專利名稱：一種用甘蔗渣生產(chǎn)低聚木糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生產(chǎn)低聚木糖的方法，尤其是用甘蔗渣生產(chǎn)低聚木糖的方法，屬于生物技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
低聚木糖是聚合糖類中增殖雙歧桿菌功能最強(qiáng)的品種之一，它的功效性是其他聚合糖類的近20倍，人體胃腸道內(nèi)沒(méi)有水解低聚木糖的酶，所以其可直接進(jìn)入大腸內(nèi)優(yōu)先為雙歧桿菌所利用，促進(jìn)雙歧桿菌增殖同時(shí)產(chǎn)生多種有機(jī)酸。降低腸道PH值，抑制有害菌生長(zhǎng)，使益生菌在腸道大量增殖，達(dá)到一定的保健功效。除此之外，低聚木糖還具有許多獨(dú)特的性能，比如很難為人體消化酶所分解，它的能量值幾乎為零，既不影響血糖濃度，也不增加血糖中胰島素水平，并且不會(huì)形成脂肪沉積，故可在低能量食品中發(fā)揮作用，最大限度地滿足了那些喜愛(ài)甜品而又擔(dān)心糖尿病和肥胖的人的要求，因此糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人均可放心食用；對(duì)酸、熱穩(wěn)定性好，難發(fā)酵，有效攝入量少。對(duì)低聚木糖的效果研究已經(jīng)很成熟，目前對(duì)低聚木糖的研究主要集中在低聚木糖的制備方面，在如何提高低聚木糖的提取率及原料方面。低聚木糖制備方法的必要條件是酶解反應(yīng)，通過(guò)酶解反應(yīng)使木聚糖酶解為低聚木糖。而在酶解反應(yīng)前的制備方法，采用不同的原料會(huì)有較大的差別，而不同的方法會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，這些結(jié)果集中反映在提取率、質(zhì)量及成本方面，而恰恰是這幾個(gè)方面，決定了低聚木糖在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，市場(chǎng)占有率及效益。制備低聚木糖的原料主要是半纖維素，目前適合制備低聚木糖的原料以玉米芯及甘蔗葉比較好。而對(duì)用甘蔗渣制備低聚木糖的研究卻未見(jiàn)相關(guān)的報(bào)道。事實(shí)上甘蔗渣纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)是比較適合制備低聚木糖的。蔗渣的主要成分為纖維素45 50%，半纖維素22 36 %，木質(zhì)素18 23 %，蔗蠟2 4 %，可溶性固形物1 3 %。半纖維素主要成分為多縮木糖(又稱多縮戊糖)，分子式(C5H804)n，平均聚合度一般為150左右，比纖維素聚合度低得多，較容易水解轉(zhuǎn)變?yōu)榈途勰咎?、木糖和阿拉伯糖。甘蔗渣作為制糖產(chǎn)業(yè)或飲料食品產(chǎn)業(yè)里的一種副產(chǎn)品，平時(shí)都用于作為造紙的原料，蔗渣用于造紙時(shí)只是應(yīng)用其中的是纖維素成份，半纖維素成分只能作為廢物排放，并對(duì)環(huán)境造成污染。如果把甘蔗渣中所含的低聚木糖成份提取出來(lái)，所產(chǎn)生的附加值更高，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更大，因此，深入研究從甘蔗渣中提取低聚木糖，尤其是提取質(zhì)量更高，成本更低，品質(zhì)更好，得率更高的低聚木糖，顯得更加有意義。發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是提供一種用甘蔗渣生產(chǎn)低聚木糖的方法，克服傳統(tǒng)方法生產(chǎn)低聚木糖得率低，品質(zhì)差，成本高的不足。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)，基于這樣的原理甘蔗渣中含有木糖(半纖維素)，而木糖約含有30%的木糖膠，木糖膠是低聚木糖和木糖醇的原料，但其中的纖維成分——纖維素和木質(zhì)素卻很難分解，為使蔗渣中的木糖膠易于溶化，采用蒸汽爆破法進(jìn)行處理，即粉碎后的蔗渣用高壓水蒸汽加熱后瞬間在大氣壓中釋放出來(lái)，使其細(xì)胞壁纖維膨化，由于蒸汽爆破處理可破壞蔗渣的纖維結(jié)構(gòu)，使木糖膠更易于溶化提取。根據(jù)上述原理，本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)是因?yàn)椴扇×讼率黾夹g(shù)措施一種用甘蔗渣生產(chǎn)低聚木糖的方法，包括三個(gè)步驟，分別是前處理；酶分解；濃縮；所述前處理步驟是(1)取甘蔗渣粉碎為1-5毫米粗粒，置于密封容器內(nèi)，通過(guò)蒸汽加熱至190-260°C， 維持2-5分鐘，然后在0. 1-1秒時(shí)間內(nèi)瞬間釋放壓力，使甘蔗渣細(xì)胞壁纖維膨化，得到膨化甘蔗渣備用；(2)取膨化甘蔗渣加15-25倍量水，再用酸調(diào)整使溶液PH值為4. 0-5.0，用微波加熱至80-90°C維持1-2小時(shí)，先用200-400目濾網(wǎng)過(guò)濾，然后濾液再離心分離，得到上清液備用；(3)將上清液按照常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱，濾液再按常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售活性碳柱，收集濾液，于60-70°C條件下真空濃縮至原料的4-6倍量得濃縮液(4)取濃縮液按照常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售陰離子交換樹(shù)脂柱，使濾液保持 PH3. 0-5. 0，得到木聚糖溶液備用；所述酶分解步驟指的是用常規(guī)木聚糖酶酶解木聚糖溶液的過(guò)程，經(jīng)過(guò)酶解后得到低聚木糖溶液；所述濃縮步驟是取經(jīng)過(guò)木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于60-70°C條件下真空濃縮至呈飽和液，再置于助晶箱中在60-70°C環(huán)境下結(jié)晶，控制每小時(shí)降低溫度0. 5-2°C，直至得到較高純度的低聚木糖。采取上述措施的本發(fā)明，用蒸汽爆破和酸性微波水解，能提高木聚糖提取率，其提取率高達(dá)28 %，傳統(tǒng)工藝是用加NaOH加熱水解提取，其提取率低，提取率僅是17 %左右。在低聚木糖生產(chǎn)中，糖漿酸值是否控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，對(duì)于糖膏結(jié)晶效果的好壞有極大的關(guān)系。傳統(tǒng)方法主要在后續(xù)工序?qū)Υ痔菨{PH值進(jìn)行補(bǔ)償性調(diào)整，即依據(jù)已產(chǎn)出粗糖漿PH的值高低，對(duì)其加酸或加堿，使其PH值達(dá)到工藝指標(biāo)范圍。這樣做的結(jié)果是已凈化的中間制品又加入少量的無(wú)機(jī)離子，操作難度大，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量易波動(dòng)，生產(chǎn)提糖率波動(dòng)大。而本發(fā)明是利用陰離子交換柱對(duì)物料PH值進(jìn)行調(diào)整，在不外加酸堿的前提下，使粗糖漿酸值達(dá)工藝指標(biāo)范圍，達(dá)到了穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)提糖率的目的。本發(fā)明科學(xué)合理，提取率高， 所得低聚木糖品質(zhì)好，因?yàn)樘崛÷矢叨沟玫途勰咎堑纳a(chǎn)成本降低。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)取100公斤甘蔗渣粉碎為3毫米粗粒，置于密封容器內(nèi)，通過(guò)蒸汽加熱至 200°C維持3分鐘，然后在0. 1-1秒時(shí)間內(nèi)瞬間釋放壓力，使甘蔗渣細(xì)胞壁纖維膨化，得到膨化甘蔗渣備用；(2)取膨化甘蔗渣加2000公斤水，再加入檸檬酸使溶液PH值為4. 5，用微波加熱至85°C維持1. 5小時(shí)，先用200目濾網(wǎng)過(guò)濾得濾液，然后濾液再通過(guò)5000轉(zhuǎn)/分鐘的高速離心機(jī)進(jìn)行離心分離，得到上清液備用；(3)將上清液按照常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售陽(yáng)離子交換柱，濾液再緩慢通過(guò)市售活
4性碳柱，收集濾液，于60-70°C條件下真空濃縮至500公斤的濃縮液備用；(4)取濃縮液按照常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售陰離子交換柱，維持濾液PH4. 5，得到木聚糖溶液備用；(5)于木聚糖溶液中加入活性為2萬(wàn)活性單位/毫克的市售木聚糖酶，在溫度為 55°C的條件下酶解100分鐘，得到酶解后的低聚木糖溶液(6)取經(jīng)過(guò)木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于60°C條件下真空濃縮至呈飽和液狀態(tài)，再置于助晶箱中在60°C環(huán)境下結(jié)晶，控制每小時(shí)降低溫度1°C，直至得到較高純度的低聚木糖。實(shí)施例2(1)取100公斤甘蔗渣粉碎為5毫米粗粒，置于密封容器內(nèi)，通過(guò)蒸汽加熱至 260°C維持2分鐘，然后在0. 1-1秒時(shí)間內(nèi)瞬間釋放壓力，使甘蔗渣細(xì)胞壁纖維膨化，得到膨化甘蔗渣備用；(2)取膨化甘蔗渣加2000公斤水，再加入鹽酸使溶液PH值為5. 0，用微波加熱至 90°C維持1. 5小時(shí)，先用400目濾網(wǎng)過(guò)濾得濾液，然后濾液再通過(guò)5000轉(zhuǎn)/分鐘的高速離心機(jī)進(jìn)行離心分離，得到上清液備用；(3)與實(shí)施例1步驟(3)相同；(4)與實(shí)施例1步驟(4)相同；(5)于木聚糖溶液中加入活性為1萬(wàn)活性單位/毫升的市售液態(tài)木聚糖酶，在溫度為55°C的條件下酶解100分鐘，得到酶解后的低聚木糖溶液；(6)取經(jīng)過(guò)木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于70°C條件下真空濃縮至呈飽和液狀態(tài)，再置于助晶箱中在70°C環(huán)境下結(jié)晶，控制每小時(shí)降低溫度1. 5°C，直至得到較高純度的低聚木糖。實(shí)施例3(1)與實(shí)施例1的步驟(1)相同；(2)取膨化甘蔗渣加2000公斤水，再加入檸檬酸使溶液PH值為4. 0，用微波加熱至90°C維持1. 5小時(shí)，先用400目濾網(wǎng)過(guò)濾得濾液，然后濾液再通過(guò)5000轉(zhuǎn)/分鐘的高速離心機(jī)進(jìn)行離心分離，得到上清液備用；其余步驟與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1. 一種用甘蔗渣生產(chǎn)低聚木糖的方法，包括三個(gè)步驟，分別是前處理；酶分解；濃縮； 其特征在于所述前處理步驟是(1)取甘蔗渣粉碎為1-5毫米粗粒，置于密封容器內(nèi)，通過(guò)蒸汽加熱至190-260°c，維持 2-5分鐘，然后在0. 1-1秒時(shí)間內(nèi)瞬間釋放壓力，使甘蔗渣細(xì)胞壁纖維膨化，得到膨化甘蔗渣備用；(2)取膨化甘蔗渣加15-25倍量水，再用酸調(diào)整使溶液PH值為4.0-5. 0，用微波加熱至 80-90°C維持1-2小時(shí)，先用200-400目濾網(wǎng)過(guò)濾，然后濾液再離心分離，得到上清液備用；(3)將上清液按照常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱，濾液再按常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售活性碳柱，收集濾液，于60-7(TC條件下真空濃縮至原料的4-6倍量得濃縮液備用；(4)取濃縮液按照常規(guī)速度緩慢通過(guò)市售陰離子交換樹(shù)脂柱，使濾液保持PH3.0-5. 0， 得到木聚糖溶液備用；所述酶分解步驟指的是用常規(guī)木聚糖酶酶解木聚糖溶液的過(guò)程，經(jīng)過(guò)酶解后得到低聚木糖溶液；所述濃縮步驟是取經(jīng)過(guò)木聚糖酶酶解的低聚木糖溶液于60-70°C條件下真空濃縮至呈飽和液，再置于助晶箱中在60-70°C環(huán)境下結(jié)晶，控制每小時(shí)降低溫度0. 5-2°C，直至得到較高純度的低聚木糖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的是一種用甘蔗渣生產(chǎn)低聚木糖的方法。低聚木糖制備方法的必要條件是酶解反應(yīng)，通過(guò)酶解反應(yīng)使木聚糖酶解為低聚木糖。在酶解反應(yīng)前的制備方法，采用不同的原料會(huì)有不同的結(jié)果，這些結(jié)果集中反映在提取率、質(zhì)量及成本方面，而這幾個(gè)方面，決定了低聚木糖在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，市場(chǎng)占有率及效益。本發(fā)明用蒸汽爆破和酸性微波水解，提高木聚糖提取率至28％，利用陰離子交換柱對(duì)物料pH值進(jìn)行調(diào)整，在不外加酸堿的前提下，使粗糖漿酸值達(dá)工藝指標(biāo)范圍，達(dá)到了穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)提糖率的目的。本發(fā)明科學(xué)合理，提取率高，所得低聚木糖品質(zhì)好，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102206691SQ20111007510
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月26日
發(fā)明者吳燕平 申請(qǐng)人:北海田野食品有限公司