[发明专利]一种低聚木糖的制备方法

说明书

本发明涉及一种低聚木糖的制备方法，其主要创新之处为采用碱‑乙醇溶液对木质素纤维材料进行预处理，并采用亚临界水提法对木聚糖进行提取。本发明的前处理方法可脱除大量木质素，减少木质素对碳水化合物的束缚，破坏阻碍内切木聚糖酶酶解糖化的内在紧密结构；还可破坏碳水化合物的晶体结构，使生物质原料与生物催化剂的接触更加充分，提高内切木聚糖酶酶解效率。本发明的方法制备得到的木聚糖纯度高、得率高，后续工艺制备低聚木糖时内切木聚糖酶用量小；而且亚临界水提取木聚糖后的剩余物纤维素含量高，是制备纤维材料的优质原料。

技术领域

本发明属于生物质化学化工领域，具体涉及一种低聚木糖的制备方法。

背景技术

杨木、桉木和甘蔗渣等原料富含木聚糖，木聚糖转化为低聚木糖可有效提高生物质的利用价值。杨木和桉木是我国种植广泛的人工林资源，树叶、枝丫材和锯木屑中含有丰富的半纤维素。甘蔗渣是甘蔗制糖工业的主要副产品，占24～27％。甘蔗经过破碎压榨工艺提取蔗汁后呈纤维状的残渣，是一种可再生的农业固体废弃物。甘蔗渣主要成分为纤维素(30～45％)、半纤维素(25～45％)和木质素(15～30％)。我国作为仅次于巴西和印度的世界第三大甘蔗种植大国，甘蔗渣年产量达1350万吨。而大部分甘蔗渣直接被用作锅炉燃料烧掉，少部分用作制人造板和制浆造纸的原料，总体利用价值较低，不仅造成环境污染，并且导致资源浪费。而日本等国家则利用这些纤维质副产品制造高附加值的产品，如生物乙醇、低聚木糖、酶制剂、食用菌、高密度复合材料和如木糖、木糖醇和糠醛等化学品，这对于甘蔗渣的综合利用具有诱人的发展前景。

低聚木糖是水解由木糖单元组成的碳骨架半纤维素产生的一种寡聚糖，由2～7个D-木糖以β-1,4-木糖苷键结合而成，其分子量一般为300～2000Da。低聚木糖的有效成分主要是木二糖、木三糖和木四糖等。低聚木糖还是一种具有诸多生物学活性的功能性低聚糖，比如高选择性地促进肠道内双歧杆菌的增殖，减少机体内的有毒发酵、代谢产物的产生，治疗便秘、腹泻等胃肠疾病，预防龋齿、保养肾脏以及促进人体钙吸收等独特的生理作用。因此，被广泛应用于饲料、食品和医疗保健等产品制备领域。预计在未来10年内，功能食品在常用食品中所占的比例将达25～30％，因此，低聚木糖必将成为功能性食品加工中的低聚糖新宠。

半纤维素是植物纤维原料的主要成分之一，由几种不同类型的单糖构成，其中木聚糖则是半纤维素最主要的成分(约占50％)。现在主要利用农业废弃木质纤维素材料，例如玉米芯、甘蔗渣、小麦秸秆、大芒草、竹茎和烟草秸秆等都富含半纤维素的原料来制备低聚木糖。一般先通过化学或物理方法提取木聚糖、再经过高温自水解、酸水解、碱水解或酶解等方法制备低聚木糖。而酶法制备低聚木糖条件温和，对设备要求不高，目标产物安全，是目前半纤维素木聚糖转化制备低聚木糖最普遍和最有效的手段。(半纤维素纤维素)

酶解前的预处理对提高半纤维素原料的酶解得率是极其重要的。研究表明，碱法预处理是打破半纤维素木聚糖-木质素结构、脱除木质素、暴露半纤维素木聚糖和提高内切木聚糖酶酶解制备低聚木糖最好的预处理方法。

本发明借鉴碱处理和绿液-乙醇预处理甘蔗渣的成功方法，对甘蔗渣进行碱-乙醇预处理，提高甘蔗渣酶法制备低聚木糖的得率。

发明内容

本发明的目的是提供一种低聚木糖的制备方法，包括如下步骤：

1)在温度100～120℃的条件下，用碱-乙醇溶液对木质纤维素材料进行预处理，过滤后得滤液和滤渣；

2)采用亚临界水提法，在120～150℃的条件下提取得到滤渣中的木聚糖，采用醇沉的方法，提取得到滤液中的木聚糖，并将滤渣和滤液中提取得到的木聚糖混合，得木聚糖；

3)用内切木聚糖酶对步骤2)提取得到的木聚糖进行酶解处理，得低聚木糖。

优选的，所述木质纤维素原料为杨木渣、桉木渣或甘蔗渣；