CN101220381A - 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用玉米芯或农林废弃物如秸秆作为原料来生产木糖醇的方法。该方法包括对原料预处理；原料的稀酸处理；固液分离；所获得的液相成分经脱色、过滤、脱酸以及RO浓缩后，利用酵母发酵来获得木糖醇。发酵液经过除菌、浓缩、色谱分离后，得到较纯木糖醇液体，然后进行脱色、脱灰、浓缩、结晶、分离、烘干，得到固体成品木糖醇，结晶母液返回色谱分离。另外，本发明将酸解后固液分离得到的固相组分调浆，然后经酶解后用于乙醇发酵；而酶解产物过滤后获得的木质素渣可作为燃料来使用，或用于开发木质素的深加工产品。本发明的木糖醇生产方法大大降低了木糖醇工业化生产的成本，并使得原料的所有成分均得到了有效的利用。

Description

利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法

技术领域

本发明涉及一种生产木糖醇的方法。更具体地说，本发明涉及一种利用玉米芯或农林废弃物发酵来生产木糖醇以及乙醇的方法。

背景技术

木糖醇属于多元醇，是一种具有营养价值的甜味物质，分子式为C5H12O5，白色晶体，易溶于水及乙醇中，其甜度高于蔗糖，也是人体糖类代谢的正常中间体。木糖醇广泛地存在于自然界的各种水果、蔬菜中，但其含量很低。商品木糖醇发热量、甜度跟蔗糖相仿，食用后不消耗胰岛素，另具有特殊的防龋功能，可作糖尿病人的营养剂、治疗剂及儿童防龋食品，木糖醇还具备类似甘油和其他多元醇的许多优异特性，因而广泛用于国防、医药、化工、皮革、涂料及食品等行业。

传统生产木糖醇的方法是用富含多缩戊糖的棉子壳、甘蔗渣、桦木片等农林和工业废料经水解、氢化而制成木糖醇。由于化学法需纯净木糖、高温(115～135℃)、高压(约6.5×106Pa)、易燃易爆的高压氢气及对溶液纯度要求很高的镍催化剂，基本建设投资及操作费用高，污染较严重。自从1966年Onishi和Suzuki报道了许多酵母菌能够用于由D-木糖生产木糖醇以来，人们对玉米特别是玉米芯或秸秆发酵生产木糖醇的研究产生了极大的兴趣。

我国是农业大国，玉米分布区域非常广，南到海南岛、北至黑龙江，东至台湾，西至新疆，均有玉米种植，玉米年产量达1.23亿吨，按谷草比1∶1计算，玉米秸秆每年也约产1.23亿吨，全国总的秸秆量每年约在6～7亿吨。玉米秸秆是大宗的农作物废料，也是具有巨大潜力的再生资源，尤其是作为再生能源和化工产品的原材料受到广泛的重视，但目前除一部分用作反刍动物的饲料外，大部分未被利用。因此，将玉米或其秸杆或其它农林废弃物，优选玉米芯用于生产木糖醇具有重大的意义和广阔的前景。

专利文献CN 1446784A公开了一种用玉米苞叶生产木糖醇的方法，其通过利用玉米苞叶进行水解制取木糖，木糖再经处理进行氢化制取木糖醇，水解所用的催化剂为盐酸，该方法依序包括以下步骤：(1)将玉米苞叶进行粉碎，并在粉碎前后将其中的杂质除去；(2)将粉碎后的玉米苞叶进水-酸-水处理；(3)将处理过的玉米苞叶进行水解制取木糖，所用的催化剂为盐酸；(4)利用阴离子交换树脂除去木糖液中的酸；(5)利用活性炭去除木糖溶液中的色素及一部分含氮物质；(6)蒸发去除木糖液中的水份；(7)用离子树脂对蒸发后的木糖进行净化提纯；(8)木糖氢化制取木糖醇。木糖氢化制备木糖醇的反应式为：

这种采用木糖加氢生产木糖醇的方法，生产成本昂贵，且其中使用的镍催化剂会污染环境。

另一种方法是采用生物发酵生产木糖醇的方法，在整个发酵法生产木糖醇的工艺中，发酵半纤维素水解液生产木糖醇的影响因素主要包括：通气量、碳氮比、水解液的浓缩倍数、pH、温度、种子龄及接种量、水解液中的其它单糖等。其中，溶氧水平可以影响木糖代谢中的生化途径。过量供氧利于生长大量菌体；厌氧条件下，木糖不能被利用；只有在微好氧条件下才能大量积累木糖醇。另外，木糖醇的溶解性质决定了结晶过程是最复杂、最难控制的；同时，发酵液中较低的木糖醇浓度以及复杂的物质组成又进一步加大了操作难度。发酵玉米芯或秸秆法生产木糖醇时，由于采用的原料含有一定量的棕色色素；而且，酵母在发酵过程中也会产生少量色素、杂蛋白质以及其它化合物，从而降低了产品的回收率及纯度。因此，发酵液的脱色与纯化是结晶前的重要任务。目前的工艺采用活性炭、离子交换树脂等对木糖醇发酵液进行了脱色及纯化，但都仍然存在木糖醇回收率不高的问题。

发明内容

为克服目前木糖醇制备方法中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种利用玉米芯(秸秆等农林废弃物)发酵法生产木糖醇的方法。该方法高效地利用玉米芯或秸秆等农林废弃物来生产木糖醇并联产乙醇，充分利用了玉米芯或秸秆等农林废弃物中的各种成分。

本发明的秸秆发酵生产木糖醇的方法包括以下步骤：

(1)对玉米芯或农林废弃物进行预处理；

(2)对(1)得到的固体进行稀酸处理；

(3)对(2)处理过的组分进行固液分离；

(4)过滤由步骤(3)所获得的液体成分；

(5)进行脱色、过滤、电驱动膜脱酸以及RO浓缩；

(6)将步骤(5)获得的木糖液进行发酵来获得木糖醇；

还可以进一步包括以下步骤：

(7)发酵液除菌、浓缩；

(8)将步骤(7)获得的含木糖醇液进行色谱分离；

(9)将步骤(8)获得的木糖醇液脱色、脱灰、浓缩、结晶、分离、烘干，得到固体成品木糖醇，结晶母液返回(8)。

其中所述的农林废弃物可以是玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆、棉子壳、甘蔗渣、桦木片等，其中优选为玉米秸秆。

作物秸秆主要由植物细胞壁组成，主要成分是纤维素、半纤维素、木质素及粗蛋白和水等，其中两种主要糖源是半纤维素和纤维素。半纤维素占秸秆总重量的20％～25％，而纤维素占秸秆总重量的35％～40％。纤维素结构单元是由β-D-葡萄糖基β-1，4-糖苷键联结而成的线性葡萄糖高分子聚合物，每个纤维分子由800-1200个葡萄糖分子组成，由于其结晶结构，很难被降解。半纤维素主要是木糖，以及少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等组成的复杂分子聚合物，半纤维素较易酸水解为单糖。而木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香族化合物，是一种酚类聚合物，起胶质的作用，将纤维素和半纤维素连接在一起。因此，如果要获得足以工业化发酵获取糖醇的木糖，首先要对原料进行处理，以获得发酵生产木糖醇的糖源。

在本发明的方法中，对玉米芯或秸秆进行了预处理和酸处理，包括将聚合物半纤维素转化成可发酵性糖，并去除不可发酵性物质-胶质、色素和大部分灰份，预处理的方法可包括：机械清理、去铁、水洗、水煮、稀酸煮如HCl或0.05-0.2％浓度的H₂SO₄等。

本发明可采用一定浓度例如0.5-2％优选0.8％浓度的稀硫酸在95～125℃下处理秸秆或玉米芯，使其中的半纤维素水解成含有木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等的混合糖液。稀硫酸处理后，剩下的固体中主要含有纤维素和木质素，秸秆或玉米芯的结构被破坏，可以大大提高纤维素的水解性。

在本发明的方法中，将预处理过的玉米芯或秸秆优选玉米芯进行水解制取木糖，在进行水解时，把预处理过的玉米芯或秸秆优选玉米芯放在水解罐内，加入4-10倍重量的0.5-2％硫酸，用蒸汽加热，当温度达95～125℃时保温搅拌水解1～3h，水解结束，水解液降温至50℃以下，过滤。水解时的温度优选95～125℃温度，110℃为最佳温度；时间为1～3小时；催化剂为HCl或H₂SO₄优选为硫酸(H₂SO₄)，压力为常压或0.2mpa。

水解原理是玉米芯或秸秆中含有具有下述结构式的多缩戊糖：

上式可视为一个环戊糖分子的半缩醒基与另一环戊糖分子的四个碳原子上的羟基经脱水缩合而成的多聚物，即半纤维素，多缩戊糖不溶于水也没有甜味，在有酸的水溶液中加热会溶解进一步水解，即在催化剂的作用下，加水分解成为很多单个分子的戊糖即木糖，其反应式如下：

根据本发明的方法，生成的液体水解液总糖浓度为4.5％～7％，水解结束，将液体从排液管中排出，然后打开水解罐底阀，将水解渣排入一级螺旋挤干机中，进行固液分离、液体收集，汇集到从排液管排出的原糖液中；固体通过搅笼(搅笼上部喷从三级搅笼来的洗液)，输送到二级螺旋挤干机中进行固液分离，固体进入三级螺旋挤干机，液体去下批酸解作为配酸水。三级固体分离的洗水为程水，如蒸发冷凝水或自来水，三级挤干得到的固体渣，即为木糖渣，去调浆，酶解，生产葡萄糖发酵乙醇。

然后将分离获得的木糖液，按液体体积加入0.2-0.4％粉末活性炭，在75～80℃的条件下，保温30min。经过板框架过滤滤去活性碳颗粒，糖液再经过0.2μm的精密液体过滤器过滤。糖液得到进一步的澄清。脱色进入电驱动膜分离器脱酸。将电驱动膜分离器多台串联，物料从第一台进，最后一台出；浓水从最后一台进，第一台出。糖液的电导率由初始的30000～34000μs/cm，降至1000μs/cm以下，操作条件：常温、常压。脱酸后所获得的糖液，进入RO膜浓缩，浓缩后的浓度为15～20％。浓缩膜为有机膜，操作压力为3.3～3.8Mpa。

下表1为玉米芯酸解后的主要成分含量。

表1玉米芯酸解糖液的主要成分含量

对玉米芯的酸解液经固液分离、脱色过滤、电驱动膜分离器脱酸以及RO膜浓缩后的液相进行HPLC测定，测得水解液含有木糖、葡萄糖、阿拉伯糖，它们占总还原糖的质量分数分别为：83％，3.8％和11.8％。

种子发酵：将以上经RO膜浓缩的木糖溶液，补入适量的玉米葡萄糖浆，加入适量的营养盐和营养物，在110℃的条件下，灭菌5min。待种子罐糖液温度降至31℃时，接入种子，维持31℃，按种子发酵液体积∶净化空气量＝1∶0.5的通风量，进行通风培养24～36小时，当酵母密度达到4～5亿/ml时，种子发酵即结束。本发明的木糖醇发酵可采用单一菌种或混合发酵。可用于本发明发酵木糖液方法的微生物可以是所有能将木糖转化成木糖醇的微生物，包括：细菌，如EnterobacterLiquaefaciens，Myobactenum smegmatis，棒状杆菌(Corymebacterumsp.)等种属；丝状真菌，如青霉、曲霉、根霉、胶杆菌、Byssochlamys、漆斑红菌或Neurosporaspp；酵母菌，如具有较为优越的转化木糖生产木糖醇的性能的假丝酵母(Candida)，毕氏酵母(Pichia)，Candida属酵母的转化能力最强的，优选如C.guilliermondii，C.tropicalis，C.mogii，C.parasilosis。其它转化能力较强的酵母为：

①Debaryomyces属，如D.hansenii；

②Pachysolen属，如P.tannophilus；

③Saccharomyces属；

④Schyzosaccharomyces属。

本发明优选使用假丝酵母菌单一菌种发酵，特别是热带假丝酵母。

木糖醇发酵：将RO膜浓缩后的木糖液泵入发酵罐内，加入必需的营养盐和营养物，用NaOH将培养基的PH调到5.8～6.0，用蒸汽将糖液加热到121℃，维持25分钟灭菌，得冷却至31℃，接入种子罐中的种子，按每立方米发酵液每分钟通往0.5立方米的无菌空气，进行酵母增殖培养，经过约8～12小时的通风培养，当酵母数达到4～5亿/ml后，将风量降到0.1立方米/分钟·M3发酵液，经过48～60小时的通风培养，待发酵液中木糖含量降到0.3％以下时，发酵结束。

进入发酵的总糖浓度为15～20％，其中木糖浓度为12.5～16.7％，通过前期的通风培养，总糖中的绝大部分葡萄糖作为酵母生长。发酵结束，发酵液中主要含有木粮醇以及少量阿拉伯糖，甘露、木糖和葡萄糖等杂糖。

在本发明的木糖转化木糖醇发酵中，可采用热带假丝酵母发酵，将木糖生物转化来生产木糖醇，其反应式如下：

本发明优选采用热带假丝酵母进行高密度发酵，发酵液在经膜分离后获得木糖醇溶液与酵母饲料。发酵液经过板式膜或陶瓷膜、金属膜，膜孔径为通过分子量3～5万。过滤压为2～3Kg/cm2，温度30～40℃的条件下，进行错流过滤分离，透过液为粗木糖醇溶液，而酵母被膜截留。随着原液中的木糖醇总量的减少，酵母的浓度越来越高，为将木糖醇与酵母的彻底分离，再向浓缩了的发酵中加入一定量的水，使木糖醇和水进一步透过膜，进入透过液中。

所用膜可以是板式膜，或是金属膜，也可以是陶瓷膜。

其中将获得的木糖醇溶液，其木糖醇浓度为9～12.5％(W/V)，与结晶母液起混合进入色谱分离系统，进行木糖醇与杂糖杂质的分离，以提高木糖醇的纯度。

色谱分离的条件：进料木糖醇浓度12～15％(W/V)，流动相为水，温度为60℃。所用树脂肪酸为阳离子型。色谱分离收集的木糖醇细分去下一工序，杂糖细分去浓缩，烘干作为饲料或出售生产焦糖色素，杂质细分去废水处理。

色谱分离收集的木糖醇组分，经粉末活性碳脱色，离子交换树脂脱盐，浓缩、结晶、分离、烘干得到合格的木糖的产品。母液返回色谱分离系统。

粉碳脱色：在75～80℃条件下，加入糖和糖醇专用粉碳，加量为每立方米液体加入3～5Kg，在搅拌的情况下保温30分钟。

离子交换脱盐：交换树脂为强酸性强阳离子交换树指和弱碱性阴离子交换树脂，树脂柱径高比为1∶3～5，树脂柱材质为玻璃钢或碳钢衬胶，进料量为每小时1～2个柱体积。工作温度≤50℃。出料电导率≤5us/cm。

浓缩：用板式蒸发器或列管蒸发器，四效，真空度0.9～0.5Mpa，最高温度为85℃，浓缩出料时含固量为90％。

结晶：将浓缩好的物料，放入立式或卧式结晶罐中，降温至58～60℃，使整个物料温度均匀一致时，按糖液总重量的10％加入木糖醇晶种，养晶10～12小时后，开始降温，降温速度为0.7℃/1小时，当温度降到30～32℃时，结晶结束。降温用水为自来水或冰水，要求水与物料温度差≤5℃。结晶罐中搅拌转速8～10转/小时。

分离：结晶结束，将糖膏放入分离离心机中，离心为上悬式全自动分离离心机，加入糖膏前，离心机用0～80℃热水或干净蒸汽对离心机进行预热。按离心机的额定负荷加入糖膏后，将离心转速慢慢高至3000转/分钟，维持10分钟，再将转速降到1250转/分钟，打开自动洗水阀3～5秒，再将转速升高至3000转/分钟，如此反复三次。离心结束，放出晶体。

烘干：晶体采用烘干机、流化床、气流或真空固定盘式烘干，烘干温度不高于60℃。干燥失重含量≤0.5％时，即烘干结束。烘干结束，检验合格，得到成品。成品为白色结晶和晶状粉末，味甜，无异味。

木糖醇从发酵液到成品，总收率为75-80％。

另外，如图1所示，在本发明方法的快速固液分离中获得的固相成分用水进行洗涤三级螺旋挤干串联，中间用搅笼输送滤渣，并在搅笼上加水喷淋装置，洗水从量后一级搅笼加入，在最后一级螺旋挤干机收集，泵入第二级搅笼，从第二级螺旋挤干机收集洗水，该洗水中含有1～2％的总糖，该洗水去酸解配酸。而第一级螺旋挤干机出来的液相即为木糖液。在本发明方法中，最后一级搅笼所用的水可以是经前述RO浓缩所回收获得的水，如此反重复使用，可大大降低预处理的成本，也使终端产品的生产成本进一步降低。然后对获得的木糖渣调浆进行酶解将木糖渣调浆，调浆浓度为10～12％，用稀NaOH调整为4.8～5.0。温度50℃的条件下，按纤维重量计，纤维素酶和纤维素二糖酶加量：30FPIU纤维素酶活/g绝干纤维素，15IU纤维二糖酶/克绝干纤维素。酶解时间40-50小时，纤维酶解生成葡萄糖的收率为90％。所用设备为带搅拌的反应器，设备应具良好保温，搅拌叶为浆式叶，转速为50～80转/分钟，转速可调。所用的酶为纤维素酶和纤维素二糖酶。所获得酶解产物的成分为葡萄糖。本发明将所述酶解产物成分经过滤后，置于发酵罐中进行乙醇发酵将酶解过滤后的葡萄糖，经过超滤、RO膜浓缩和势力蒸发浓缩使葡萄糖浓度提高至20～22％，加入乙醇发酵罐中，加入微量的N、P等无机营养源，按10％的接种酵母。前期通风培养4～6小时使酵母增殖，当酵母密度达到2～3亿时，停风，进入厌氧乙代谢。发酵温度34～36℃，发酵周期28～30小时，发酵菌种为普通醇酒酵母，自絮凝酵母或乙醇高产酵母。另外，经过滤所获得的木质素渣可用于燃料或开发生产木质素深加工产品。

本发明的木糖醇制备方法采用微生物发酵来将玉米芯或秸秆酸解获得的木糖转化为木糖醇。发酵法对木糖的纯度要求不高，脱酸只需要电驱动膜分离器即可，与氢化工艺相比，不仅省去大量的离交树脂，而且省去了酸碱消耗，避免了大量的废水产生。同时，采用发酵法，省去了木糖结晶工序，提高了木糖的利用率。该方法省去木糖纯化的离交、浓缩、结晶等步骤。通过发酵，使木糖中的杂糖——葡萄糖在发酵中被酵母消耗，提高了木糖醇的纯度。通过色谱分离技术对发酵液进行分离提纯，使发酵液中木糖醇到成品木糖醇的总收率达到80％。另外，利用微生物直接发酵经初步处理的木糖水解液生产木糖醇，具有工艺条件温和、能耗低、无需繁琐的纯化木糖浆，环境污染程度低、产品质量更加安全可靠等优点。另外，本发明还将固相成分木糖渣转化成可作为燃料使用的以及用于乙醇发酵的糖源，从而使得秸秆中的各成分均得到了充分的利用，可大幅度降低木糖醇的生产成本。

附图说明

图1.为本发明采用玉米芯或秸秆发酵生产木糖醇的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的描述，但下述实施例并非用来限制本发明的范围：

实施例1.玉米芯的预处理

取100Kg玉米芯，手工挑捡去大杂、小杂，加入自来水，手工翻动，清洗玉米芯表面的泥土及灰尘。然后沥去污水，再测玉米芯水分含量。将玉米芯加入1000L糖反应釜中，然后按玉米芯∶稀酸液＝1∶6重量比的比例，加入0.1％的H₂SO₄溶液600Kg，600Kg的稀酸液中，0.1％硫酸为0.61Kg，水为599.39Kg(还应扣除玉米芯水洗时吸入的水分)，在搅拌的情况下加热至80℃，停留1小时，放出稀酸水。

搪瓷釜(淄博工业搪瓷厂生产)锚式搅拌，转速60rpm，夹套加热、冷却。

实施例2.玉米芯的酸解

然后按玉米芯∶稀酸液＝1∶6的重量比例，加入0.8％的H₂SO₄溶液600kg，600kg的稀酸液中，98％硫酸为4.9Kg，水为595.1Kg(注意应扣除0.1稀酸洗后比商品玉米芯所含的水分多出的总水量)，在搅拌的情况下加热至110℃，保持2小时，酸解结束。

搪瓷釜的条件同实施例1

实施例3.玉米秸秆的酸解

将玉米秸秆粉碎(通过3mm筛孔)，按玉米秸秆∶稀酸液＝1∶6的重量比例，加入0.8％的H₂SO₄溶液600kg，600kg的稀酸液中，98％硫酸为4.9Kg，水为595.1Kg，在搅拌的情况下加热至110℃，保持2小时，酸解结束。

搪瓷釜的条件同实施例1

实施例4.固液分离

酸解结束，将酸解混合物降温至50℃以下，通过50L塑料桶转入分离离心机中，离心机转鼓中安装有滤袋。离心机为辽阳友信制药机械科技有限公司生产，最高转速为2000rpm，且变频可调，转速直径

mm，最大装液量30Kg。在离心机转速为500rpm时，开始缓慢加料，让糖液分出，木糖渣在转鼓中颁布均匀，以免引起离心机振动。当50L料全部加入后，盖上离心机盖，慢慢调至最高转速2000rpm，维持10分钟，直到没有液体排出为止，然后从洗水口加入50℃水3L，对固体进行洗涤，重复洗涤二次，直到排液中无水排出为止，停机，卸渣。

实施例5.液相成分的处理

将分离获得的木糖液，按100升液体体积加入0.2-0.4％(W/V)粉末活性炭，在75～80℃的条件下，保温30℃。经过板框架过滤滤去活性碳颗粒，糖液再经过0.2um的精密液体过滤器过滤。糖液得到进一步的澄清。

脱色进入电驱动膜分离器脱酸。电驱动膜分离器规格400×600，共80对阴阳膜的实验装置。物料进行循环流动脱酸，酸根以离子状态进入浓水中。糖液的电导率由初始的32000us/cm，降至1000us/cm以下。操作条件：常温、常压。脱酸后所获得的糖液，进入RO膜浓缩，RO膜面积为7m²。浓缩后的浓度为15～20％。浓缩膜为有机膜，操作压力为3.3～3.8Mpa。

实施例6.种子发酵的制备

种子制备流程是：从菌种斜面到摇瓶培养，然后接入种子罐，种子罐培养基组成为上述浓缩后的木糖液、酵母粉、玉米浆，通无菌空气通风培养。

菌种：热带假丝酵母

斜面培养基：葡萄糖1％、木糖1％、酵母粉0.3％、蛋白胨0.5％、玉米芯水解液3％、琼脂2％。

摇瓶培养基：葡萄糖1％、木糖2％、酵母粉0.5％、蛋白胨0.8％。

种子罐培养基：玉米芯水解液3％、酵母粉0.5％、玉米浆0.8％、葡萄糖1％。

种子罐培养条件：通风风量1∶0.5；温度：28-31℃；pH6.0。

实施例7.木糖发酵制备木糖醇

将实施例4处理浓缩后的糖液，加入发酵罐中，补加0.1％的硫酸铵和0.3％的玉米浆，蒸汽加热到121℃，维持25min，然后冷却到32℃，接入实施例5培养好的种子液，接种量10％。

发酵工艺条件：初始pH6.0；风量采用两段通风法：前10小时1∶0.4，然后降为1∶0.15，直到发酵结束。发酵温度：30-32℃；发酵周期：＜72小时。

发酵结束，发酵液状态为：外观：深褐色液体，比重1.06，湿酵母含量：4-6％；木糖醇浓度8-10％；木糖醇对木糖转化率为75％-80％。

实施例8.发酵液的处理

发酵液先经过板式膜过滤，分离发酵液中的酵母。膜孔径为5万分子量，过滤面积为1m²的中试设备。操作压力：进口0.32Mpa，出口0.30Mpa，操作温度35℃。收集透过液，当酵母浓度达到20％时，加入3L自来水，进行稀释透析，如此重复三次，共加透析水9L，使浓缩液中木糖醇含量低于1％时，酵母膜分离结束。

收集的透过液澄清，色泽较深，透光率为15％。

除去酵母的木糖醇液进入色谱分离。色谱分离的条件：进料木糖醇浓度12～15％(W/V)，流动相为水，温度为60℃。所用树脂肪酸为阳离子型。色谱分离收集的木糖醇细分去下一工序，杂糖细分去浓缩，烘干作为饲料或出售生产焦糖色素，杂质细分去废水处理。

色谱分离收集的木糖醇组分，经粉末活性碳脱色，离子交换树脂脱盐，浓缩、结晶、分离、烘干得到合格的木糖的产品。母液返回色谱分离系统。

粉碳脱色：在75～80℃条件下，加入糖和糖醇专用粉碳，加量为每立方米液体加入3～5Kg，在搅拌的情况下保温30分钟。

离子交换脱盐：交换树脂为强酸性强阳离子交换树指和弱碱性阴离子交换树脂，树脂柱径高比为1∶3～5，树脂柱材质为玻璃钢或碳钢衬胶，进料量为每小时1～2个柱体积。工作温度≤50℃。出料电导率≤5us/cm。

浓缩：用板式蒸发器或列管蒸发器，四效，真空度0.9～0.5Mpa，最高温度为85℃，浓缩出料时含固量为90％。

结晶：将浓缩好的物料，放入立式或卧式结晶罐中，降温至58～60℃，使整个物料温度均匀一致时，按糖液总重量的10％加入木糖醇晶种，养晶10～12小时后，开始降温，降温速度为0.7℃/1小时，当温度降到30～32℃时，结晶结束。降温用水为自来水或冰水，要求水与物料温度差≤5℃。结晶罐中搅拌转速8～10转/小时。

分离：结晶结束，将糖膏放入分离离心机中，离心为上悬式全自动分离离心机，加入糖膏前，离心机用0～80℃热水或干净蒸汽对离心机进行预热。按离心机的额定负荷加入糖膏后，将离心转速慢慢高至3000转/分钟，维持10分钟，再将转速降到1250转/分钟，打开自动洗水阀3～5秒，再将转速升高至3000转/分钟，如此反复三次。离心结束，放出晶体。

烘干：晶体采用烘干机、流化床、气流或真空固定盘式烘干，烘干温度不高于60℃。干燥失重含量≤0.5％时，即烘干结束。烘干结束，检验合格，得到成品。成品为白色结晶和晶状粉末，味甜，无异味。木糖醇从发酵液到成品，总收率为80％。

实施例9.固相成分的处理

对获得的木糖渣调浆进行酶解将木糖渣调浆，调浆浓度为10～12％，用稀NaOH调整为4.8～5.0。温度50℃的条件下，按纤维重量计，纤维素酶和纤维素二糖酶加量：30FPIU纤维素酶活/g绝干纤维素，15IU纤维二糖酶/g绝干纤维素。酶解时间48小时，纤维酶解生成葡萄糖的收率为90％。所用设备为带搅拌的反应器，设备应具良好保温，搅拌叶为浆式叶，转速为50～80转/分钟，转速可调。所用的酶为纤维素酶和纤维素二糖酶。所获得酶解产物的成分为葡萄糖。

酶解产物成分经过滤后，置于发酵罐中进行乙醇发酵将酶解过滤后的葡萄糖，经过超滤、RO膜浓缩和势力蒸发浓缩使葡萄糖浓度提高至20～22％，加入乙醇发酵罐中，加入微量的N、P等无机营养源，按10％的接种酵母。前期通风培养4～6小时使酵母增殖，当酵母密度达到2～3亿时，停风，进入厌氧代谢。发酵温度34～36℃，发酵周期28～30小时，发酵菌种为普通醇酒酵母，自絮凝酵母或乙醇高产酵母。另外，经过滤所获得的木质素渣可用于燃料或开发生产木质素深加工产品。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基本上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (12)

1.一种生产木糖醇的方法，该方法包括以下步骤：

(1)对玉米芯或农林废弃物进行预处理；

(2)对(1)得到的固体进行稀酸处理；

(3)对(2)处理过的组分进行固液分离；

(4)过滤由步骤(3)所获得的液体成分；

(5)进行脱色、过滤、电驱动膜脱酸以及RO浓缩；

(6)将步骤(5)获得的木糖液进行发酵来获得木糖醇。

2.根据权利要求1的方法，其进一步包括以下步骤：

(7)发酵液除菌、浓缩；

(8)将步骤(7)获得的含木糖醇液进行色谱分离；

(9)将步骤(8)获得的木糖醇液脱色、脱灰、浓缩、结晶、分离、烘干，得到固体成品木糖醇，结晶母液返回(8)。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述的农林废弃物为玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆、棉子壳、甘蔗渣、桦木片等。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述的稀酸处理为用硫酸溶液酸解玉米芯或秸秆。

5.根据权利要求4的方法，其中所述的酸液为0.5％～2.0％浓度的硫酸溶液，且玉米芯或农林废弃物与所用酸液的重量比为1∶4～10。

6.根据权利要求1～2或5之任一所述的方法，该方法还包括在对玉米芯或农林废弃物进行酸处理前的清理、水洗和稀酸煮。

7.根据权利要求1或5的方法，其中所述的发酵为普通醇酒酵母、自絮凝酵母或热带假丝酵母单一菌种纯种发酵。

8.根据权利要求1或5的方法，其中所述的发酵为混合发酵，发酵菌种选自下述菌种中的两种或多种：EnterobacterLiquaefaciens，Myobactenum smegmatis，棒状杆菌(Corymebacterum sp.)、青霉、曲霉、根霉、胶杆菌、Byssochlamys、漆斑红菌或Neurosporaspp、假丝酵母(Candida)，毕氏酵母(Pichia)、C.guilliermondii，C.tropicalis，C.mogii，C.parasilosis。

9.根据权利要求1～2或4的方法，该方法还包括发酵后对发酵液进行膜过滤、脱灰、RO膜浓缩、蒸发以及结晶的步骤。

10.根据权利要求1的方法，该方法还包括如下步骤：用通过RO膜浓缩获得的水洗涤由步骤(3)所获得的固相成分，然后经调浆、酶解与过滤后，获得的糖源用于乙醇发酵。

11.根据权利要求10的方法，其包括将过滤获得的木质素渣用作燃料或生产其深加工产品的步骤。

12.根据权利要求10或11的方法，其中所述的酶为纤维素酶和纤维素二糖酶。

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