一種利用玉米皮製備的水解液及其製備方法和應用的製作方法
2023-04-27 02:44:41 1
專利名稱：一種利用玉米皮製備的水解液及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物工程技術領域，涉及一種利用玉米皮製備的水解液，本發明還涉及該水解液的製備方法和應用。
背景技術：
玉米皮又稱玉米纖維，是玉米深加工過程中產生的副產物。玉米皮主要是一些粘附澱粉的外部果皮或種皮，是一種非常好的可再生資源，約佔玉米總質量的10％左右。根據材料的來源以及用於其定性的分析方法的不同，組成分析所得結果也是相應變化的，主要含有15-20％澱粉，10-13％的蛋白，20-22％纖維素，30-45％半纖維素，2-3％油，1-2％灰分，其它組分為3％-7％，其中纖維素主要由葡萄糖分子以β-1，4糖苷鍵連接而成的複雜的高分子物質，半纖維素是由聚戊糖、聚己糖及聚糖醛酸組成。玉米皮約76％組分均為糖份，各種單糖含量約為46％葡萄糖，10％阿拉伯糖，2％半乳糖，17％的木糖和1％的甘露糖。
我國是玉米生產與加工的大國。目前我國玉米澱粉行業年加工玉米1000萬噸，玉米皮估計有100萬噸，主要用作農業飼料，大大降低了它的使用價值。同時隨著工業的不斷發展和原油價的不斷上漲，利用可再生資源來取代石油製品迫在眉睫。目前很多工業產品例如乙醇、乳酸等化學品直接以玉米為原料處理後進行液化、糖化作為發酵的原料，由於玉米皮因為含有纖維素、半纖維素等成分而不能被這些微生物所利用，發酵結束後作為廢棄物直接排放，造成了環境的汙染和資源的浪費。目前對玉米皮採用鹼解後加半纖維素酶的處理方式，得到的單糖收率不高而且易產生對發酵過程有抑制作用的糠醛類化合物。採用經濟有效的方法實現對玉米皮的高效利用，作為發酵工業培養的原料，實現低成本、高效率製備高附加的工業產品，具有積極的意義。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用玉米皮製備的水解液。
本發明的另一個目的是提供上述水解液的製備方法。
本發明還有一個目的是提供上述水解液在配製培養基中的應用。
一種利用玉米皮製備的水解液，該水解液通過下列方法製備得到將玉米皮採用物理方法處理，再採用化學方法和/或生物方法處理適當時間，製得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量佔玉米皮乾重54～71.9％的水解液。
所述的水解液，其中物理方法採用熱力學水解和/或機械處理的方式。
所述的水解液，其中熱力學水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破、超臨界二氧化碳爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨。
所述的水解液，其中化學方法採用酸處理。
所述的水解液，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸。
所述的水解液，其中生物方法是採用纖維素酶或者採用含有纖維素酶的菌株培養液處理。
所述的水解液，該水解液中不含糠醛類化合物。
所述的水解液的製備方法，該方法包括下列步驟將玉米皮採用物理方法處理，再採用化學方法和/或生物方法處理適當時間，製得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量佔玉米皮乾重54～71.9％的水解液。
所述水解液的製備方法，該方法中物理方法採用熱力學水解和/或機械處理的方式，其中熱力學水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨；化學方法採用酸處理，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸；生物方法是採用纖維素酶或者採用含有纖維素酶的菌株培養液處理。
所述的水解液在配製培養基中的應用。
本發明的有益效果本發明通過對玉米皮進行水解製備的水解液用於發酵工業，不僅可以促進玉米的綜合利用，而且可以代替葡萄糖等作為發酵糖源，降低了發酵成本，提高了經濟效益；而且還可以充分利用可再生資源，減少環境汙染和改善生態環境，促進國民經濟的可持續發展，具有廣泛的社會效益。本發明提供的方法採用物理破碎與化學方法和/或生物方法相結合的方式，可以實現玉米纖維中澱粉、纖維素、半纖維素三種主要組分的有效的水解，水解後水解液中單糖含量可達到玉米皮乾重的70％，充分利用玉米皮各組分，不產生對發酵過程有抑制作用的糠醛類化合物，工藝路線的廢棄物少，減少了原料的浪費。單糖是微生物培養重要的碳源，便於微生物利用，本發明水解製備的單糖種類適合於微生物培養，故本發明製備的水解液適於配製培養基。
具體實施例方式下面的實施例對本發明作詳細說明，但對本發明沒有限制。
實施例1取乾燥的玉米皮，經機械粉碎過100目篩，加水製得混漿，玉米皮(乾重)含量為16％(w/v)，加入98％濃硫酸，加入量為反應液體積的0.5％(v/v)，反應液於121℃水解30min，即得水解液。採用HPLC測定水解液中單糖含量(色譜柱Aminex HPC-87H，Bio-Rad.，Richmond；檢測器為折光示差儀；進樣量20μL，流動相5mmol/L H2SO4；流速0.6ml/min，溫度65℃，以下實施例同)，結果如下(總糖含量為各單糖含量累加值，以下實施例同)
另經HPLC測定表明該水解液中不含糠醛類化合物。
實施例2取一定質量乾燥的玉米皮，加入1.5倍質量的水潤溼後加入到汽爆裝置(南京匯科生物工程設備有限公司，以下實施例同)中，通入氨氣，氨氣與玉米皮(乾重)質量比為1∶1，壓力1.5Mpa，100℃保持20min後釋壓爆破，取出碎片和爆破液，加水至玉米皮(乾重)含量為8％(w/v)，加5％硫酸調節pH為5.0，加入纖維素酶(寧夏和氏璧生物技術有限公司)，加入量(加入的酶液的酶活滿足內切酶活≥9萬U/mL，外切酶活≥0.8萬U/mL，二糖酶活≥0.6萬U/mL，U為國際標準酶活單位，以下實施例同)為反應液體積的0.5％(v/v)，45℃進行酶解48h，繼續加入佔反應液體積0.5％(v/v)的98％濃H2SO4，121℃水解10min後，採用HPLC測定水解液含量，結果如下
另經HPLC測定表明該水解液中不含糠醛類化合物。
實施例3取乾燥的玉米皮，機械粉碎過100目篩，加水製得混漿，玉米皮(乾重)含量為5％(w/v)，加熱至160℃，保溫30min，冷卻至45℃，用3％鹽酸調節pH為5.0，加入纖維素酶，加入量為反應液體積的0.5％(v/v)，45℃進行酶解48h，按照反應液體積的3％(v/v)加入36.5％濃HCl，121℃繼續水解30min後採用HPLC測定各糖份含量，結果如下
實施例4取一定質量的乾燥的玉米皮，加入0.8倍質量的水潤溼後加入到氣爆裝置中，氣爆裝置中通入SO2，SO2的用量為玉米皮(乾重)用量的3％(w/w)，汽爆裝置操作溫度為190℃，壓力為2.0MPa，保持5min後釋壓爆破，取出爆破液和碎片，加入水使玉米皮(乾重)質量佔10％(w/w)，加入纖維素酶，加入量為反應液體積的0.5％(v/v)，45℃進行酶解48h後採用HPLC測定各糖份含量，結果如下
實施例5取乾燥的玉米皮，經機械粉碎過100目篩，加水製得混漿，玉米皮(乾重)含量為16％(w/v)，加入98％濃硫酸，加入量為反應液體積的0.5％(v/v)，反應液於121℃水解30min，冷卻至室溫，加5％硫酸調節pH為5.0。產纖維素酶的裡氏木黴(Trichodermareesei，ATCC56765)接入羧甲基纖維素培養基斜面24℃培養96h後孢子懸液接入發酵培養基(5g/L葡萄糖，3g/L蛋白腖，5g/L玉米漿，3g/L KH2PO4，1g/L NaCl，0.5g/L MgCl2，2mL/L吐溫80，pH5.0，121℃滅菌30min)中，26℃下培養5d，培養液5000r/min離心10min取上清。把上清液與酸解後的玉米皮混漿1∶1(體積比)混合，48℃酶解60h後採用HPLC測定各糖份含量，結果如下
另經HPLC測定表明該水解液中不含糠醛類化合物。
實施例6
實施例1製得玉米皮水解液50ml，調節pH7.0，121℃滅菌20min，加入到裝有已滅菌的50ml發酵培養基的血清瓶中(發酵培養基中含有100g/L MgCO3，5g/L酵母膏，1g/L KH2PO4，1g/L NaCl，121℃滅菌20min)，作為發酵培養液。
一株產琥珀酸的產琥珀酸放線桿菌(Actinobacillus succinogenes，ATCC55618)在厭氧培養箱(Bugbox)37℃，TSA(大豆蛋白瓊脂)平板培養24h後，接種環接入2環菌株到發酵培養液中，37℃，搖床(太倉搖床廠)180rpm振蕩培養48h。HPLC測定0h、48h發酵液中糖份變化和琥珀酸含量，結果如下
權利要求
1.一種利用玉米皮製備的水解液，其特徵在於該水解液通過下列方法製備得到將玉米皮採用物理方法處理，再採用化學方法和/或生物方法處理適當時間，製得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量佔玉米皮乾重54～71.9％的水解液。
2.根據權利要求1所述的水解液，其特徵在於物理方法採用熱力學水解和/或機械處理的方式。
3.根據權利要求2所述的水解液，其特徵在於熱力學水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破、超臨界二氧化碳爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨。
4.根據權利要求1所述的水解液，其特徵在於化學方法採用酸處理。
5.根據權利要求4所述的水解液，其特徵在於酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸。
6.根據權利要求1所述的水解液，其特徵在於生物方法是採用纖維素酶或者採用含有纖維素酶的菌株培養液處理。
7.根據權利要求1所述的水解液，其特徵在於該水解液中不含糠醛類化合物。
8.權利要求1所述的水解液的製備方法，其特徵在於包括下列步驟將玉米皮採用物理方法處理，再採用化學方法和/或生物方法處理適當時間，製得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量佔玉米皮乾重54～71.9％的水解液。
9.根據權利要求8所述水解液的製備方法，其特徵在於物理方法採用熱力學水解和/或機械處理的方式，其中熱力學水解方式是100-220℃加熱、水蒸汽爆破、氨-水蒸汽爆破或SO2-水蒸汽爆破；機械處理方式是粉碎或研磨；化學方法採用酸處理，其中酸是丁二酸、硝酸、硫酸或鹽酸；生物方法是採用纖維素酶或者採用含有纖維素酶的菌株培養液處理。
10.如權利1要求所述的水解液在配製培養基中的應用。
全文摘要
本發明屬於生物工程技術領域，公開了一種利用玉米皮製備的水解液及其製備方法和應用。該水解液是將玉米皮採用物理方法處理，再採用化學方法和/或生物方法將破碎的玉米皮處理，製得含有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖且單糖總含量佔玉米皮乾重54～71.9％的水解液。該水解液可用於配製培養基。本發明提供的水解液可以替代葡萄糖等作為發酵糖源，降低了發酵成本，提高了經濟效益；且充分利用可再生資源，促進玉米的綜合利用，減少環境汙染和改善生態環境，促進國民經濟的可持續發展，具有廣泛的社會效益。
文檔編號C12P1/00GK1966665SQ20061009763
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月17日 優先權日2006年11月17日
發明者姜岷, 韋萍, 陳可泉, 姚嘉旻, 陳美娟, 孫娜亞, 繆冶煉, 歐陽平凱 申請人:南京工業大學