低聚木糖生產(chǎn)可行性實(shí)施報(bào)告

1、HenanUniversityofTechnology低聚木糖生產(chǎn)可行性報(bào)告學(xué)院：生物工程專業(yè)：生物工程班級：04級1班姓名：林婉虹學(xué)號：20044850123指導(dǎo)老帥：李浪目錄、項(xiàng)目總論3（一）低聚木糖概述3（二）低聚木糖的功能-3（三）項(xiàng)目提出的背景-3二、國內(nèi)外市場需求5三、原材料及資源情況-7四、設(shè)計(jì)方案7（一）低聚木糖生產(chǎn)原料木聚糖的制備8（二）低聚木糖的生產(chǎn)方法（三）本項(xiàng)目采用的方案10（四）工藝計(jì)算10五、建廠規(guī)模與廠址選擇11（一）建廠規(guī)模11（二）廠址選擇11六、設(shè)備選擇11七、產(chǎn)品指標(biāo)12八、環(huán)境評價(jià)12九、企業(yè)組織、勞動(dòng)定員和人員培訓(xùn)12十、評價(jià)結(jié)論一、項(xiàng)目總論(一) 低

2、聚木糖概述低聚木糖乂稱木寡糖，是由2-7個(gè)木糖分子以6(1-4)糖苜鍵結(jié)合而成的功能性聚合糖。低聚木糖(Xylo-oligosaccharides)是由28個(gè)木糖以6-1,4-糖苜鍵連接而成的低度聚合糖類的總稱。有效成分為聚合度為25的組分。低聚木糖系淡黃色粉末，甜度約為蔗糖的50%甜味純正，類似蔗糖。(二) 低聚木糖的功能一般認(rèn)為，低聚木糖是由木二糖木十糖等組成的，其中以木二糖、木三糖為主要有效成分。在自然界中，竹筍等天然植物中含有少量的低聚木糖。另外，一部分植物半纖維素在人體大腸內(nèi)也可以被分解轉(zhuǎn)化為低聚木糖。低聚木糖中，木二糖的甜度為蔗糖的40%,含量為50%的低聚木糖產(chǎn)品甜度約為蔗糖的3

3、0%，還可作為保濕劑在食品中使用。其粘度很低，且隨溫度升高而迅速下降。比其他功能低聚糖更耐酸、耐熱，5%低聚木糖水溶液在pH21B810范圍內(nèi)加熱1h后無明顯變化，100C加熱1h，幾乎不分解。因此低聚木糖可廣泛用丁酸性或需高溫處理的食品，如日本已將低聚木糖添加到黑醋中生產(chǎn)出保健醋飲料。此外，低聚木糖可作為低熱量食品添加劑，即便過量攝食，也不會(huì)導(dǎo)致肥胖。低聚木糖具有良好的生理學(xué)特性，主要表現(xiàn)在以下幾方面:(1)顯著的雙歧桿菌增殖能力。低聚木糖有明顯的雙歧桿菌增殖作用，而且除宵春雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌和長雙歧桿菌外,大多數(shù)腸道菌對低聚木糖的利用都比較差。低聚木糖是目前發(fā)現(xiàn)有效用量最少的低聚糖。實(shí)

4、驗(yàn)表明，每天只需口服017g，2周后大腸桿菌中的雙歧桿菌的比例從819%曾加到1719%，而擬桿菌(可能的致病菌)則從5216咖少到4414%;三周后，雙歧桿菌的比例增加到2012%，擬桿菌降至3219%(2)不被消化特性。與其他的低聚糖相比，木二糖在消化系統(tǒng)中最穩(wěn)定，不被消化酶水解，且代謝不依賴胰島素，可滿足患有諸如糖尿病、肥胖病和高血脂癥等特殊人群的需要。另外，與某些低聚糖產(chǎn)品含有可消化性單糖相比，他的主要伴隨成分為木糖，略有特殊氣味，具爽口甜味，也是一種不消化單糖，因此可不采用色譜分離技術(shù)進(jìn)行分離純化，普通濃度的低聚木糖產(chǎn)品就能滿足食品加工的要求，同時(shí)乂降低了生產(chǎn)成本。（3）無齒街齒性。

5、低聚木糖不能被口腔內(nèi)變異鏈球菌等細(xì)菌分解成粘著性的單糖如葡萄糖、果糖、半乳糖等，與蔗糖并用時(shí)能阻止蔗糖被棚i齒病原菌作用而生成水不溶性的高分子葡聚糖（牙垢），因此無融齒性并具有抗舫齒性，適合作為兒童食品的甜味添加劑。（4）促進(jìn)人體對鈣的吸收。攝入低聚木糖后，大鼠對鈣的消化吸收率可提高23%，體內(nèi)鈣的保留率提高21%。因此低聚木糖可作為開發(fā)孕婦、老年食品的理想原料。由丁低聚木糖具有良好的理化特性，可添加在低pH的食品中，如乳酸飲料、醋飲料中，即便長期保存，也不會(huì)分解而影響其保健效果；添加量小，效果顯著，故不會(huì)破壞原有食品的風(fēng)味；添加在焙烤食品中，可保持食品水分，改變面團(tuán)的流變特性。最近，日本學(xué)者

6、應(yīng)用小鼠實(shí)驗(yàn)研究表明，喂養(yǎng)含低聚木糖食物的小鼠，其體重以及脂肪組織重量均低丁正常喂養(yǎng)的小鼠。用低聚木糖作為營養(yǎng)物栽培的農(nóng)作物，具有抗病、生長迅速和果實(shí)產(chǎn)量大等優(yōu)良性狀。我國學(xué)者在“九五”期間也對其作為生物農(nóng)藥的應(yīng)用可能性及機(jī)理進(jìn)行了深入研究，并取得了一定的進(jìn)展（尚未發(fā)表數(shù)據(jù)）。由丁低聚木糖具有表面活性部位，可吸附腸道有蠹物質(zhì)及病原菌，提高機(jī)體抗病力，激活免疫系統(tǒng)，因此可在醫(yī)藥中廣泛應(yīng)用。含有低聚木糖的難消化性低聚糖可以預(yù)防和治療腹瀉11以及降低幼兒耳炎發(fā)病率12等。此外，低聚木糖還是一種效果良好的飼料添加劑。（三）項(xiàng)目提出的背景在日本，低聚木糖被認(rèn)為是最有前途的功能性低聚糖之一，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生

7、產(chǎn)并廣泛應(yīng)用，目前其年產(chǎn)量已超過1500t。經(jīng)日本保健食品學(xué)術(shù)委員會(huì)審定，厚生省第64號許可證認(rèn)定低聚木糖為特定保健用食品添加劑。我國低聚木糖的生產(chǎn)目前還處丁研制階段，尚未有工業(yè)化產(chǎn)品面市。日本市場上銷售的低聚木糖產(chǎn)品是三得利公司酶法生產(chǎn)的低聚木糖，有以下4種產(chǎn)品形式：低聚木糖70（液態(tài)），2500日元/kg;低聚木糖35（粉末），3000日元/kg;低聚木糖20（粉末），1900日元/kg（其中數(shù)字表示低聚木糖對總糖含量白分?jǐn)?shù)），片劑（114gX48粒，木聚糖含量25%)，每盒單價(jià)1580日元，且已經(jīng)應(yīng)用丁飲料和調(diào)味醋等產(chǎn)品。其他關(guān)丁低聚木糖的研究仍以日本為多。如野口等人用紙漿漂白用的芽抱桿

8、菌木聚糖酶來制備低聚木糖,乂如荒木等用產(chǎn)堿桿菌(AIcaligenes)生產(chǎn)的621,32木聚糖酶。法國Patrice等用梭狀芽抱桿菌(Clostridium)的木聚糖酶從玉米芯制備低聚木糖21。建議從農(nóng)林業(yè)的廢棄物，如玉米芯、款皮、啤灑糟、核樹中提取木聚糖，再用物理、化學(xué)或生物技術(shù)方法制備低聚木糖和木糖醇，并開展應(yīng)用丁藥物和食品工業(yè)的研究，特別提出了要進(jìn)行低聚木糖的純化，結(jié)構(gòu)特征及其作為抗炎藥或抗腫瘤劑生物活性量化的研究。低聚木糖的研究在國內(nèi)仍處丁研究階段。國內(nèi)很多有關(guān)專業(yè)的研究人員正在努力：1997年蔡靜平等報(bào)道了真菌分解玉米芯生產(chǎn)低聚木糖的研究。19992000年吳克，洪楓，袁其朋，楊瑞

9、金等陸續(xù)報(bào)道了他們制備低聚木糖的研究結(jié)果。二、國內(nèi)外市場需求近年來，無論國際還是國內(nèi)，功能性低聚糖作為食品添加劑的重要組成部分，它的應(yīng)用日益廣泛。隨著功能食品、功能飲料、功能乳品的快速發(fā)展，功能糖的市場容量也在急劇擴(kuò)張。據(jù)有關(guān)資料顯示，世界主要發(fā)達(dá)國家2000年有低聚糖產(chǎn)量已達(dá)到30多萬噸，主要用丁保健食品、醫(yī)藥、飼料等方面。根據(jù)北京東一信達(dá)營銷顧問有限公司近日完成的中國低聚糖市場研究報(bào)告)提供的數(shù)據(jù)，日本年需求低聚糖10萬噸，歐美各國年需120萬噸，預(yù)計(jì)在10年內(nèi)，功能食品所占的比例將為普通食品的25-30%,未來食品領(lǐng)域?qū)Φ途厶怯泻艽蟮男枨罅?。?jù)統(tǒng)計(jì)，我國在眾多保健食品中，用來調(diào)節(jié)人體生

10、態(tài)平衡的占40%以上。微生態(tài)學(xué)者提出通過整腸來抑制機(jī)體衰老,將腸道微生態(tài)保持在與宵壯年相似狀態(tài)，可延緩衰老、減少疾病?；∵@一發(fā)現(xiàn)，日本早在上世紀(jì)八九十年代就對調(diào)節(jié)人體微生態(tài)、整腸有特殊功效的低聚糖類進(jìn)行研究，使用低聚糖作為配料加入食品飲料及保健食品中，以發(fā)揮其獨(dú)特的保健作用。在臨床上，近年來發(fā)展的微生態(tài)制劑廣泛應(yīng)用，借以調(diào)整微生態(tài)失調(diào)，保持生態(tài)平衡，促進(jìn)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，控制某些感染性、菌群生態(tài)失調(diào)、菌群定位轉(zhuǎn)移所相關(guān)的多種胃腸道疾病。微生態(tài)制劑中的一類叫益生元(Prebiotics)是指一類非消化性的物質(zhì)，但可作為底物被腸道正常菌群利用，能夠選擇性地刺激腸內(nèi)一種或幾種有益的細(xì)菌生長的繁殖，抑制

11、有害細(xì)菌生長的菌種，對宿主健康具有有益作用。低聚糖類即屆丁益生元。我國是胃腸道疾病菌多發(fā)國家，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國有3.2億人受到胃腸功能不好的困擾。低聚糖作為一種獨(dú)特的保健食品和益生元，由丁其具有超強(qiáng)增強(qiáng)殖雙歧菌的特殊功效，對改善胃腸道功能、降低級血酣、調(diào)節(jié)機(jī)體平衡、提高免疫力等有明顯的作用。由丁消費(fèi)者健康意識的增強(qiáng)，低聚糖的眾多保健功能已成開發(fā)熱門。目前，低聚糖的開發(fā)進(jìn)展很快，低聚糖產(chǎn)品在功能食品中的應(yīng)用異彩紛呈。目前，雙歧因子主要有低聚木糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、乳果糖等，這些都可作為功能因子添加應(yīng)用在營養(yǎng)保健食品中。1996年以來，低聚果糖、低聚異麥芽糖一直廣泛被食品、保健食品行

12、業(yè)應(yīng)用。隨著保健食品市場的發(fā)展，人們的需求也有所提高，保健食品也逐漸趨丁具備服用方便、攜帶方便的條件，作為保健食品生產(chǎn)廠家也追求生產(chǎn)應(yīng)用方便。在眾多功能性低聚糖中，低聚木糖被視作增殖雙歧桿菌功能最好、抑制病原菌腐敗菌生長、凈化腸道功效最佳的功能性低聚糖。與其他低聚糖相比，其獨(dú)特性在?。焊哌x擇性增殖雙歧桿菌主要對人體有益菌，如宵春雙歧桿菌、長雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌有很強(qiáng)的增殖作用。；有效用量小、成本低，成人僅需0.7克/天；耐酸、耐熱，穩(wěn)定性好在pH2.5-8.0的范圍內(nèi)相當(dāng)穩(wěn)定，100C加熱1小時(shí)幾乎不分解，可應(yīng)用丁不適宜使用其他低聚糖的食品（或保健食品）中，特另U是酸性和需要進(jìn)行高溫處理的食

13、品（或保健食品）；除本身很難為人體消化酶系統(tǒng)所分解外，低聚木糖的伴隨成分木糖，也不被人體消化吸收，因此無須高度純化木二糖含量高的產(chǎn)品，就能滿足特殊人群，如糖尿病、肥胖和高血脂患者的食用要求。經(jīng)日本保健用食品學(xué)術(shù)委員會(huì)審定和日本厚生省第64號許可證認(rèn)定為“特定保健用食品添加劑”，每人每天的攝入量為0.77.5克?？芍苯幼鳛楸＝∈称蜂N售，也可作為保健食品功能因子開發(fā)高效保健食品。低聚木糖由丁添加量小、穩(wěn)定性好、選擇性高，從現(xiàn)在流行的攜帶、服用比較方便的膠囊、片劑等劑型來考慮，低聚木糖也是眾多保健食品廠家的首選。因?yàn)?，低聚木糖添加量比他功能性因子都小，所以在開發(fā)膠囊等體積小的產(chǎn)品方面占極大優(yōu)勢，這些

14、優(yōu)勢是其他低聚糖無法比擬的。在人類食品安全問題日益得到世界各國重視的今天，低聚木糖作為新型飼料添加劑，對丁動(dòng)物健康和生產(chǎn)性能促進(jìn)作用就某些方面來說并不業(yè)丁抗生素?？股刈鳛橐环N飼料添加劑能顯著提高畜禽的飼料利用率、日增重及經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，隨著抗生素產(chǎn)業(yè)的迅猛展，濫用抗生素給人類帶來了越來越大的副作用。因此，許多國家紛紛立法，越來越多的抗生素品種被禁止作為飼料添加劑使用，如歐盟已全面禁止抗生素的使用。政策的調(diào)整引發(fā)產(chǎn)業(yè)研究方向的變革與創(chuàng)新，世界各國學(xué)者開展了能克服抗生素上述弊端、無蠹副作用、無殘留的綠色飼料添加劑新型飼料添加劑的研究。益生菌和益生元也是目前飼料工業(yè)中研究熱點(diǎn)，作為微生態(tài)制劑的益生

15、菌已被各國認(rèn)可，并投入使用，低聚木糖等廣品屆丁益生元(Prebiotics)類,它是為消化道已有的有益細(xì)菌直接提供可發(fā)酵底物，作為益菌一一雙歧桿菌增殖因(bifidusfactor),促進(jìn)雙歧桿菌大量增加，以調(diào)節(jié)消化道的微生態(tài)平衡。國內(nèi)已有廠家拿到農(nóng)業(yè)部核發(fā)的飼料添加劑低聚木糖的生產(chǎn)許可證，并辦理了35%和75%兩個(gè)規(guī)格的低聚木糖產(chǎn)品批準(zhǔn)文號。目前，低聚木糖飼料添加劑已生產(chǎn)82噸。低聚木糖屆國際新型低聚糖類產(chǎn)品，以其功效強(qiáng)而受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。美國、日本近年來將功能食品稱之為21世紀(jì)食品，其研究開發(fā)十分活躍。我國的營養(yǎng)保健食品的發(fā)展業(yè)已形成或一定規(guī)模.并呈較快的發(fā)展趨勢。預(yù)計(jì)今年的銷售總額將超

16、過500億元，市場前景非常樂觀。低聚木糖具有優(yōu)越的生理學(xué)特性，使之不僅可廣泛適用丁保健食品、飲料、乳制品、糖果、餅和飲料等多種食品中，同時(shí)乂可用作食品、化工、醫(yī)藥、飼料行業(yè)的原料，是國內(nèi)外食品、生物、化學(xué)工業(yè)界研究的熱門領(lǐng)域。低聚木糖作為新型飼料添加劑，且為綠色產(chǎn)品，有望成為抗生素的替代產(chǎn)品具有良好的市場前景。三、原材料及資源情況低聚木糖的生產(chǎn)以玉米芯、蔗渣、棉籽殼為原料。玉米、棉花和水稻是我國三大經(jīng)濟(jì)作物，進(jìn)行玉米加工時(shí)，會(huì)有極大數(shù)量的下腳料玉米芯產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，年產(chǎn)量約為1.2億噸。按生產(chǎn)1千克玉米同時(shí)可得到1/3千克玉米芯計(jì)算，我國玉米芯年產(chǎn)量約0.4億噸，產(chǎn)量極其可觀。目前我國對玉米芯的

17、利用相對來說還很少，僅有4050萬噸用丁糠醛、木糖、木糖醇及酚類生產(chǎn)。另外，棉子殼、稻殼的產(chǎn)量也極其可觀。目前我國對玉米芯的利用很少，絕大部分作為農(nóng)家燃料被自自燒掉，棉子餅粕基本上全作為飼料蛋自原料1而稻殼幾乎全部被燃燒掉，能將玉米心、棉子餅粕和稻殼類可再生植物資源生產(chǎn)低聚木糖，可提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，乂可減少環(huán)境污染，并且可帶動(dòng)產(chǎn)區(qū)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高種植者的經(jīng)濟(jì)收入，形成新的產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和可持續(xù)發(fā)展的長遠(yuǎn)意義。四、設(shè)計(jì)方案低聚木糖的生產(chǎn)方法主要包括酸水解法、高溫降解法、生物降解法和微波降解法四種。酸水解法、高溫降解法和微波降解法由丁存在技術(shù)難度大、反應(yīng)速度很難控

18、制、設(shè)備投資大和反應(yīng)副產(chǎn)物多不利丁分離純化等缺點(diǎn)而工業(yè)應(yīng)用前景不大。生物酶法降解反應(yīng)速度易丁控制、專一性強(qiáng)且副產(chǎn)物少，因此酶法降解是低聚木糖最有工業(yè)應(yīng)用前景的方法。(一) 低聚木糖生產(chǎn)原料木聚糖的制備制備低聚木糖的原料為木聚糖，它在玉米芯、甘蔗渣、棉子殼和燕麥、樺木等農(nóng)林產(chǎn)品中含量相對較高，平均可達(dá)30%左右。存在丁植物細(xì)胞的細(xì)胞壁中,與其他的一些成分以一定的方式相互作用。在低聚木糖生產(chǎn)過程中，這些成分會(huì)防礙木聚糖與木聚糖酶之間的作用，從而降低形成速率和產(chǎn)率，因此在水解之前,必須對原料進(jìn)行有效地處理，提取出木聚糖。木聚糖的制備方法通常有以下幾種：直接局溫蒸煮提取木聚糖。Sasaka等在1995

19、年提出的直接局溫蒸煮提取法是利用木聚糖含有的乙酰基側(cè)鏈在高溫蒸煮時(shí)脫乙酰，形成乙酸，從而使體系的pH值下降，木聚糖分子發(fā)生自水解而溶解度增加。但高溫蒸煮法的提取液中還原糖與總糖之比較低，不利丁低聚木糖的生產(chǎn)，且其他副反應(yīng)隨溫度變化而較明顯。(1) 堿法提取木聚糖。日本的Isao在酶法制備木聚糖的研究中對原料預(yù)處理進(jìn)行了研究，采用不同稀堿溶液提取木聚糖，取得了較好的結(jié)果。酸法提取木聚糖。目前，酸法提取木聚糖已成功用丁木糖生產(chǎn)。但提取木聚糖存在較大的缺點(diǎn)，比如提取液中木糖比例很局，不能滿足低聚木糖的生廣要求；在提取過程中會(huì)產(chǎn)生許多副反應(yīng)并生成一些可能的致癌物質(zhì)，從而影響到終產(chǎn)品的安全性。楊瑞金等在

20、高溫蒸煮法的基礎(chǔ)上提出酸預(yù)處理后濕法蒸煮的方法，副反應(yīng)大大降低，且工藝上較為可行。(二) 低聚木糖的生產(chǎn)方法國內(nèi)已有文獻(xiàn)報(bào)道以玉米芯為原料，采用霉菌深層發(fā)酵直接生產(chǎn)低聚木糖。他們篩選出1株產(chǎn)低聚木糖的微生物，直接接種到含木聚糖的基質(zhì)中進(jìn)行發(fā)酵，木二糖對木聚糖轉(zhuǎn)化率可達(dá)5212%該法生產(chǎn)低聚木糖雖然工藝和設(shè)備簡單，但低聚木糖的提取相對困難，且產(chǎn)品色澤很深，產(chǎn)品安全性有待測試，因此不宜用丁工業(yè)生產(chǎn)。1998年，日本的Hiroharu等人17研究了將固定化米曲霉菌絲置丁裝有木聚糖懸浮液的反應(yīng)器中，水解得到低聚木糖，結(jié)果表明，該固定菌絲可以連續(xù)生產(chǎn)4批次并保持較高的酶活和穩(wěn)定性，但該法生產(chǎn)的低聚木糖中

21、含有大量木糖。酶法制備是目前生產(chǎn)低聚木糖的主要方法。利用內(nèi)切木聚糖酶水解木聚糖底物得到的以木二糖、木三糖為主要成分的混合物，因此酶解法的關(guān)鍵在丁木聚糖酶對底物的適應(yīng)性，即選擇合適的木聚糖酶。早在80年代中后期，日本的入江利夫研究小組就認(rèn)為，不同來源的木聚糖底物要求使用不同的微生物木聚糖酶。例如，以樺木木聚糖為底物時(shí)宜選用綠色木霉產(chǎn)木聚糖酶;以棉子殼、玉米芯等木聚糖為底物時(shí)宜選用球毛殼菌(Chaetomiumgracil)產(chǎn)的木聚糖酶。這是因?yàn)?，首先木聚糖的結(jié)構(gòu)根據(jù)其來源不同而不盡相同，除了木糖殘基以621，4糖苜鍵相連構(gòu)成的主鏈外，一般還含有其他種類的糖和其他基團(tuán)形成的側(cè)鏈或簡單的支義結(jié)構(gòu)，有

22、的木聚糖還含有乙?；鶄?cè)鏈，因此大多數(shù)木聚糖為非均一性多聚糖。其次，木聚糖酶是一類復(fù)合酶系，主要包括內(nèi)切62木聚糖酶、端切木聚糖酶、02木糖苜酶等。不同來源的酶系組分有所不同。目前，已報(bào)道的能產(chǎn)木聚糖酶的微生物有細(xì)菌、鏈霉菌、曲霉、宵霉、木霉和毛殼霉等，它們所含的酶系不盡相同，當(dāng)用丁制備低聚木糖時(shí)，則希望得到僅從內(nèi)部切621，4糖苜鍵的酶，從而得到酶解產(chǎn)物木二糖、木三糖，而希望沒有或減少從一端切621，4糖苜鍵的酶和水解木二糖、木三糖的木糖苜酶。入江利夫等的研究指出，綠色木霉產(chǎn)木聚糖酶對不同來源的木聚糖底物有較好的適應(yīng)性，因此是較理想的低聚木糖生產(chǎn)用木聚糖酶。后來，他們乂轉(zhuǎn)而對球毛殼霉木聚糖酶進(jìn)

23、行研究，通過對球毛殼霉菌株進(jìn)行誘變，大幅度提高了球毛殼霉菌株的產(chǎn)木聚糖酶能力，同時(shí)也大大改善了木聚糖酶系組成。誘變后菌株(Chaetomiumgracil1161)的木聚糖酶酶活從出發(fā)菌株的21U/g培養(yǎng)物提高到2410U/g培養(yǎng)基(固態(tài)發(fā)酵)，酶液用丁水解樺木木聚糖得到的水解產(chǎn)物的低聚木糖與木糖之比也從原來的34/66上升到72/21。他們對球毛殼霉變異菌株1161進(jìn)行進(jìn)一步的215t規(guī)模的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶的試驗(yàn)，固態(tài)發(fā)酵的酶活進(jìn)一步提高到2600U/g培養(yǎng)基。日本已將該項(xiàng)技術(shù)用丁低聚木糖的工業(yè)化生產(chǎn)，用玉米芯為原料，堿法制備木聚糖后再用球毛殼菌固定發(fā)酵生產(chǎn)。江南大學(xué)(原無錫輕工大學(xué))生

24、物工程學(xué)院陶文沂教授課題組自1996年以來，先后承擔(dān)了江蘇省科技廳“九五”工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目及國家輕工總局重點(diǎn)科研項(xiàng)目“木聚糖酶的生產(chǎn)和應(yīng)用研究”，已丁2000年5月完成了工廠8m3發(fā)酵罐規(guī)模的生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)通過江蘇省科技廳以及原國家輕工總會(huì)組織的專家組驗(yàn)收和鑒定。選育獲得了1株產(chǎn)木聚糖酶菌株，該菌株不產(chǎn)纖維素酶，且所產(chǎn)的木聚糖酶酶系中幾乎不含木糖苜酶，對不同來源的底物有良好的適應(yīng)性。利用該菌產(chǎn)的木聚糖酶粗酶直接酶解款皮、蔗渣以及玉米芯等來源的木聚糖時(shí)，所得的水解產(chǎn)物不含木糖，且水解得到的粗品中以木二糖和木三糖2個(gè)組分為主，完全符合高純度低聚木糖生產(chǎn)的要求。該工藝目前已經(jīng)申請國家發(fā)明專利并獲受

25、理(申請?zhí)?CN0010978811)。(三) 本項(xiàng)目采用的方案酶法制取低聚木糖(Xylooligosaccharide)低聚木糖是27個(gè)木糖以B(1t4)糖苜鍵結(jié)合而成的低聚糖，是木糖的直鏈低聚糖。低聚木糖一般是從富含木聚糖(Xylan)的植物(如玉米芯、蔗渣、棉籽殼和款皮等)為原料，通過木聚糖酶的水解作用，然后分離精制而獲得。自然界中很多霉菌和細(xì)菌能產(chǎn)生木聚糖酶(Xylanase)，工業(yè)上多采用球毛殼霉(Chaetomiumglobosum)產(chǎn)生內(nèi)切型木聚糖酶進(jìn)行木聚糖的水解，然后分離提純而制得低聚木糖。低聚木糖產(chǎn)品的主要成分為木糖、木二糖、木三糖和三糖以上的木聚糖，其中木二糖為主要有效成

26、分。木二糖是兩個(gè)木糖分子以B，1-4鍵相連而構(gòu)成的，甜度為蔗糖的40%低聚木糖的生產(chǎn)工藝包括木聚糖的提取和精制，木聚糖的水解和低聚木糖的純化。木聚糖的提取：乙醇、氯化鈉預(yù)浸洗除去可溶性糖和粗蛋白，氫氧化鈉抽提，乙酸中和，最后用乙醇將木聚糖沉淀出來12。木聚糖的酶法水解：低聚木糖是通過內(nèi)切木聚糖酶水解木聚糖而獲得，許多絲狀真菌都產(chǎn)木聚糖酶，但往往不止一種酶，如還產(chǎn)B21,42木糖苜酶。B21,42木聚糖酶在水解木聚糖時(shí)，不會(huì)水解木二糖，而B21,42木糖苜酶則會(huì)水解木二糖為木糖13。因此，篩選產(chǎn)木聚糖酶活高而B21,42木糖苜酶活低的菌株是生產(chǎn)的關(guān)鍵。低聚木糖的生產(chǎn)過程包括木聚糖的提取和精制、木

27、聚糖的水解和純化幾個(gè)步驟。具體工藝如下：玉米芯T木聚糖提取T精制T精制木聚糖液7酶降解T粗產(chǎn)品T精制T濃縮T普通產(chǎn)品T進(jìn)一步提純T高純產(chǎn)品。（四）工藝計(jì)算1. 木聚糖酶活力測定。丁2.4ml5.0g/L樺木木聚糖溶液（pH4.6檸檬酸2Na2HPO鉉沖液配制）中加入0.1ml適當(dāng)稀釋的酶液,50C反應(yīng)15min,立即加入2.5mlDNS試劑終止反應(yīng)，沸水浴7min顯色,丁540nm比色。在上述條件下,以1min水解木聚糖產(chǎn)生1mol還原糖（以木糖計(jì)）的酶量定義為1個(gè)酶活力國際單位（IU）8。2. 還原糖（RS）測定。采用3,52二硝基水楊酸（DNS）法測定還原糖（以木糖計(jì),g/L）3. 總糖量

28、（TS）測定。取一定量樣品，加入濃硫酸至終濃度72g/L,100C水解2h,用5mol/L的NaOH容液中和并定容，過濾，取濾液測定還原糖量。4. 溶出總糖量（%）計(jì)算。酸和酶水解液丁4000r/min離心20min,取上活液測定總糖量，即為可溶性總糖量。5. 溶出總糖量（%）=可溶性總糖量/風(fēng)干玉米芯質(zhì)量X1006. 可溶性糖平均聚合度（DP）計(jì)算。木聚糖經(jīng)酸和/或酶水解,其分子被降解，導(dǎo)致還原糖量上升，同時(shí)水溶性增加。一般可用（水解液）可溶性糖平均聚合度（DP）來衡量木聚糖被水解的程度，其數(shù)值越接近1.0，表示水解越徹底。當(dāng)用玉米芯等含有的木聚糖來制備低聚木糖時(shí)，該數(shù)值一般控制在1.71.8。平均聚合度（DP）=可溶性總糖量（g）/還原糖量（g）五、建廠規(guī)模與廠址選擇（一）建廠規(guī)模擬建年產(chǎn)200噸低聚木糧的設(shè)備，一期目標(biāo)為年產(chǎn)100噸，滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)量達(dá)200噸，隨著市場份額不斷擴(kuò)大可再擴(kuò)充產(chǎn)量，擴(kuò)充產(chǎn)量時(shí)只需要更換部分設(shè)備，設(shè)備