0.5-1％(w/v)的用量比例加入活性炭，在55-65℃温度下，搅拌吸附40-60分钟，板框压滤。一次脱色后的糖液在60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑曲霉菌种ＪＦ－１２（ＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒＪＦ－１２），保藏编号为ＣＧＮＭＣＣＮｏ．１４７６。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建国，高先岭，
申请(专利权)人：山东省中协食品添加剂研究开发中心，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]