作物秸秆制备膳食纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种作物秸秆制备膳食纤维的方法，属于生物技术领域。本发明专利技术对常规的汽爆分离技术进行了改进，工艺中采用了低温、高压条件，并应用了特殊的生物酶，保证了本发明专利技术对秸秆利用的高效率、高质量、高收益。本发明专利技术利用各种秸秆制备膳食纤维得率高，且所得膳食纤维的纯度高。本发明专利技术制备膳食纤维工艺简单、投资少、周期短、易于推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，特别涉及一种作物秸秆制备膳食纤维的方法。
技术介绍
膳食纤维主要指来自于植物细胞壁的纤维素、半纤维素、木质素以及树脂、果胶等不易被消化的成份。膳食纤维是健康饮食不可缺少的，在保持消化系统健康方面扮演着重要的角色。我国约有10亿人应补充膳食纤维。按每人每天补充6克计算，则每年需要220万吨膳食纤维。而我国现在膳食纤维的年产量不足10万吨。因此，我国膳食纤维的潜在市场非常大，市场前景非常广阔，亟待开发。目前，国内外均采用小麦麸皮、玉米麸皮、米糠、豆渣、果皮以及魔芋等为原料制备膳食纤维；但与秸秆来源的膳食纤维相比较，其产品的吸水性及润涨性差一些。我国每年可收获作物秸秆9亿多吨。据测定，作物秸秆含有的粗纤维（包括纤维素、半纤维素及木质素）总量占干重的质量分数平均达到75-85%，是制备膳食纤维的优良原材料。所述秸秆包括小麦、玉米、水稻、棉花、高粱、大豆、花生、薯类、瓜类等农作物及苜蓿、沙打旺等牧草收获籽实后剩余的茎、叶、皮（壳）、蔓藤（秧）等以及甘蔗（渣）玉米芯、竹子、芦苇等。近年来，国内外对利用秸秆制备膳食纤维的工艺、设备、方法等进行了许多研究工作，如中国专利（CN105029452A、CN105695325A等）相继公开了利用小麦、玉米秸秆提取膳食纤维的方法。但目前尚未有工艺简单、易于推广、投资少、周期短的秸秆膳食纤维的生产技术。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种作物秸秆制备膳食纤维的方法。本专利技术的技术方案为：一种作物秸秆制备膳食纤维的方法，包括步骤：1）秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮罐；2）向蒸煮罐中加入秸秆质量1-20倍的水，加入碱至碱液质量浓度为1-10%；通入蒸汽至蒸煮罐内升温至60-100℃，向蒸煮罐中通入惰性气体，将蒸煮罐内空气排净；然后间歇性向蒸煮罐内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮罐内温度为60-100℃、压力为0.1-0.3MPa，保温保压10-120分钟；3）将蒸煮罐内的物质释放出来，并转移至研磨磨中研磨；4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入酶解罐，向酶解罐中加入滤渣一质量1-10倍的水，用稀酸调节pH至4-8，加入复合蛋白酶，间歇1-3分钟，通入惰性气体，酶解10-80分钟；随后加入常温型α-淀粉酶，酶解10-80分钟；然后通入蒸汽升温至60-70℃，保温2-20分钟灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃；6）灭酶后，将酶解罐内的物质释放出来，固液分离，得滤渣二和滤液二；7）所得滤渣二用水洗涤若干次，固液分离，并集中收集滤液，得滤渣三和滤液三；8）滤渣三经干燥、粉碎，即得含有纤维素及木质素的混合纤维；9）滤液一中加入滤液一体积1-10倍的乙醇，搅拌后稳定1-3小时，分离得滤渣四和滤液四；10）滤渣四采用稀碱液溶解，然后加入稀碱液体积1-10倍的乙醇，搅拌后稳定至沉淀析出完全，分离沉淀与清液；11）步骤10）所得沉淀重复步骤10）的操作若干次，最终分离得滤渣五和滤液五；12）滤渣五经干燥粉碎得半纤维素成品；13）半纤维素成品与步骤8）所得含有纤维素及木质素的混合纤维混匀，即得膳食纤维成品。作为优选方案，步骤5）中，所述微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌的获取步骤具体为：将地衣芽孢杆菌的培养液置于微波发生器，设置微波功率为850-950W，脉冲频率为2300MHz，微波处理20s，冷却20s，依此往复25-35次；将微波处理后的培养液涂布在固体培养基上，30℃条件下培养1-2天，由存活下来的菌落中筛选四株常温下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢杆菌的变异菌株。进一步地，选出常温下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢杆菌的变异菌株扩大培养，从而获得所述常温型α-淀粉酶。采用该方法获得的常温型α-淀粉酶，在常温下即可高效酶解淀粉，既降低了能耗，又避免了副反应的发生。作为优选方案，所述复合蛋白酶中具备内肽酶活性的碱性蛋白酶与具备端肽酶活性的蛋白酶K的比例为1:1-3；所述复合蛋白酶的加入量满足每千克干基秸秆400-800U，所述常温型α-淀粉酶的加入量满足每千克干基秸秆300-700U。作为优选方案，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或氢氧化钙。作为优选方案，所述惰性气体为氮气、氦气或氩气。优选为氮气，氮气成本低。作为优选方案，步骤8）、步骤12）中所述干燥为喷雾干燥、热风干燥、流化床干燥或冷冻干燥；干燥温度小于120℃。作为优选方案，步骤9）、步骤10）中所用乙醇的体积分数为95%。本专利技术的有益效果为：本专利技术对常规的汽爆分离技术进行了改进，工艺中采用了低温、高压条件，并应用了特殊的生物酶，保证了本专利技术对秸秆利用的高效率、高质量、高收益。本专利技术利用各种秸秆制备膳食纤维得率高，且所得膳食纤维的纯度高。本专利技术在实施时，可以新建，也可以充分利用众多的已经或频临倒闭的纸浆、木糖生产型企业（尤其是中小型纸浆、木糖企业），在其设备、车间稍加改造后即可生产出合格的膳食纤维；投入小、周期短、易推广。具体实施方式实施例1一种作物秸秆制备膳食纤维的方法，包括步骤：1）小麦秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮罐；2）向蒸煮罐中加入秸秆质量10倍的水，加入氨水至碱液质量浓度为6%；通入蒸汽至蒸煮罐内升温至95℃，向蒸煮罐中通入惰性气体，将蒸煮罐内空气排净；然后间歇性向蒸煮罐内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮罐内温度为95℃、压力为0.3MPa，保温保压60分钟；间歇性通入惰性气体还可使秸秆在蒸煮罐内均匀分布；该步骤中，采用较低蒸煮温度以避免各组份的分解反应、脱水（焦化）反应、剥皮反应等，采用较高压力（通过通入惰性气体实现）保证了碱液向秸秆细胞壁间的有效渗透，采用惰性环境（通入惰性气体实现）避免了各组份分子基团的氧化反应、乙酰基的酯化反应等，从而保证了各物质的完整性、高得率以及高质量；此步骤用稀碱可以提取出半纤维素并抽提出灰分中的大部分硅质等无机盐；3）将蒸煮罐内的物质释放出来，并转移至研磨磨（盘磨或胶体磨等）中研磨20分钟；用机械法破解部分大分子之间的化学键连接，利于下一步酶系与物料充分接触。4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入酶解罐，向酶解罐中加入滤渣一质量5倍的水，用稀乙酸调节pH至7，加入复合蛋白酶（500U/千克干基秸秆），间歇1分钟，通入氮气1分钟，酶解40分钟；随后加入常温型α-淀粉酶（400U/千克干基秸秆），酶解30分钟；然后通入蒸汽升温至65℃，保温12分钟灭活酶的活性；其中，复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成，复合蛋白酶中具备内肽酶活性的碱性蛋白酶与具备端肽酶活性的蛋白酶K的比例为1:1；该复合蛋白酶可以在常温下高效水解蛋白质；常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶；微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌的获取步骤具体为：将地衣芽孢杆菌的培养液置于微波发生器，设置微波功率为900W，脉冲频率为2300MHz，微波处理20s，冷却20s，依此往复30次；将微波处理后的培养液涂布在固体培养基上，30℃条件下培本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作物秸秆制备膳食纤维的方法，其特征在于，包括步骤：1）秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮罐；2）向蒸煮罐中加入秸秆质量1‑20倍的水，加入碱至碱液质量浓度为1‑10%；通入蒸汽至蒸煮罐内升温至60‑100℃，向蒸煮罐中通入惰性气体，将蒸煮罐内空气排净；然后间歇性向蒸煮罐内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮罐内温度为60‑100℃、压力为0.1‑0.3MPa，保温保压10‑120分钟；3）将蒸煮罐内的物质释放出来，并转移至研磨磨中研磨；4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入酶解罐，向酶解罐中加入滤渣一质量1‑10倍的水，用稀酸调节pH至4‑8，加入复合蛋白酶，间歇1‑3分钟，通入惰性气体，酶解10‑80分钟；随后加入常温型α‑淀粉酶，酶解10‑80分钟；然后通入蒸汽升温至60‑70℃，保温2‑20分钟灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α‑淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α‑淀粉酶，所述常温型α‑淀粉酶的适宜温度为22‑35℃；6）灭酶后，将酶解罐内的物质释放出来，固液分离，得滤渣二和滤液二；7）所得滤渣二用水洗涤若干次，固液分离，并集中收集滤液，得滤渣三和滤液三；8）滤渣三经干燥、粉碎，即得含有纤维素及木质素的混合纤维；9）滤液一中加入滤液一体积1‑10倍的乙醇，搅拌后稳定1‑3小时，分离得滤渣四和滤液四；10）滤渣四采用稀碱液溶解，然后加入稀碱液体积1‑10倍的乙醇，搅拌后稳定至沉淀析出完全，分离沉淀与清液；11）步骤10）所得沉淀重复步骤10）的操作若干次，最终分离得滤渣五和滤液五；12）滤渣五经干燥粉碎得半纤维素成品；13）半纤维素成品与步骤8）所得含有纤维素及木质素的混合纤维混匀，即得膳食纤维成品。...

【技术特征摘要】
1.一种作物秸秆制备膳食纤维的方法，其特征在于，包括步骤：1）秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮罐；2）向蒸煮罐中加入秸秆质量1-20倍的水，加入碱至碱液质量浓度为1-10%；通入蒸汽至蒸煮罐内升温至60-100℃，向蒸煮罐中通入惰性气体，将蒸煮罐内空气排净；然后间歇性向蒸煮罐内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮罐内温度为60-100℃、压力为0.1-0.3MPa，保温保压10-120分钟；3）将蒸煮罐内的物质释放出来，并转移至研磨磨中研磨；4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入酶解罐，向酶解罐中加入滤渣一质量1-10倍的水，用稀酸调节pH至4-8，加入复合蛋白酶，间歇1-3分钟，通入惰性气体，酶解10-80分钟；随后加入常温型α-淀粉酶，酶解10-80分钟；然后通入蒸汽升温至60-70℃，保温2-20分钟灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃；6）灭酶后，将酶解罐内的物质释放出来，固液分离，得滤渣二和滤液二；7）所得滤渣二用水洗涤若干次，固液分离，并集中收集滤液，得滤渣三和滤液三；8）滤渣三经干燥、粉碎，即得含有纤维素及木质素的混合纤维；9）滤液一中加入滤液一体积1-10倍的乙醇，搅拌后稳定1-3小时，分离得滤渣四和滤液四；10）滤渣四采用稀碱液溶解，然后加入稀碱液体积1-10倍的乙醇，搅拌后稳定至沉淀析出完全，分离沉淀与清液；11）步骤10）所得沉淀重复步骤10）的操作若干次，最终分离得滤渣五和滤液五；12...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹吉祥，
申请(专利权)人：济南米铎碳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37