一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法
【专利摘要】本发明公开了一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，包括步骤：1）将回收的甘蔗渣，经过粉碎机粉碎，过筛，对筛分物进行浸泡并晾干；2）将晾干后的甘蔗渣，加入质量分数为2-10%的NaOH处理；3）加入冰乙酸调节pH值沉降出粗木聚糖；4）酶解；5）对步骤4）溶液进行沸水浴灭酶处理；6）活性炭柱串联阴阳离子交换树脂柱进行脱色脱盐，得到进一步纯化的溶液；7）将上述溶液进行纳滤浓缩，进行真空冷冻干燥，得到产品。本发明提升了低聚木糖生产过程中的脱色脱盐效率，并最终提高产品纯度。提高农作物的附加值，减少环境污染并加快农业生态系统的良性循环，对实现资源的可持续发展有重要意义。
【专利说明】一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于甘蔗制糖业副产物的二次综合利用领域，尤其涉及利用超声波碱法以及纳滤膜浓缩法来制备低聚木糖的方法。
【背景技术】
[0002]低聚木糖是新近发展起来的一种功能性低聚糖，低聚木糖又称木寡糖，是指2-7个木糖分子以糖苷键连接而成的聚合糖，它除具有低聚糖的一般功能性质外，还具有显著的双歧杆菌增殖效果、耐酸、耐热、降低水分活度和防止冻结等优点，低聚木糖的耐酸和耐热表现在，在PH为2.5-8.0范围内经100°C加热lh，低聚木糖几乎不分解。它可以选择性的增殖双歧杆菌，提高人体免疫力和抗癌能力，抑制外源性病菌对人体的侵入，防止肠道疾病，降低人体胆固醇，促进钙吸收，有利于代谢且不受胰岛素的控制，可作为糖尿病和肥胖病患者的甜味剂。
[0003]低聚木糖一般以玉米芯为原料来生产，我国南方甘蔗资源丰富，以广西为例，2012-2013广西榨季甘蔗产量达7500多万吨，产糖800万吨，按照每产I吨糖产生2_3吨蔗渣来计算，广西全区各糖厂产生的蔗渣就近2000万吨。
[0004]甘蔗渣的成分中纤维素为32-48%、半纤维素19-24%、木质素23_32%、灰分约为4%，与农作物秸杆相比，甘蔗渣的农药残留量很低，且木质化程度高，长期以来，这种大批量甘蔗渣除了部分用于造纸、制造人造板外，大部分用于供糖厂本身作为燃料烧掉或直接废弃，如何科学高效的利用甘蔗渣资源，实现了甘蔗的二次利用，提高糖厂的经济效益，具有重大的社会经济效益。
[0005]低聚木糖的常规制备方法为高温高压连续蒸煮提取工艺，比如专利200810110946.8公开了这种方法，发明对常规间歇式生产进行了改善，物料随进随出，即随着喷射器连续出料，在进料端可不间断的连续泵入、蒸煮、再出料，可自动操作，节省人力并提高工作效率。但方法总归是受设备及条件影响较大，而且生产周期较长，比如高温高压，需要较多能量输入，管道及设备材料的选择也会受到压力影响。
[0006]专利200910157991.3公开了一种利用超声波处理农业废弃物制备低聚木糖的方法，其步骤主要为超声波碱液提取一过滤、得滤液一调pH值至微酸性一酶解一灭酶、离心分离一上清液一离子交换脱色一浓缩得到产品。此方法过程简单容易控制，高效无污染，但脱色和产品纯度有待于进一步提升。
[0007]低聚木糖的制备工艺中，精制是关键步骤之一。目前，由酶法制取的低聚木糖产品中仍含有少量的色素、木糖、糖醛酸、木质素和无机盐等杂，通常表现为淡黄色至浅褐色。还有生产过程中的成色反应产生的有色物质，如糖类的焦糖化反应、还原糖和氨基酸的美拉德反应生成的色素，需要进行脱盐除杂或脱色等步骤。离子交换树脂的骨架中含有离子交换官能团，当溶液中存在电离状态的基团(如色素等物质)时， 二者可以发生交换作用。因此离子交换树脂不仅可以用于脱盐而且还能用于脱色。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，解决现有技术存在的缺陷。
[0009]一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，包括步骤:
I )、将回收的甘蔗渣，经过粉碎机粉碎，过筛，对筛分物进行浸泡并晾干；
2)、将晾干后的甘蔗渣，加入浓度为2-10%的NaOH，搅拌均匀，常温下，超声条件为50-65KHZ，时间为20-40min，料液比为1:30-50 (w: V)，过滤处理，得上清液；
3)、加入冰乙酸，调节pH=4-6，静置0.5-6h后，8000-12000r/min离心10_20min后，取下层沉淀即为粗木聚糖； 4)、酶解，向粗木聚糖中按照粗木聚糖:水=1-10:100的比例添加水，加入相对于粗木聚糖质量0.02%-1%的木聚糖酶，在T=40-55°C，pH=4-6的条件下，磁力搅拌酶解2_6h ；
5)、对上述溶液进行沸水浴灭酶10-20min，6000-10000r/min离心6_15min，收集得到上清液；
6)、活性炭结合阴阳离子交换树脂进行脱色脱盐，调节低聚木糖溶液pH=5-7，流速为2-10倍柱体积/h;活性炭为酸处理后的活性炭，阳离子树脂为001*7，阴离子树脂为D301 ；串联次序为活性炭柱、阳离子树脂柱、阴离子树脂柱；
7)、将上述溶液进行纳滤浓缩，选用截留相对分子量为200-350的纳滤膜，压力为1.5-2.5MPa，开始15-30min补充纯水保持料液体积不变，后恒压纳滤浓缩30_60min，进行真空冷冻干燥，得到产品。
[0010]进一步的:所述步骤6)中活性炭粉末和阴阳离子交换树脂处理分别为:
6.1)活性炭处理方式:活性炭粉末采用1%的HCl浸洗，热去离子水洗至中性，滤干120°C干燥 7-10h ；
6.2)阳离子树脂:清水浸泡15-24h，后用3-5%的NaOH浸泡2_4h，清水洗至中性，然后用3-5%的HCl浸泡2-4h，清水反复洗至中性；
6.3)阴离子树脂:清水浸泡15-24h，后用3-5%的HCl浸泡2_4h，清水洗至中性，然后用3-5%的NaOH浸泡2_4h，清水反复洗至中性。
[0011]现有技术中公开的制糖过程中的色素和盐的去除一直是本领域技术人员难以克服的难点，如何做到环保的去除更难。制糖过程中，色素含量只不过是0.1~0.3%(对固形物)，但在脱色方面所花费的资金约为炼糖总成本的I/3。
[0012]还原糖测定:DNS比色法，取ImL待测液置于25mL刻度试管中，然后加入DNS试剂2mL,沸水浴中煮沸5min后显色,然后迅速用流水冷却，用蒸懼水定容到刻度,摇匀，486nm处测定吸光度。
[0013]总糖测定:向待测液中加入浓H2SO4,使H2SO4的浓度为72g/L，水浴煮沸2h后，用6mol/L的NaOH调至中性后用DNS法486nm波长处测定其还原糖含量，则被测样品的总糖浓度 TC 为:TC=C*n*0.88。
[0014]式中:TC——酸水解后样品测得的总糖浓度，mg/mL;
C 酸水解后直接测得的样品的还原糖浓度，mg/mL;
n一一测定时样品的稀释倍数。
[0015]低聚木糖的平均聚合度的计算公式:DP=总糖/还原糖。[0016]本发明通过冰乙酸来调节pH=5，而在此条件下，粗木聚糖析出，从而通过离心可将残留在上清液中得绝大部分色素和盐类清除，实现第一步脱色脱盐得目的，同时该方法相比较传统的乙醇析出木聚糖技术，不需要添加大量的乙醇，减少了酒精废液处理工艺，节约了成本，提升产品外观以及纯度，无需有机、无机脱色剂。另外，本发明对酶解的条件以及添加量和时间经过大量的探索，确定了一个最优的方案，调节溶液pH=5添加量木聚糖酶0.1%(w #)，501:条件下酶解411。
[0017]同时，本发明采用纳滤浓缩技术，提高最终产品纯度。
[0018]本发明提升了低聚木糖生产过程中的脱色脱盐效率，并最终提高产品纯度。提高农作物的附加值，减少环境污染并加快农业生态系统的良性循环，对实现资源的可持续发
展有重要意义。
[0019]本发明采用超声波碱法提取木聚糖，工艺简单有效，同时通过调节pH值析出粗木聚糖，达到酶解前脱除大部分色素和盐类的目的，酶解后采用活性炭串联阴阳离子交换树脂柱进一步脱盐脱色，最后运用纳滤膜浓缩技术，得到纯度高的产品。本发明整个工艺流程时间短，能耗低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1所示为本发明实施例的工艺线路图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0022]本发明采用如下工艺步骤:
1)、回收的甘蔗渣，经过粉碎机粉碎，过60目筛，筛分物用清水浸泡24h，晾干；
2)、晾干后的甘蔗渣，加入质量分数为6%的NaOH，搅拌均匀，常温下，超声条件为65KHz，时间为35min，料液比为1:35 (w: V)，过滤处理，得上清液；
3)、加入冰乙酸,调节pH=5,静置Ih后，10000r/min离心IOmin后,取下层沉淀即为粗木聚糖；
4)、酶解,将粗木聚糖:水=3:100(w:w)混合，添加相对于粗木聚糖质量0.1%的木聚糖酶，在T=55°C，pH=5.5的条件下磁力搅拌酶解4h ；
5)、对步骤4)溶液进行沸水浴灭酶15min,6000r/min离心6_15min,收集得到上清液；
6)、活性炭结合阴阳离子交换树脂进行脱色脱盐，调节低聚木糖溶液pH=5，流速3倍柱体积/h;装柱体积活性炭粉末:001*7阳离子树脂:D301阴离子树脂=2:2:1 ;
7)、将上述溶液进行纳滤浓缩，选用截留相对分子量为300的纳滤膜，压力为2.0MPa,开始30min补充纯水保持料液体积不变，后恒压纳滤浓缩60min，进行真空冷冻干燥，得到产品，产品色泽呈浅黄色，平均聚合度为8.67，提取率为28.39%。
[0023]本发明通过调整pH来析出粗木聚糖，简便有效的去除绝大多数色素和盐类等杂质，提高了产品纯度。通过纳滤浓缩，提高最终产品中低聚木糖占总糖的比例。
【权利要求】
1.一种从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，包括步骤: I )、将回收的甘蔗渣，经过粉碎机粉碎，过筛，对筛分物进行浸泡并晾干； 2)、将晾干后的甘蔗渣，加入质量分数为2-10%的NaOH，搅拌均匀，常温下，超声条件为50-65KHZ，时间为20-40min，料液比为1:30-50 (w: V)，过滤处理，得上清液； 3)、加入冰乙酸，调节pH=4-6，静置0.5-6h后，8000-12000r/min离心10_20min后，取下层沉淀即为粗木聚糖； 4)、酶解，向粗木聚糖中按照粗木聚糖:水=1-10:100的比例添加水，加入相对于粗木聚糖质量0.02%-1%的木聚糖酶，在T=40-55°C，pH=4-6的条件下，磁力搅拌酶解2_6h ； 5)、对上述溶液进行沸水浴灭酶10-20min，6000-10000r/min离心6_15min，收集得到上清液； 6)、活性炭柱串联阴阳离子交换树脂柱进行脱色脱盐，调节低聚木糖溶液pH=5-7，流速为2-10倍柱体积/h; 7)、将上述溶液进行纳滤浓缩，选用截留相对分子量为200-350的纳滤膜，压力为1.5-2.5MPa，开始15-30min补充纯水保持料液体积不变，后恒压纳滤浓缩30_60min，进行真空冷冻干燥，得到产品。
2.如权利要求1所述的从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，其特征是:所述步骤3)加入冰乙酸调节pH值离心，其最佳工艺条件为调节pH=4.5-5.5，静置0.5-2h ; 10000r/min离心IOmin0
3.如权利要求1所述的从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，其特征是:所述步骤6)活性炭为酸处理后的活性炭，阳离子树脂为001*7，阴离子树脂为D301 ;串联次序为活性炭柱、阳离子树脂柱、阴离子树脂柱。
4.如权利要求1所述的从甘蔗渣制备低聚木糖的方法，其特征是:所述步骤4)最佳酶解工艺为木聚糖酶的添加量为0.1%，pH=5, T=50°C条件下磁力搅拌反应4h。
【文档编号】C12P19/14GK103614435SQ201310630542
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】盛金凤, 孙健, 李丽, 何雪梅, 李昌宝, 廖芬, 崔素芬, 郑凤锦, 李杰民, 刘国明 申请人:广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所