CN103555865B - 一种木糖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木糖的制备方法，主要包括如下步骤：处理含纤维素、半纤维素的原料，得到含木糖的溶液；含木糖的溶液经过提纯后，包括含木糖的溶液提纯前先经过活性炭脱色，得到脱色液；脱色液经一次蒸发浓缩之前，先经过保护过滤和/或卷式膜超滤，然后经电渗析设备除盐，得到电渗析液，再经膜浓缩得到膜浓缩液，最后经一次蒸发浓缩、活性炭脱色、离子交换、二次蒸发浓缩、结晶、离心得到木糖晶体。本发明利用电渗析除盐、膜浓缩代替传统工艺中的碳酸钙或者石灰中和、一次离子交换、一次蒸发浓缩，减少了酸碱消耗和水耗，可以节约用水55-75%，大量降低了污水排放；因此本工艺真正实现了节能降耗、减轻污染、清洁高效生产的目的。

Description

一种木糖的制备方法

技术领域

本发明属于功能糖生产技术领域，具体涉及一种木糖的制备方法。

背景技术

木糖是一种戊糖，从玉米芯、甘蔗渣、棉籽壳、造纸废水等含纤维素、半纤维素的农业废弃物提取木糖，经中和-脱色-阳、阴、阳的一次净化提纯-一次蒸发浓缩-阴、阳、阴的二次净化提纯-二次蒸发浓缩-结晶-离心-烘干等工序制备的白色结晶体，按此工艺制备木糖产品，工艺流程长，消耗水、电、汽、酸、碱等辅料多，尤其是产生的污水量大，对环境造成一定的危害，其中的中和工序由于在添加轻质碳酸钙时，容易形成过碱区，导致木糖异构化和色素、杂质的产生，影响木糖液的产品质量。中国专利201210263396.X公开一种木糖精制提纯工艺，木糖水解液经过纳滤膜除去色素、胶体、蛋白大分子杂质，将木糖液透光率提高到70-80%，再经过一次纳滤膜，除去木糖液中的钙离子、硫酸根离子、氯离子等无机杂质离子，用纳滤部分替代脱色和离子交换，但是使用过程中，纳滤膜很快被污染，因为木糖液首先利用轻质碳酸钙中和，木糖液中含有大量的钙离子，钙离子对膜有致命伤害，再纳滤膜除杂质时，钙离子很快导致膜损坏，严重缩短了膜的寿命，并且产生的硫酸钙难以处理，污染环境。中国专利201210151705.4公开了一种高效节能的木糖生产工艺，玉米芯经水解、石灰中和、保安过滤、膜连续除杂、膜连续浓缩、一次离子交换、一次蒸发、二次离子交换、二次蒸发、三次蒸发、浓缩结晶得到木糖晶体，其工艺采用石灰中和，仍然在木糖液中引入了大量钙离子，严重影响后续工艺中膜的寿命；工艺采用两次离子交换，会消耗大量的酸碱，产生大量含酸碱的废水，给污水处理含环境保护造成很大压力；其工艺三次蒸发木糖液，需要消耗大量的蒸汽，能源消耗大；并且此工艺流程很长，生产周期也会很长，因此此工艺不能真正实现高效节能生产。中国专利201210082007.3公开一种木糖生产工艺，采用水解、中和、一次脱色、一次离交、膜浓缩、多效浓缩、二次脱色、二次离交、真空浓缩、结晶离心得到木糖晶体，工艺采用在一次离交后采用膜浓缩部分替代了一次蒸发器蒸发，节约了一部分蒸汽，同时避免了钙离子污染膜，但是采用碳酸钙中和木糖液，产生大量的硫酸钙沉淀，难以处理，并且中和过程中，容易形成过碱区，造成糖分解、变性，同时工艺中有两次离交，消耗大量的酸碱，产生大量污水，因此此工艺也没有达到减少污水排放、清洁生产、节能的目的。因此，积极开发一种节约水源、节约蒸汽、清洁、高效的木糖生产制备工艺，是木糖生产行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有木糖制备方法中，用水量大、污水排放量大、蒸汽消耗高等问题，提供一种节约水源、降低消耗、减少污染、清洁高效的木糖制备方法。

本发明提供了一种木糖的制备方法，主要包括如下步骤：

（1）处理含纤维素、半纤维素的原料，得到含木糖的溶液；

（2）含木糖的溶液经过经过提纯后，再经一次蒸发浓缩、活性炭脱色、离子交换、二次蒸发浓缩、结晶、离心得到木糖晶体或者木糖溶液。

根据本发明，所述含纤维素、半纤维素的原料为玉米芯、蔗渣、蔗髓、造纸废水、农作物秸秆、毛竹、竹屑中的一种或多种。

根据本发明实施方式之一，所述处理含纤维素、半纤维素的原料，其处理方法为酸性条件下加热处理，得到含木糖的溶液。

优选的，酸性条件下加热处理是指利用硫酸、盐酸、草酸、固体酸作催化剂，加热加压处理含纤维素、半纤维素的原料，得到含木糖的溶液。

根据本发明另一实施方式，所述处理含纤维素、半纤维素的原料，其处理方法为用蒸汽爆破酸浸泡过的含纤维素、半纤维素的原料，得到含木糖的溶液，所述酸包括但不限于盐酸、草酸、硫酸。

根据本发明，所述含木糖的溶液提纯前，先经过活性炭脱色，得到脱色液。

优选的，所述脱色条件为30-85℃保温20-80min，得到的脱色液透光度不低于50%。

根据本发明，所述脱色液经一次蒸发浓缩之前，经过电渗析设备除盐，得到电渗析液。

根据本发明实施方式之一，所述脱色液经过电渗析设备除盐之前，经过保护过滤，除去大分子或者固体杂质，保护电渗析膜。

根据本发明另一实施方式，所述脱色液经过电渗析设备除盐之前，经过卷式膜超滤，去除蛋白、胶体、色素、无机盐，保护电渗析膜，卷式膜的分子量为1000-8000Da。

根据本发明再一实施方式，所述脱色液经过电渗析设备除盐之前，经过保护过滤和卷式膜超滤，去除大分子或者固体杂质以及蛋白、胶体、色素、无机盐，保护电渗析膜，卷式膜的分子量为1000-8000Da。

根据本发明，所述电渗析除盐的电渗析膜选用均相膜。

根据本发明，所述电渗析液经一次蒸发浓缩之前，经过膜浓缩得到膜浓缩液。

优选的，膜浓缩的膜选用纳滤膜或者物料反渗透膜。

进一步优选的，膜浓缩的膜选用物料反渗透膜。

根据本发明，所述膜浓缩液经过一次蒸发浓缩、活性炭脱色、离子交换、二次蒸发浓缩、结晶、离心得到木糖晶体。

本发明所述木糖的制备方法，首先从含纤维素、半纤维素的原料中提取木糖，采用硫酸、盐酸、草酸加热加压水解或者蒸汽爆破的方式提取，得到木糖液，木糖液在40-80℃、保温25-70min的条件下，进行脱色，得到的木糖一次脱色液的透光率不低于50%，活性炭的用量可以常规选择。木糖一次脱色液经过电渗析除盐，将木糖液的电导率降低至1500μs/cm以下，电渗析膜选用均相膜，再经过膜浓缩，将木糖液中的干物质量百分含量提高至9-24%，浓缩膜选用纳滤膜或者物料反渗透膜。为了减少电渗析膜的污染，可以在电渗析除盐前，添加保护过滤或者卷式膜超滤步骤，也可以保护过滤和卷式膜超滤同时使用，技术人员可根据需要选择。经过膜浓缩后的木糖液，再经过常规的一次蒸发浓缩、二次脱色、离子交换、二次蒸发浓缩、结晶、离心，得到高品质的木糖结晶体和母液，木糖结晶体中木糖的质量百分含量不低于99%。

本发明利用电渗析除盐、膜浓缩代替传统工艺中的碳酸钙或者石灰中和、一次离子交换、一次蒸发浓缩，减少了离子交换的酸碱消耗和水耗，可以节约用水55-75%，大量降低了污水排放；利用膜浓缩工艺代替一次蒸发，减少了蒸汽消耗，节约了能源；同时膜浓缩前采用一次脱色、保护过滤、膜超滤的连用，有效保护了电渗析膜和浓缩膜，延长了膜的寿命；提高了木糖液的品质，因此本工艺真正实现了节能降耗、减轻污染、清洁高效生产的目的。

具体实施方式

  为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。

实施例1

（1）玉米芯水解

取玉米芯，加入质量浓度为2.5%的硫酸溶液，135℃，保温3小时，得到木糖液，木糖液中干物质质量百分含量为7%，透光率为3.2%，

（2）一次脱色

按照木糖液中干物质质量的4%加入活性炭，86℃保温20min，过滤除去活性炭，得到木糖一次脱色液，其透光率为65%。

（3）保护过滤

将木糖一次脱色液通过纱布袋过滤，以除去其中的固体杂质，保护电渗析膜。

（4）膜超滤

经过保护过滤后的木糖液，利用膜孔径为5000的耐酸卷式膜超滤，除去活性炭未能除去的胶体杂质，进一步保护电渗析膜，经过卷式膜超滤后的木糖液，透光率为73%，干物质质量百分含量为5.1%。

（5）电渗析除盐

经过膜超滤后的木糖液，利用均相电渗析膜除去其中的硫酸、盐等电解质，木糖液的电导率降低至984μs/cm。

（6）膜浓缩

经过电渗析除盐后的木糖液，利用纳滤膜浓缩，浓缩后的木糖液中干物质质量百分含量为15.2%。

（7）浓缩、二次脱色、离子交换、浓缩、结晶

经过膜浓缩后的木糖液，利用蒸发器蒸发浓缩至干物质质量百分含量为23%，再经过第二次活性炭脱色，木糖液的透光率为68.3%，经过阴（D301）-阳(001*7)-阴（D301）树脂进行离子交换,进一步去除木糖液中色素、胶体、电解质等杂质，离子交换后的木糖液经过二次蒸发浓缩，降温结晶，离心得到木糖结晶体，木糖结晶体中的木糖质量百分含量为99.8%。

实施例2

（1）玉米芯水解

取玉米芯，加入质量浓度为1.7%的硫酸溶液，115℃，保温2.5小时，得到木糖液，木糖液中干物质质量百分含量为6.2%，透光率为4.5%，按照木糖液中干物质质量的7%加入活性炭，70℃保温33min，过滤除去活性炭，得到木糖一次脱色液，其透光率为75%。

（2）电渗析除盐

利用均相电渗析膜过滤木糖一次脱色液，除去其中的硫酸、盐类等电解质，木糖液的电导率降低至605μs/cm。

（3）膜浓缩

经过电渗析除盐后的木糖液，利用物料反渗透膜浓缩，浓缩后的木糖液中干物质质量百分含量为18.3%。

（4）浓缩、脱色、离子交换、浓缩、结晶

经过膜浓缩后的木糖液，经蒸发器蒸发浓缩至干物质质量百分含量为23.5%，再经过第二次活性炭脱色，木糖液的透光率为63.7%，经过阴（D301）-阳(001*7)-阴（D301）树脂进行离子交换,进一步去除木糖液中色素、胶体、电解质等杂质，离子交换后的木糖液经过二次蒸发浓缩，降温结晶，离心得到木糖结晶体，木糖结晶体中的木糖质量百分含量为99.7%。

实施例3

（1）蒸汽爆破玉米秸秆

    将500g玉米秸秆粉碎至约1cm见方的小段，加入按重量计1.1%的盐酸溶液8000ml，室温下浸泡17h 后，固液分离，得到的酸化玉米秸秆，将酸化的玉米秸秆放入到汽爆设备中，蒸汽升压至1.1Mpa，保压4.5min，得到的汽爆玉米秸秆泥，用热水多次清洗玉米秸秆泥，合并多次洗涤液，即为木糖液，干物质质量百分含量为4.1%。

（2）一次脱色

按照木糖液中干物质质量的10%加入活性炭，50℃保温10min，过滤除去活性炭，得到木糖一次脱色液，其透光率为72%。

（3）膜超滤

利用膜孔径为8000的耐酸卷式膜超滤超滤木糖一次脱色液，除去活性炭未能除去的胶体杂质，进一步保护电渗析膜，经过膜超滤后的木糖液，透光率为80.1%，干物质质量百分含量为3.9%。

   （4）电渗析除盐

经过超滤后的木糖液，利用均相电渗析膜除去其中的酸根、盐等电解质，木糖液的电导率降低至835μs/cm。

（5）膜浓缩

经过电渗析除盐后的木糖液，利用纳滤膜浓缩，浓缩后的木糖液中干物质质量百分含量为11.5%。

（6）浓缩、二次脱色、离子交换、结晶

经过膜浓缩后的木糖液，利用蒸发器蒸发浓缩至干物质质量百分含量为28%，再经过第二次活性炭脱色，木糖液的透光率为80.3%，经过阴（D301）-阳(001*7)-阴（D301）树脂进行离子交换,进一步去除木糖液中色素、胶体、电解质等杂质，离子交换后的木糖液经过二次蒸发浓缩，降温结晶，离心得到木糖结晶体，木糖结晶体中的木糖质量百分含量为99.9%。

实施例4

（1）硫酸水解造纸废水

    向含有半纤维素的造纸废水中加入硫酸，硫酸用量为使造纸废水中的硫酸的质量百分含量为1.8%，150℃，保温2小时，得到木糖水解液。

（2）一次脱色

按照木糖液中干物质质量的3%加入活性炭，62℃保温70min，过滤除去活性炭，得到木糖一次脱色液，其透光率为52%。

（3）膜超滤

利用膜孔径为3000的耐酸卷式膜超滤超滤木糖一次脱色液，除去活性炭未能除去的胶体杂质，进一步保护电渗析膜，经过膜超滤后的木糖液，透光率为76%，干物质质量百分含量为5.8%。

（4）电渗析除盐

经过超滤后的木糖液，利用均相电渗析膜除去其中的酸根、盐等电解质，木糖液的电导率降低至835μs/cm。

（5）膜浓缩

经过电渗析除盐后的木糖液，利用纳滤膜浓缩，浓缩后的木糖液中干物质质量百分含量为11.5%。

（6）浓缩、二次脱色、离子交换、结晶

经过膜浓缩后的木糖液，利用蒸发器蒸发浓缩至干物质质量百分含量为28%，再经过第二次活性炭脱色，木糖液的透光率为80.3%，经过阴（D301）-阳(001*7)-阴（D301）树脂进行离子交换,进一步去除木糖液中色素、胶体、电解质等杂质，离子交换后的木糖液经过二次蒸发浓缩，降温结晶，离心得到木糖结晶体，木糖结晶体中的木糖质量百分含量为99.9%。

Claims (7)

1.一种木糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

处理含纤维素、半纤维素的原料，得到含木糖的溶液；

含木糖的溶液经过提纯，再经一次蒸发浓缩、活性炭脱色、离子交换、二次蒸发浓缩、结晶、离心得到木糖晶体；

其中，所述含木糖的溶液的提纯为木糖液先通过电渗析设备除盐，得到的电渗析液；再经过膜浓缩，得到膜浓缩液；

所述电渗析除盐的电渗析膜选用均相膜。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述含木糖的溶液提纯前，先经过活性炭脱色，得到脱色液。

3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述含木糖的溶液提纯前脱色的脱色条件为30-85℃保温20-80min，得到的脱色液透光度不低于50%。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述脱色液经过电渗析设备除盐之前，经过保护过滤，除去大分子或者固体杂质，保护电渗析膜。

5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述脱色液经过电渗析设备除盐之前，经过卷式膜超滤，去除蛋白、胶体、色素、无机盐，保护电渗析膜，卷式膜的分子量为1000-8000Da。

6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述脱色液经过电渗析设备除盐之前，经过保护过滤和卷式膜超滤，去除大分子或者固体杂质以及蛋白、胶体、色素、无机盐，保护电渗析膜，卷式膜的分子量为1000-8000Da。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，膜浓缩的膜选用纳滤膜或者物料反渗透膜。