一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，包括：1）在含有不超過20%木聚糖的懸浮液反應(yīng)體系中，加入食品級(jí)醋酸至終濃度不超過30%，控制反應(yīng)溫度110~125℃反應(yīng)不超過3h得到木聚糖水解液；2）木聚糖水解液產(chǎn)物經(jīng)微濾、納濾分離得到截留的低聚木糖液和醋酸透過液，醋酸液被回用于步驟1）；3）采用食用堿性物質(zhì)中和截留的低聚木糖液至中性并生成醋酸鈉，再以電滲析處理以脫除醋酸鈉即得到低聚木糖產(chǎn)品液。本發(fā)明采用可回收的食用醋酸為催化劑，在較溫和反應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)木聚糖水解的受控反應(yīng)，定向催化木聚糖水解生成含有聚合度2~8低聚木糖組分的低聚木糖產(chǎn)品，得率超過原料木聚糖的30%，且產(chǎn)品中且?guī)缀醪簧蛇秽图姿岬确纸猱a(chǎn)物，能實(shí)現(xiàn)低聚木糖的綠色生產(chǎn)。
【專利說明】一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及食品工程和化學(xué)工程領(lǐng)域，特別涉及一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低聚木糖作為一種功能性低聚糖，可廣泛就用于食品、醫(yī)藥和飼料行業(yè)，是植物木聚糖高值轉(zhuǎn)化與利用的重要途徑。當(dāng)前，低聚木糖的生產(chǎn)主要采用內(nèi)切型木聚糖酶制劑催化水解植物原料中天然木聚糖或者是經(jīng)堿提取的木聚糖；或者先采用弱酸在155~180°C蒸煮3(Tl20min將玉米芯中的木聚糖溶出，然后再以木聚糖酶水解制取低聚木糖(CN200410023875 ；CN 01131171.1)。上述方法都必須依賴于具有高度選擇性催化作用的內(nèi)切型木聚糖酶催化，對(duì)酶制劑的生產(chǎn)要求高。另有報(bào)道，可在18(T220°C的高溫條件下通過木聚糖的自水解制備低聚木糖，設(shè)備耐壓要求高，且木聚糖及其它原料組分在高溫條件下會(huì)發(fā)酵深度降解反應(yīng)與交互作用生成成分復(fù)雜的分解產(chǎn)物，需要高效率的產(chǎn)品精制過程。而采用普通的強(qiáng)酸，如鹽酸、硫酸水解木聚糖的技術(shù)基本上得到的產(chǎn)物為木糖。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，采用可回收的食用醋酸為催化劑，在不高于125°C的反應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)木聚糖水解的受控反應(yīng)，定向催化木聚糖水解生成以聚合度2-8的低聚木糖多組分為主的低聚木糖產(chǎn)品，低聚木糖得率超過原料木聚糖的30%，且?guī)缀醪簧蛇秽图姿岬确纸猱a(chǎn)物。
[0004]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，包括以下步驟:
(1)在含有不超過20%木聚糖的懸浮液反應(yīng)體系中，加入食品級(jí)醋酸至終濃度不超過30%，控制反應(yīng)溫度110-130°C反應(yīng)不超過3.0h得到木聚糖水解液；
(2)木聚糖水解液產(chǎn)物經(jīng)微濾分離得到截留的木聚糖殘?jiān)澳揪厶撬馔高^液，木聚糖水解透過液再經(jīng)納濾分離得到截留的低聚木糖液和醋酸透過液，醋酸液被回用于步驟(O;
(3)采用食用堿性物質(zhì)中和截留的低聚木糖液至中性并生成醋酸鈉，再以電滲析處理脫除醋酸鈉得到低聚木糖產(chǎn)品液。
[0005]步驟(1)中，所述的木聚糖的濃度為10-20%，所述的醋酸的濃度為10-30%，反應(yīng)溫度110-125°C，反應(yīng)時(shí)間1.0~3.0h。
[0006]所述的堿性物質(zhì)選用氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉中的一種或幾種。
[0007]低聚木糖產(chǎn)品的檢測方法為高效液相離子交換色譜及其他能夠精確分離與定量測定聚合度為廣8的木糖及低聚木糖組分的檢測方法。
[0008]本發(fā)明充分利用醋酸質(zhì)子解離度相對(duì)較低的弱酸性質(zhì)，同時(shí)通過較溫和的反應(yīng)溫度條件的優(yōu)化組合，使大部分的木聚糖的水解被控制在木二糖至木八糖的階段，實(shí)現(xiàn)了木聚糖底物的受控催化水解效果，同時(shí)也克服了高溫水解條件下毒性分解產(chǎn)物多的不足。本發(fā)明選取食用醋酸為催化劑，也利用了醋酸分子與低聚木糖組分在納濾分離行為的差異，可以使絕大部分醋酸得以回用。
[0009]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，采用可回收的食用醋酸為催化劑，在不高于125°C較溫和的反應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)木聚糖水解的受控反應(yīng)，定向催化木聚糖水解生成以聚合度2— 8的低聚木糖多組分為主的低聚木糖產(chǎn)品，低聚木糖得率超過原料木聚糖的30% (基于木二糖至木八糖組分計(jì)算)，且產(chǎn)品中且?guī)缀醪簧蛇秽图姿岬确纸猱a(chǎn)物。該方法還具有工藝簡潔、反應(yīng)快速、高得率和低成本的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)低聚木糖產(chǎn)品的高效、綠色生產(chǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是低聚木糖產(chǎn)品液的主要組分檢測的高效液相離子色譜圖，其中橫坐標(biāo)為各組分洗脫的保留時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)為各組分被檢出的脈沖安倍信號(hào)值(nC)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0012]實(shí)施例1
在IL機(jī)械攪拌式不銹鋼高壓反應(yīng)罐瓶中，加入700mL含有10% (質(zhì)量百分比，下同)木聚糖和20% (質(zhì)量百分比，下同)食用醋酸的反應(yīng)物，密封，開啟攪拌轉(zhuǎn)速150r/min，加溫至120°C保溫2h，快速水浴冷卻反應(yīng)體系至室溫得到反應(yīng)液。
[0013]采用高效液相離子色譜檢測反應(yīng)液成分，色譜條件:美國D1nex ICS-3000離子色譜系統(tǒng)，配置CarboPac? PA200 (3mmX250mm)色譜柱及保住柱(3X50mm)，ED電化學(xué)檢測器，柱溫30°C，進(jìn)樣體積10.0μ L ;以100mmol/L氫氧化鈉一 500mmol/L醋酸鈉溶液(A)和10mmoI/L氫氧化鈉溶液(B)為淋洗液進(jìn)行二元梯度淋洗,流速為0.3mL/min (洗脫程序，Omin, 100%A ；40min, 76%A, 24%B ；40.1~60min，100% )。電化學(xué)檢測器檢測模式為金工作電極和pH-Ag/AgCl復(fù)合型參比電極，采用積分脈沖安培檢測法和色譜峰面積積分法測定糖組分的含量譜系統(tǒng)。高效液相離子色譜圖如圖1所示，其中橫坐標(biāo)為各組分洗脫的保留時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)為各組分被檢出的脈沖安倍信號(hào)值(nC)。反應(yīng)液中未檢出甲酸，糠醛和羥甲基糠醛產(chǎn)率< 0.02%，木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖、木六糖、木七糖和木八糖的得率分別為 16.7%、10.6%、8.53%,6.23%,4.12%、4.85%,4.16% 和 4.03%。
[0014]采用微濾膜裝置分離反應(yīng)液，截留未水解的木聚糖并透過低聚木糖液。再采用納濾膜裝置以分批補(bǔ)水的方式分離反應(yīng)液，截留95%以上的低聚木糖組分，透過98%以上醋酸和92%以上的木糖，得到低聚木糖產(chǎn)品液。醋酸液重復(fù)使用。
[0015]實(shí)施例2
在IL機(jī)械攪拌式不銹鋼高壓反應(yīng)罐瓶中，加入600mL含有20%木聚糖和30%食用醋酸的反應(yīng)物，密封，開啟攪拌轉(zhuǎn)速160r/min，加溫至130°C保溫1.5h，快速水浴冷卻反應(yīng)體系至室溫得到反應(yīng)液。采用微濾膜裝置分離反應(yīng)液，截留未水解的木聚糖并透過低聚木糖液。再采用納濾膜裝置以分批補(bǔ)水的方式分離反應(yīng)液，截留95%以上的低聚木糖組分，透過98%以上醋酸和92%以上的木糖，得到低聚木糖產(chǎn)品液。醋酸液重復(fù)使用。采用高效液相離子色譜檢測反應(yīng)液成分，方法同實(shí)施例1，結(jié)果顯示，反應(yīng)液中未檢出甲酸，糠醛和羥甲基糠醛產(chǎn)率< 0.05%，木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖、木六糖、木七糖和木八糖的得率分別為 20.73%、11.57%, 2.86%, 7.19%, 5.24%, 5.23%, 2.71% 和 2.15%。
[0016]實(shí)施例3
在IL機(jī)械攪拌式不銹鋼高壓反應(yīng)罐瓶中，加入550mL含有15%木聚糖和15%食用醋酸的反應(yīng)物，密封，開啟攪拌轉(zhuǎn)速150r/min，加溫至110°C保溫3h，快速水浴冷卻反應(yīng)體系至室溫得到反應(yīng)液。采用微濾膜裝置分離反應(yīng)液，截留未水解的木聚糖并透過低聚木糖液。再采用納濾膜裝置以分批補(bǔ)水的方式分離反應(yīng)液，截留95%以上的低聚木糖組分，透過98%以上醋酸和92%以上的木糖，得到低聚木糖產(chǎn)品液。醋酸液重復(fù)使用。采用高效液相離子色譜檢測反應(yīng)液成分，方法同實(shí)施例1，反應(yīng)液中未檢出甲酸，糠醛和羥甲基糠醛產(chǎn)率< 0.01%，木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖、木六糖、木七糖和木八糖的得率分別為
13.43%, 9.48%, 3.23%, 6.95%, 5.71%, 6.28%, 3.22% 和 2.80%。
【權(quán)利要求】
1.一種醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在含有不超過20%木聚糖的懸浮液反應(yīng)體系中，加入食品級(jí)醋酸至終濃度不超過30%，控制反應(yīng)溫度110-130°C反應(yīng)不超過3.0h得到木聚糖水解液； (2)木聚糖水解液產(chǎn)物經(jīng)微濾分離得到截留的木聚糖殘?jiān)澳揪厶撬馔高^液，木聚糖水解透過液再經(jīng)納濾分離得到截留的低聚木糖液和醋酸透過液，醋酸液被回用于步驟(O; (3)采用食用堿性物質(zhì)中和截留的低聚木糖液至中性并生成醋酸鈉，再以電滲析處理脫除醋酸鈉得到低聚木糖產(chǎn)品液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，其特征在于:步驟(1)中，所述的木聚糖的濃度為10-20%，所述的醋酸的濃度為10-30%，反應(yīng)溫度110-125°C，反應(yīng)時(shí)間1.0~3.0h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，其特征在于:所述的堿性物質(zhì)選用氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醋酸受控催化木聚糖定向水解制取多組分低聚木糖的方法，其特征在于:低聚木糖產(chǎn)品的檢測方法為高效液相離子交換色譜及其他能夠精確分離與定量測定聚合度為廣8的木 糖及低聚木糖組分的檢測方法。
【文檔編號(hào)】C08B37/00GK104164520SQ201410334306
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】徐勇, 張紅玉, 余世袁, 勇強(qiáng), 蔣發(fā)現(xiàn), 周鑫 申請人:南京林業(yè)大學(xué)