专利摘要
本发明涉及低聚木糖领域，具体涉及一种利用玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法。本发明采用的原料为玉米秸秆髓芯，利用碱性过氧化氢初步水解脱除木质素，然后对水解液进行除盐和pH环境调整，最后采用酶解法进一步水解，得到低聚木糖溶液。为进一步提高低聚糖的纯度，采用活性炭结合脱色树脂进行纯化处理。本发明的方法不仅制备工艺简单，反应温和，对环境友好，而且得到的低聚木糖纯度高、得率高，在后续酶解法时酶的用量少，节约成本。
权利要求
1.一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)粉碎
挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎后备用；
(2)氧化预处理
取玉米秸秆髓芯粉末，加入质量分数为0.5％～4％过氧化氢溶液，控制固液比为1:10～1:30(g/mL)，用质量分数为0.5％～4％的碱液调节溶液的pH值至11～12，反应结束后进行抽滤达到固液分离，收集滤液得到预处理液；
(3)预处理液组分调整
用阴阳离子交换树脂进行除盐，调节溶液的pH值至6；
(4)酶水解
将步骤(3)中的溶液用旋转蒸发仪旋蒸，然后用乙醇沉淀，固体干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在35℃～55℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为10％～13％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为300IU/g～600IU/g，酶解时间为8h～24h，得到酶解液；
(5)灭酶
将步骤(4)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液；
(6)纯化
将步骤(5)中的上清液经活性炭和脱色树脂双重脱色，即得到低聚木糖溶液，备用。
2.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法，其特征在于，步骤(2)中，碱选用氢氧化钠和氢氧化钾中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法，其特征在于，步骤(3)中，阳离子交换树脂型号为732型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂型号为D301-FD型阴离子交换树脂，采用阴阳离子树脂串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
4.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法，其特征在于，步骤(4)中，用旋转蒸发仪将溶液蒸发至原体积的三分之一，随后加入该剩余体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀。
5.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法，其特征在于，步骤(6)中，双重脱色指先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，活性炭添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的低聚木糖溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)。
说明书
技术领域
本发明涉及低聚木糖领域，具体涉及一种利用玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法。
背景技术
农林生物质材料如玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯、蔗渣、稻草、竹子等，它们在很多方面有着潜在的利用价值。一些国家利用这些生物质副产品制造高附加值的产品，取得了很大的成就。我国是一个农业大国，玉米是我国粮食作物之一，具有丰富的资源。玉米秸秆秆皮部分在集成材以及刨花板领域广泛应用，但是所产生的髓芯未能实现充分利用。用玉米秸秆髓芯为原料开发一些新用途，例如生产功能性低聚木糖，不仅充分利用了玉米秸秆，也增加农民的收益，极具前景。
低聚木糖因独特的性质和功能在食品和制药领域有广泛应用，是糖尿病、肥胖病等富贵病病人的良好食疗添加剂，主要用于生产木糖醇、肉食加工、肉类香料以及制备食品抗氧剂等方面，存在巨大的社会和经济效益。
在低聚木糖的研究与应用方面，我国起步较晚，在技术与设备方面还存在一些欠缺。简单来说，低聚木糖的制备原理是：取富含木聚糖的原料，水解其糖苷键，得到低聚合度糖类，即低聚木糖。传统制备低聚木糖的方法，酸水解法和热水抽提法设备要求高、工艺繁琐，甚至产生一些副产物，从而降低了低聚木糖的产率。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种新型玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法。原料采用玉米秸秆髓芯，首先在碱性条件下氧化预处理脱除木质素，其次调整处理液组分，降低处理液的复杂程度，最后利用酶解法水解得到低聚木糖。该方法不仅对设备要求不高，操作简单，也进一步提高了低聚木糖的产率及纯度。
本发明制备低聚木糖的方法主要包括玉米秸秆髓芯的粉碎、氧化预处理、预处理液组分调整、酶水解、灭酶、脱色等工艺。
一种新型玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法，包括以下步骤:
(1)粉碎
挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎后备用。
(2)氧化预处理
取玉米秸秆髓芯粉末，加入质量分数为0.5％～4％过氧化氢溶液，控制固液比为1:10～1:30(g/mL)，用质量分数为0.5％～4％碱液调节溶液的pH值至11～12，反应温度为60℃～85℃，反应时间为2h～8h，反应结束后进行抽滤达到固液分离，收集滤液得到预处理液。
(3)预处理液组分调整
用阴阳离子交换树脂进行除盐步骤后调节预处理液的pH值至6。
(4)酶水解
将步骤(3)中的溶液用旋转蒸发仪旋蒸，而后用乙醇沉淀，固体干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在35℃～55℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为10％～13％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为300IU/g～600IU/g，酶解时间为8h～24h，得到酶解液。
(5)灭酶
将步骤(4)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液。
(6)纯化
将步骤(5)中的上清液经活性炭和脱色树脂双重脱色，即得到低聚木糖溶液，备用。
优选地，步骤(2)中所用碱选用氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。
优选地，步骤(3)中阳离子交换树脂型号为732型阳离子交换树脂，阴离子交换树脂型号为D301-FD型阴离子交换树脂。采用阴阳离子树脂串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
优选地，步骤(4)用旋转蒸发仪将溶液蒸发至原体积的三分之一，随后加入该剩余体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀。
优选地，步骤(6)中双重脱色指先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的低聚木糖溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)。
本发明的优点在于：
1.在本发明中，原料利用目前尚未充分利用的玉米秸秆髓芯，这种原料来源广泛，是一种富含木聚糖的原料，适宜用来生产低聚木糖。
2.在本发明中，利用碱性过氧化氢方法不仅具有脱除木质素和漂白的作用，也增大了半纤维素的溶解程度，提高了低聚木糖的纯度和产率。
3.在酶解之前进行盐组分处理和pH环境调整，这样使酶制剂的反应环境得到进一步改善，从而提高产物的得率。然后再利用酶解法酶解，操作过程简单，反应条件温和，对设备要求不严格，对环境友好，便于工业化生产。
附图说明
图1为该申请所述生产工艺流程图。
具体实施方式
以下实例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。
实施例1
1)挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎成粉末备用。
2)取粉碎后的玉米秸秆髓芯粉末，按照固液比为1：10(g/mL)加入质量分数为0.5％过氧化氢溶液，用质量分数为0.5％氢氧化钠溶液调节pH值至11，反应温度为60℃，反应时间为2h。反应结束后进行抽滤，收集滤液得到预处理液。
3)将步骤2)中的预处理液进行除盐及pH调整步骤：用732型阳离子交换树脂和D301-FD型阴离子交换树脂采用串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
4)将步骤3)中用旋转蒸发仪将溶液蒸发至原体积的三分之一，随后加入该体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀，沉淀干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在35℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为10％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为300IU/g，酶解时间为8h，得到酶解液。
5)将步骤4)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液。
6)将步骤4)中的溶液先用活性炭处理，选用木质干碳粉末，活性炭添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)，即得到低聚木糖溶液。
7)将低聚木糖溶液通过高效液相色谱测定得出低聚木糖转化率为21.98％。
实施例2
1)挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎成粉末备用。
2)取粉碎后的玉米秸秆髓芯粉末，按照固液比为1：20(g/mL)加入质量分数为1.5％过氧化氢溶液，用质量分数为1.5％氢氧化钠溶液调节pH值至11.6，反应温度为70℃，反应时间为4h。反应结束后进行抽滤，收集滤液得到预处理液。
3)将步骤2)中的预处理液进行除盐及pH调整步骤：用732型阳离子交换树脂和D301-FD型阴离子交换树脂采用串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
4)将步骤2)中的溶液用旋转蒸发仪旋蒸，溶液体积蒸发至原体积的三分之一，随后加入该体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀，沉淀干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在45℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为13％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为400IU/g，酶解时间为6h，得到酶解液。
5)将步骤3)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液。
6)将步骤4)中的溶液先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)，即得到低聚木糖溶液。
7)将低聚木糖溶液通过高效液相色谱测定得出低聚木糖转化率为22.79％。
实施例3
1)挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎成粉末备用。
2)取粉碎后的玉米秸秆髓芯粉末，按照固液比为1：25的量加入质量分数为2％过氧化氢溶液，用质量分数为2％氢氧化钠溶液调节pH值至11.6，反应温度为75℃，反应时间为4h。反应结束后进行抽滤，收集滤液得到预处理液。
3)将步骤2)中的预处理液进行除盐及pH调整步骤：用732型阳离子交换树脂和D301-FD型阴离子交换树脂采用串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
4)将步骤3)中溶液用旋转蒸发仪旋蒸，溶液体积蒸发至原体积的三分之一，随后加入该体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀，沉淀干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在52℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为11％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为500IU/g，酶解时间为8h，得到酶解液。
5)将步骤4)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液。
6)将步骤4)中的溶液先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)，即得到低聚木糖溶液。
7)将低聚木糖溶液通过高效液相色谱测定得出低聚木糖转化率为24.83％。
对比例1
本对比例的操作为，不对秸秆髓芯进行步骤(2)中加碱处理。
1)挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎成粉末备用。
2)取粉碎后的玉米秸秆髓芯粉末，按照固液比为1：25(g/mL)加入质量分数为2％过氧化氢溶液，反应温度为75℃，反应时间为4h。反应结束后进行抽滤，收集滤液得到预处理液。
3)将步骤2)中的预处理液进行除盐及pH调整步骤：用732型阳离子交换树脂和D301-FD型阴离子交换树脂采用串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
4)将步骤3)中的溶液用旋转蒸发仪旋蒸，溶液体积蒸发至原体积的三分之一，随后加入该体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀，沉淀干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在52℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为11％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为500IU/g，酶解时间为8h，得到酶解液。
5)将步骤4)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机分离取上清液。
6)将步骤4)中的溶液先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)，即得到低聚木糖溶液。
7)将低聚木糖溶液通过高效液相色谱测定得出低聚木糖转化率为19.23％。
对比例2
本对比例的操作为，不对秸秆髓芯进行步骤(2)中加过氧化氢处理，即为单碱预处理。
1)挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎成粉末备用。
2)取粉碎后的玉米秸秆髓芯粉末，按照固液比为1：25(g/mL)加入质量分数为4％氢氧化钠溶液，反应温度为75℃，反应时间为4h。反应结束后进行抽滤，收集滤液得到预处理液。
3)将步骤2)中的预处理液进行除盐及pH调整步骤：用732型阳离子交换树脂和D301-FD型阴离子交换树脂采用串联法，阴阳离子树脂体积比2：1，操作温度为50℃，pH为6.0，时间为60min。
4)将步骤3)中的溶液用旋转蒸发仪旋蒸，溶液体积蒸发至原体积的三分之一，随后加入该体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀，沉淀干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在52℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为11％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为500IU/g，酶解时间为8h，得到酶解液。
5)将步骤4)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液。
6)将步骤5)中的溶液先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)，即得到低聚木糖溶液。
7)通过高效液相色谱测定得出低聚木糖转化率为19.84％。
对比例3
本对比例的操作为，不对秸秆髓芯进行步骤(3)中预水解液组分处理。
1)挑选干燥、无发霉的玉米秸秆进行疏解去皮，取得玉米秸秆髓芯，将髓芯剪成小段用粉碎机粉碎成粉末备用。
2)取粉碎后的玉米秸秆髓芯粉末，按照固液比为1：25(g/mL)加入质量分数为2％过氧化氢溶液，用质量分数为2％氢氧化钠溶液调节pH值至11.6，反应温度为75℃，反应时间为4h。反应结束后进行抽滤，收集滤液得到预处理液。
3)将步骤2)中溶液用旋转蒸发仪旋蒸，溶液体积蒸发至原体积的三分之一，随后加入该体积3倍的质量分数为95％的乙醇溶液进行醇沉，收集沉淀，沉淀干燥即为木聚糖固体；木聚糖的酶水解在52℃恒温摇床中进行，制备质量浓度为11％的木聚糖溶液，木聚糖酶的添加量为500IU/g，酶解时间为8h，得到酶解液。
4)将步骤3)中的酶解液在80℃下保温15min，然后用离心机离心，3000rpm离心10min，取上清液。
5)将步骤4)中的溶液先用活性炭脱色，选用木质干碳粉末，添加量为0.04g/mL，温度为50℃，吸附时间为50min；经活性炭处理后的溶液用阴阳离子交换树脂处理，同步骤(3)，即得到低聚木糖溶液。
6)通过高效液相色谱测定得出低聚木糖转化率为17.84％。
将实施例1～3与对比例1～3所得产物低聚木糖产率及纯度，结果见表1：
表1
从表1可以看出，通过对比例与实施例的比较，本发明的方法不仅提高了低聚木糖的产率，也提高了产物的纯度；实施例3与对比例1相比，在预处理过程中碱的添加影响了低聚木糖的转化率；实施例3与对比例2相比，过氧化氢的加入对低聚木糖的纯度有很大影响；实施例3与对比例3相比，酶解之前的盐组分处理和pH环境调整不仅能提高纯度也能显著提高转化率。
以上所述仅仅是本发明的具体实施方式，应当指出，在本发明的基础上，可以对之作一些修改或改进。因此，在不脱离本发明的基础上所做的修改或改进，均属于本发明要求保护的述的范围。
一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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