[发明专利]一种由木质纤维素制备低聚木糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于食品技术领域，具体涉及一种由木质纤维素制备低聚木糖的方法。

背景技术

木质纤维素是丰富而廉价的可再生资源，富含木质纤维素的生物质主要包括农业类生物质（如玉米秆、小麦秆、稻秆和甘蔗渣等）和林业类生物质（杨树、按树和松树等），其主要组分包括纤维素、半纤维素和木质素。据统计，地球上只有3.5%的生物质被人类利用，大部分生物质资源尚未被人类开发利用，任其在生长环境中自生自灭，如果地球上的生物质资源能得到有效利用，人类将拥有一个取之不尽、用之不竭的资源宝库。随着石油资源短缺及人们对能源、环境问题重视度的提高，利用木质纤维素类生物质作为生物能源并生成生物基产品（生物燃料、生物基化学品和生物基材料）受到世界各国越来越广泛的重视，成为新的发展领域和科学研究热点。研究开发木质纤维素类物质的转化技术，将木质纤维素原料高效地转化为单糖，进一步发酵成酒精，对开发新能源，保护环境具有非常重要的现实意义，是实现社会可持续发展的重要途径。

低聚木糖又称木寡糖，是由2-7个木糖分子以β-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖。与通常人们所用的大豆低聚糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖等相比具有独特的优势，其很难为人体消化酶所分解，糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人均可放心食用，并且酸、热稳定性好，可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性，其双歧因子功能是其它聚合糖类的10-20倍。木质纤维素是制备低聚木糖的一个重要来源。

木质纤维素通过生物化学技术转化为生物燃料和高附加值的化学品（例如低聚木糖）的过程一般包括预处理、水解和发酵等步骤，其中，原料预处理是生物质高效转化的关键环节。传统的预处理方法包括在酸或碱条件下进行部分水解除去木质素，也有报道采用离子液体来提高纤维素的溶解能力，然而，这些方法均倾向于将木质纤维素大量分解为单糖，同时酸或碱的使用，对环境也有一定的污染。水热预处理方法是在高温条件下（160～240℃）水自电离产生氧离子形成水合离子，使得对酸不稳定的糖苷键断裂，从而使半纤维素解聚并且从生物质基质中溶解出来，并使部分纤维素水解，以消除对纤维素酶的空间阻碍，从而提高酶解反应效率，有利于木聚糖酶将木质纤维素可控地水解为低聚木糖，尤其是木二糖。并且在众多的预处理方法中，由于不需要添加任何酸性或碱性化学试剂、减轻了对设备的腐蚀作用等优点，作为一种新兴的绿色环保处理技术成为近年来研究的热点。

发明内容

为了进一步提高由木质纤维素制备低聚木糖的效率，发明人对生物质原料的预处理条件进行深入研究，发现采用超微粉碎技术与水热预处理技术相结合，相较于碱处理技术而言，能够很好地提高木二糖的提取率，进而提高低聚木糖的获取效率，从而完成本发明。

因此，在一个方面，本发明提供一种由木质纤维素制备低聚木糖的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）木质纤维素原料超微粉碎

将木质纤维素原料干燥后，首先进行粗粉碎，然后进行超微粉碎，获得粒度范围为0.1μm-5μm的木质纤维素原料粉；

（2）水热预处理

将步骤（1）的木质纤维素原料粉与水以1:5～1:15的质量（g）体积（mL）比置于反应釜中，在150℃～190℃下水热预处理20 min～60 min，冷却后过滤，得到提取液；

（3）酶解反应

向所述提取液中，按照质量（g）体积（mL）比0.5%～1.5%的添加量加入木聚糖酶，摇匀后，置于50℃～55℃下水解20min～30min，得到水解液；

（4）灭酶

将所述水解液置于85℃～90℃下保温15min～20min，冷却后离心，收集上清液，获得低聚木糖提取液。

在具体实施方式中，所述木质纤维素原料可以为玉米芯、玉米秸秆、棉花秆等，优选玉米芯。步骤（1）中，优选将粗粉碎的木质纤维素原料置于超微粉碎机中超微粉碎15min以上。

在优选的实施方式中，所述方法仅由上述步骤（1）-（4）组成。

在另一个方面，本发明还提供了由上述方法获得的低聚木糖提取液，优选地，其中木二糖含量高达64mg/g以上。