玉米芯提取木糖工藝

從玉米芯提取低聚木糖

第一頁，共二十九頁。內(nèi)容提要玉米深加工的概述玉米芯的研究低聚木糖的研究低聚木糖的制備方法總結(jié)第二頁，共二十九頁。1.玉米的深加工玉米作為糧食和飼料作物，資源豐富，為人類的生存和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。近年來，隨著科技進(jìn)步，我國玉米年產(chǎn)量超過億，位居世界第二。20世紀(jì)70年代以來，玉米加工業(yè)得到各國的普遍重視，發(fā)展迅速，已經(jīng)形成規(guī)模宏大的工業(yè)部門。玉米深加工產(chǎn)品的種類超過3000多種。第三頁，共二十九頁。玉米食品深加工利用方式有兩種：濕法加工：將玉米加工成淀粉作為食品工業(yè)基礎(chǔ)原料，或以淀粉為中間產(chǎn)品經(jīng)液化、糖化等工藝加工成玉米糖漿、高果糖漿或結(jié)晶葡萄糖，用作食品、飲料的甜味劑。干法加工：將玉米破碎分離成胚乳、胚芽和果皮等，再分別利用其營(yíng)養(yǎng)組分。第四頁，共二十九頁。2玉米芯的研究玉米芯有較高的利用價(jià)值，作為玉米生產(chǎn)的副產(chǎn)物，玉米芯在我國農(nóng)村一直被廉價(jià)地作為燃料而燒掉，使這一資源豐富且具有很高的利用價(jià)值的工業(yè)原料，沒有得到合理充分的利用。第五頁，共二十九頁。2.1玉米芯的化學(xué)組成玉米芯主要由纖維素和木質(zhì)素組成。據(jù)測(cè)定，玉米芯含粗蛋白2%-6%；粗脂肪0.5%；可溶性無氮物52.9%；粗纖維33.1%；灰分3.2%；水分7.7%。第六頁，共二十九頁。2.2玉米芯的應(yīng)用前景據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國玉米年產(chǎn)量約為1.2億噸。按生產(chǎn)1千克玉米同時(shí)可得到1/3千克玉米芯計(jì)算，我國玉米芯年產(chǎn)量約0.4億噸，產(chǎn)量極其可觀。以玉米芯為原料可以用于生產(chǎn)糠醛、木糖、木糖醇及酚類。第七頁，共二十九頁。3.低聚木糖的研究低聚木糖也稱木寡糖(xylo-oligosaeeharide，簡(jiǎn)稱XOS)，由2~7個(gè)D-木糖以β-1，4木糖苷鍵結(jié)合而成，是以木二糖、木三糖為主要成分的混合物。為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，易溶于水。第八頁，共二十九頁。3.1低聚木糖的結(jié)構(gòu)圖1-1低聚木糖的分子結(jié)構(gòu)第九頁，共二十九頁。3.2低聚木糖的功能雙歧桿菌增殖作用和減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物及有害細(xì)菌的產(chǎn)生。抑制病原菌和腹瀉。防止便秘。保護(hù)肝臟。降低血清膽固醇。降低血壓。增強(qiáng)機(jī)體免疫力，抗癌。具有良好的配伍性。屬于低甜度的甜味劑。促使機(jī)體生成多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括VB1、VB2、VB6、VB12、煙酸和葉酸。不會(huì)引起牙齒齲變，抑制口腔病菌的滋生。第十頁，共二十九頁。3.3低聚木糖的用途1）木糖主要通過加氫制造木糖醇，其用途更加廣泛。2）木糖在食品、飲料中作為無熱量甜味劑，適用于肥胖及糖尿病患者。3）木糖在發(fā)達(dá)國家已應(yīng)用于寵物飼料。4）木糖用作烤制品。5）木糖用作高檔醬油色。6）在輕工、化工方面也有一定用途。第十一頁，共二十九頁。4.低聚木糖的提取方法堿法提??；蒸煮法：微波法；酸水解法；

酶水解法；第十二頁，共二十九頁。4.1堿法提取木糖堿法處理的原理：是通過堿的作用提高木聚糖的水溶性，使木聚糖從玉米芯原料中溶出。粉碎過40目玉米芯沸水浸泡NaOH溶液浸提第十三頁，共二十九頁。主要工藝條件堿法提取玉米芯木聚糖的工藝，即采用NaOH濃度0.7mol/L，料液比（w/v）1:10，原料在120℃下處理30min，離心，上清液加入酒精至終濃度65％沉淀木聚糖，離心收集沉淀。該工藝條件下100L規(guī)模中試生產(chǎn)粗木聚糖的提取率為16.63％。第十四頁，共二十九頁。堿法提取木糖的局限性實(shí)際生產(chǎn)中，采用超聲波輔助萃取可以降低NaOH的使用濃度，但堿液使用量還是很大，堿液不僅對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，還產(chǎn)生大量的堿性廢水造成環(huán)境污染，因此難以工業(yè)化生產(chǎn)。第十五頁，共二十九頁。4.2蒸煮法提取木糖

原理：蒸煮法提取木聚糖是利用木聚糖自身含有的乙?；诟邷刈饔孟旅撀湫纬梢宜?，體系的pH值降低，從而使木聚糖在較高溫度下β-1，4糖苷鍵斷裂發(fā)生自身水解作用。第十六頁，共二十九頁。蒸煮法提取木糖優(yōu)缺點(diǎn)蒸煮法提取木聚糖，水解程度相對(duì)較低，副產(chǎn)物相對(duì)較少，也解決了堿法提取帶來的嚴(yán)重污染問題。但木聚糖的提取率隨溫度的升高而增加，其副產(chǎn)物也隨之顯著增加，顏色也隨之加深，同時(shí)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗高。第十七頁，共二十九頁。4.3微波法提取木糖微波作用可以使植物纖維原料結(jié)構(gòu)松散，半纖維素得到有效降解，酶解性能大大提高。與其他預(yù)處理方法相比較，微波處理具有工藝過程簡(jiǎn)單和無污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，由于投資大和工藝不成熟等原因，目前還不適合工業(yè)化生產(chǎn)。第十八頁，共二十九頁。4.4酸水解法提取木糖粉碎后的玉米芯預(yù)處理酸水解中和脫色離子交換濃縮二次離子交換二次濃縮結(jié)晶干燥第十九頁，共二十九頁。酸水解法提取木糖工藝條件預(yù)處理：

粉碎好的玉米芯用0.1%的硫酸在常壓下加熱煮沸2h后，濾渣備用。酸水解：對(duì)制備的濾渣采用1.5%硫酸水解，時(shí)間4h，水解溫度為100℃中和：以碳酸鈣為中和劑，中和終點(diǎn)pH3.0，中和時(shí)間90min，中和溫度80℃。脫色：將濾液加入預(yù)處理后的活性炭中，脫色溫度70℃，脫色時(shí)間45min，活性炭用量為2%第二十頁，共二十九頁。酸水解法提取木糖工藝條件離子交換：將苯乙烯型強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂和苯乙烯型強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂分別用4%的NaOH和3%--4%HCl進(jìn)行預(yù)處理，樹脂預(yù)處理后裝柱，陽離子交換樹脂：陰離子交換樹脂=1:1.5；糖液先過陽柱后再過陰柱；濃縮：在真空下一次濃縮至原體積40%，二次濃縮至原體積的25%，然后放入晶種，冷卻結(jié)晶；干燥：干燥時(shí)溫度不得超過90℃第二十一頁，共二十九頁。酶水解法制備低聚木糖工藝框架低聚木糖產(chǎn)品xylooligosaccharide酶解反應(yīng)Enzymehydrolysisreaction預(yù)處理Pretreatment原料Rawmaterial分離精制Separation

andpurification第二十二頁，共二十九頁。木聚糖酶的制備木聚糖酶是一種內(nèi)切型水解酶，其作用方式是水解木聚糖分子中的β-1，4一木糖苷鍵，其水解反應(yīng)產(chǎn)物主要是低聚木糖，也有少量木糖和阿拉伯糖等單糖。木聚糖酶主要是通過微生物發(fā)酵的方法制取得到，通過微生物的篩選作用可以選出最適宜用玉米芯制取低聚木糖的菌株是sp.E-86菌株。第二十三頁，共二十九頁。低聚木糖的脫色活性炭脫色：操作簡(jiǎn)便，成本低廉，但損失率較高;絮凝脫色：通常與活性炭結(jié)合使用，可以降低活性炭的使用量，減少低聚木糖的損失率，處理量大，脫色率高，不僅可以脫色，還可以除去木質(zhì)素、少量纖維素等雜物；新生磷酸鈣脫色：在低聚木糖液中加入Ca(OH)2，混合均勻后，再緩慢加入H3P認(rèn)，反應(yīng)生成磷酸鈣，這時(shí)新生磷酸鈣便與低聚木糖液中的色素發(fā)生吸附作用，從而達(dá)到脫色效果，此法脫色效果好，糖損失率相對(duì)較低，是一種較為可行的脫色方法;離子交換樹脂可脫色脫鹽，還能能重復(fù)使用。第二十四頁，共二十九頁。酶水解法制取木糖工藝要點(diǎn)(l)玉米芯預(yù)處理工藝用60℃去離子水浸泡風(fēng)干玉米芯(60目)12h，過濾，棄去濾液，濾渣烘干備用。(2)玉米芯酸預(yù)水解工藝將經(jīng)上述預(yù)處理的玉米芯，按固液比1:6加入2.0g/L的硫酸溶液，于120℃酸預(yù)水解60min。(3)玉米芯酶水解工藝將經(jīng)酸預(yù)水解渣液調(diào)至pH4.6，按40IU/g玉米芯加入木聚糖酶，于50℃酶解4h。(4)酶水解后的溶液經(jīng)抽濾獲得的粗糖液，酵母發(fā)酵24h后離心，取上清液加活性炭，80℃脫色60min;活性炭脫色后的糖液再經(jīng)過離子交換樹脂最終糖液脫色率達(dá)90%以上，損失率在30%左右，低聚木糖純度達(dá)89%以上。第二十五頁，共二十九頁。酶水解法制取木糖優(yōu)缺點(diǎn)酶水解法具有反應(yīng)條件溫和、有害物質(zhì)產(chǎn)生少、對(duì)設(shè)備要求不高等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是低聚木糖得率低困；所以一般采用物理的、化學(xué)的或物理輔助化學(xué)法與酶法相結(jié)合，先將木聚糖提取出來，然后再用木聚糖酶水解第二十六頁，共二十九頁。幾種提取方法的比較提取方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)堿法提取

工藝操作簡(jiǎn)單，所用試劑廉價(jià)易得。容易造成堿溶液的污染和浪費(fèi)，產(chǎn)物得率較低。蒸煮法水解程度相對(duì)較低，副產(chǎn)物相對(duì)較少，解決了堿法提取帶來的嚴(yán)重污染問題。木聚糖的提取率隨溫度的升高而增加，副產(chǎn)物也增加，顏色加深，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗高微波法工藝過程簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境。投資大、工藝不成熟、還不適合工業(yè)化生產(chǎn)。酸水解法產(chǎn)物得率相對(duì)較高對(duì)設(shè)備要求高，且水解過程中會(huì)伴隨有害物質(zhì)的生成。酶水解法具有反應(yīng)條件溫和、有害物質(zhì)產(chǎn)生少、對(duì)設(shè)備要求不高。低聚木糖得率低。第二十七頁，共二十九頁?？偨Y(jié)正是因?yàn)橐陨蠋追N方法的優(yōu)缺點(diǎn)所以一般采用物理的、化學(xué)的或物理輔助化學(xué)法與酶法相結(jié)合，先將木聚糖提取出來，然后再用木聚糖酶水解。研究發(fā)現(xiàn)將木聚糖酶解反應(yīng)與膜分離技術(shù)相結(jié)合，將生成的產(chǎn)物不斷的分離出來，可以提高低聚木糖的得率和酶的利用率。第二十八頁，共二十九頁。內(nèi)容總結(jié)從玉米芯提取低聚木糖。總結(jié)。以玉米芯為原料可以用于生產(chǎn)糠醛、木糖、木糖醇及酚類。圖1-1低聚木糖的分子結(jié)構(gòu)。促使機(jī)體生成多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括VB1、VB2、VB6、VB12、煙酸和葉酸。微波作用可以使植物纖