从农业废弃物分级分离寡糖的方法技术

本发明专利技术提供用于将从农业废弃物中获得的全纤维素分级分离为适合于商业应用的阿拉伯木寡糖、木寡糖和纤维寡糖的连续且成本有效的化学酶方法。所述方法包括将全纤维素与水性介质在受控条件下混合，以获得包含可溶性阿拉伯木寡糖的水性提取物和不溶性固体级分；接着在受控条件下用碱性溶液处理所述固体级分，以得到可溶性木寡糖和纤维素残渣。其后，将所述纤维素残渣悬浮于酸性水溶液中，接着用酶在受控条件下处理，从而得到可溶性纤维寡糖。从所述方法获得的阿拉伯木寡糖、木寡糖和纤维寡糖具有大于4的聚合度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于从农业废弃物中将寡糖分级分离(fractionation)为适于商业应用的阿拉伯木寡糖、木寡糖和纤维寡糖的连续、有效且廉价的化学酶法顺序方法。
技术介绍
寡糖形成被广泛用作食品添加剂和营养补充剂的一组重要的聚合的碳水化合物。寡糖由通过糖苷键以2至10的聚合度连接的单体糖单元构成。它们通过酸或酶容易水解为它们各自的单体糖成分。寡糖提供多种健康益处，这使得它们可以用作食品添加剂。寡糖的理化性质和生理性质根据所生产的寡糖混合物而改变。聚合度为3至10的寡糖是益生元，具有低发热值，被用作可溶性膳食纤维。寡糖通过非酶法或酶法制造。非酶法包括从天然源提取寡糖和使用单糖或双糖为起始材料化学合成。酶法包括利用糖苷酶和糖基转移酶作为催化剂合成寡糖和多糖酶水解成寡糖。从农业废弃物生产寡糖使得可以开发诸如果壳、糠、外皮、荚、穗轴及油籽粉等否则用作动物饲料的农业废弃物。这些废弃物含有主要的纤维素和半纤维素，与蛋白质、植物化学物质和木质素。所有这些成分以复杂的聚合物基体排列，这防止多糖水解的可及性。然而，热化学处理提供了当进一步进行受控酶水解时有助于获得高产率的期望性质的寡糖的顺从的生物质。从容易获得的农业废弃物生产生物活性寡糖给予基于农业的工业以前景光明的益处。现有技术提供了从生物质制造寡糖的各种方法。这些方法包括将微生物细胞或酶用于将生物质分解成寡糖。但是，现有技术中所述的这些方法需要用于生产寡糖所需的特定酶。现有技术中所述的方法生产需要用于其纯化的下游操作的寡糖混合物，从而增加了生产成本。US5246840公开了一种通过使用糖苷酶和糖基转移酶作为催化剂合成寡糖的方法。寡糖合成通过将较短寡糖的糖苷酶催化合成与较长寡糖的糖基转移酶催化合成组合来实现。US4677198公开了一种从生物质制备含有寡糖的产物的方法，其提供了将盐酸用于将生物质部分水解成易发酵的含寡糖产物，而且酸容易回收。这些寡糖进一步进行发酵以用于制备产品，如乙醇。JP2008136376描述了一种从麦麸/米糠生产酸性木寡糖的方法。在该方法中，在pH范围为1.0-4.0的酸性条件下，或者pH范围为9.0-13.0的碱性条件下，在100-150℃之间的温度下，在麸皮或米糠的热水处理后，随后进行离子交换处理，得到酸性木寡糖。该方法产生聚合度为2-5的酸性木寡糖。EP1304412公开了一种使用酶从木质纤维浆生产木寡糖的方法，该方法包括使用半纤维素酶对木素纤维素浆进行酶水解，随后进行膜分离，从而得到具有高浓度木寡糖-木质素混合物的非渗透物级分，将该级分进一步处理以回收木寡糖。US4908311公开了一种通过酶从纤维素基物质获得纤维寡糖的方法。由属于纤维弧菌属(Genus Cellvibrio)的微生物生产的纤维素酶用作纤维素材料的酶分解的催化剂。酶水解与膜过滤反应器组合有助于抑制剂的去除和纤维寡糖的累积。US7947656描述了一种通过酶分解纤维素材料生产纤维寡糖的方法。该方法包括使用纤维素酶将具有平均聚合度不大于700、平均粒径不大于100的纤维素材料分解，以选择性地生产纤维寡糖。US20110020498公开了一种用木聚糖内切酶从麦麸制备(阿拉伯)木聚糖寡糖的方法。另外，该方法包括脱淀粉、脱蛋白质，随后用来自枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的木聚糖内切酶进行酶水解。(阿拉伯)木聚糖寡糖的纯化用离子交换层析法进行。这种方法生产的(阿拉伯)木聚糖寡糖的平均聚合度为4至10，阿拉伯糖取代的平均程度为0.15至0.35，并具有良好的感官和颜色性质。US20100021975描述了一种通过在蒸煮过程后得到的浆料的冷碱提取生产木寡糖的方法。该方法包括木聚糖的冷碱提取，接下来是膜分离过程，以获得富含木聚糖的保留物。木聚糖级分进一步通过水解-热解和酶水解处理，以将木聚糖转化为木寡糖。US20090062232描述了一种从植物材料制备高纯度木寡糖的方法，其包括植物材料的碱处理、压力和热处理，随后固液分离。固体残渣进一步使用木聚糖酶进行酶水解。将粗糖提取物浓缩，随后脱盐和活性炭处理，以生产不含UV吸收物质和着色杂质的高纯度木寡糖组合物。US20110244073描述了一种制备阿拉伯木聚糖和阿拉伯木寡糖的方法。制备水溶性阿拉伯木聚糖的方法包括在热稳定的淀粉酶的存在下，对未提取水的阿拉伯木聚糖进行热水处理，接着在冷却至70℃后，将乙醇加入以使最终浓度为70/30(v/v)乙醇/水。US5633032描述了一种制备谷物提取物的方法。在该方法中，使由研磨获得的谷物(cereal)麸皮材料在70-80℃的温度下进行碱处理，随后固液分离。不溶性残渣再次在70-80℃用碱性过氧化氢处理，然后固液分离。然后可溶性级分被喷雾干燥，并用作粘合剂和增稠剂。US20120231147涉及通过谷粒(grain)产品的自动水解生产木寡糖。在此方法中，玉米纤维从蒸馏器分离，并且具有可溶物(DDGS)的干燥谷粒使用去离子水在140-220℃范围内的温度下进行自动水解，从而得到含有木寡糖、单糖和酸的提取物。此提取物用酸进一步水解，以形成单糖。US20120232264描述了一种用于生物质处理的两步方法。该方法的第一步骤包括用加压水在100至200℃的温度下处理生物质，以释放作为木寡糖的半纤维素。在第二步骤中，将不溶性残渣再次用加压水在200至300℃的温度下处理，以得到纤维寡糖。将由此得到的木寡糖和纤维寡糖采用固体酸催化剂进一步水解，以分别产生木糖和葡萄糖。US20120115192提供一种使用多步骤多酶体系从生物质中生产可发酵糖的方法。在该方法中，生物质首先用5％至10％w/v的碱在50至200℃范围的温度下在1至20巴的压力下处理，以去除半纤维素，留下纤维素残渣。此外，半纤维素通过加入乙醇溶剂沉淀。因此，沉淀的半纤维素和纤维素然后使用木聚糖酶和纤维素酶制剂进行酶水解以生产可发酵糖。上述的方法使用酶和化学方法从生物质生产木寡糖或纤维寡糖。酶方法包括利用细胞壁修饰酶如淀粉酶、葡糖淀粉酶、蛋白酶、支链淀粉酶和脂肪酶等处理生物质，以去除淀粉和非碳水化合物组分。此后，包含在生物质中的碳水化合物使用木聚糖酶或纤维素酶水解以分别产生木寡糖或纤维寡糖。现有技术中描述的两步方法增加了生产的总成本，因为它需要用于多糖提取的化学预处理，随后使用特定的酶将其水解成寡糖。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于寡糖分级分离的方法，其中该方法包括在受控的条件下使从农业废弃物产生的全纤维素与水性介质混合，以得到含有可溶性阿拉伯木寡糖和不溶性固体级分的水性提取物。此后，将从水性提取物中回收的不溶性固体级分在100-150℃范围的温度下在反应器中与0.2-2.5M摩尔浓度的碱性溶液混合20-40分钟，以获得半纤维素提取物。将半纤维素提取物过滤，以得到作为滤液的木寡糖和作为残渣的纤维素。纤维素残渣用pH为5.0的酶溶液处理2小时，以将纤维素水解成纤维寡糖。本专利技术的一个目的是提供一种用于获得聚合度大于4的可溶性阿拉伯木寡糖、可溶性木寡糖和可溶性纤维寡糖的方法。本专利技术提供一种用于从农业废弃物分级分离寡糖的方法，其中该方法包括在100至140℃范围的温度下用水处理从农业废弃物得到的全纤维素30分钟，以获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从全纤维素分级分离不同寡糖的顺序方法，其包括：a)将全纤维素与水性介质在100‑140℃范围内的温度下混合20‑40分钟，优选30分钟，以获得含有可溶性阿拉伯木寡糖和不溶性固体级分的水性提取物；b)用碱性溶液，在100‑150℃范围内的温度下处理由步骤(a)得到的所述固体级分20‑40分钟，优选30分钟，以得到含有可溶性木寡糖和纤维素残渣的半纤维素提取物；c)将由步骤(b)得到的所述纤维素残渣悬浮于酸性水溶液中，以得到纤维素浆料；以及d)用酶在45‑55℃范围内的受控温度下处理由步骤(c)得到的所述纤维素浆料2小时的时间，从而得到含有可溶性纤维寡糖的纤维素提取物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.16 IN 155/MUM/20141.一种从全纤维素分级分离不同寡糖的顺序方法，其包括：a)将全纤维素与水性介质在100-140℃范围内的温度下混合20-40分钟，优选30分钟，以获得含有可溶性阿拉伯木寡糖和不溶性固体级分的水性提取物；b)用碱性溶液，在100-150℃范围内的温度下处理由步骤(a)得到的所述固体级分20-40分钟，优选30分钟，以得到含有可溶性木寡糖和纤维素残渣的半纤维素提取物；c)将由步骤(b)得到的所述纤维素残渣悬浮于酸性水溶液中，以得到纤维素浆料；以及d)用酶在45-55℃范围内的受控温度下处理由步骤(c)得到的所述纤维素浆料2小时的时间，从而得到含有可溶性纤维寡糖的纤维素提取物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述全纤维素从包括壳、糠、外皮、荚、穗轴及油籽粉的农业废弃物得到。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·拉里，A·A·奥达尼斯，M·P·派德内卡，
申请(专利权)人：A·M·拉里，
类型：发明
国别省市：印度;IN