一種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法

專利名稱：一種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法
技術領域：
本發明屬于生物化工領域，特別涉及利用蒸汽爆破結合生物轉化技術將可再生的木質纖維資源轉化成高附加值糖醇的方法。
背景技術：
木質纖維原料是自然界中極為豐富的廉價可再生資源，主要由纖維素、半纖維素和木質素這三種高分子聚合物組成，也含有少量的果膠、樹膠等成分，結構非常復雜。其中纖維素是植物細胞壁的主要組成成分，主要由1000-10000個β-D-吡喃型葡萄糖通過β -I, 4-糖苷鍵交聯而成的直鏈多糖，具有多個分子層平行排列構成的絲狀不溶性微纖維結構，基本組成單位為纖維二糖。半纖維素則一般作為分子黏合劑結合在纖維素和木質素之間，是由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖或甘露糖等結構單元組成的80-200聚合度的支鏈多糖，是植物中含量僅次于纖維素的多聚糖。木質素是由苯丙烷及其衍生物組成的網狀聚 合物，包裹在纖維素和半纖維素的表面，在水解過程中起著屏障作用。目前對于木質纖維原料的利用主要集中在纖維素的水解和微生物轉化制備乙醇、丁醇等生物燃料方面。雖然已經取得了很大的進展，但仍未能大規模工業化生產，主要有兩個問題一是纖維原料預處理的成本較高；二是纖維素酶解成本較高。由于上述纖維原料預處理的目的是去除木質素和半纖維素對纖維素的保護作用和破壞纖維素大分子之間的晶體結構，以提高纖維素的酶解轉化率，半纖維素往往得不到有效的利用。針對上述問題，本發明采用木質纖維原料不同組分分級利用的理念，針對半纖維素較纖維素容易降解的特點，設計不同的蒸汽爆破條件，依次降解木質纖維原料中的半纖維素和纖維素得到可發酵糖，從而提高了原料的利用程度，降低了糖化工藝的生產成本。蒸汽爆破(簡稱“汽爆”)是近年來發展迅速的一種木質纖維素處理方法。原料用蒸汽加熱至180-240° C，維壓一段時間，在突然釋壓噴放時，產生二次蒸汽，體積猛增，在機械力的作用下，將固體物料結構破壞。中國科學院過程工程所應用物理原理制備低聚木糖(CN1233614):汽爆處理后的原料經水抽提可以得到可溶性半纖維素，其主要成分即為低聚木糖，半纖維素轉化率達到80%以上。本發明在上述發明的基礎上，在汽爆之前加入有機酸浸泡預處理工藝，降低原料中各組分之間的交聯度，增加汽爆過程中半纖維素的降解程度，經水抽提可以直接得到木糖溶液，半纖維素降解率達到85%以上，同時纖維素降解很少。對于剩余的固渣，采用化學處理結合蒸汽爆破技術降解其中的纖維素得到葡萄糖溶液，纖維素降解率達到80%以上。木糖醇是一種重要的工業用精細化學品、糖基化學品、食品及飼料添加劑，具備許多優異特性。自1966年，Onishi和Suzuki首次報道了酵母菌能夠將D-木糖轉化為木糖醇后，國際上許多學者開展了發酵法生產木糖醇的研究，許多成果申報了專利(中國專利ZL200710063303. 8.ZL200510040133. O ;美國專利 US2011/0003356A1)。但現有專利中的發酵底物木糖仍主要通過高濃度硫酸水解半纖維素的方法得到，在發酵前需要堿中和、脫色、脫鹽處理，過程工藝復雜、酸堿用量大。本專利采用有機酸預處理結合蒸汽爆破技術降解半纖維素獲得木糖液，其酸度和離子強度都遠遠低于硫酸水解法，通過簡單的活性炭脫色和氨水調節即可用于后續的發酵過程，在優化的發酵條件下，木糖到木糖醇的轉化率大于70%。赤蘚糖醇是分子量最小,熱量值最低(< I. 66kJ/g)的糖醇,在人體中的耐受量(50g/天)也遠高于山梨糖醇、木糖醇等其他糖醇，且甜味純正與蔗糖相似，無后苦味。目前工業上赤蘚糖醇的生產主要是利用葡萄糖發酵。中國專利ZL200510102929. 6報道了以精制葡萄糖為碳源，利用解脂假絲酵母發酵得到赤蘚糖醇的方法；專利ZL201010611106. 7報道了以玉米粉為原料，經過酶水解得到葡萄糖液，再利用解脂假絲酵母發酵得到赤蘚糖醇的方法。與現有專利相比，本專利采用化學處理結合蒸汽爆破技術降解可再生的木質纖維原料中的纖維素組分得到葡萄糖溶液，再通過純化處理，微生物轉化得到赤蘚糖醇，從而避免了糧食資源的消耗，提高了纖維素資源的利用價值
發明內容

—種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法其特征在于，包括如下步驟(I)將木質纖維原料粉碎至能過10-20目篩，用質量分數為O. 2%-2%的有機酸常溫浸泡l_6h。(2)將預處理后的木質纖維原料板框過濾至含水量為干重的1-4倍，然后放入汽爆機的爆腔中，在O. 5-2. 5MPa蒸汽壓力下維壓2_10min后，再通過控制系統自動開啟爆破閥快速噴放物料至旋風分離器中。將物料取出，在30-60° C下水提1-3次后，板框過濾得到富含木糖的水提液A。(3)將步驟(2)中的濾渣收集，用質量分數為O. 5%-5%的無機酸在40-80° C下浸泡5-10h。板框過濾至濾渣含水量為干重的1-4倍，然后放入汽爆機的爆腔中，在I. 5-3MPa蒸汽壓力下維壓5-20min后，再通過控制系統自動開啟爆破閥快速噴放物料至旋風分離器中。將物料取出，在30-60° C下水提1-3次后，板框過濾得到富含葡萄糖的水提液B。(4)將(2)得到的水提液A經過氨水中和、活性炭脫色、減壓濃縮、微生物發酵后得到木糖醇發酵液。(5)將(3)得到的水提液B經過氫氧化鈣中和、活性炭脫色、減壓濃縮、微生物發酵后得到赤蘚糖醇發酵液。(6)將(4)得到的木糖醇發酵液經過菌體分離，串聯樹脂除雜、減壓濃縮、結晶干燥后得到木糖醇晶體。(7)將(5)得到的赤蘚糖醇發酵液經過菌體分離、膜分離除雜、減壓濃縮、結晶干燥后得到赤鮮糖醇晶體。木質纖維原料可以是玉米芯、玉米秸桿、甘蔗渣、麩皮、棉籽殼中的一種，優選玉米芯。有機酸可以使用甲酸、乙酸、草酸、乙二酸中的一種或者幾種混合，優選草酸。通過浸泡，木質纖維原料中半纖維素組分與其他組分之間的交聯度下降，同時小分子的酸會滲入到植物細胞中，加劇蒸汽爆破過程中半纖維素的降解。對于預處理后的原料進行第一步蒸汽爆破處理降解其中的半纖維素組分。整個過程主要是利用高溫、高壓水蒸汽處理木質纖維原料，并通過瞬間釋壓過程實現原料的組分分離和結構變化。由于預處理采用的是低濃度的有機酸，并且有機酸的PKa值較大，酸在水中解離生成的氫離子含量較少，因此能選擇性的使半纖維素大分子中的糖苷鍵斷裂，而對纖維素大分子中的糖苷鍵破壞很少。同時有機酸在反應過程中還可以脫除部分木質素。對于水提后剩余的固渣進行第二步蒸汽爆破處理降解其中的纖維素組分。無機酸可以是硫酸、鹽酸、硝酸中的一種或幾種混合，優選硫酸。汽爆處理后剩余的固渣中半纖維素含量很少，同時纖維素與木質素結合力下降。無機酸的PKa值較小，能夠在水中解離生成大量的氫離子，并與水結合成水合氫離子，直接攻擊纖維素大分子中糖苷鍵的氧原子，使其質子化后形成共軛酸，導致糖苷鍵能減弱而斷裂。水提液中糖組分含量采用高效液相色譜分析,檢測條件為waters sugar pak I色譜柱，超純水為流動相，示差折光檢測器，柱溫80° C，流速0.5ml/min。水提液中酸和醛類物質含量采用高效液相色譜分析，檢測條件為BI0-RAD HPX-87H色譜柱，O. 018M硫酸為流動相，紫外檢測器210nm，柱溫35° C，流速O. 5ml/min。酚類物質含量采用比色法測定。PH和電導采用pH儀和電導儀測定。 檢測結果如下表表I :水提液各組分含量
Iι\
丨I水捉液A水從液B
I < A、本€; 比( )) I
I木 SI 2& 4 -±0,50 I 2.01+0.10
IIftifI1,3誠053雜 7±0 遞 I
Immm\ 12S±0J0im^im I
I 乙酸OJSiftOS0,72 士 0.03
I rpff^7S±i)M1.28±0.05 I
I 物歧· 0J< L0^051 1,60 0Λ
I0.86+004' ι 82+OjM I
pH3JJ ±0^01.02±0J0
屯異(ps ·χιη)2462±10 049,18±Ι5^0對于水提液A的處理步驟如下向水提液中加入氨水中和至ρΗ=5_6。加入1%_5%的糖類專用活性炭(g活性炭/L水提液),在40-60° C下攪拌10-60min。板框過濾,將濾液用泵打入真空濃縮罐中濃縮5-10倍。向處理后的水提液A中加入氮源和無機鹽配置成各類微生物培養基，具體組成如下(1)固體保藏培養基木糖50-100g/L,葡萄糖5-10g/L,酵母粉5-10g/L,無水硫酸鎂 0. 1-1. 0g/L,瓊脂 10-20g/L。(2)液體種子培養基木糖10-40g/L，葡萄糖10-40g/L，酵母粉5_10g/L，無水硫酸鎂 0. 1-1. 0g/L。(3)發酵培養基木糖100-200g/L，葡萄糖10-20g/L，酵母粉5-10g/L，磷酸二氫鉀0. 5-5. 0g/L，無水硫酸鎂 0. 1-1. 0g/L。本發明生產木糖醇所用的菌種主要來自Candida tropicalis, Candidaguilliermondii, Candida parapsilosis 中的一種。優選熱帶假絲酵母 Candidatropicalis。整個發酵過程如下(1)制備發酵菌株的一級種子液在無菌超凈臺內用接種環挑取一環固體保藏培養基中的菌株加入到含40ml-100mL液體種子培養基的250ml搖瓶中，在28-37° C，100-200rpm轉速的搖床里培養20-30h。(2)制備發酵菌株的二級種子液將一級種子液全部加入到含1-1. 5L液體種子培養基的2L種子罐中，在28-37° C，150-250rpm轉速，1. 0-2. 0vvm通氣量下培養10-20h。(3)將培養好的二級種子液用泵打入到含10-15L液體發酵培養基的20L發酵罐中，設定發酵溫度28-37° C。酵母發酵產木糖醇是一個比較特殊的過程發酵前期占發酵總時間的一半以上，是細胞好氧生長過程，此時菌體若不能得到充足的氧氣供應，不但菌體生長不好，后期菌體產酶的量也會不足，生物轉化勢必會較差；但若此時細胞生長的過于旺盛，細胞生長所消耗的碳源過多，勢必會浪費過多的底物造成產醇率不高。發酵后期菌體生長到一定階段，產酶逐漸積累增多，進入轉醇期，此時提供發酵的微氧環境，一是有利于提高木糖還原酶的活力，增加發酵的產率和速率，抑制其他的代謝副途徑，二是該時期細胞不需要進一步增殖和旺盛的生長，以避免消耗更多的底物和營養物質。根據前期和后期發酵的特殊性要求，發酵前期通過控制攪拌轉速400-800rpm,通氣量1. 0-3. 0vvm,來維持溶氧在20%-30%之間；發酵后期通過控制攪拌轉速100-300rpm，通氣量0. 2-1. 0vvm來維持溶氧在5%-10%之間，發酵總時間為40-60h。對于水提液B的處理步驟如下將水提液加熱到60-80° C后，加入氫氧化鈣中和到pH=4-6。趁熱板框過濾,除去硫酸韓沉淀。液體部分再加入1%_5%的糖類專用活性炭(g活性炭/L水提液)，在40-60° C下攪拌10-60min。板框過濾，將濾液用泵打入真空濃縮罐中濃縮10-15倍。向處理后的水提液B中加入氮源和無機鹽配置成各類微生物培養基，具體組成如下固體保藏培養基葡萄糖50-150g/L,酵母粉5-10g/L,蛋白胨1-5g/L,無水硫酸鎂0. 1-1.0g/L，瓊脂 10-20g/L。液體種子培養基葡萄糖20-100g/L，酵母粉5-10g/L，蛋白胨1-5g/L，無水硫酸鎂
0.1-1. 0g/L。液體發酵培養基葡萄糖200-400g/L，酵母粉5-10g/L，蛋白胨1-5g/L，磷酸二氫鉀 0. 5-5. 0g/L，無水硫酸鎂 0. 1-1. 0g/L。本發明生產赤蘚糖醇所用的菌種主要來自叢梗孢酵母(Moniliella pollinis)、解脂假絲酵母(Candida lipolytica)中的一種。優選解脂假絲酵母Candida Iipolytica0整個發酵過程如下(I)制備發酵菌株的一級種子液在無菌超凈臺內用接種環挑取一環固體保藏培養基中的菌株加入到含30ml-80mL液體種子培養基的250ml搖瓶中，在28-37° C，100-200rpm轉速的搖床里培養25_35h。(2)制備發酵菌株的二級種子液將一級種子液全部用泵加入到含1-1. 5L液體種子培養基的2L種子罐中，在28-37° C，150-250rpm轉速，I. 5-2. 5vvm通氣量下培養15-25h。(3)將培養好的二級種子液全部用泵加入到含10-15L液體發酵培養基的20L發酵罐中，設定發酵溫度28-37° C。通過調節通氣量I. 5-2. 5vvm，轉速200-800rpm來維持發酵過程溶氧含量在20%-30%。發酵總時間為60-80h。將木糖醇發酵液在4° C、IOOOOrpm下離心5-10min。收集到的菌體可以回復利 用。將離心得到的液體以l_5ml/min流速依次通過強酸性陽離子樹脂、強堿性陰離子樹脂、弱堿性陰離子樹脂進行脫鹽和脫色處理。其中強酸性陽離子樹脂選擇001*7或D72中的一種，用來吸附液體中的陽離子；強堿性陰離子樹脂選擇D201或D296中的一種，用來吸附液體中的陰離子；弱堿性陰離子樹脂選擇D301，用來吸附液體中的色素分子。測定不同時間段樹脂流出液的PH和電導值，收集pH 7. O、電導200us/cm以下的流出液加熱到50-80° C，以l-5ml/min流速通過鈣型陽離子樹脂吸附至飽和，其中鈣型陽離子樹脂可以選擇UBK555或DTF-Ol中的一種。由于液體中木糖醇和發酵殘留的雜糖與樹脂中鈣離子形成的配位絡合物穩定程度不同，鈣型陽離子樹脂對木糖醇的吸附力更強，因此在用水洗脫的過程中雜糖會優先被洗脫出來。測定不同時間段洗脫液中的雜糖與木糖醇含量，收集只含有木糖醇的洗脫液，用泵打入真空濃縮罐中濃縮至木糖醇質量分數為60%-70%。采用梯度降溫方法對木糖醇進行晶析先升溫至80° C維溫5-15min，再以4-8° C/min的降溫速率降溫至50-60。C，加入溶質質量O. 01%-0· 1%的晶種維溫l_2h。然后再以1-4。C/min的降溫速率降溫至5-20° C，停止結晶過程。用少量乙醇沖洗，板框過濾后40-50° C下熱風烘干得到白色木糖醇晶體。將赤蘚糖醇發酵液在4° C、IOOOOrpm下離心5-10min。收集到的菌體可以回復利用。將離心得到的液體在操作壓強為O. 1-0. 5Mpa條件下通過陶瓷膜除去其中蛋白、色素等大分子物質。再在40-60° C，操作壓力為3-5MPa條件下通過金屬納濾膜，選擇性透過赤蘚糖醇。將膜分離后的溶液用泵打入真空濃縮罐中濃縮至赤蘚糖醇質量分數為40%-50%。采用乙醇法對赤蘚糖醇進行晶析加入4倍體積的無水乙醇，并加入溶質質量O. 01%-0. 1%赤蘚糖醇晶種，溫度保持在4-6° C，靜置10-12h，赤蘚糖醇即可結晶。用少量乙醇沖洗，板框過濾后40-50° C下熱風烘干得到白色赤蘚糖醇晶體。


圖I本發明流程圖。
具體實施例方式I.木糖液制備實例
取Ikg玉米芯(干重)，加入5L、1%質量濃度的草酸浸泡5h后，板框過濾至玉米芯濕重為3kg。將濕物料放入蒸汽爆破機的爆腔中，在I. 5MPa的高壓蒸汽中維壓5min，開啟爆破閥快速噴放物料至旋風分離器中得到汽爆后的玉米芯，濕重為5kg。將其放入提取罐中，用IOL的水50° C下水提lh，再用泵將固液混合物打入到板框壓濾機中進行固液分離得到水提液A。經高效液相色譜分析水提液A中木糖濃度為25. 4g/L,葡萄糖濃度為I. 6g/L,阿拉伯糖濃度為2. lg/L，半纖維素降解率為87. 3%。2.葡萄糖液制備實例剩余濾渣濕重為3kg，向其中 加入3L、2%質量濃度的硫酸60° C下浸泡8h后，板框過濾至濾渣濕重為3kg。將濕物料放入蒸汽爆破機的爆腔中，在2. 5MPa的高壓蒸汽中維壓15min，開啟爆破閥快速噴放物料至旋風分離器中得到汽爆后的玉米芯，濕重為5kg。將其放入提取罐中，用IOL的水50° C下水提lh，再用泵將固液混合物打入到板框壓濾機中進行固液分離得到水提液B。經高效液相色譜分析水提液B中木糖濃度為2. Og/L,葡萄糖濃度為31. 2g/L,阿拉伯糖濃度為I. 9g/L，纖維素降解率為81. 2%。3.木糖醇發酵液制備實例將IOL水提液A用泵打入到儲罐中，加入氨水中和至pH=6。加入3%的糖類專用活性炭(g活性炭/L水提液)，在50° C下攪拌30min。板框過濾，將濾液用泵打入真空濃縮罐中濃縮6倍。向處理后的水提液A中加入氮源和無機鹽配置成各類微生物培養基。在無菌操作環境中取一環保存在固體培養基中的熱帶假絲酵母接入到含50ml種子培養基的250ml搖瓶中，在30° C，200rpm轉速的搖床里培養24h后得到一級種子液。再將上述50ml種子接入到含I. 2L種子培養基的2L種子罐中，在30° C，250rpm轉速，I. 5vvm通氣量下培養15h后得到二級種子液，此時菌種已經進入對數生長期的中后期。然后用泵將培養好的
I.2L 二級種子液接入到含12L發酵培養基的20L發酵罐中，其中木糖濃度為118g/L。設定發酵溫度30° C，發酵前期0-22h內控制攪拌轉速500-600rpm，通氣量I. 0-1. 5vvm，使菌體快速生長進入穩定期。發酵后期22-44h內控制攪拌轉速200-300rpm，通氣量O. 2-0. 8vvm,使菌體進入轉化期代謝木糖生成木糖醇。發酵48h以后停止發酵，經高效液相色譜分析木糖醇發酵液中剩余木糖濃度為4. 6g/L,木糖醇濃度為85. 2g/L，木糖醇得率為72. 2%。4.赤蘚糖醇發酵液制備實例將IOL水提液B用泵打入到儲罐中，加熱到70° C，加入氫氧化鈣中和至pH=6。趁熱板框過濾，除去硫酸鈣沉淀。液體部分再加入4%的糖類專用活性炭(g活性炭/L水提液)，在50° C下攪拌30min。板框過濾，將濾液用泵打入真空濃縮罐中濃縮11倍。向處理后的水提液B中加入氮源和無機鹽配置成各類微生物培養基。在無菌操作環境中取一環保存在固體培養基中的解脂假絲酵母接入到含50ml種子培養基的250ml搖瓶中，在30° C，200rpm轉速的搖床里培養30h后得到一級種子液。再將上述50ml種子接入到含I. 2L種子培養基的2L種子罐中，在30° C，250rpm轉速，I. 5vvm通氣量下培養20h后得到二級種子液，此時菌種已經進入對數生長期的中后期。然后用泵將培養好的I. 2L 二級種子液接入到含12L發酵培養基的20L發酵罐中，其中葡萄糖濃度為306g/L。設定發酵溫度30° C，攪拌轉速500-600rpm，通氣量I. 0-2. 5vvm,發酵72h以后停止發酵，經高效液相色譜分析赤蘚糖醇發酵液中剩余葡萄糖濃度為10.5g/L，赤蘚糖醇濃度為156.9g/L，赤蘚糖醇醇得率為51. 3%。
5.木糖醇晶體制備實例將12L木糖醇發酵液在4° C、IOOOOrpm下離心IOmin,收集上清液,用泵打入到裝填有陽離子樹脂001*7、陰離子樹脂D201、D301的三根4L的串聯離子交換柱中。控制進樣流速為3ml/min,收集pH在7. O左右、電導在200us/cm下的樹脂流出液再用泵打入到裝填有DTF-Ol鈣型陽離子樹脂的離子交換柱中吸附至飽和，最后用去離子水對吸附飽和的鈣型陽離子樹脂進行洗脫，收集只含有木糖醇的洗脫液20L用泵打入到真空濃縮罐中濃縮至木糖醇質量分數為70%。將濃縮后的木糖醇溶液用泵打入到結晶器中，先升溫至80° C維溫15min,再以5° C/min的降溫速率降至55° C,加入相當于木糖醇質量的O. 05%的晶種維溫lh。然后再以2° C/min的降溫速率降至10° C，停止結晶過程。用少量乙醇沖洗，板框過濾后40° C下熱風烘干得到白色木糖醇晶體。經高效液相色譜測定木糖醇晶體收率為91. 4%，純度為98. 5%，還原糖彡O. 5%。6.赤蘚糖醇晶體制備實例
將12L赤蘚糖醇發酵液在4° C、IOOOOrpm下離心lOmin。收集上清液在操作壓強為O. 2Mpa條件下通過陶瓷膜除去其中蛋白、色素等大分子物質。再在50° C，操作壓力為4MPa條件下通過金屬納濾膜，選擇性透過赤蘚糖醇。將膜分離后的溶液用泵打入真空濃縮罐中濃縮至赤蘚糖醇質量分數為50%。采用乙醇法對赤蘚糖醇進行晶析加入4倍體積的無水乙醇,并加入溶質質量O. 01%-0. 1%赤蘚糖醇晶種，溫度保持在4° C，靜置12h，赤蘚糖醇即可結晶。用少量乙醇沖洗，板框過濾后40° C下熱風烘干得到白色赤蘚糖醇晶體。經高效液相色譜測定赤蘚糖醇晶體收率為90. 2%，純度為95. 5%，還原糖< O. 5%。
權利要求
1.一種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將木質纖維原料粉碎至能過10-20目篩，用質量分數為O.2%-2%的有機酸常溫浸泡l_6h ； (2)將預處理后的木質纖維原料板框過濾至含水量為干重的1-4倍，然后放入汽爆機的爆腔中，在O. 5-2. 5MPa蒸汽壓力下維壓2_10min后，再通過控制系統自動開啟爆破閥快速噴放物料至旋風分離器中；將物料取出，在30-60° C下水提1-3次后，板框過濾得到富含木糖的水提液A ； (3)將步驟(2)中的濾渣收集，用質量分數為O.5%-5%的無機酸在40-80° C下浸泡5-10h ;板框過濾至濾渣含水量為干重的1-4倍，然后放入汽爆機的爆腔中，在I. 5-3MPa蒸汽壓力下維壓5-20min后，再通過控制系統自動開啟爆破閥快速噴放物料至旋風分離器中；將物料取出，在30-60° C下水提1-3次后，板框過濾得到富含葡萄糖的水提液B ; (4)將(2)得到的水提液A經過氨水中和、活性炭脫色、減壓濃縮、微生物發酵后得到木糖醇發酵液； (5)將(3)得到的水提液B經過氫氧化鈣中和、活性炭脫色、減壓濃縮、微生物發酵后得到赤蘚糖醇發酵液； (6)將(4)得到的木糖醇發酵液經過菌體分離，串聯樹脂除雜、減壓濃縮、結晶干燥后得到木糖醇晶體； (7)將(5)得到的赤蘚糖醇發酵液經過菌體分離、膜分離除雜、減壓濃縮、結晶干燥后得到赤鮮糖醇晶體。
2.根據權利要求I所述的方法，木質纖維原料是玉米芯、玉米秸桿、甘蔗渣、麩皮、棉籽殼中的一種；有機酸用甲酸、乙酸、草酸、乙二酸中的一種或者幾種混合。
3.根據權利要求I所述的方法，將步驟(3)中的無機酸是硫酸、鹽酸、硝酸中的一種或幾 種混合。
4.根據權利要求I所述的方法，木質纖維原料是玉米芯。
5.根據權利要求I所述的方法，步驟(4)對于水提液A的處理步驟如下向水提液中加入氨水中和至pH=5-6 ;加入糖類專用活性炭,在40-60° C下攪拌10_60min ;板框過濾,將濾液用泵打入真空濃縮罐中濃縮5-10倍。
6.根據權利要求I所述的方法，對于水提液B的處理步驟如下將水提液加熱到60-80° C后，加入氫氧化鈣中和到pH=4-6 ;趁熱板框過濾，除去硫酸鈣沉淀；液體部分再加入糖類專用活性炭，在40-60° C下攪拌10-60min ;板框過濾，將濾液用泵打入真空濃縮罐中濃縮10-15倍。
7.根據權利要求I所述的方法，將木糖醇發酵液在4°C、10000rpm下離心5_10min ；將離心得到的液體以l_5ml/min流速依次通過強酸性陽離子樹脂、強堿性陰離子樹脂、弱堿性陰離子樹脂進行脫鹽和脫色處理；其中強酸性陽離子樹脂選擇001*7或D72中的一種，用來吸附液體中的陽離子；強堿性陰離子樹脂選擇D201或D296中的一種，用來吸附液體中的陰離子；弱堿性陰離子樹脂選擇D301，用來吸附液體中的色素分子；測定不同時間段樹脂流出液的PH和電導值，收集pH 7.0、電導200us/cm以下的流出液加熱到50-80° C，以l-5ml/min流速通過鈣型陽離子樹脂吸附至飽和，其中鈣型陽離子樹脂可以選擇UBK555或DTF-Ol中的一種。
8.根據權利要求I所述的方法，將赤蘚糖醇發酵液在4° C、IOOOOrpm下離心5-10min ;將離心得到的液體在操作壓強為O. 1-0. 5Mpa條件下通過陶瓷膜除去其中大分子物質；；再在40-60° C，操作壓力為3-5MPa條件下通過金屬納濾膜，選擇性透過赤蘚糖醇；將膜分離后的溶液用泵打入真空濃縮罐中濃縮至赤蘚糖醇質量分數為40%-50% ;采用乙醇法對赤蘚糖醇進行晶析。
全文摘要
一種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法屬于生物化工領域。本發明對木質纖維原料預處理之后，利用蒸汽爆破技術定向分解其中的半纖維素組分，固液分離得到富含木糖的溶液；剩余固渣經過化學處理之后，再利用蒸汽爆破技術分解其中的纖維素組分，固液分離得到富含葡萄糖的溶液。上述兩種含糖溶液分別經過除雜濃縮、微生物發酵、發酵液分離純化、濃縮結晶得到木糖醇產品和赤蘚糖醇產品。本發明充分利用木質纖維原料中可降解成糖的組分，開發出利用蒸汽爆破結合生物轉化技術將可再生的木質纖維資源轉化成高附加值糖醇的新工藝。
文檔編號C12R1/74GK102876732SQ20121035108
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者袁其朋, 范曉光, 王顯路, 王樂, 朱新濤 申請人:北京化工大學