从玉米芯提取低聚木糖工艺技术
低聚木糖生产
低聚木糖生产
低聚木糖的生产技术包括从玉米芯、棉子壳以及蔗渣等原料中提取木聚糖和木聚糖酶法水解，和最后低聚木糖产品的纯化等三个方面。
低聚木糖的制备主要采用多糖降解的方法，在生产中，按照提取木聚糖的方法不同，一般可分为以下四种：①酸水解法：②热水抽提(包括蒸汽爆破)法；③酶水解法；
④微波降解法I9l。
酸法提取木聚糖时木糖含量太高，不利于低聚木糖的生产；碱法提取木聚糖时得到的木聚糖浆粘度太高，不便与操作，且产物中还原糖含量高，不利于生产；因此在工业化生产中，一般采用的是蒸煮法提取木聚糖，再加酶水解的生产工艺路线：原料(玉米芯、蔗渣等)一木聚糖一加酶水解一低聚木糖粗产品分离、纯化一产品。
木糖工艺流程
利用玉米芯为原料制取结晶木糖的通用流程如下：玉米芯―――洗涤―――水解―――脱色―――中和―――离子交换―――真空蒸发―――离子交换―――真空浓缩―――结晶―――离心分离―――干燥―――包装―――成品结晶木糖现将主要工艺步骤叙述如下：1、洗涤玉米芯经皮带送入搅拌洗涤机与轻水充分搅动混合，并连续从洗涤机中溢出，经网带输送机滤除水后即可获得干净的除去泥沙和灰尘的玉米芯。
2、水解经洗涤后的玉米芯通过皮带送入水解锅，然后添加硫酸作为催化剂，用直接蒸汽加热至125℃，水解3小时。
水解液进入后续工序提取木糖，残渣经挤压脱水并烘干后送到烧渣锅炉与煤混合焚烧以获得生产所需蒸汽。
3、脱色脱色分成两次，称为一次脱色和而二次脱色。
二次脱色加新鲜的活性炭，发挥新炭的强大的脱色力来除去一次脱色液中少量的杂质，保证进入离交工段的糖液杂质尽可能的少、减小离交负担。
一次脱色加入二次脱色用过的活性炭，来吸附糖化液中大量的杂质，以此来节省用炭量（该过程称为逆流走炭）4、中和通过添加粉末碳酸钙中和水解液中含有的硫酸催化剂，生成硫酸钙沉淀后过滤除去。
5、离子交换中和后的糖溶液中仍然含有一小部分溶解态的硫酸钙，依次通过阳离子交换和阴离子交换除去剩余的硫酸钙，以免在随后的蒸发过程蒸发器产生结垢。
6、真空蒸发经中和后的水解液浓度（木糖质量百分比浓度）较低，只有6％左右，通过三效真空板式蒸发系统将其中的部分水分蒸发除去，使木糖浓度上升到25％左右。
7、离子交换精制真空蒸发后的水解液（25％木糖溶液）依次进入阳离子交换器和阴离子交换器，经过糖液与阳阴离子树脂交换，为及时准确掌握糖液的质量，在阴柱出口设置测量糖液的电导仪，当糖液的电导率高于某一值时，则说明树脂己失活，需进行树脂再生。
8、真空浓缩经离子交换后的糖液浓度只有22％左右，通过双效真空板式蒸发系统将其中的大部分水分蒸发除去，使木糖浓度上升到80％左右。
以达到后续冷却结晶工序所需的木糖浓度。
低聚木糖的制备方法
1、一种低聚木糖的制备方法，包括下列顺序步骤：(1)将玉米芯粉与水按重量比为1∶6～10混合，并加入玉米芯重量百分比为0.2～1.5％的弱酸催化剂，在155℃～180℃蒸煮30min～120min进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；(2)调节木聚糖水溶液PH值为5.0～6.0，按照每克木聚糖加入50～85UI单位活性木聚糖酶的比例加入木聚糖酶，在45～60℃酶解反应4h～10h进行酶解，升温至90℃～105℃，保温10min～30min，对木聚糖酶进行灭活；(3)滤除玉米芯粉，得到木聚糖糖液：(4)对木聚糖糖液进行活性炭和离子交换树脂除杂脱色；(5)通过大分子截留膜截留大分子木聚糖，过滤出低聚木糖糖液；对大分子继续酶解。(6)对低聚木糖糖液进行钠滤膜浓缩脱盐，并进一步按照下列步骤(7)、步骤(8)、步骤(9)、或(10)对钠滤膜浓缩脱盐后的木聚糖糖液进行加工；(7)真空浓缩为浅黄色粘稠状低聚木糖糖浆；(8)真空浓缩为55％～75％的糖液，以麦芽糊精、β-环糊精或玉米淀粉为赋形剂，经喷雾干糖粉剂；(9)钠滤膜分离单糖，真空浓缩为淡黄色粘稠透明状低聚木糖糖浆；(10)钠滤膜分离单糖，真空浓缩为低聚木糖重量百分比55％～75％的糖浆，经喷雾干燥得总糖为70％～98％的低聚木糖粉剂。
本发明提供了一种低聚木糖的制备方法，包括下列顺序步骤：将玉米芯粉与水混合，加入弱酸催化剂进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；调节木聚糖水溶液pH值为5.0～6.0，加入木聚糖酶进行酶解，高温对木聚糖酶进行灭活；滤除玉米芯粉渣，对木聚糖糖液进行活性炭和离子交换树脂除杂脱色；大分子截留膜截留大分子木聚糖，过滤出低木聚糖糖液；钠滤膜浓缩脱盐；将低聚木糖糖液真空浓缩为浅黄色粘稠状糖浆，低聚木糖糖浆经赋形剂或直接喷雾干燥成低聚木糖粉剂。该方法简单易行，是以于工业化生产，得到的低聚木糖纯度高，色浅，可广泛应用于各种食品、保健品、药品中作为添加剂。
玉米芯制作低聚木糖
将清洗后的玉米芯破碎成小块或粉末 ，以便后续提取。
清洗
将玉米芯清洗干净，去除表面的杂质 和残留物。
提取分离
热水提取
将破碎后的玉米芯加入适量的热水，搅拌均匀，进行热水提取。
分离
将提取液通过过滤、离心等方法进行分离，去除残渣。
浓缩
将分离后的低聚木糖溶液进行浓缩，提高浓度。
精制纯化
脱色
通过活性炭等方法去除溶液中的色素，提高产 品的纯度。
04
玉米芯制作低聚木糖的技术要 点和难点
技术要点
预处理
通过清洗、破碎、筛分等步骤 ，将玉米芯破碎成适当的大小 ，以便后续的提取和分离。
分离纯化
通过过滤、沉淀、结晶等方法 ，将低聚木糖从提取液中分离 出来。
原料选择
选择新鲜、无病虫害的玉米芯 作为原料，确保其含有较高的 木质素和纤维素。
提取
利用适当的溶剂和温度条件， 从玉米芯中提取低聚木糖。
玉米芯制作低聚木糖
汇报人：文小库 2024-01-08
目录
• 玉米芯简介 • 低聚木糖简介 • 玉米芯制作低聚木糖的工艺流
程 • 玉米芯制作低聚木糖的技术要
点和难点
目录
• 玉米芯制作低聚木糖的经济效 益和社会效益
• 未来展望和研究方向
01
玉米芯简介
玉米芯的来源和用途
来源
玉米芯是玉米脱粒后的穗轴，通常被 用作饲料、燃料或废弃物。
03
利用玉米芯制作低聚木糖，可促进农业废弃物的循环利用，推
动农业循环经济的发展。
社会效益分析
满足健康需求
低聚木糖具有促进肠道健康、提高免疫力等功效，可 满足人们对健康的需求。
促进公众健康
低聚木糖作为一种功能性食品，其推广应用有助于提 高公众的健康水平。
玉米芯制作低聚木糖
玉米芯制作低聚木糖
功能性低聚糖因具独特的生理功能而成为一种重要的功能性食品基料，已引起全世界的广泛关注。
在日本，功能性低聚糖替代蔗糖而广泛应用在饮料、糖果、糕点、冰淇淋、乳制品及调味品等450多种具体食品的生产上，总销售金额达6亿美元。
鉴于低聚木糖的独特优势，在日本被认为是最具代表性的功能性低聚糖，在我国市场需求及消费潜力十分巨大。
目前低聚木糖的中试工艺已全部完成（年产10t）。
产品糖浆中低聚木糖的含量在70%以上，粉末状低聚木糖含量超过95%，达到日本同类产品的标准。
该生产工艺已通过部级鉴定，为该技术填补了国内空白。
该产品生产工艺先进、可靠。
以玉米芯、蔗渣、棉籽壳为原料。
生产规模为500t/年，主要设备有：15立方米高压反应釜，20立方米发酵罐，各级种子罐（10L，100L，1立方米），无菌超净台，板框过滤，沉降式离心机，釜式过滤器，电渗析器，离子交换树脂柱，薄膜蒸发，喷雾干燥设备等，厂房面积为1200平方米。
据估算，固定资产投资约为1000万元，产品生产成本约3.2万元/t，市场同类产品售价约16万元/t，年利税约5800万元以上，具有良好的经济效益和社会效益。
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从玉米芯提取木糖醇工艺流程
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木糖工艺流程
利用玉米芯为原料制取结晶木糖的通用流程如下：玉米芯―――洗涤―――水解―――脱色―――中和―――离子交换―――真空蒸发―――离子交换―――真空浓缩―――结晶―――离心分离―――干燥―――包装―――成品结晶木糖现将主要工艺步骤叙述如下：1、洗涤玉米芯经皮带送入搅拌洗涤机与轻水充分搅动混合，并连续从洗涤机中溢出，经网带输送机滤除水后即可获得干净的除去泥沙和灰尘的玉米芯。
2、水解经洗涤后的玉米芯通过皮带送入水解锅，然后添加硫酸作为催化剂，用直接蒸汽加热至125℃，水解3小时。
水解液进入后续工序提取木糖，残渣经挤压脱水并烘干后送到烧渣锅炉与煤混合焚烧以获得生产所需蒸汽。
3、脱色脱色分成两次，称为一次脱色和而二次脱色。
二次脱色加新鲜的活性炭，发挥新炭的强大的脱色力来除去一次脱色液中少量的杂质，保证进入离交工段的糖液杂质尽可能的少、减小离交负担。
一次脱色加入二次脱色用过的活性炭，来吸附糖化液中大量的杂质，以此来节省用炭量（该过程称为逆流走炭）4、中和通过添加粉末碳酸钙中和水解液中含有的硫酸催化剂，生成硫酸钙沉淀后过滤除去。
5、离子交换中和后的糖溶液中仍然含有一小部分溶解态的硫酸钙，依次通过阳离子交换和阴离子交换除去剩余的硫酸钙，以免在随后的蒸发过程蒸发器产生结垢。
6、真空蒸发经中和后的水解液浓度（木糖质量百分比浓度）较低，只有6％左右，通过三效真空板式蒸发系统将其中的部分水分蒸发除去，使木糖浓度上升到25％左右。
7、离子交换精制真空蒸发后的水解液（25％木糖溶液）依次进入阳离子交换器和阴离子交换器，经过糖液与阳阴离子树脂交换，为及时准确掌握糖液的质量，在阴柱出口设置测量糖液的电导仪，当糖液的电导率高于某一值时，则说明树脂己失活，需进行树脂再生。
8、真空浓缩经离子交换后的糖液浓度只有22％左右，通过双效真空板式蒸发系统将其中的大部分水分蒸发除去，使木糖浓度上升到80％左右。
以达到后续冷却结晶工序所需的木糖浓度。
玉米芯提取木糖醇技术
玉米芯提取木糖醇技术
一、玉米芯预处理
玉米芯是指被玉米粒包裹的茎秆部分，是木糖醇的主要原料。
提取木糖醇需要先将玉米芯进行预处理，去除杂质和不必要的成分。
具体方法如下：
1.玉米芯清洗：将生玉米芯放入清水中浸泡一定时间，去除表面的泥沙，然后用流动水冲洗干净。
2.玉米芯研磨：将清洗干净的玉米芯放入研磨机中进行研磨，使其成为50目左右的细粉。
二、木糖醇的提取
木糖醇的提取是玉米芯处理中最重要的一步，也是最耗时的过程。
根据以往的生产经验，通常采用以下几种方法进行提取：
1.酸水解法：将玉米芯粉末与稀酸混合，进行水解反应，然后用蒸馏水进行沉淀和过滤，最后得到木糖醇浆液。
2.酶法：在发酵罐内加入木糖醇酶，对玉米芯进行酶解反应，然后进行沉淀、去杂质和过滤等步骤，得到木糖醇。
三、木糖醇的纯化和结晶
经过以上的提取工艺，得到的木糖醇仍然需要进行纯化和结晶才能作为工业原料使用。
这个过程分为以下几个步骤：
1.沉淀过滤：将提取的木糖醇浆液进行沉淀和过滤，初步去除杂质和非目标物质。
2.蒸发浓缩：将过滤后的木糖醇浆液进行蒸发浓缩，直至浓度达到一定标准。
3.结晶：将浓缩后的木糖醇溶液进行冷却结晶，得到一定纯度的木糖醇晶体。
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蒸煮法提取木糖优缺点
蒸煮法提取木聚糖，水解程度相对较低，副产物相对较少，也解决了 碱法提取带来的严重污染问题。
但木聚糖的提取率随温度的升高而增加，其副产物也随之显著增加， 颜色也随之加深，同时，生产周期长，能耗高。
4.3微波法提取木糖
微波作用可以使植物纤维原料结构松散，半纤维素得到有效降解，酶 解性能大大提高。
de
分离精制 Separation and
purification
木聚糖酶的制备
木聚糖酶是一种内切型水解酶，其作用方式是水解木聚糖分子中的β1，4一木糖苷键，其水解反应产物主要是低是通过微生物发酵的方法制取得到，通过微生物的筛选 作用可以选出最适宜用玉米芯制取低聚木糖的菌株是sp.E-86菌株。
酸水解法； 酶水解法；
4.1碱法提取木糖
碱法处理的原理：是通过碱的作用提高木聚糖的水溶 性，使木聚糖从玉米芯原料中溶出。
粉碎过 40 目玉米芯
沸水
NaOH
浸泡
溶液浸提
主要工艺条件
碱法提取玉米芯木聚糖的工艺，即采用NaOH浓度0.7 mol/L，料液比 （w/v）1:10，原料在120℃下处理30 min，离心，上清液加入酒精至 终浓度65％沉淀木聚糖，离心收集沉淀。
浓缩：在真空下一次浓缩至原体积40%，二次浓缩至原体积的25%，然
后放入晶种，冷却结晶；
干燥：干燥时温度不得超过90℃
酶水解法制备低聚木糖工艺框架
原料 Raw material
预处理 Pretreatme
nt
酶解反应
Enzyme hydrolysis reaction
低聚木糖产品 xylooligosacchari
该工艺条件下100 L规模中试生产粗木聚糖的提取率为16.63％。
碱法提取木糖的局限性
实际生产中，采用超声波辅助萃取可以降低NaOH的使用浓度 ，但 碱液使用量还是很大，碱液不仅对设备产生腐蚀，还产生大量的碱 性废水造成环境污染，因此难以工业化生产。
4.2蒸煮法提取木糖
原理：蒸煮法提取木聚糖是利用木聚糖自身含有的乙酰基在高温作用 下脱落形成乙酸，体系的pH值降低，从而使木聚糖在较高温度下β-1， 4糖苷键断裂发生自身水解作用。
低聚木糖的脱色
活性炭脱色：操作简便，成本低廉，但损失率较高; 絮凝脱色：通常与活性炭结合使用，可以降低活性炭的使用量，减少低聚
2.2玉米芯的应用前景
据统计，我国玉米年产量约为1.2 亿吨。按生产1 千克玉米同时可得到 1/3 千克玉米芯计算，我国玉米芯年产量约0.4 亿吨，产量极其可观。
以玉米芯为原料可以用于生产糠醛、木糖、木糖醇及酚类。
3.低聚木糖的研究
低聚木糖也称木寡糖(xylo-oligosaeeharide，简称XOS)，由2~7个D木糖以β-1，4木糖苷键结合而成，是以木二糖、木三糖为主要成分的 混合物。为白色结晶或结晶性粉末，易溶于水。
从玉米芯提取低聚木糖工艺技术
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
内容提要 I. 玉米深加工的概述
II. 玉米芯的研究 III.低聚木糖的研究 IV. 低聚木糖的制备方法 V. 总结
1.玉米的深加工
玉米作为粮食和饲料作物，资源丰富，为人类的生存和发展做出了贡 献。
近年来，随着科技进步，我国玉米年产量超过亿，位居世界第二。20 世纪70年代以来，玉米加工业得到各国的普遍重视，发展迅速，已经 形成规模宏大的工业部门。玉米深加工产品的种类超过3000多种。
滤渣备用。
酸水解：对制备的滤渣采用1.5%硫酸水解，时间4h，水解温度为
100℃
中和：以碳酸钙为中和剂，中和终点pH3.0，中和时间90min，中
和温度80℃。
脱色：将滤液加入预处理后的活性炭中，脱色温度70℃，脱色时
间45min，活性炭用量为2%
酸水解法提取木糖工艺条件 离子交换：将苯乙烯型强碱型阴离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离 子交换树脂分别用4%的NaOH和3%--4%HCl进行预处理，树脂预处理后 装柱，阳离子交换树脂：阴离子交换树脂=1:1.5；糖液先过阳柱后再 过阴柱；
玉米食品深加工利用方式有两种：
湿法加工：将玉米加工成淀粉作为食品工业基础原料，或以淀粉为中间产 品经液化、糖化等工艺加工成玉米糖浆、高果糖浆或结晶葡萄糖，用作食 品、饮料的甜味剂。
干法加工：将玉米破碎分离成胚乳、胚芽和果皮等，再分别利用其营养组 分。
2玉米芯的研究
玉米芯有较高的利用价值，作为玉米生产
3.3低聚木糖的用途
1）木糖主要通过加氢制造木糖醇，其用途 更加广泛。
2）木糖在食品、饮料中作为无热量甜味 剂，适用于肥胖及糖尿病患者。
3）木糖在发达国家已应用于宠物饲料。 4）木糖用作烤制品。 5）木糖用作高档酱油色。 6）在轻工、化工方面也有一定用途。
4.低聚木糖的提取方法
碱法提取； 蒸煮法： 微波法；
3.1低聚木糖的结构
图1-1低聚木糖的分子结构
3.2低聚木糖的功能
双歧杆菌增殖作用和减少有毒发酵产物及有害细菌的产生。 抑制病原菌和腹泻。 防止便秘。 保护肝脏。 降低血清胆固醇。 降低血压。 增强机体免疫力，抗癌。 具有良好的配伍性。 属于低甜度的甜味剂。 促使机体生成多种营养物质，包括VB1、VB2、VB6、VB12、烟酸和叶酸。 不会引起牙齿龋变，抑制口腔病菌的滋生。
的副产物，玉米芯在我国农村一直被廉价 地作为燃料而烧掉，使这一资源丰富且具 有很高的利用价值的工业原料，没有得到 合理充分的利用。
2.1玉米芯的化学组成
玉米芯主要由纤维素和木质素组成。 据测定，玉米芯含粗蛋白2%-6%；粗脂肪0.5%；可溶性无氮物52.9%；粗纤
维33.1%；灰分3.2%；水分7.7%。
与其他预处理方法相比较，微波处理具有工艺过程简单和无污染环境 等优点，
由于投资大和工艺不成熟等原因，目前还不适合工业化生产。
4.4酸水解法提取木糖
粉碎后的 玉米芯
预处理
酸水解
中和
二次离子 交换
浓缩
离子交换
脱色
二次浓缩
结晶
干燥
酸水解法提取木糖工艺条件
预处理： 粉碎好的玉米芯用0.1%的硫酸在常压下加热煮沸2h后，