CN102071236A - 木薯渣制备还原糖和低聚糖的一种方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产还原糖和低聚糖的方法。该方法以木薯渣为原料，在对木薯渣施以高温高压蒸汽爆破的基础上，接着对其进行酶解，能充分将木薯渣中的淀粉、纤维素和半纤维素糖化为还原糖和低聚糖。对糖化后的木薯渣中所含的还原糖和低聚糖可采用大孔树脂等多种方法分离后利用或不分离直接利用(如直接发酵生产酒精或饲料酵母或直接做碳水化合物饲料用)。本发明工艺简单高效，降低了酶的使用量，节约能源和时间，成本低，易于实现工业化生产。

Description

木薯渣制备还原糖和低聚糖的一种方法

技术领域

本发明涉及一种使用木薯废渣生产还原糖和低聚糖的工艺。

背景技术

木薯渣是生产木薯淀粉后剩余的废渣，其主要成分是纤维素、木质素和残留淀粉。木薯渣由于含纤维素高(根据生产技术水平不同可达15-30％)，同时由于木薯渣中的纤维素致密难降解，影响了直接利用。通过水解、酶解可获得还原糖，(其主要包含有葡萄糖、)及低聚糖(纤维四糖、纤维二糖等)，这些糖可用于进一步生产低聚糖、酒精、有机酸等重要的工业产品、化学药品和食品，也可以用于生产单细胞蛋白饲料。传统的纤维素、木质素水解方法是酸水解和酶水解。酸水解耗酸多且污染环境，酶解方法因木薯纤维致密，酶解效果不好。与传统的纤维素酸水解和酶水解相比较，本法因高温高压汽爆木薯渣使纤维素致密结构破坏，变松散易于与酶结合。高温高压汽爆与酶解结合反应具有效率高，节约能源，过程简单，成本低无污染环境等诸多技术优势，是种木薯渣开发利的有效途径。用高温高压汽爆与酶解结合方法以木薯渣为原料生产还原糖和低聚糖，可以缓解目前直接用粮食生产化工产品和饲料造成粮食供应紧张的状况。国内年产生木薯渣达数百万吨，采用新工艺从木薯渣制备还原糖，进而在此基础上生产蛋白饲料、单糖或其他化工产品，能够充分利用地方特色农副产品资源，极大地提高木薯渣的利用率，增加它的附加值，变废为宝，为农民增收、减少浪费、创建节约型社会做贡献。

高温高压蒸汽爆破处理简称汽爆，兴起于20世纪80年代，是目前纤维类物质处理中一种新的技术。汽爆装置一般由以下几部分组成：蒸汽发生器、压力反应器、物料收集器及气体冷凝器。汽爆处理时一般是先把原料放入压力反应器内，通入高压蒸汽，然后迅速减压，迫使物料释放到大气中。

与传统的木薯渣酸水解和酶水解相比较，汽爆加酶解降解木薯渣生产糖、低聚糖具有效率高，过程简单，节能环保，用酶量少、成本低等诸多技术优势。

目前汽爆处理纤维类物质主要针对秸秆、菜粕等。发明专利《利用膜反应器酶解汽爆秸秆制备还原糖的方法及装置》(专利(申请)号：200510011458.8)公开了一种汽爆秸秆酶解与超滤膜耦合同时实现制备高浓度还原糖和纤维素酶的回收再利用的生产工艺。发明专利《混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法》(专利(申请)号：99122346.2)，公开的方法为：秸秆蒸汽爆碎处理；汽爆料按配方制成发酵用培养基、灭菌、接入发酵菌种、浅盘固态发酵、烘干、蛋白饲料。发明专利《汽爆菜粕和棉粕进行多菌种发酵生产蛋白饲料及方法》(专利(申请)号：200810230648.2)，公开的方法将原料输送至物料汽爆系统内汽爆；将汽爆后的原料冷却、灭菌接入菌种、发酵、接入厌氧菌种、密封厌氧培养。发明专利《汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法》(专利(申请)号：200810102980.0)，将红薯在蒸汽压力0.5～0.8MPa的条件下蒸汽爆破处理2～4min；汽爆处理的红薯加入糖化酶糖化后，同时加入硫酸铵、磷酸二氢钾和活化后的酵母发酵，蒸馏收集发酵产生的乙醇。发明专利《气爆高温微波处理生产秸秆生物制剂的方法》(专利(申请)号：200710054452.8)，先将秸秆粉碎至2mm以下的粉状；输送至气爆室内进行气爆，再加入与秸秆等重的水分输送至高温蒸汽处理仓内，进行消毒灭菌及微波处理；将消毒灭菌后的秸秆冷却后分类均匀地喷洒菌种混和培养液；再分别输送至厌氧发酵仓内和好氧发酵仓内进行固态发酵制得好氧菌培养物；按照厌氧菌培养物和好氧菌培养物的重量比例进行分类混合再培养发酵即制得各种秸秆生物制剂。

到目前为止，木薯渣的处理基本上还是传统方法。发明专利《采用含木薯渣的原料制备乙醇的方法》(专利(申请)号：200810223312.3)，公开的方法是：将含木薯渣的原料与酶混合，酶解含木薯渣的原料中的纤维索，得到酶解产物，并发酵该酶解产物。发明专利《木薯渣生产酒精和栽培食用菌的方法》(专利(申请)号：200810015418.4)，公开的方法是：将木薯淀粉渣进行晒干或压榨烘干，进行拌料、蒸熟、一次冷却、加糖化酶、二次冷却加酵母、入池发酵、蒸锅蒸馏。发明专利《木薯渣酒精生产新工艺》(专利(申请)号：200810073402.9)，公开的方法是：将木薯渣与生木薯或木薯干片分开，分别进行蒸煮和糖化，木薯渣经糖化后进行渣水分离，固渣直接拉去做饲料或肥料，木薯渣糖化滤液用作生木薯或木薯干片的调浆用液。

现有公开的木薯渣处理专利存在的问题是：1、采用传统酶解或酸解，存在环境污染及反应时间较长，能耗高及成本高。2、投入酶量大而酶解不够充分。酶解得糖率不高(一般在30％-50％)。

发明内容

本发明主要解决上述现有木薯渣处理技术中存在的问题，缩短提取时间、提高收率、节约能源、减少环境污染。

本发明的技术方案是：

本发明以木薯渣为原料，经蒸汽爆破、酶解、分离纯化等步骤所获得的木薯渣还原糖和低聚糖含量达60％以上。

本发明所述提取方法为蒸汽爆破。温度为100℃～300℃，压力为1MPa～10MPa，保压时间为0.1～10分钟。

本发明所述的酶解用的酶为纤维素酶、半纤维素酶等糖化酶。

本发明所述的酶与木薯渣的混合比例为1～30∶90～60，酶解时间为1～48小时。

本发明采用大孔树脂分离还原糖和低聚糖，具有回收率高的特点。

具体实施方式

实施例1

取新鲜脱水木薯渣120g，含水量10％以下，装入反应罐中，通入高压高温蒸汽，温度150℃，压力2MPa，保持温度、压力3分钟；在0.5秒内瞬间减压，降温。将汽爆过的木薯渣晾冷，用NaOH调pH5.5，按5％比例加入纤维素酶，保持温度65℃，酶解10小时，大孔树脂洗脱分离还原糖、低聚糖，浓缩、烘干得成品95g，用DNS法测得含总糖80g。

实施例2

取新鲜脱水木薯渣250g，含水量10％以下，装入反应罐中，通入高压高温蒸汽，温度120℃，压力1.5MPa，，保持温度、压力5分钟，在0.3秒内瞬间减压，降温。将汽爆过的木薯渣晾冷，用NaOH调pH6按3％、1.5％比例加入纤维素酶和半纤维素酶，保持温度45℃，酶解25小时，烘干得成品，大孔树脂洗脱分离还原糖、低聚糖，浓缩、烘干得成品195g，用DNS法测得含总糖156g。

实施例3

取烘于木薯渣250g，含水量10％以下，装入反应罐中，通入高压高温蒸汽，温度200℃，压力3MPa，保持温度、压力10分钟，在0.2秒内瞬间减压，降温。将汽爆过的木薯渣晾冷，用NaOH调pH6.3，按4％、2％比例加入纤维素酶和半纤维素酶，保持温度50℃，酶解18小时，大孔树脂洗脱分离还原糖和低聚糖，浓缩、烘干得成品215g，用DNS法测得含总糖187g。

Claims (7)

1.一种还原糖和低聚糖制备工艺，其特征在于以木薯渣为原料，经高温高压蒸汽爆破、酶解等步骤所获得的总糖含量60％以上。

2.如权利要求1所述还原糖和低聚糖制备的方法，其特征在于：蒸汽爆破温度为100℃～300℃，压力为1MPa～10MPa，保压时间为0.1～10分钟。

3.如权利要求1所述还原糖和低聚糖制备的方法，其特征在于：所述的酶解用的酶为纤维素酶、半纤维素酶。

4.如权利要求1所述还原糖和低聚糖制备的方法，其特征在于：所述的酶解方法中，酶与木薯渣的混合比例为1～30∶90～60。

5.如权利要求1所述还原糖和低聚糖制备的方法，其特征在于：酶解时间为1～48小时。

6.如权利要求1所述还原糖和低聚糖制备的方法，其特征在于：酶解温度30-70℃，pH3-8。

7.如权利要求1所述还原糖和低聚糖制备的方法，其特征在于：采用大孔树脂分离还原糖和低聚糖。