小麥麩皮中低聚木糖的生物酶法制備技術(shù)研究.pdf

1、低聚木糖是一種功能性低聚糖，具有很強(qiáng)的促進(jìn)雙歧桿菌增殖能力，常作為重要的益生因子應(yīng)用于保健食品中。小麥麩皮富含半纖維素，是制備低聚木糖的良好原料。本文以小麥麩皮為原料，采用兩種生物酶法制備低聚木糖。首先，探討了以小麥麩皮為固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)培養(yǎng)產(chǎn)木聚糖酶的微生物，在其生長(zhǎng)期誘導(dǎo)產(chǎn)木聚糖酶降解麥麩以制備低聚木糖的可行性，為麩皮綜合利用及低聚木糖制備提供新途徑;其次，以商品木聚糖酶加入粗提麥麩木聚糖中制備低聚木糖;最后，對(duì)兩種生物酶法從小麥麩皮制

2、備低聚木糖的工藝效果進(jìn)行了比較。
　　 首先通過透明圈法及固態(tài)發(fā)酵預(yù)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)菌種進(jìn)行選擇。三種產(chǎn)酶微生物(木霉Trichodermasp.、黑曲霉Aspergillusniger、球毛殼Chaetomiumglobosum)接種于以粗提木聚糖為唯一碳源的透明圈測(cè)定培養(yǎng)基中，培養(yǎng)72h后三者均產(chǎn)生水解圈，說明三個(gè)菌種均能產(chǎn)生木聚糖酶。木霉通過固態(tài)發(fā)酵所得可溶性總糖含量較黑曲霉和球毛殼高，且平均聚合度適中，適合固態(tài)發(fā)酵制備低聚木糖

3、;而黑曲霉和球毛殼經(jīng)固態(tài)發(fā)酵所得低聚木糖的平均聚合度偏低，不適合通過固態(tài)發(fā)酵的方法制備低聚木糖。
　　 以木霉為實(shí)驗(yàn)菌株進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，考察了起始pH、起始含水量、接種量、表面活性劑用量、發(fā)酵時(shí)間、低聚木糖添加量、溫度對(duì)固態(tài)發(fā)酵的影響，通過測(cè)定固態(tài)發(fā)酵提取液中還原糖、可溶性總糖的濃度、平均聚合度確定最佳單因素條件為:（以底物10g麥麩為基準(zhǔn)）起始pH4.0、起始含水量10mL、接種量1％、表面活性劑用量0.05％、發(fā)酵時(shí)間84

4、h、低聚木糖的添加量0.25％、發(fā)酵溫度為28℃培養(yǎng)60h后轉(zhuǎn)入37℃培養(yǎng)24h。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選定發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、低聚木糖添加量后設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，確定各因素的主次順序?yàn)?起始含水量＞起始pH＞表面活性劑用量＞接種量，確定最佳固態(tài)發(fā)酵工藝為:（以底物10g麥麩為基準(zhǔn)）起始含水量10mL、表面活性劑用量0.05％、起始pH5.0、木霉接種量1.5％。在正交實(shí)驗(yàn)確定的最優(yōu)條件下進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，固態(tài)發(fā)酵提取液中可溶性總糖

5、含量為198.62mg·g麩皮-1，還原糖含量為49.32mg·g麩皮-1，低聚木糖含量為149.3mg·g麩皮-1，平均聚合度為4.027，麥麩木聚糖降解率為66.21％。對(duì)最佳條件組合下的固態(tài)發(fā)酵提取液經(jīng)硅膠薄層層析，分析結(jié)果顯示主要成分為木三糖、木四糖。
　　 以堿法粗提麥麩木聚糖為底物，以酶解液中的還原糖濃度、可溶性總糖濃度、低聚木糖平均聚合度為衡量指標(biāo)，考察了酶解時(shí)間、酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酶解溫度、pH五個(gè)單因素

6、對(duì)木聚糖酶酶解麥麩木聚糖效果的影響，確定了最佳單因素條件為:酶解時(shí)間4h，酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)15g·L-1，底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)50g·L-1，酶解溫度40℃，pH5.5。在單因素基礎(chǔ)上，選定底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)50g·L-1及酶解時(shí)間4h，選取酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酶解溫度、pH為考察因素的三因素三水平的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)，得可溶性總糖含量y對(duì)酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)X1、酶解溫度X2、pHX3的多元二次回歸方程為:Y=9.54+0.37X1-0.56X2+0.55X3+0

7、.006X1X2-0.86X1X3-0.32X2X3-0.28X12-0.58X22-0.38X32。模型能夠較好的對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，通過響應(yīng)面分析，確定因素間的主次順序:酶解溫度＞pH＞酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)一步確定最佳酶解工藝為:酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)10.7g·L-1，酶解溫度36℃，pH6.0。在最佳酶解條件下，該法所得可溶性總糖含量為200.9mg·g麩皮-1，還原糖含量為93.52mg·g麩皮-1，低聚木糖含量107.38mg·g麩皮-1，

8、平均聚合度為2.148，麥麩木聚糖酶降解率66.97％。通過薄層層析結(jié)果顯示，酶解液的主要成分為木二糖、木三糖。
　　 比較了兩種制備低聚木糖的生物酶法方案和工藝的差異，重點(diǎn)比較了兩類生物酶法對(duì)木聚糖的降解情況。以微生物固態(tài)發(fā)酵麥麩制備低聚木糖雖然沒有商品木聚糖酶所制備的低聚木糖的有效成分多，但由微生物經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的木聚糖酶對(duì)木聚糖具有一定酶解效果，能夠?qū)崿F(xiàn)微生物以麥麩為固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)生長(zhǎng)，并在生長(zhǎng)期誘導(dǎo)所產(chǎn)木聚糖酶降解麥麩同步進(jìn)行