玉米芯酶法制备低聚木糖的研究

【摘要】： 功能性食品的研究与开发给食品工业注入了全新的内容，而生产功能性食品 的关键是功能性食品基料即生理活性物质的制备。功能性低聚糖因具有独特的生 理功能，特别是能促进肠道内双歧杆菌的增殖，有益于肠健康而成为一种重要的 功能性食品基料，并已引起全世界的广泛关注。低聚木糖亦称木寡糖，由2～7个 D-木糖以β-1，4-木糖苷键结合而成，主要是以富含木聚糖的植物资源，如木屑、 玉米芯、棉籽壳、稻壳和菜籽壳等为原料，经内切型木聚糖酶水解后，再进行分 离、精制而制得。低聚木糖极难被消化吸收，肠道内残存率高，具有极好的双歧 杆菌增殖性，其选择利用性高于其它功能性低聚糖。玉米是我国三大粮食作物之 一，每年大约可均产玉米芯0.4亿吨左右，数量极其可观，目前除少量进行初加 工外，绝大部分作为农家燃料被烧掉并未得到充分的利用，即浪费了资源又污染 环境，因此，开展以玉米芯为原料，生产低聚木糖方面的理论和生产技术的研究 是十分必要的。 本论文首先在研究实验所用玉米芯组成成分、高温蒸煮及直热汽爆预处理 方式对玉米芯中木聚糖和木质素溶出规律的影响以及由Strptomyces sp.E-86菌株 制备木聚糖酶过程的基础上，对木聚糖酶酶解玉米芯制备低聚木糖机理和过程做 了深入的研究，并对规模化分离纯化低聚木糖提出新的解决措施。其主要内容有： 1、针对我国的具体情况，研究了不同碳源对链霉菌sp.E-86菌株斜面生长及 对其产木聚糖酶诱导性能的影响，同时研究了液体发酵生产木聚糖酶的实验条件 和影响因素，得到：1）以麸皮或马铃薯提取液为斜面培养基碳源，对sp.E-86 菌株斜面生长与采用桦木木聚糖为碳源相比基本一致，以麸皮为碳源的斜面培养 基可完全替代桦木木聚糖斜面培养基；2）玉米芯木聚糖对sp.E-86菌株产木聚糖 酶表现出极强的诱导能力，以玉米芯木聚糖为碳源所产木聚糖酶的酶活约为桦木 木聚糖的24倍；3）sp.E-86菌株产木聚糖酶酶活随着发酵时间的增长而增高， 当发酵24hr时，酶活达到最高，随后随着发酵的继续进行，酶活略有降低；4） 随着发酵时间的增加，sp.E-86产木聚糖酶液的pH值总体呈现上升趋势，但在 12hr时，pH值出现下降的现象。 博士学位论文 论文摘要 2、分别建立了高温蒸煮和直热汽爆实验台并在此两种实验台上研究比较了 在中等实验条件即高温蒸煮温度170OC（含170℃）以下，直热汽爆压力9．SX 10中a（含 9．S XIO中a）以下，不同反应时 l司、不同固液比和不同浸泡时间下高 温蒸煮和直热汽爆两种预处理方法对玉米芯中木聚糖和木质素的溶出规律，得 到：1）随着高温蒸煮或直热汽爆反应时间的增加，玉米芯木聚糖的溶出率呈上 升趋势，而糖液的PH值呈下降趋势；2）增加高温蒸煮温度或直热汽爆压力有 利于玉米芯木聚糖的溶出，但同时也造成了木质素的降解，增加了副反应的发生 程度：n物料起始含水量的不同会影响到达反应最高温度的速率。浸泡时间的 增加有利于玉米芯木聚糖的溶出。但当高温蒸煮时玉米芯的浸泡时间达到6hr 后或者直热汽爆时玉米芯的浸泡时间达到24hr后，随着浸泡时间的增加，玉米 芯木聚糖的溶出率变化很小，此时原料含水量对木聚糖溶出率影响不再显著，而 木质素的溶出率却随着浸泡时间的增加而增加；4）玉米芯高温蒸煮或直热汽爆 时并不是加水量越多玉米芯木聚糖的溶出效果越好，而是存在一个最佳的固液比 为1：20，在此固液比下玉米芯木聚糖溶出率达到最高；5）同高温蒸煮方式相 比，在同等压力、温度条件下，用直热汽爆方式处理玉米芯时，所得玉米芯木聚 糖的平均聚合度DP值在1－2之间，表明单糖的含量较高，反应程度剧烈。应用 直热汽爆的方式处理物料的时间与高温蒸煮相比要缩短很多，但所提取的玉米芯 木聚糖含量低于高温蒸煮法。 3、研究了Sp．ES6菌株所产木聚糖酶酶解经稀碱液处理的玉米芯粉的反应动 力学特性，并采用Rosenbrock和Quasi－Newton算法建立了预测该酶解反应得 率的数学模型，实验结果与模型求解结果基本一致。 4、采用一种黑曲霉产木聚糖酶粗酶液对经高温蒸煮和直热汽爆所得的水溶 性玉米芯木聚糖液进行了酶解反应实验研究，得到了以木二糖为主的低聚木糖产 物，同时由实验结果发现本实验所用木聚糖酶液中含有一定数量的糖苦转化酶。 5、提出了适合规模化生产低聚木糖单一组分的柱层析分离方法，建立了进 行低聚木糖单一组分分离实验台，在此实验台上进行了低聚木糖单一组分的分离 实验研究，得到：l）以粉末状活性炭为吸附介质可以