茶籽壳半纤维素水解废液发酵产木糖醇工艺研究

茶籽壳半纤维素水解废液发酵产木糖醇工艺研究

摘要

茶籽壳可作为木糖生产的重要来源之一,本研究以工业上常用的酸水解法来水解茶籽壳中的半纤维素发酵产木糖醇，酸法能彻底水解木聚糖，产物以木糖为主，有利于后续工艺的分离纯化，而且工艺简单、容易控制、重现性好，是一种利用茶籽壳制备木糖的较佳方法。因此茶籽壳可以作为木糖醇生产的重要来源之一。

本研究以茶籽壳为原料，经过3-5%稀盐酸水解可得到纤维素水解液再经Ca(OH)2调节pH，用活性炭脱毒后可得以木糖为主的水解液。在后续研究中，我们将进一步对水解液进行发酵、浓缩、脱色、提取、结晶等处理用于制备木糖醇，从而实现从茶籽壳到木糖醇的全套工艺参数，为以茶籽壳制备木糖醇的生产提供理论参考。

本研究应用了现在微生物发酵原理，运用热带假丝酵母发酵制备木糖醇，并对实验室发酵单因素条件及正交条件进行了摸索。

通过摇瓶发酵，研究了营养条件和培养基对酵母产木糖醇的影响，确定了最佳单因素发酵条件：发酵温度为35℃、无机盐为氯化铵，转速为160r/min、pH为中性（6.8）。正交试验确定了最佳发酵条件：发酵温度为35℃、无机盐为硫酸铵，在以上条件同时存在下发酵72h产木糖醇的量最多，木糖醇的量可达到28.07% 。

关键词:茶籽壳、木糖醇、酸水解、脱毒

Title Tea seed shell hemicellulose hydrolysis liquid producing xylitol fermentation technology was studied

Abstracr

Tea seed shells can be used as one of the important sources of xylose production, this study on the industrial hydrolyzed by acid hydrolysis method hemicellulose producing xylitol fermentation of tea seed shell, acid method can complete hydrolysis of xylan, product is given priority to with xylose, beneficial to the separation and purification of the follow-up process, and the process is simple, easy to control, good reproducibility, is a kind of preparation of xylose tea seed shell using better methods. So tea seed shell can be used as one of the important sources of xylitol production.

This study of tea seed shell as raw material, after a 3-5% hydrolyzed dilute hydrochloric acid hydrolysis of cellulose can be obtained by the Ca (OH) 2 to adjust p set of process parameters, for the preparation of xylitol in tea seed shell production to provide theoretical reference.

This study applies the principle of microbial fermentation, now use of tropical candida preparation of xylitol fermentation, and the laboratory conditions for the fermentation conditions of single factor and orthogonal error.

Nutrition conditions is studied through shaking flask fermentation, and the impact of culture medium of yeast producing xylitol, the best single factor fermentation conditions were determined: fermentation temperature of 35 ℃, inorganic salt as ammonium chloride, rotating speed of 160 r/min, pH to neutral (6.8). Orthogonal test to determine the best fermentation condition: fermentation temperature of 35 ℃, inorganic salt for ammonium sulfate, under the above conditions exist at the same time of 72 h of xylitol production quantity, most the quantity of xylitol can reach 28.07%.

Key words: tea seed shell, xylitol, acid hydrolysis, detoxification

摘要 2

目录 4

1. 引言 6

1.1茶籽壳 6

1.2茶籽壳的用途 7

1.2.1茶籽壳制备糠醛 7

1.2.1.1糠醛的性质和用途 7

1.2.1.2糠醛的制备 7

1.2.1.3糠醛下游衍生产品应用 8

1.2.3茶籽壳制备木糖醇 9

1.2.3.1木糖醇的性质 9

1.2.3.2发酵法制木糖醇 9

1.2.3.3木糖醇的功能 9

1.3木糖醇的作用和功效 10

1.3.1木糖醇的功能 10

1.3.1.1　甜味剂 10

1.3.1.2改善肝功能 10

1.3.1.3防龋齿功能 10

1.3.1.4减肥功能 10

1.3.2木糖醇的应用范围 10

1.3.3木糖醇的健康作用 11

1.3.4木糖醇的防龋作用 11

1.3.5木糖醇苹果醋结合的作用 12

1.4木糖醇生产的研究进展 12

1.4.1化学合成法 13

1.4.2化学生物合成法 14

1.4.3 全生物合成法 15

1.4.4 多菌多步转化葡萄糖生成木糖醇 15

1.4.5两菌两步转化葡萄糖生成木糖醇 16

1.4.6 基因工程菌一步发酵葡萄糖生成木糖醇 17

1.5木糖醇研究在目的及意义 17

2实验方法 17

2.1材料与仪器 17

2.1.1仪器 17

2.1.2药品 17

2.2测定方法 18

2.2.1 茶籽壳酸水解产物木糖的测定 18

2.2.2 茶籽壳酸水解条件正交优化 18

2.2.3稀盐酸水解 19

2.2.4调节pH 19

2.2.5脱毒 19

2.2.6培养基的配制 19

2.2.7灭菌 19

2.2.8接种和发酵 20

2.2.9蒸馏 20

2.2.10木糖醇的提取率公式 21

3 茶籽壳的酸水解条件单因素优化 21

3.1 酸浓度对木糖产率的影响 21

3.2发酵温度对木糖醇提取率的影响 22

4结论 22

5致谢 24

参考文献： 25

参考文献：

[1]张宝成.木糖醇的由来及用途[J]. 化学教育. 2006(06)

[2]张凤清,张丽君,周长民.木糖醇的特性及应用[J]. 当代化工. 2008(01)

[3]申玉民.木糖醇的功能和应用[J]. 江苏调味副食品. 2014(03)

[4]怀文辉,何秀萍,张博润.微生物产木糖醇的研究进展及应用前景[J].微生物学通报. 2000(01)

[5] Werpy T, Petersen G. Top value added chemicals from biomass: Volume Ⅰ. Results of screening for potential candidates from sugars and synthesis gas [EB/OL]. 2004-08-06.

[6] 成英, 闫书磊, 明立雪.木糖醇的生产工艺及应用研究进展[J]. 甘肃石油和化工, 2008, (3): 18-21, 43.

[7] 金树人, 李瑛, 夏桂珍, 等.糖醇生产技术与应用[M].北京：中国轻工业出版社，2008.

[8] Nigam P, Singh D. Processes of fermentative production of xylitol—a sugar substitute [J]. Process Biochem, 1995, 30 (2): 117-124.

[9] Izumori K, Tuzaki K. Production of xylitol from D-xylulose by Mycobacterium smegmatis [J]. J Ferment Technol, 1988, 66(1): 33-36.

[10]李杨,陈涛,赵学明.微生物基因组简化的研究进展[J]. 生命科学. 2011(09)

[11] 徐俊, 郑建仙, 葛亚中.木糖醇的发酵法生产[J]. 中国食品添加剂, 2003, 5: 44-49.

[12] Nakano K, Katsu R, Tada K, et al. Production of highly concentrated xylitol by Candida magnoliae under a microaerobic condition maintained by simple fuzzy control[J]. J Biosci Bioengin, 2000, 89(4): 372-376.

[13]季更生,王杏文,勇强,余世袁.葡萄糖对树干毕赤酵母发酵木糖的影响[J]. 浙江林学院学报. 2008(02)

[14]李香妹,马少怀.木糖醇的生理功能及含木糖醇食品的试制[J]. 食品工业科技. 2003(07)

[15]隋少飞,陈松林.巴氏毕赤酵母表达系统的特点及其研究进展[J]. 生物技术通报. 2004(03)

[16] Mussatto S I, Dragone G, Roberto I C. Influence of the toxic compounds present in brewer’s spent grain hemicellulosic hydrolysate on xylose-to-xylitol bioconversion by Candida guilliermondii[J]. Process Biochem, 2005, 40: 3801-3806.

[17]孙昆山,夏黎明.玉米芯水解液发酵生产木糖醇的研究[J].林产化学与工业. 2002(02)

[18] Nolleau V, Preziosi-Belloy L, Navarro J M. The reduction of xylose to xylitol by Candida guilliermondii and Candida parapsilosis: incidence of oxygen and pH [J]. Biotechnol Lett, 1995, 17: 417-422.

[19]游银伟,迟晓峰,岳寿松,张昌爱,王梅,王艳芹,刘英.沼气发酵液中一株酵母菌菌株的鉴定与系统发育分析[J].中国沼气.2008(04)

[20] Rodrigues D C, Silva S S, Prata A M, et al. Biotechnological production of xylitol from agroindustrial residues. Evaluation of bioprocesses [J]. Appl Biochem Biotechnol, 1998, 70/72:869-875

[21]王伟.木糖醇新型制备工艺及其在面制品中的应用研究[D]. 山东农业大学 2013

[22]林燕清. 葡萄糖酸氧化杆菌产木糖醇发酵条件优化及关键酶基因的克隆与表达[D].浙江大学,2012.

[23]林燕清,谢志鹏,张建国,鲍文娜,潘海峰,李博义. 葡萄糖酸氧化杆菌木糖醇脱氢酶基因的克隆与表达(英文)[J]. 微生物学报,2012,06:726-735.

[24]林燕清,谢志鹏,张建国,鲍文娜,潘海峰,李博义. 葡萄糖酸氧化杆菌木糖醇脱氢酶基因的克隆与表达(英文)[J]. 微生物学报,2012,06:726-735.

[25]张亚珍. 代谢木糖和葡萄糖产乙醇的重组酿酒酵母的构建[D].首都师范大学,2008.

[26]张裕强.水蒸气蒸馏法与超临界CO2萃取法提取荜茇挥发油的比较及膜法精制提油水液的研究[J].南京中医药大学,2008,

[27] Emodi A. 木糖醇的属性和食品应用[J]. 食品引用, 1978: 28-32.