一种利用玉米皮制备的水解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物工程技术领域，公开了一种利用玉米皮制备的水解液及其制备方法和应用。该水解液是将玉米皮采用物理方法处理，再采用化学方法和／或生物方法将破碎的玉米皮处理，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且单糖总含量占玉米皮干重５４～７１．９％的水解液。该水解液可用于配制培养基。本发明专利技术提供的水解液可以替代葡萄糖等作为发酵糖源，降低了发酵成本，提高了经济效益；且充分利用可再生资源，促进玉米的综合利用，减少环境污染和改善生态环境，促进国民经济的可持续发展，具有广泛的社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物工程
，涉及一种利用玉米皮制备的水解液，本专利技术还涉及该水解液的制备方法和应用。
技术介绍
玉米皮又称玉米纤维，是玉米深加工过程中产生的副产物。玉米皮主要是一些粘附淀粉的外部果皮或种皮，是一种非常好的可再生资源，约占玉米总质量的10％左右。根据材料的来源以及用于其定性的分析方法的不同，组成分析所得结果也是相应变化的，主要含有15-20％淀粉，10-13％的蛋白，20-22％纤维素，30-45％半纤维素，2-3％油，1-2％灰分，其它组分为3％-7％，其中纤维素主要由葡萄糖分子以β-1，4糖苷键连接而成的复杂的高分子物质，半纤维素是由聚戊糖、聚己糖及聚糖醛酸组成。玉米皮约76％组分均为糖份，各种单糖含量约为46％葡萄糖，10％阿拉伯糖，2％半乳糖，17％的木糖和1％的甘露糖。我国是玉米生产与加工的大国。目前我国玉米淀粉行业年加工玉米1000万吨，玉米皮估计有100万吨，主要用作农业饲料，大大降低了它的使用价值。同时随着工业的不断发展和原油价的不断上涨，利用可再生资源来取代石油制品迫在眉睫。目前很多工业产品例如乙醇、乳酸等化学品直接以玉米为原料处理后进行液化、糖化作为发酵的原料，由于玉米皮因为含有纤维素、半纤维素等成分而不能被这些微生物所利用，发酵结束后作为废弃物直接排放，造成了环境的污染和资源的浪费。目前对玉米皮采用碱解后加半纤维素酶的处理方式，得到的单糖收率不高而且易产生对发酵过程有抑制作用的糠醛类化合物。采用经济有效的方法实现对玉米皮的高效利用，作为发酵工业培养的原料，实现低成本、高效率制备高附加的工业产品，具有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用玉米皮制备的水解液。本专利技术的另一个目的是提供上述水解液的制备方法。本专利技术还有一个目的是提供上述水解液在配制培养基中的应用。一种利用玉米皮制备的水解液，该水解液通过下列方法制备得到将玉米皮采用物理方法处理，再采用化学方法和/或生物方法处理适当时间，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且单糖总含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。所述的水解液，其中物理方法采用热力学水解和/或机械处理的方式。所述的水解液，其中热力学水解方式是100-220℃加热、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破、超临界二氧化碳爆破或SO2-水蒸汽爆破；机械处理方式是粉碎或研磨。所述的水解液，其中化学方法采用酸处理。所述的水解液，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或盐酸。所述的水解液，其中生物方法是采用纤维素酶或者采用含有纤维素酶的菌株培养液处理。所述的水解液，该水解液中不含糠醛类化合物。所述的水解液的制备方法，该方法包括下列步骤将玉米皮采用物理方法处理，再采用化学方法和/或生物方法处理适当时间，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且单糖总含量占玉米皮干重54～71.9％的水解液。所述水解液的制备方法，该方法中物理方法采用热力学水解和/或机械处理的方式，其中热力学水解方式是100-220℃加热、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破或SO2-水蒸汽爆破；机械处理方式是粉碎或研磨；化学方法采用酸处理，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或盐酸；生物方法是采用纤维素酶或者采用含有纤维素酶的菌株培养液处理。所述的水解液在配制培养基中的应用。本专利技术的有益效果本专利技术通过对玉米皮进行水解制备的水解液用于发酵工业，不仅可以促进玉米的综合利用，而且可以代替葡萄糖等作为发酵糖源，降低了发酵成本，提高了经济效益；而且还可以充分利用可再生资源，减少环境污染和改善生态环境，促进国民经济的可持续发展，具有广泛的社会效益。本专利技术提供的方法采用物理破碎与化学方法和/或生物方法相结合的方式，可以实现玉米纤维中淀粉、纤维素、半纤维素三种主要组分的有效的水解，水解后水解液中单糖含量可达到玉米皮干重的70％，充分利用玉米皮各组分，不产生对发酵过程有抑制作用的糠醛类化合物，工艺路线的废弃物少，减少了原料的浪费。单糖是微生物培养重要的碳源，便于微生物利用，本专利技术水解制备的单糖种类适合于微生物培养，故本专利技术制备的水解液适于配制培养基。具体实施例方式下面的实施例对本专利技术作详细说明，但对本专利技术没有限制。实施例1取干燥的玉米皮，经机械粉碎过100目筛，加水制得混浆，玉米皮(干重)含量为16％(w/v)，加入98％浓硫酸，加入量为反应液体积的0.5％(v/v)，反应液于121℃水解30min，即得水解液。采用HPLC测定水解液中单糖含量(色谱柱Aminex HPC-87H，Bio-Rad.，Richmond；检测器为折光示差仪；进样量20μL，流动相5mmol/L H2SO4；流速0.6ml/min，温度65℃，以下实施例同)，结果如下(总糖含量为各单糖含量累加值，以下实施例同) 另经HPLC测定表明该水解液中不含糠醛类化合物。实施例2取一定质量干燥的玉米皮，加入1.5倍质量的水润湿后加入到汽爆装置(南京汇科生物工程设备有限公司，以下实施例同)中，通入氨气，氨气与玉米皮(干重)质量比为1∶1，压力1.5Mpa，100℃保持20min后释压爆破，取出碎片和爆破液，加水至玉米皮(干重)含量为8％(w/v)，加5％硫酸调节pH为5.0，加入纤维素酶(宁夏和氏璧生物技术有限公司)，加入量(加入的酶液的酶活满足内切酶活≥9万U/mL，外切酶活≥0.8万U/mL，二糖酶活≥0.6万U/mL，U为国际标准酶活单位，以下实施例同)为反应液体积的0.5％(v/v)，45℃进行酶解48h，继续加入占反应液体积0.5％(v/v)的98％浓H2SO4，121℃水解10min后，采用HPLC测定水解液含量，结果如下 另经HPLC测定表明该水解液中不含糠醛类化合物。实施例3取干燥的玉米皮，机械粉碎过100目筛，加水制得混浆，玉米皮(干重)含量为5％(w/v)，加热至160℃，保温30min，冷却至45℃，用3％盐酸调节pH为5.0，加入纤维素酶，加入量为反应液体积的0.5％(v/v)，45℃进行酶解48h，按照反应液体积的3％(v/v)加入36.5％浓HCl，121℃继续水解30min后采用HPLC测定各糖份含量，结果如下 实施例4取一定质量的干燥的玉米皮，加入0.8倍质量的水润湿后加入到气爆装置中，气爆装置中通入SO2，SO2的用量为玉米皮(干重)用量的3％(w/w)，汽爆装置操作温度为190℃，压力为2.0MPa，保持5min后释压爆破，取出爆破液和碎片，加入水使玉米皮(干重)质量占10％(w/w)，加入纤维素酶，加入量为反应液体积的0.5％(v/v)，45℃进行酶解48h后采用HPLC测定各糖份含量，结果如下 实施例5取干燥的玉米皮，经机械粉碎过100目筛，加水制得混浆，玉米皮(干重)含量为16％(w/v)，加入98％浓硫酸，加入量为反应液体积的0.5％(v/v)，反应液于121℃水解30min，冷却至室温，加5％硫酸调节pH为5.0。产纤维素酶的里氏木霉(Trichodermareesei，ATCC56765)接入羧甲基纤维素培养基斜面24℃培养96h后孢子悬液接入发酵培养基(5g/L葡萄糖，3g/L蛋白胨，5g/L玉米浆，3g/L KH2PO4，1g/L NaCl，0.5g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用玉米皮制备的水解液，其特征在于该水解液通过下列方法制备得到：将玉米皮采用物理方法处理，再采用化学方法和／或生物方法处理适当时间，制得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且单糖总含量占玉米皮干重５４～７１．９％的水解液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜岷，韦萍，陈可泉，姚嘉旻，陈美娟，孙娜亚，缪冶炼，欧阳平凯，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]