酶法高效制备低聚木糖工艺的建立与优化

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:dorothyhe
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低聚木糖是木聚糖水解产生的、由2-7个木糖分子以糖苷键连接而成的功能性低聚糖。目前制备低聚木糖(以木二糖和木三糖为主)的方法很多,其中利用酶法最为有效和广泛。麦麸是主要粮食作物小麦加工的副产物,其成分丰富,价格低廉,所以提高麦麸的经济价值是亟待解决的问题。为此,本文对黑曲霉木聚糖酶的性质进行分析,优化并建立了以麦麸为原料,利用木聚糖酶XynC制备低聚木糖的工艺,并进一步探讨了多酶协同制备低聚木糖的生产工艺,从而综合提高麦麸的经济价值。主要结果如下:在发酵制备木聚糖酶XynA、XynB和XynC酶液的基础上,对其酶学性质进行了研究,三种木聚糖酶的最适作用温度范围分别为30-55℃、30-45℃和25-50℃,最适作用pH范围分别为3.5-4.0、2.0-4.0和2.0-3.0。K+对三者的活性均有不同程度的促进作用,SDS对三者的活性均有明显的抑制作用。Mn2+、Fe3+、Cu2+、Sn2+、EDTA和SDS对三种木聚糖酶的活性均有不同程度的抑制作用。进一步通过HPLC确认了 XynA、XynB和XynC三种木聚糖酶水解麦麸的产物组成,其中XynA和XynB的酶解产物以木糖和木二糖为主,木二三糖在产物中的占比分别为68.0%和77.2%,XynC的酶解产物主要是木二糖和木三糖,二者占比为81.7%。因此,选择XynC作为酶解麦麸制备低聚木糖的主体酶开展后续研究。通过单因素实验及正交实验,建立并优化了木聚糖酶XynC酶解麦麸制备低聚木糖的基本工艺,其最佳工艺条件为:以5%(w/v)的麦麸为底物,木聚糖酶XynC的最佳添加量为7 U/g、作用时间为10 h、作用pH和温度分别为3.0和35℃;并利用薄层色谱(TLC)确认了水解产物主要为木糖、木二糖和木三糖,经高效液相色谱(HPLC)进一步确认了各酶解产物的浓度分别为木糖1.07 g/L、木二糖1.15 g/L、木三糖1.79 g/L和木四糖1.36g/L。其中麦麸转化为低聚木糖的总转化率为10.72%。研究了多酶协同作用制备低聚木糖的生产工艺。形成的最优工艺为:调节pH 5.0,按照每克麦麸添加高温α-淀粉酶150 U,煮沸10 min后冷却至55℃,补加中温α-淀粉酶15 U、普鲁兰酶2 U和糖化酶150 U作用8 h的工艺去除麦麸中的淀粉:按照每克麦麸添加果胶酶(PgaB)150U,纤维素酶(Eng3B)50U,50℃温浴8h去除麦麸中的纤维素;按照每克麦麸添加蛋白酶(ExpA)0.25 U,50℃温浴8 h去除麦麸中的蛋白质;该工艺条件下以5%(w/v)麦麸为原料制备低聚木糖,各酶解产物的浓度分别为木糖2.47 g/L、木二糖2.66 g/L、木三糖4.10g/L和木四糖3.11 g/L。低聚木糖的总转化率达到19.69%,较优化前提高了近1倍。本研究为酶解麦麸高效制备低聚木糖提供了工艺参考,并为麦麸的综合加工利用提供了新的思路。
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