[发明专利]利用林木生物质制备低聚木糖和纤维低聚糖的方法

说明书

利用林木生物质制备低聚木糖和纤维低聚糖的方法，在粉碎过筛的林木生物质物料中加入水，搅拌均匀，微波处理；将物料进行固液分离，再向分离后的固相沉淀物中添加分离出的同等体积的水后，继续在同样条件下进行微波处理，循环重复，直至液相中木糖含量不再减少；收集每次固液分离所得到的木聚糖溶液，采用木聚糖酶对其进行酶解，制备低聚木糖；采用β‑葡聚糖酶对分离得到的固体进行酶解，制备纤维低聚糖。该方法绿色环保，高效简便。低聚木糖得率大于80%，纤维低聚糖得率大于60%。

技术领域

本发明属于生物质炼制领域，具体涉及一种利用林木生物质制备低聚木糖和纤维低聚糖的方法。

背景技术

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，包括有机物（如植物、动物及其排泄物）、垃圾及有机废水等几大类，其中林木生物质作为一种重要的生物质资源受到了广泛关注。随着我国经济由高速增长向高质量发展的转变，林木生物质的利用也面临着由能源制备向绿色产业发展的新的现实需求，将林木生物质资源转化为生物基化学品及材料是也是当今社会的研究热点和发展趋势。在组成农林生物质细胞壁的三大组分——纤维素、半纤维素和木质素中，半纤维素因分离纯化困难及结构复杂，迄今为止利用最少。低聚木糖是由 2~7个木糖以 β-1,4-糖苷键连接而形成的直键或分支键低聚合度糖的总称。作为半纤维素的降解产物，低聚木糖是一种新型的益生元和功能性低聚糖。无论是生理功能还是理化性质方面均优于其它非消化性低聚糖，对双歧杆菌增殖能力显著，且肠道菌对其利用率较差，它也是有效用量最少的功能性低聚糖。同时它还具有良好的理化特性，如优良的热稳定性、酸稳定性和贮藏稳定性，甜度适中，感官特性适于与食品配伍，因此，低聚木糖成为半纤维素高值化利用研究中的热点。纤维低聚糖通常指由2~l0个葡萄糖以β-l,4糖苷键相连而成的低聚糖，是功能性低聚糖家族中的重要成员。作为纤维素的降解产物，纤维低聚糖在临床上能预防便秘、降低冠心病和癌症的发病率，治疗糖尿病和肥胖症，可以降低血清中胆固醇和甘油三酯含量，促进矿物质如钙、镁、铁等的吸收，具有提高机体免疫力，改善人体健康状态的功能；基于纤维低聚糖结构刚性、分子量低及稳定性好等特性，可以应用于制药和化妆品工业；此外，纤维低聚糖还被广泛应用于研究纤维素酶水解机制和动力学以及研究微生物利用纤维素的情况，包括纤维素酶合成、细胞生长和生物能学的机理。然而由于单一聚合度纤维低聚糖之间只相差一个葡萄糖单元，所以分离难度大，成本高。目前虽然纤维低聚糖在国外已经被研究了半个世纪左右，但至今还未实现工业化生产。微波水热法即利用微波作为加热工具，能够克服水热容器加热不均匀的缺点，缩短反应时间，提高工作效率，有加热速度快，加热均匀，无温度梯度，无滞后效应等优点。微波处理物料可产生两种效应：物理效应和热效应。物理效应是微波辐射产生一种持续变化的磁场，导致生物质内的极性键产生相应于磁场的振动，进而提供内部热量给生物质。极性键的这种分布和振动可加速物理、生物和化学过程。热效应是在水溶液中对物料进行热处理，产生乙酸，导致物料在酸性环境中自发水解。本发明利用微波水热处理林木生物质原料，协同酶法制备低聚木糖和纤维低聚糖，制备工艺绿色环保，高效简便。