本文關(guān)鍵詞：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)又稱木寡糖,是由2-6個木糖分子以p-1,4糖苷鍵結(jié)合而成的短鏈聚合物,作為一種功能性聚合糖,現(xiàn)已廣泛運用到醫(yī)療、健康、畜牧業(yè)等領(lǐng)域,具有可觀的市場前景。目前,以木聚糖為原料生產(chǎn)低聚木糖的主要方法有自動水解、酸法水解、酶法水解等。自水解和酸解通常需要高溫環(huán)境,且易造成低聚木糖的降解,使得副產(chǎn)物過多。酶解不僅對底物性質(zhì)要求較為嚴(yán)格,而且由于從木質(zhì)纖維素中提取得到的粗木聚糖含有一定量的纖維素、木質(zhì)素以及其他雜質(zhì),很難直接通過粗木聚糖底物配制營造一個易于酶解的底物環(huán)境。因而,如何控制底物特性使得酶解更徹底的進(jìn)行,以及如何有效結(jié)合各類水解方法成為了本文的重點。本課題的主要工作如下：1、對于水解過程中基本參數(shù)的單因素試驗,考察了酶法水解中的酶種類、酶用量、酶解時間、底物性質(zhì),以及酸法水解中的酸種類、酸濃度、酸解時間幾個主要變量對糖產(chǎn)率的影響情況。首先,纖維素酶可和半纖維素酶的酶解會使得木聚糖較多地降解為單糖,而木聚糖酶的酶解產(chǎn)物中以寡糖為主。偏酸性環(huán)境的酶解會在較短時間內(nèi)產(chǎn)糖但寡糖易于降解為單糖,偏堿性環(huán)境則需要較長的時間產(chǎn)糖且單糖量較少。因而,為了盡可能多的得到目標(biāo)產(chǎn)物低聚木糖,對酶種類的選擇以內(nèi)切木聚糖酶為主,使用偏堿性長時間反應(yīng)或偏酸性短時間反應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)。其次,酸解反應(yīng)易造成產(chǎn)品中過多的副產(chǎn)品,因而本課題將酸解方法列入輔助酶解的方法之一,而不再單獨使用酸解進(jìn)行低聚木糖的生產(chǎn)。2、對于木聚糖制備過程中產(chǎn)生、引入的雜質(zhì),通過對比水、醇洗玉米秸稈、脫木質(zhì)素、除鹽等預(yù)處理操作,考察了酶水解木聚糖時,底物中鹽分、乙醇及色素的含量對酶解產(chǎn)生的影響。少量且適宜鹽分(5-10 mg/mL)的存在,會促進(jìn)木聚糖酶解產(chǎn)生低聚木糖,但鹽濃度過高會抑制木聚糖的酶解；乙醇的存在會顯著抑制木聚糖酶的活性,乙醇含量每增加25 mg/mL,低聚木糖得率將會降低5%左右；色素同樣對酶解有著抑制的作用。使用低色值、不含乙醇、鹽分濃度為10mg/mL的木聚糖底物進(jìn)行酶解,低聚木糖產(chǎn)率達(dá)到58.58%。這些實驗結(jié)果顯示,在木聚糖的提取過程中若能盡可能的降低其中的有色物質(zhì),不要引入乙醇,并保留適當(dāng)?shù)柠}分,會有效提升低聚木糖的產(chǎn)率。3、以玉米秸稈為原料堿提得木聚糖原料制備低聚木糖工藝,對于單一酶解無法得到較高的木寡糖得率問題,本課題采取了木聚糖分級制備與分步水解的方法。設(shè)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”四種工藝路線,以及木聚糖液沉淀-透析除鹽、木聚糖液-透析除鹽、木聚糖液-納濾膜除鹽三種不同的級份,進(jìn)行水解實驗。主要結(jié)果如下：對于不同的分步水解流程：“酶解-二次酶解”以及“酶解-酸解”過程對糖得率產(chǎn)生不顯著的提升(10%)；而“酶解-酸解-二次酶解”過程的低聚木糖產(chǎn)率較單一酶解提高了20.16%,較“酶解-酸解”提高了13.36%,顯著提高了水解效果。自水解后的酶解結(jié)果,160℃高溫處理后的酶解在3h得到了高達(dá)83.81%的低聚木糖產(chǎn)率,比直接酶解增加了40.60%,此時總糖得率為95.03%,已經(jīng)近乎完全的降解的木聚糖。另外,通過對不同級份木聚糖的結(jié)構(gòu)分析,使用納濾膜除鹽后的木聚糖級份更趨向于通過較高聚糖向低聚糖轉(zhuǎn)化而不是直接從木聚糖長鏈轉(zhuǎn)化,而透析膜除鹽后的木聚糖沉淀級份水解趨向恰好與之相反。綜上,本文通過對考察控制木聚糖底物性質(zhì)、對各種水解方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,得到了較為可觀的低聚木糖產(chǎn)率,以上結(jié)果為低聚木糖的高效生產(chǎn)提供了切實可行的指導(dǎo)意見。
【關(guān)鍵詞】：木聚糖 低聚木糖 酶解 酸解 級份
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O636.1
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 研究背景17-26
• 1.1.1 生物質(zhì)資源17
• 1.1.2 木質(zhì)纖維素17-18
• 1.1.3 半纖維素及木聚糖18-19
• 1.1.4 低聚木糖19-20
• 1.1.5 半纖維素提取及木聚糖制備20-22
• 1.1.6 木聚糖水解生成低聚木糖22-25
• 1.1.7 動力學(xué)模型建立25-26
• 1.2 研究內(nèi)容和研究意義26-29
• 1.2.1 研究內(nèi)容26-27
• 1.2.2 研究意義27-29
• 第二章 材料配制及測定分析方法29-41
• 2.1 實驗原料29
• 2.2 酶種類及酶液配制29
• 2.3 標(biāo)品配制29-32
• 2.3.1 木聚糖標(biāo)品配制29
• 2.3.2 低聚木糖及單糖標(biāo)品配制29-30
• 2.3.3 糠醛及5-羥甲基糠醛標(biāo)品配制30-31
• 2.3.4 氯化鈉及乙醇標(biāo)品配制31-32
• 2.4 測定及分析方法32-35
• 2.4.1 固形物含量測定32
• 2.4.2 木質(zhì)纖維素及粗木聚糖組分測定32-33
• 2.4.3 水解液各組分含量測定33
• 2.4.4 分子量測定33
• 2.4.5 分支度測定33-34
• 2.4.6 色值測定34
• 2.4.7 鹽分含量測定34
• 2.4.8 酶活測定34-35
• 2.5 計算方法35-37
• 2.5.1 HPLC測定組分含量及糖鏈分支度計算35
• 2.5.2 GPC測定分子量計算35-36
• 2.5.3 UV測定酶活及色值計算36
• 2.5.4 電導(dǎo)率儀測定鹽分含量計算36-37
• 2.5.5 糖得率計算37
• 2.6 木聚糖制備37-41
• 2.6.1 預(yù)處理37
• 2.6.2 提取37-38
• 2.6.3 除雜38-39
• 2.6.4 級份分離39-40
• 2.6.5 實驗原料木聚糖制備條件40-41
• 第三章 基礎(chǔ)水解反應(yīng)單因素實驗41-51
• 3.1 酶解41-48
• 3.1.1 酶種類41-42
• 3.1.2 底物pH42-45
• 3.1.3 酶用量45-47
• 3.1.4 酶解時間47
• 3.1.5 底物性質(zhì)47-48
• 3.2 酸解48-50
• 3.2.1 酸種類48-50
• 3.2.2 酸濃度、酸解溫度及時間50
• 3.3 小結(jié)50-51
• 第四章 水解反應(yīng)條件優(yōu)化51-63
• 4.1 底物鹽分含量52-55
• 4.2 底物乙醇含量55-56
• 4.3 底物鹽分與乙醇綜合分析56-57
• 4.4 底物色值57-60
• 4.5 堿提溫度60-61
• 4.6 小結(jié)61-63
• 第五章 分步水解工藝研究63-83
• 5.1 酶解-二次酶解63-65
• 5.2 酶解-酸解65-71
• 5.2.1 酸解時間65-67
• 5.2.2 酸解溫度67-68
• 5.2.3 酸濃度68-70
• 5.2.4 酸種類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 不同酸解時長72-74
• 5.3.3 不同級分水解74-78
• 5.4 自水解-酶解78-79
• 5.5 動力學(xué)模型建立79-81
• 5.6 小結(jié)81-83
• 第六章 總結(jié)83-85
• 6.1 結(jié)論83-84
• 6.2 創(chuàng)新性84
• 6.3 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-93
• 致謝93-95
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文95-97
• 作者與導(dǎo)師簡介97-99
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書99-100

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 劉凱旋;張P，

本文編號：720532