木聚糖酶法和酸法水解生成低聚木糖的研究

发布时间：2017-08-22 17:46

  本文关键词：木聚糖酶法和酸法水解生成低聚木糖的研究

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【摘要】：低聚木糖(Xylo-oligosaccharides)又称木寡糖,是由2-6个木糖分子以p-1,4糖苷键结合而成的短链聚合物,作为一种功能性聚合糖,现已广泛运用到医疗、健康、畜牧业等领域,具有可观的市场前景。目前,以木聚糖为原料生产低聚木糖的主要方法有自动水解、酸法水解、酶法水解等。自水解和酸解通常需要高温环境,且易造成低聚木糖的降解,使得副产物过多。酶解不仅对底物性质要求较为严格,而且由于从木质纤维素中提取得到的粗木聚糖含有一定量的纤维素、木质素以及其他杂质,很难直接通过粗木聚糖底物配制营造一个易于酶解的底物环境。因而,如何控制底物特性使得酶解更彻底的进行,以及如何有效结合各类水解方法成为了本文的重点。本课题的主要工作如下：1、对于水解过程中基本参数的单因素试验,考察了酶法水解中的酶种类、酶用量、酶解时间、底物性质,以及酸法水解中的酸种类、酸浓度、酸解时间几个主要变量对糖产率的影响情况。首先,纤维素酶可和半纤维素酶的酶解会使得木聚糖较多地降解为单糖,而木聚糖酶的酶解产物中以寡糖为主。偏酸性环境的酶解会在较短时间内产糖但寡糖易于降解为单糖,偏碱性环境则需要较长的时间产糖且单糖量较少。因而,为了尽可能多的得到目标产物低聚木糖,对酶种类的选择以内切木聚糖酶为主,使用偏碱性长时间反应或偏酸性短时间反应进行生产。其次,酸解反应易造成产品中过多的副产品,因而本课题将酸解方法列入辅助酶解的方法之一,而不再单独使用酸解进行低聚木糖的生产。2、对于木聚糖制备过程中产生、引入的杂质,通过对比水、醇洗玉米秸秆、脱木质素、除盐等预处理操作,考察了酶水解木聚糖时,底物中盐分、乙醇及色素的含量对酶解产生的影响。少量且适宜盐分(5-10 mg/mL)的存在,会促进木聚糖酶解产生低聚木糖,但盐浓度过高会抑制木聚糖的酶解；乙醇的存在会显著抑制木聚糖酶的活性,乙醇含量每增加25 mg/mL,低聚木糖得率将会降低5%左右；色素同样对酶解有着抑制的作用。使用低色值、不含乙醇、盐分浓度为10mg/mL的木聚糖底物进行酶解,低聚木糖产率达到58.58%。这些实验结果显示,在木聚糖的提取过程中若能尽可能的降低其中的有色物质,不要引入乙醇,并保留适当的盐分,会有效提升低聚木糖的产率。3、以玉米秸秆为原料碱提得木聚糖原料制备低聚木糖工艺,对于单一酶解无法得到较高的木寡糖得率问题,本课题采取了木聚糖分级制备与分步水解的方法。设置了“酶解-二次酶解”、“酶解-酸解”、“酶解-酸解-二次酶解”、“自水解-酶解”四种工艺路线,以及木聚糖液沉淀-透析除盐、木聚糖液-透析除盐、木聚糖液-纳滤膜除盐三种不同的级份,进行水解实验。主要结果如下：对于不同的分步水解流程：“酶解-二次酶解”以及“酶解-酸解”过程对糖得率产生不显著的提升(10%)；而“酶解-酸解-二次酶解”过程的低聚木糖产率较单一酶解提高了20.16%,较“酶解-酸解”提高了13.36%,显著提高了水解效果。自水解后的酶解结果,160℃高温处理后的酶解在3h得到了高达83.81%的低聚木糖产率,比直接酶解增加了40.60%,此时总糖得率为95.03%,已经近乎完全的降解的木聚糖。另外,通过对不同级份木聚糖的结构分析,使用纳滤膜除盐后的木聚糖级份更趋向于通过较高聚糖向低聚糖转化而不是直接从木聚糖长链转化,而透析膜除盐后的木聚糖沉淀级份水解趋向恰好与之相反。综上,本文通过对考察控制木聚糖底物性质、对各种水解方法进行有机结合,得到了较为可观的低聚木糖产率,以上结果为低聚木糖的高效生产提供了切实可行的指导意见。
【关键词】：木聚糖 低聚木糖 酶解 酸解 级份
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.1
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 研究背景17-26
• 1.1.1 生物质资源17
• 1.1.2 木质纤维素17-18
• 1.1.3 半纤维素及木聚糖18-19
• 1.1.4 低聚木糖19-20
• 1.1.5 半纤维素提取及木聚糖制备20-22
• 1.1.6 木聚糖水解生成低聚木糖22-25
• 1.1.7 动力学模型建立25-26
• 1.2 研究内容和研究意义26-29
• 1.2.1 研究内容26-27
• 1.2.2 研究意义27-29
• 第二章 材料配制及测定分析方法29-41
• 2.1 实验原料29
• 2.2 酶种类及酶液配制29
• 2.3 标品配制29-32
• 2.3.1 木聚糖标品配制29
• 2.3.2 低聚木糖及单糖标品配制29-30
• 2.3.3 糠醛及5-羟甲基糠醛标品配制30-31
• 2.3.4 氯化钠及乙醇标品配制31-32
• 2.4 测定及分析方法32-35
• 2.4.1 固形物含量测定32
• 2.4.2 木质纤维素及粗木聚糖组分测定32-33
• 2.4.3 水解液各组分含量测定33
• 2.4.4 分子量测定33
• 2.4.5 分支度测定33-34
• 2.4.6 色值测定34
• 2.4.7 盐分含量测定34
• 2.4.8 酶活测定34-35
• 2.5 计算方法35-37
• 2.5.1 HPLC测定组分含量及糖链分支度计算35
• 2.5.2 GPC测定分子量计算35-36
• 2.5.3 UV测定酶活及色值计算36
• 2.5.4 电导率仪测定盐分含量计算36-37
• 2.5.5 糖得率计算37
• 2.6 木聚糖制备37-41
• 2.6.1 预处理37
• 2.6.2 提取37-38
• 2.6.3 除杂38-39
• 2.6.4 级份分离39-40
• 2.6.5 实验原料木聚糖制备条件40-41
• 第三章 基础水解反应单因素实验41-51
• 3.1 酶解41-48
• 3.1.1 酶种类41-42
• 3.1.2 底物pH42-45
• 3.1.3 酶用量45-47
• 3.1.4 酶解时间47
• 3.1.5 底物性质47-48
• 3.2 酸解48-50
• 3.2.1 酸种类48-50
• 3.2.2 酸浓度、酸解温度及时间50
• 3.3 小结50-51
• 第四章 水解反应条件优化51-63
• 4.1 底物盐分含量52-55
• 4.2 底物乙醇含量55-56
• 4.3 底物盐分与乙醇综合分析56-57
• 4.4 底物色值57-60
• 4.5 碱提温度60-61
• 4.6 小结61-63
• 第五章 分步水解工艺研究63-83
• 5.1 酶解-二次酶解63-65
• 5.2 酶解-酸解65-71
• 5.2.1 酸解时间65-67
• 5.2.2 酸解温度67-68
• 5.2.3 酸浓度68-70
• 5.2.4 酸种类70-71
• 5.3 酶解-酸解-酶解71-78
• 5.3.1 不同pH下的二次酶解71-72
• 5.3.2 不同酸解时长72-74
• 5.3.3 不同级分水解74-78
• 5.4 自水解-酶解78-79
• 5.5 动力学模型建立79-81
• 5.6 小结81-83
• 第六章 总结83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 创新性84
• 6.3 展望84-85
• 参考文献85-93
• 致谢93-95
• 研究成果及发表的学术论文95-97
• 作者与导师简介97-99
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书99-100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 刘凯旋;张P，

本文编号：720532