功能性添加剂木寡糖的制备研究

Animal Science AbroadDec. 2000 Vol.27 No. 6功能性添加剂木寡糖的制备研究石波'， 李里特2(1.中国农业科学院饲料研究所,北京100081; 2.中国农业大学,北京100094)摘要:提供1种以玉米芯为原料,采用高温蒸煮溶出玉米芯木聚糖,再利用内切型木聚糖酶酶解制备木寡糖的方法。所得终产物为以木二糖为主的木寡糖,总糖得率达到17%(按含36%木聚糖玉米芯计),可作为功能性饲料添加剂使用。关键词:功能性饲料添加剂;木寡糖;玉米芯;制备中图分类号:S816. 79.文献标识码:A文献编号:1002-6746(2000)-06-0014-04随着畜牧养殖业的迅猛发展,使得集约化养1实验材料殖的程度越来越高。在提高动物出栏率的同时,也1.1 实验原料 玉米芯粉 60目,北京昌平中带来了一些负影响，即一旦爆发疾病,很难控制。国农科院南口基地。为了防止疾病的传播,绝大多数养殖者采用在饲β-木聚糖酶中国科学院微生物所提供。料中大量添加抗生素的方式。长期使用抗生素,一1.2化学试剂KI.NazS2O3 ●5H2O、浓H2SO、、方面使动物对其产生抗药性,另一方面也造成了抗四水酒石酸钾钠、NaOH、NazHPO.、生素的濫用,给人类带来--定的危害。目前，国内外CuSO,●5H2O、无水硫酸钠、KIO3、可溶性淀粉、许多研究者都在致力于开发和研制新型、安全、高效NaCl、正丁醇.吡啶、二苯胺、丙酮、苯胺、磷酸均的功能性添加剂来替代和部分替代抗生素。为市售分析纯。功能性低聚糖是近几年开发研制出的新型、K2Cr2O,基准物:含量99. 95% ~100.05%。安全添加剂。木寡糖是功能性低聚糖家族中的重1.3实验仪器和设备 蒸煮罐:150 ml,不锈钢，要成员。除具有一般功能性低聚糖的功效,如①增自制;pH计:Mettler Toledo 320; 酶解反应器:殖肠道内双歧杆菌活性和菌数;②防止下痢和腹250 ml,玻璃,北京玻璃仪器厂;紫外可见光分光泻;③提高肌体免疫能力;④促生长等外,在酸性光度计,HP,美国;烘箱:上海实验仪器总厂。条件下(pH2.5)也不分解,几乎100%到达肠道，2实验方法与其它功能性低聚糖相比,木寡糖对双歧杆菌的2.1高温蒸煮准确称取3g(精确到0.01g)60增殖能力更强(陈瑞娟,1993)。另外,木寡糖具有目玉米芯粉，加入到有效容积为150ml高压釜极好的耐热性,可耐180C左右的高温,完全适合中,按一定固液比加入自来水,加盖密封后在设定饲料加工的要求。我国是一个农业大国,每年都有大量的下脚温度下进行蒸煮。蒸煮结束后,在流动水浴中冷却料玉米芯生成.除很少一部分得以利用外,绝大部到室温后取出,抽滤,测定滤液成份。分都被白白燃烧掉了。这不仅使得有效资源没有2.2 木聚糖酶酶解反应 在酶解反应器中加入得到充分的利用,而且还对环境造成了-定的污一定量的木聚糖酶和高温蒸煮液,用5N HCL溶染.因此进行利用玉米芯制备木寡糖的研究,意义液和5N NaOH溶液控制反应pH值在4.6~4.8,50C下搅拌反应,定时取样,待反应到一定时间重大。本试验以玉米芯为原料,通过高温蒸煮的方后,终止反应。中国煤化工接还原糖按Somo-法,对玉米芯中木聚糖的溶出规律进行了研究,并采用内切型木聚糖酶对所溶出的木聚糖进行酶gyYHCNMHG总还原糖按改进的Somogyi法测定;木聚糖酶酶活测定参照陈红歌解,制备木寡糖。等(1999年)的方法;木寡糖成分测定采用TLC收稿日期:200009-26法(朱静等,1999):展开剂:正丁醇:吡啶:蒸馏国外畜牧科技第27 卷第6期2000 年12月●15●水=6: 4: 3显色剂;2%二苯胺丙酮溶液: 2%糖水解时主链断裂的程度,即木聚糖的聚合度,因苯胺丙酮溶液: 85%磷酸=5: 5 ; 1,80C显色此可以说明蒸煮过程中玉米芯木聚糖降解下来的10 min。糖主要是聚合度较低的木聚糖。总还原糖TRS值3结果与分析随着蒸煮时间的增加而增加,当蒸煮温度为3.1蒸煮时间对 玉米芯木聚糖及其相关成分的170C时,玉米芯木聚糖的溶出率为47. 199%(以影响图 1-(A、B.C)所示为浸泡时间0hr、固液玉米芯含木聚糖计)。当蒸煮时间由30 min增到比1 : 10、蒸煮温度分别是150C、160C和170C120min时木质素OD值亦呈上升趋势。OD值表，时,蒸煮时间对玉米芯木聚糖及木质素溶解特性示的是木质素分解量的大小，是衡量玉米芯水解的影响。由图1-(A. B、C)可以看出,随着蒸煮时过程副反应程度的指标。OD值的增加表明木质间的增加,玉米芯木聚糖的溶出率呈上升趋势,但素的溶解性和降解量增大。增加蒸煮时间,糖液的木质素OD值(UVλ280nm处的吸光值)上升的幅pH值呈下降趋势,表明在蒸煮过程中玉米芯木度不大,其值在1~5之间。DP值表示的是木聚聚糖和木质素产生一些酸性物质,使得木聚糖降解成可溶性低聚合度的木聚糖,同时复合细胞间层的木质素部分降解。图1-(A、B.C)结果表明，5在一定蒸煮温度下,增加蒸煮时间可提高玉米芯10木聚糖的溶出率。_- ◆半纤维索洛3.2 蒸煮温度对玉米芯木聚糖及其相关成分的萧出事%影响为避免蒸煮温度过高造成玉米芯木聚糖发30min 60min 90min 120min燕点时间生剧烈分解,本实验选择了三个蒸煮温度150C、160C和170C ,在浸泡时间0h、固液比1 : 10、蒸图1-A蒸煮时间对玉米相关成分的影响煮时间120min条件下考察了蒸煮温度对玉米芯(蒸煮温度过150C ,浸泡时间0h)木聚糖和木质素溶出规律的影响,结果如图2所. 必5示。莘4+DRS5 30-←pHA__-*- DP40一DRS mg/Sml一TRS mg/5ml .*- Lignin 0D一-- DP- +半纤维索溶- 黄Lignin OD出率%+半纤维求溶出宰%蒸煮时间145 150 155 160 165 170 17蒸煮温度(度)图1-B蒸煮时间对玉米相关成分的影响(蒸煮温度过160C ,浸泡时间0h)图2蒸煮温度对玉米芯木聚糖及其相关成分的影响(浸泡时间0h, 蒸煮时间120min)50 |由图2可知,当蒸煮温度由150C上升为170C时，玉米芯木聚糖的溶出率由16. 823%增30 t心TRS加到47.199%,OD值由0.201变为0.658,说明20. Lignin OD增加蒸煮温度有利于玉米芯木聚糖的溶出,但同. 半纤维索洛时也中国煤化工加了副反应的发生程度YH;CN MH GJ,pH值由4.14降为3. 86。3.3浸泡时间对玉米芯木聚糖及其相关成分的图1-C蒸煮时间对玉米相关 成分的影响(蒸煮温度过170C ,漫泡时间0h)影响在蒸煮温度170C、蒸煮时间120min和●16●Animal Sciencee Abroad Dec. 2000 Vol. 27 No. 6固液比1 : 10的条件下,选择不同的浸泡时间,考存在一个最佳的固液比,其原因推测可能与玉米察各浸泡时间对玉米芯木聚糖及木质素溶出效果芯半纤维素水解动力学有关。的影响关系。图3为浸泡时间与玉米芯相关成分变化指标关系图。605o0|+pH40-B- DRS mg/sml030一- TRS m5/Sml0-- 0 DRS ng/5ml-*DP0t- TRS mg/5ml区2(30 -0”-*-Lignin OD10一出4%”-中纤维术溶出率%1:101:201:30因液I比(w/w)0hr4hr 6hr12hr侵旭时间图4固液比对玉米芯木聚糖 及其相关成分的影响(蒸煮温度160C ,浸泡时间0h,蒸煮时间120min)图3浸泡时间对玉米芯木聚糖及相关成分的影响(蒸煮温度170C ,蒸煮时间120min)3.5 蒸煮液pH值与颜色之间的关系影响 在从图3可见,当浸泡时间由0h增为12h时，实验过程中可以观察到玉米芯蒸煮液与其pH值玉米芯木聚糖的溶出率从47.199%增为之间存在着一定的关系。图5所示为蒸煮液与pH61.758%,但当浸泡时间为6h时,木取糖的溶出值关系。率已达到61. 492%。Nicholls(1970)研 究结果表圆5min0 10min .明,起始物料含水量的不同会影响到达蒸煮最高■20min温度的速度。由图3可以看出6h以后,随着浸泡口30min时间的增加,木聚糖的溶出率变化很小,表明玉米芯木聚糖水解速率增加较小，原料玉米芯的吸水量基本保持平衡,随着浸泡时间的增加,原料含水量对木聚糖水解速率影响不大。另外OD值由0.160度170度658递增为1.194表明随着浸泡时间的增加,木图5浸泡时间 0h,固液比1: 10质素的溶出量亦有所增大。图3结果表明170C←X;条件下,当浸泡时间达12h时,玉米芯木聚糖和←x木质素两者的溶出量皆为最高,说明原料起始含水量对其溶解性影响较大。其原因可能是原料起始含水量与热量传递性关系很大(陈洪章,1999)，还可能与木质素软化和半纤维素水解动力学有关图6木聚糖酶酶解蒸煮液所得产 品TLC结果(Delong等,1981)。从图5可知,pH值越低,蒸煮所得糖液的颜3.4固液比对玉米芯木聚糖及其相关成分的影色越深,这说明物料玉米芯中的发色团与pH值向图4是蒸煮温度160C、浸泡时间0 h、蒸煮有关。发色团的产生主要由木质素引起(陈洪章，时间120min条件下不同固液比与玉米芯相关成1999)。图5结果进-一步证明了玉米芯高温蒸煮过分的关系。程中国煤化工且木质素也发生-由图4可得当固液比为1 : 20时玉米芯木聚定THCNMHG糖溶出率最高,为56. 805% ,而当固液比为1 : 303.6”木聚糖酶酶解产物分析图6为木聚糖酶时玉米芯木聚糖溶出率降为49. 236%。因此玉米酶解蒸煮液(蒸煮温度170C ,浸泡时间0 h,蒸煮芯高温蒸煮时并不是加水量越多效果越好,而是时间120 min,固液比1 : 10)所得产物的TLC测国外畜牧科技第27 卷第6期2000 年12月●17●定结果。本实验提供了所需的木聚糖酶液。在此一并表示感谢!由图6可看出本实验最终可得到以木二糖为参考文献主的木寡糖产品。产品总糖得率达到17%(按含1陈红歌,等. 微生物学报1999, 39(4);89~93.36%木聚糖玉米芯计)。2陈洪章. 纤维素科学与技术,1999,7(2):60~67.4结论以玉米芯为原料采用高温蒸煮和内切型木聚3陈瑞娟. 食品与发酵工业1993,(2);82~90.4日下部功. 农化,1969,43(3):145~153.糖酶联合的方法制得了以木二糖为主的木寡糖产5朱静,等.生物工程学报,199,15(1);75~78.品,总糖得率为17%(按含36%木聚糖玉米芯6 Delong E A,et al. Can Pat. 1981.计)。7 M Somogyi,J Biolchem,1945,61.160.致谢:本研究是在导师李里特教授的悉心指导下完Nicolls G A. Wood Sci Technol,1970,7(2) :60~67.成的。中科院微生物所的严自正研究员和梁改芹老师为Study on the Preparation of Functional Additive XylooligosacchridesShi Boet al .(Feed Research Institute of Chinese Academy of Agriculture Sciences ,Beijing 100081)Abstract: This paper discusses a method for preparing functional additive -xylooligosacchrides from corncob. Themethod includes two main procedures. First is the extraction of the dissolvable corncob xylan. Second is the xylanase re-action with the xylan. Xylobiose is the main products in the xylooligosacchrides and can be used as a functional feed addi-ive.Key words : Functional feed additive; Xylooligosacchrides ; Corncob; Preparation北京菲迪饲料科技有限公司，蒜迪饲料本公司是注册于北京市海淀区高新技术产高为适应本公司业务迅速发展的需要,特业开发区的高科技饲料企业。产品为本公司薪在全国范围内长期高薪诚聘;科技专家与中国农业大学动物营养学教授经诚!●区域经理业务代表;多年研究，精心设计出的适合于中国养殖特聘●饲料厂管理/技术人员;点的畜禽、水产系列预混料及浓缩料。●技术服务代表。要求: 1.畜牧、兽医、动物营养、饲料加工、水产及相关专业、大专以上学历;2.两年以上专业工作经验或多年从事畜牧、水产工作背景;3.贵任感强、吃苦耐劳.能长期出差。有意者请将简历.毕业证、身份证复印件及近照寄到公司人事部。提暌颼想密闷愿显 英雄本色中国煤化工地址:北京市海淀区上地信息产业基地信息路19号商YHCNMHG电话:(010)82890018 82890510 82890511传真:(010)82890510邮编: 100085联系人:阎小姐争做民族饲料工业先锋