專利名稱:制備木寡糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備木寡糖的方法，特別涉及一種直接以酵素水解原料細(xì)胞壁的木聚糖而制備木寡糖的方法，其不需使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液也不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，且兼有高生產(chǎn)率。
背景技術(shù)：
植物的細(xì)胞壁部分主要分為三大類，第一類是纖維素(cellulose)約占35_50% ；第二類是半纖維素(hemicellulose)約占20-30%,其余的部分則是木質(zhì)素(Iignin)。組成半纖維素的主要成分即為木聚糖(xylan),木聚糖是由木糖(xylose)以β-1,4鍵結(jié)而成 的聚合物，經(jīng)由木聚糖分解酵素(木聚糖酶，xylanase)或其它加工程序，木聚糖可以降解成木寡糖(xylooligosaccharide)。木寡糖又稱木聚寡糖、低聚木糖,是指由2 10個木糖以糖苷鍵連接而成的寡糖的總稱，是近年來新發(fā)現(xiàn)具有益生性的一種機(jī)能性寡糖，研究發(fā)現(xiàn)其具有調(diào)整腸道菌叢生態(tài)、控制血脂肪、降血壓等多項保健功效，而Hsu等(2004)研究指出以木二糖、木三糖為主的木寡糖更優(yōu)于其它如異麥芽寡糖、果寡糖等機(jī)能性寡糖。
自植物體原料制造木寡糖的技術(shù)包括一、利用加壓、加熱、爆碎等程序使木聚糖發(fā)生降解(autohydrolysis)而制得木寡糖液，如日本專利01-224384、2000_236899。二、Rose和Inglett (2010)以兩步驟濕熱法自小麥麩皮制備木寡糖，其中第一步驟為10 %的小麥麩皮水溶液加熱至130°C以釋出70. 3%的淀粉，第二步驟是加熱該淀粉至220°C，使木聚糖發(fā)生降解而生成木寡糖。三、將來自化學(xué)紙漿的木質(zhì)纖維素進(jìn)行酸處理，如日本專利2000-333692 ;或熱酸處理，如美國專利4181796或日本專利2008-136390 ;而中國大陸專利公開號101089007則以稀酸及加熱處理椰子殼粉制得木寡糖；Akpinar等(2009)則將煙草、棉花、向日葵等莖桿經(jīng)由控制酸處理條件生產(chǎn)木寡糖。四、以經(jīng)加壓加熱、堿加熱處理或萃取、精制后的木聚糖為開始原料，使酵素作用于此，進(jìn)行糖化處理而制造木寡糖液，如日本專利10-215866、臺灣專利公開號200724689及Goldman (2009)。
前述制備方法除使用酵素水解外，其它方法常伴隨生成糠醛(呋喃甲醛，furfural)，糠醛具有毒性，接觸糠醛會刺激皮膚和呼吸道，甚至造成肺積水，嚴(yán)重者會導(dǎo)致失去意識并因為呼吸衰竭而死亡；然而，酵素水解法需先自原料中萃取木聚糖再進(jìn)行水解，目前除日本專利08-103287提及直接以酵素水解柑橘類果渣而制備木寡糖外，并無相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)提及可以直接用酵素水解非柑橘果渣原料而制備木寡糖。
前述以酸處理制備方法所得的產(chǎn)物以木糖為主；高溫?zé)峤到夥ǖ漠a(chǎn)物組成則相當(dāng)復(fù)雜，且具高機(jī)能性的木二糖與木三糖的總比例遠(yuǎn)不及總產(chǎn)物的一半，不如酵素水解法作用的專一性與木二糖的高生產(chǎn)率。此外，木寡糖的分離純化法傳統(tǒng)上采活性碳吸附-溶劑溶離法，以5-50%乙醇的水溶液沖提吸附糖質(zhì)的活性碳充填管柱，依序可收集到木二糖至木六糖甚至木八糖(賴等，2006)。
近年來有關(guān)生質(zhì)能源的研究結(jié)果顯示，對于運(yùn)用含纖維素的材料生產(chǎn)酒精時，如果經(jīng)過物理性膨脹或是化學(xué)方法的前處理，有助于松開細(xì)胞壁，促進(jìn)水解酵素或是微生物更有效地進(jìn)行糖化及酒精轉(zhuǎn)換(Wang，2009)。
引用文獻(xiàn)
I. Hsu, C. K.，Liao, J. W.，Chung, Y. C.，Hsieh, C. P.，and Chan, Y. C. 2004.
Xylooligosaccharides and fructooIigosaccharides affect the intestinalmicrobiota and precancerous colonic lesions development in rats. Journal ofNutrition 134(6) :1523_1528.
2. Rose，D. and Inglett, G. 2010. Two-stage Hydrothermal Treatmentof Wheat (Triticum aestivum)Bran for the Production of FeruloylatedArabinoxylooligosaccharides. Journal of Agricultural Food and Chemistry. 58(10)6427-6432.3. Akpinar 0. , Erdogan K. and Bostanci S. 2009. Production ofxylooligosaccharides by controlled acid hydrolysis of lignocellulosic materialsCarbohydrate Research 344(5) :660_666.
4. Goldman N. 2009. Methods for optimizing enzymatic hydrolysis of xylanto improve xylooligosaccharide yield Basic Biotech. 5 31-36.
5. Wang,K. ,Jiang, J. X.，Xu，F(xiàn).，Sun，R. C. 2009. Influence of steaming pressureon steam explosion pretreatment of Lespedeza stalks (Lespedeza crytobotrya)Part I.Characteristics of degraded cellulose.Polymer degradation andStability. 94，1379-1388.
6.賴鳴鳳、田以正、李旻(2006)，利用吸附法分離聚木糖酵素降解液中寡木糖之初步研究，臺灣農(nóng)業(yè)化學(xué)與食品科學(xué)，44 (2) :133-141。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有的上述數(shù)種木寡糖制備方法，不是需釆用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液，就是需動用特殊耗能的高壓、高熱設(shè)備，且會伴隨有毒物質(zhì)的生成，因此，本發(fā)明為解決上述問題，應(yīng)用微波加熱輔助酵素水解，結(jié)合批次活性碳吸附純化木寡糖的方法，從而達(dá)到一種安全、成本低且有高生產(chǎn)率的木寡糖生成技術(shù)。
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題或缺點而提供一種制備木寡糖的方法，該方法包括以下步驟
a)原料以熱水浸泡1-2小時后脫水，再以常溫的清水重復(fù)洗滌至洗液呈透明澄清；
b)將原料烘干、研磨并過篩；
c)過篩后的材料加水配制成50%水溶液并以1400W微波1_5分鐘，冷卻后再加水配制成10%水溶液并加入O. 1-1% (w/w)木聚糖酶，于55°C作用I天后過濾分離成濾渣及濾液；
d)濾渣再以1400W微波1-5分鐘，冷卻后加入濾液于55°C作用I天并過濾分離成濾渣及濾液；
e)重復(fù)d步驟I次以上，并收集最后一次的濾液；
f)最后一次的濾液過濾后加入活性碳使成50% (W/V)，并于室溫攪拌I天后,先以去離子水溶洗過濾留下活性碳，再將活性碳以酒精溶出木寡糖過濾取濾液，濾液再經(jīng)減壓濃縮去除酒精并以水復(fù)溶即得一木寡糖液。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，是直接以酵素(木聚糖酶)水解原料細(xì)胞壁的木聚糖，能避免萃取木聚糖時使用強(qiáng)堿溶液，另外也不使用強(qiáng)酸水解木聚糖，因而可以解決現(xiàn)有技術(shù)需采用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液的缺點。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，在進(jìn)行酵素水解前以微波先加熱原料，藉由微波輻射的高頻電磁波穿透原料細(xì)胞使細(xì)胞內(nèi)部溫度迅速上升，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部壓力超過細(xì)胞壁膨脹所能承受的能力而造成細(xì)胞壁破裂，此時，酵素便得以進(jìn)入細(xì)胞壁作用，而達(dá)成以直接酵素法制備木寡糖的目的。這種制備木寡糖的方法，所需的微波耗能甚低，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)的高耗能缺點且不必應(yīng)用高熱設(shè)備。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，過程中的酵素添加只I次，其它酵素水解反應(yīng)只需利用先前過濾后的酵素水解液，因此能大幅節(jié)省生產(chǎn)成本而具有低成本高生產(chǎn)率的 優(yōu)點。另外，本發(fā)明利用酵素直接水解方法制備木寡糖，不會伴隨有如糠醛等有毒物質(zhì)，因此為一種安全的木寡糖生成技術(shù)。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，其中原料以70°C以上的熱水浸泡1-2小時。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，其中原料烘干、研磨并以24-100網(wǎng)目(mesh)的篩網(wǎng)過篩，優(yōu)選以100網(wǎng)目(mesh)的篩網(wǎng)過篩。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，其中過濾是使用100網(wǎng)目(mesh)的濾網(wǎng)。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，其中重復(fù)d步驟2-4次，優(yōu)選為重復(fù)d步驟3次。
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，其中最后一次的濾液加入活性碳并于室溫攪拌I天后，先以2倍體積去離子水溶洗2次過濾留下活性碳，再將活性碳以50%酒精溶出木
寡糖
如上述本發(fā)明的制備木寡糖的方法，其中原料為各種的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物如小麥麩皮、米糠、玉米穗軸等；或是，釀酒副產(chǎn)物如高粱酒糟、啤酒酒柏等。
下文將以優(yōu)選實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)特征。


圖I為本發(fā)明的制備過程中以微波輔助酵素水解數(shù)次及各次的還原糖量圖。
圖2A、2B為小麥麩皮的掃描式電子顯微鏡圖,其中2A為未經(jīng)加工處理；2B為經(jīng)微波加工處理。
圖3 5為以小麥麩皮、米糠、高粱酒糟為原料經(jīng)活性碳純化的木寡糖液HPLC分析圖譜，其中圖3為小麥麩皮、圖4為米糠及圖5為高粱酒糟。
附圖標(biāo)記說明
I 木糖
2 木二糖
3木三糖
具體實施方式
[0039]直接酵素水解法
小麥麩皮以70°C以上的熱水浸泡1-2小時后脫水，再以常溫的清水重復(fù)洗滌至洗液呈透明澄清，以避免其它單糖或有色物質(zhì)的存在。洗后的小麥麩皮以45°C烘干后研磨，再以45網(wǎng)目(mesh)的篩網(wǎng)過篩后加水配制成50%水溶液。
上述50 %水溶液以1400W微波2分鐘，冷卻后加水配制成10 %水溶液并加入木聚糖酶O. 5% (w/w)，于55°C作用I天進(jìn)行酵素水解反應(yīng)，反應(yīng)后水溶液以100網(wǎng)目的濾網(wǎng)過濾分離成濾渣及濾液，其中濾液經(jīng)離心3000g、20分鐘，沉淀取出部分上清液以DNS法(dinitrosalicyclic acid, 二硝基水楊酸,用以還原糖定量)進(jìn)行還原糖分析；濾洛再以1400W微波1-5分鐘，冷卻后加入濾液于55°C作用I天進(jìn)行酵素水解反應(yīng)，反應(yīng)后水溶液再過濾分離成濾渣及濾液，濾液經(jīng)離心、沉淀取出部分上清液進(jìn)行還原糖分析；重復(fù)上述微波及酵素水解反應(yīng)4次，收集最后一次反應(yīng)的濾液即木寡糖粗液(酵素水解液)，并且記錄各次的還原糖分析結(jié)果如圖I所示。由圖I第4次處理后仍可以得到還原糖可知，本發(fā)明為一種可有效獲得木寡糖的方法。圖2A、2B顯示經(jīng)過4次處理后的原料細(xì)胞壁(圖2B)相較于未處理前的細(xì)胞壁(圖2A)已經(jīng)破碎，代表經(jīng)由微波加熱處理原料，可以松化原料的細(xì)胞，使酵素可以直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)作用，而獲得較佳的酵素反應(yīng)。
木寡糖的純化
經(jīng)由上述4次直接酵素水解后所得到的酵素水解液繼續(xù)進(jìn)行純化，其步驟為酵素水解液加入活性碳使成50% (W/V)，并于室溫攪拌I天后,先以2倍體積去離子水溶洗2次過濾留下活性碳，再將活性碳以50%酒精溶出木寡糖過濾取濾液，濾液再經(jīng)減壓濃縮去除酒精并以水復(fù)溶即得一木寡糖液。經(jīng)上述活性碳純化的木寡糖液的HPLC (High PressureLiquid Chromatography,高壓液相層析)分析,其使用管柱為BioRAD AminexHPX_42A,管柱溫度50°C，流洗溶劑為去離子水，流速O. 3mL/min,使用RI偵測器，分析圖譜如圖3所示，其中I號峰值為木糖、2號峰值為木二糖、3號峰值為木三糖。由圖3的結(jié)果可知，經(jīng)由上述直接酵素水解及純化的程序所制備的木寡糖液中木二糖及木三糖的含量非常高，而根據(jù)前述Hsu等(2004)研究指出以木二糖、木三糖為主的木寡糖更優(yōu)于其它如異麥芽寡糖、果寡糖等機(jī)能性寡糖。
不同原料制備木寡糖的效果
應(yīng)用上述的直接酵素水解法及施以活性碳吸附純化法，分別對小麥麩皮、米糠及高粱酒糟等原料進(jìn)行木寡糖的制備，經(jīng)活性碳純化后，經(jīng)減壓濃縮去除酒精稱重(P)，則生產(chǎn)率(％ )為P/原料重，其與前述小麥麩皮的生產(chǎn)率比較如表I。
表I
權(quán)利要求
1.一種制備木寡糖的方法，該方法包括以下步驟a)原料以熱水浸泡1-2小時后脫水，再以常溫的清水重復(fù)洗滌至洗液呈透明澄清；b)將原料烘干、研磨并過篩；c)過篩后的材料加水配制成50%水溶液并以1400W微波1-5分鐘，冷卻后再加水配制成10%水溶液并加入O. 1-1% (w/w)木聚糖酶，于55°C作用I天后過濾分離成濾渣及濾液；d)濾渣再以1400W微波1-5分鐘，冷卻后加入濾液于55°C作用I天并過濾分離成濾渣及濾液；e)重復(fù)d步驟I次以上，并收集最后一次的濾液；f)最后一次的濾液過濾后加入活性碳使成50%(W/V)，并于室溫攪拌I天后，先以去離子水溶洗過濾留下活性碳，再將活性碳以酒精溶出木寡糖過濾取濾液，濾液再經(jīng)減壓濃縮去除酒精并以水復(fù)溶即得一木寡糖液。
2.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中原料以70°C以上的熱水浸泡1-2小時。
3.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中原料烘干、研磨并以24-100網(wǎng)目的篩網(wǎng)過篩。
4.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中原料烘干、研磨并以100網(wǎng)目的篩網(wǎng)過篩。
5.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中過濾是使用100網(wǎng)目的濾網(wǎng)。
6.如權(quán)利要求
I所述的方法,其中重復(fù)d步驟2-4次。
7.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中重復(fù)d步驟3次。
8.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中最后一次的濾液加入活性碳并于室溫攪拌I天后，先以2倍體積去離子水溶洗2次過濾留下活性碳，再將活性碳以50%酒精溶出木寡糖。
9.如權(quán)利要求
I所述的方法，其中原料為小麥麩皮、米糠、玉米穗軸、茭白筍殼的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物或是高粱酒糟、啤酒酒柏的釀酒副產(chǎn)物任一種。
專利摘要
一種制備木寡糖的方法，該方法將原料經(jīng)熱水浸泡、重復(fù)洗滌、烘干及研磨過篩后加水配制成水溶液并微波加熱，冷卻后再加水配制成水溶液并加入木聚糖酶進(jìn)行酵素水解反應(yīng)，及將該酵素水解溶液過濾分離成濾渣及濾液；濾渣再微波并于冷卻后加入濾液再進(jìn)行酵素水解反應(yīng)，如此重復(fù)微波加熱及酵素水解至少1次以上，并收集最后一次的濾液，得到木寡糖粗液，繼續(xù)以活性碳吸附，再以酒精溶出，經(jīng)減壓濃縮去除酒精并以水復(fù)溶而得木寡糖液。上述方法的酵素只需添加1次，且因不需使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液，最終產(chǎn)物不會伴隨有毒物質(zhì)且可獲得高生產(chǎn)率。
文檔編號C12P19/14GKCN102925516SQ201110228312
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月10日
發(fā)明者王增興 申請人:財團(tuán)法人中華谷類食品工業(yè)技術(shù)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan