木聚糖酶法和酸法水解生成低聚木糖的研究.pdf

1、低聚木糖(Xylo-oligosaccharides)又稱木寡糖，是由2～6個木糖分子以β-1，4糖苷鍵結(jié)合而成的短鏈聚合物，作為一種功能性聚合糖，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用到醫(yī)療、健康、畜牧業(yè)等領(lǐng)域，具有可觀的市場前景。
　　目前，以木聚糖為原料生產(chǎn)低聚木糖的主要方法有自動水解、酸法水解、酶法水解等。自水解和酸解通常需要高溫環(huán)境，且易造成低聚木糖的降解，使得副產(chǎn)物過多。酶解不僅對底物性質(zhì)要求較為嚴(yán)格，而且由于從木質(zhì)纖維素中提取得到的粗木聚糖含

2、有一定量的纖維素、木質(zhì)素以及其他雜質(zhì)，很難直接通過粗木聚糖底物配制營造一個易于酶解的底物環(huán)境。因而，如何控制底物特性使得酶解更徹底的進(jìn)行，以及如何有效結(jié)合各類水解方法成為了本文的重點(diǎn)。本課題的主要工作如下:
　　1、對于水解過程中基本參數(shù)的單因素試驗(yàn)，考察了酶法水解中的酶種類、酶用量、酶解時間、底物性質(zhì)，以及酸法水解中的酸種類、酸濃度、酸解時間幾個主要變量對糖產(chǎn)率的影響情況。首先，纖維素酶可和半纖維素酶的酶解會使得木聚糖較多地降解

3、為單糖，而木聚糖酶的酶解產(chǎn)物中以寡糖為主。偏酸性環(huán)境的酶解會在較短時間內(nèi)產(chǎn)糖但寡糖易于降解為單糖，偏堿性環(huán)境則需要較長的時間產(chǎn)糖且單糖量較少。因而，為了盡可能多的得到目標(biāo)產(chǎn)物低聚木糖，對酶種類的選擇以內(nèi)切木聚糖酶為主，使用偏堿性長時間反應(yīng)或偏酸性短時間反應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)。其次，酸解反應(yīng)易造成產(chǎn)品中過多的副產(chǎn)品，因而本課題將酸解方法列入輔助酶解的方法之一，而不再單獨(dú)使用酸解進(jìn)行低聚木糖的生產(chǎn)。
　　2、對于木聚糖制備過程中產(chǎn)生、引入的雜質(zhì)

4、，通過對比水、醇洗玉米秸稈、脫木質(zhì)素、除鹽等預(yù)處理操作，考察了酶水解木聚糖時，底物中鹽分、乙醇及色素的含量對酶解產(chǎn)生的影響。少量且適宜鹽分(5-10 mg/mL)的存在，會促進(jìn)木聚糖酶解產(chǎn)生低聚木糖，但鹽濃度過高會抑制木聚糖的酶解;乙醇的存在會顯著抑制木聚糖酶的活性，乙醇含量每增加25 mg/mL，低聚木糖得率將會降低5％左右;色素同樣對酶解有著抑制的作用。使用低色值、不含乙醇、鹽分濃度為10 mg/mL的木聚糖底物進(jìn)行酶解，低聚木糖產(chǎn)

5、率達(dá)到58.58％。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在木聚糖的提取過程中若能盡可能的降低其中的有色物質(zhì)，不要引入乙醇，并保留適當(dāng)?shù)柠}分，會有效提升低聚木糖的產(chǎn)率。
　　3、以玉米秸稈為原料堿提得木聚糖原料制備低聚木糖工藝，對于單一酶解無法得到較高的木寡糖得率問題，本課題采取了木聚糖分級制備與分步水解的方法。設(shè)置了“酶解-二次酶解”、“酶解-酸解”、“酶解-酸解-二次酶解”、“自水解-酶解”四種工藝路線，以及木聚糖液沉淀-透析除鹽、木聚糖液-透析

6、除鹽、木聚糖液-納濾膜除鹽三種不同的級份，進(jìn)行水解實(shí)驗(yàn)。主要結(jié)果如下:對于不同的分步水解流程:“酶解-二次酶解”以及“酶解-酸解”過程對糖得率產(chǎn)生不顯著的提升(＜10％);而“酶解-酸解-二次酶解”過程的低聚木糖產(chǎn)率較單一酶解提高了20.16％，較“酶解-酸解”提高了13.36％，顯著提高了水解效果。自水解后的酶解結(jié)果，160℃高溫處理后的酶解在3h得到了高達(dá)83.81％的低聚木糖產(chǎn)率，比直接酶解增加了40.60％，此時總糖得率為95.