專利名稱：一種利用玉米皮制備的水解液及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用玉米皮制備的水解液，本發(fā)明還涉及該水解液的制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
玉米皮又稱玉米纖維，是玉米深加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。玉米皮主要是一些粘附淀粉的外部果皮或種皮，是一種非常好的可再生資源，約占玉米總質(zhì)量的10％左右。根據(jù)材料的來源以及用于其定性的分析方法的不同，組成分析所得結(jié)果也是相應(yīng)變化的，主要含有15-20％淀粉，10-13％的蛋白，20-22％纖維素，30-45％半纖維素，2-3％油，1-2％灰分，其它組分為3％-7％，其中纖維素主要由葡萄糖分子以β-1，4糖苷鍵連接而成的復(fù)雜的高分子物質(zhì)，半纖維素是由聚戊糖、聚己糖及聚糖醛酸組成。玉米皮約76％組分均為糖份，各種單糖含量約為46％葡萄糖，10％阿拉伯糖，2％半乳糖，17％的木糖和1％的甘露糖。
我國是玉米生產(chǎn)與加工的大國。目前我國玉米淀粉行業(yè)年加工玉米1000萬噸，玉米皮估計有100萬噸，主要用作農(nóng)業(yè)飼料，大大降低了它的使用價值。同時隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和原油價的不斷上漲，利用可再生資源來取代石油制品迫在眉睫。目前很多工業(yè)產(chǎn)品例如乙醇、乳酸等化學(xué)品直接以玉米為原料處理后進行液化、糖化作為發(fā)酵的原料，由于玉米皮因為含有纖維素、半纖維素等成分而不能被這些微生物所利用，發(fā)酵結(jié)束后作為廢棄物直接排放，造成了環(huán)境的污染和資源的浪費。目前對玉米皮采用堿解后加半纖維素酶的處理方式，得到的單糖收率不高而且易產(chǎn)生對發(fā)酵過程有抑制作用的糠醛類化合物。采用經(jīng)濟有效的方法實現(xiàn)對玉米皮的高效利用，作為發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)的原料，實現(xiàn)低成本、高效率制備高附加的工業(yè)產(chǎn)品，具有積極的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用玉米皮制備的水解液。
本發(fā)明的另一個目的是提供上述水解液的制備方法。
本發(fā)明還有一個目的是提供上述水解液在配制培養(yǎng)基中的應(yīng)用。
一種利用玉米皮制備的水解液，該水解液通過下列方法制備得到將玉米皮采用物理方法處理，再采用化學(xué)方法和/或生物方法處理適當(dāng)時間，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。
所述的水解液，其中物理方法采用熱力學(xué)水解和/或機械處理的方式。
所述的水解液，其中熱力學(xué)水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破、超臨界二氧化碳爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨。
所述的水解液，其中化學(xué)方法采用酸處理。
所述的水解液，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸。
所述的水解液，其中生物方法是采用纖維素酶或者采用含有纖維素酶的菌株培養(yǎng)液處理。
所述的水解液，該水解液中不含糠醛類化合物。
所述的水解液的制備方法，該方法包括下列步驟將玉米皮采用物理方法處理，再采用化學(xué)方法和/或生物方法處理適當(dāng)時間，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。
所述水解液的制備方法，該方法中物理方法采用熱力學(xué)水解和/或機械處理的方式，其中熱力學(xué)水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨；化學(xué)方法采用酸處理，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸；生物方法是采用纖維素酶或者采用含有纖維素酶的菌株培養(yǎng)液處理。
所述的水解液在配制培養(yǎng)基中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過對玉米皮進行水解制備的水解液用于發(fā)酵工業(yè)，不僅可以促進玉米的綜合利用，而且可以代替葡萄糖等作為發(fā)酵糖源，降低了發(fā)酵成本，提高了經(jīng)濟效益；而且還可以充分利用可再生資源，減少環(huán)境污染和改善生態(tài)環(huán)境，促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛的社會效益。本發(fā)明提供的方法采用物理破碎與化學(xué)方法和/或生物方法相結(jié)合的方式，可以實現(xiàn)玉米纖維中淀粉、纖維素、半纖維素三種主要組分的有效的水解，水解后水解液中單糖含量可達到玉米皮干重的70％，充分利用玉米皮各組分，不產(chǎn)生對發(fā)酵過程有抑制作用的糠醛類化合物，工藝路線的廢棄物少，減少了原料的浪費。單糖是微生物培養(yǎng)重要的碳源，便于微生物利用，本發(fā)明水解制備的單糖種類適合于微生物培養(yǎng)，故本發(fā)明制備的水解液適于配制培養(yǎng)基。
具體實施例方式下面的實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但對本發(fā)明沒有限制。
實施例1取干燥的玉米皮，經(jīng)機械粉碎過100目篩，加水制得混漿，玉米皮(干重)含量為16％(w/v)，加入98％濃硫酸，加入量為反應(yīng)液體積的0.5％(v/v)，反應(yīng)液于121℃水解30min，即得水解液。采用HPLC測定水解液中單糖含量(色譜柱Aminex HPC-87H，Bio-Rad.，Richmond；檢測器為折光示差儀；進樣量20μL，流動相5mmol/L H2SO4；流速0.6ml/min，溫度65℃，以下實施例同)，結(jié)果如下(總糖含量為各單糖含量累加值，以下實施例同)

另經(jīng)HPLC測定表明該水解液中不含糠醛類化合物。
實施例2取一定質(zhì)量干燥的玉米皮，加入1.5倍質(zhì)量的水潤濕后加入到汽爆裝置(南京匯科生物工程設(shè)備有限公司，以下實施例同)中，通入氨氣，氨氣與玉米皮(干重)質(zhì)量比為1∶1，壓力1.5Mpa，100℃保持20min后釋壓爆破，取出碎片和爆破液，加水至玉米皮(干重)含量為8％(w/v)，加5％硫酸調(diào)節(jié)pH為5.0，加入纖維素酶(寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司)，加入量(加入的酶液的酶活滿足內(nèi)切酶活≥9萬U/mL，外切酶活≥0.8萬U/mL，二糖酶活≥0.6萬U/mL，U為國際標(biāo)準(zhǔn)酶活單位，以下實施例同)為反應(yīng)液體積的0.5％(v/v)，45℃進行酶解48h，繼續(xù)加入占反應(yīng)液體積0.5％(v/v)的98％濃H2SO4，121℃水解10min后，采用HPLC測定水解液含量，結(jié)果如下

另經(jīng)HPLC測定表明該水解液中不含糠醛類化合物。
實施例3取干燥的玉米皮，機械粉碎過100目篩，加水制得混漿，玉米皮(干重)含量為5％(w/v)，加熱至160℃，保溫30min，冷卻至45℃，用3％鹽酸調(diào)節(jié)pH為5.0，加入纖維素酶，加入量為反應(yīng)液體積的0.5％(v/v)，45℃進行酶解48h，按照反應(yīng)液體積的3％(v/v)加入36.5％濃HCl，121℃繼續(xù)水解30min后采用HPLC測定各糖份含量，結(jié)果如下

實施例4取一定質(zhì)量的干燥的玉米皮，加入0.8倍質(zhì)量的水潤濕后加入到氣爆裝置中，氣爆裝置中通入SO2，SO2的用量為玉米皮(干重)用量的3％(w/w)，汽爆裝置操作溫度為190℃，壓力為2.0MPa，保持5min后釋壓爆破，取出爆破液和碎片，加入水使玉米皮(干重)質(zhì)量占10％(w/w)，加入纖維素酶，加入量為反應(yīng)液體積的0.5％(v/v)，45℃進行酶解48h后采用HPLC測定各糖份含量，結(jié)果如下

實施例5取干燥的玉米皮，經(jīng)機械粉碎過100目篩，加水制得混漿，玉米皮(干重)含量為16％(w/v)，加入98％濃硫酸，加入量為反應(yīng)液體積的0.5％(v/v)，反應(yīng)液于121℃水解30min，冷卻至室溫，加5％硫酸調(diào)節(jié)pH為5.0。產(chǎn)纖維素酶的里氏木霉(Trichodermareesei，ATCC56765)接入羧甲基纖維素培養(yǎng)基斜面24℃培養(yǎng)96h后孢子懸液接入發(fā)酵培養(yǎng)基(5g/L葡萄糖，3g/L蛋白胨，5g/L玉米漿，3g/L KH2PO4，1g/L NaCl，0.5g/L MgCl2，2mL/L吐溫80，pH5.0，121℃滅菌30min)中，26℃下培養(yǎng)5d，培養(yǎng)液5000r/min離心10min取上清。把上清液與酸解后的玉米皮混漿1∶1(體積比)混合，48℃酶解60h后采用HPLC測定各糖份含量，結(jié)果如下

另經(jīng)HPLC測定表明該水解液中不含糠醛類化合物。
實施例6
實施例1制得玉米皮水解液50ml，調(diào)節(jié)pH7.0，121℃滅菌20min，加入到裝有已滅菌的50ml發(fā)酵培養(yǎng)基的血清瓶中(發(fā)酵培養(yǎng)基中含有100g/L MgCO3，5g/L酵母膏，1g/L KH2PO4，1g/L NaCl，121℃滅菌20min)，作為發(fā)酵培養(yǎng)液。
一株產(chǎn)琥珀酸的產(chǎn)琥珀酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes，ATCC55618)在厭氧培養(yǎng)箱(Bugbox)37℃，TSA(大豆蛋白瓊脂)平板培養(yǎng)24h后，接種環(huán)接入2環(huán)菌株到發(fā)酵培養(yǎng)液中，37℃，搖床(太倉搖床廠)180rpm振蕩培養(yǎng)48h。HPLC測定0h、48h發(fā)酵液中糖份變化和琥珀酸含量，結(jié)果如下

權(quán)利要求
1.一種利用玉米皮制備的水解液，其特征在于該水解液通過下列方法制備得到將玉米皮采用物理方法處理，再采用化學(xué)方法和/或生物方法處理適當(dāng)時間，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水解液，其特征在于物理方法采用熱力學(xué)水解和/或機械處理的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水解液，其特征在于熱力學(xué)水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破、超臨界二氧化碳爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水解液，其特征在于化學(xué)方法采用酸處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水解液，其特征在于酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水解液，其特征在于生物方法是采用纖維素酶或者采用含有纖維素酶的菌株培養(yǎng)液處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水解液，其特征在于該水解液中不含糠醛類化合物。
8.權(quán)利要求1所述的水解液的制備方法，其特征在于包括下列步驟將玉米皮采用物理方法處理，再采用化學(xué)方法和/或生物方法處理適當(dāng)時間，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述水解液的制備方法，其特征在于物理方法采用熱力學(xué)水解和/或機械處理的方式，其中熱力學(xué)水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨；化學(xué)方法采用酸處理，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸；生物方法是采用纖維素酶或者采用含有纖維素酶的菌株培養(yǎng)液處理。
10.如權(quán)利1要求所述的水解液在配制培養(yǎng)基中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種利用玉米皮制備的水解液及其制備方法和應(yīng)用。該水解液是將玉米皮采用物理方法處理，再采用化學(xué)方法和/或生物方法將破碎的玉米皮處理，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。該水解液可用于配制培養(yǎng)基。本發(fā)明提供的水解液可以替代葡萄糖等作為發(fā)酵糖源，降低了發(fā)酵成本，提高了經(jīng)濟效益；且充分利用可再生資源，促進玉米的綜合利用，減少環(huán)境污染和改善生態(tài)環(huán)境，促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛的社會效益。
文檔編號C12P1/00GK1966665SQ20061009763
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者姜岷, 韋萍, 陳可泉, 姚嘉旻, 陳美娟, 孫娜亞, 繆冶煉, 歐陽平凱 申請人:南京工業(yè)大學(xué)