[发明专利]利用冬笋壳制备木糖醇的方法

说明书

本发明公开了一种利用冬笋壳制备木糖醇的方法：原料冬笋壳先用硫酸水解，所得水解液再用CaCO3乳液进行中和，得到糖液，所得糖液浓缩后用活性炭脱色，进一步通过离子交换净化糖液，最后利用热带假丝酵母进行生物转化获得木糖醇；本发明使用冬笋壳为原材料，生产工艺简单温和，经济高效。

(一)技术领域

本发明涉及木糖醇的制备方法，利用农业废弃物竹笋壳清洁生产木糖醇的方法。

(二)背景技术

木糖醇研究生产历史较早的国家主要是拥有丰富白桦树资源的芬兰、俄罗斯等欧洲国家，因此这些国家成为木糖醇生产大国。这些国家直至今日仍沿用传统的桦木蒸煮法来生产木糖醇——用白桦木片经水蒸气蒸煮后得到粗糖液，再经精制即可得到结晶木糖醇产品。该方法不仅要消耗大量森林资源，而且产品收率低，故直到上世纪80年代的全球木糖醇总产量始终徘徊在1万吨左右。

起初生产木糖醇都采用物理、化学的方法，存在诸多弊端。1966年Onishi和Suzuki首次报道了酵母菌能够利用D-木糖生产木糖醇后，国际上许多学者都对发酵法生产木糖醇的研究产生了很大的兴趣。目前的研究发现，一些细菌、酵母菌以及某些真菌能将木糖转化，生成木糖醇。其中，酵母菌是最有效的木糖醇生产菌。相较于传统的木糖醇生产方法，利用酵母还原木糖生成木糖醇是一条更为经济的工艺路线，因为发酵生产木糖醇无需化学法所必不可少的木糖纯化步骤，还可以简化木糖醇的分离步骤。此外，以酵母细胞作为木糖氢化的催化剂其过程耗能也较低。尽管某些天然利用木糖的微生物如树干毕赤氏酵母，在代谢过程中产生木糖醇，但将其直接用于工业生产则存在着许多局限性。首先，对这些酵母菌而言，木糖是碳源及能源物质，有相当部分的木糖要转变为生物量，影响木糖醇得率的提高；其次，这些微生物往往对木质纤维材料水解物中的毒性成分，如糠醛抗性很低，难以适应工业生产的要求；而且某些这类微生物的自身特性(如产生毒素等)不适用于食品及相关工业。酿酒酵母是公认的安全性微生物，应用于食品发酵已有上千年的历史，发酵工艺成熟，是理想的工业生产菌株，且自身不具有代谢木糖的能力。木糖还原酶转化木糖为木糖醇，是木糖代谢的第1步。在酿酒酵母工业菌株中稳定高效表达木糖还原酶基因，是构建酿酒酵母木糖醇生产菌株的基本策略。近年来国外学者进行了许多相关的研究，并取得了可喜的成果。有将木糖醇磷酸脱氢酶基因整合到枯草芽孢杆菌细胞中的(Mira Povelainen，2007年)；有以谷氨酸棒杆菌做为宿主的(So-Hyun Kim，2010年)；但是更多的是将毕赤酵母木糖还原酶基因整合到酿酒酵母细胞内(Xiaoran Zhang，2010年；Eun-Joong Oh，2012年；Soo Rin Kim，2012年)，并得到很好地表达。

本项目拟以竹笋壳为原料，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。

(三)发明内容

为了得到质量高、成本低廉的木糖醇，本发明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。

竹笋壳分为春笋壳和冬笋壳等品种，春笋壳颜色深会加重木糖醇的颜色，增加脱色炭的消耗，加大成本，所以选用冬笋(Phyllostachys pubescens)壳作原料。

本发明采用如下技术方案：

一种利用冬笋壳制备木糖醇的方法，所述方法按如下步骤进行：

(1)水解：将原料冬笋壳洗净，烘干后破碎，置于水解釜中，加入原料冬笋壳质量3～4倍的水，煮沸90～120min，排水后再加入原料冬笋壳质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸，即0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，在120～130℃，0.1～0.15MPa的条件下水解3～5h，得到水解液；