CN105907896A - 一种利用木质纤维原料联产高浓度木糖和低聚木糖的方法 - Google Patents
一种利用木质纤维原料联产高浓度木糖和低聚木糖的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105907896A CN105907896A CN201610327799.4A CN201610327799A CN105907896A CN 105907896 A CN105907896 A CN 105907896A CN 201610327799 A CN201610327799 A CN 201610327799A CN 105907896 A CN105907896 A CN 105907896A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- xylose
- furfural
- xylooligosaccharide
- wood fiber
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 title claims abstract description 165
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 title claims abstract description 9
- HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N d-xylitol Chemical compound OC[C@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N 0.000 title abstract 6
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 8
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 7
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 7
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 6
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 5
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 4
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 claims description 3
- 244000138286 Sorghum saccharatum Species 0.000 claims description 3
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 claims description 3
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 claims description 2
- 239000011436 cob Substances 0.000 claims description 2
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 claims 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 abstract description 27
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 abstract description 19
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 19
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 abstract description 12
- 229920001221 xylan Polymers 0.000 abstract description 11
- 150000004823 xylans Chemical class 0.000 abstract description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 9
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 9
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 7
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000002777 acetyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 4
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 4
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 3
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 235000015099 wheat brans Nutrition 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-SVZMEOIVSA-N (+)-Galactose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-SVZMEOIVSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101710121765 Endo-1,4-beta-xylanase Proteins 0.000 description 2
- IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N Galacturonsaeure Natural products O=CC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- GQYKSISLCPUNJT-BDVNFPICSA-N (2r,3r,4r,5r)-2,3,5,6-tetrahydroxy-4-methoxyhexanal Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](OC)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GQYKSISLCPUNJT-BDVNFPICSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 1
- AEMOLEFTQBMNLQ-DTEWXJGMSA-N D-Galacturonic acid Natural products O[C@@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-DTEWXJGMSA-N 0.000 description 1
- SHZGCJCMOBCMKK-UHFFFAOYSA-N D-mannomethylose Natural products CC1OC(O)C(O)C(O)C1O SHZGCJCMOBCMKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010001682 Dextranase Proteins 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 244000166124 Eucalyptus globulus Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- SRBFZHDQGSBBOR-HWQSCIPKSA-N L-arabinopyranose Chemical compound O[C@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-HWQSCIPKSA-N 0.000 description 1
- PNNNRSAQSRJVSB-UHFFFAOYSA-N L-rhamnose Natural products CC(O)C(O)C(O)C(O)C=O PNNNRSAQSRJVSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000209046 Pennisetum Species 0.000 description 1
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- IAJILQKETJEXLJ-RSJOWCBRSA-N aldehydo-D-galacturonic acid Chemical compound O=C[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-RSJOWCBRSA-N 0.000 description 1
- GZCGUPFRVQAUEE-KVTDHHQDSA-N aldehydo-D-mannose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 1
- PNNNRSAQSRJVSB-BXKVDMCESA-N aldehydo-L-rhamnose Chemical compound C[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)C=O PNNNRSAQSRJVSB-BXKVDMCESA-N 0.000 description 1
- AEMOLEFTQBMNLQ-WAXACMCWSA-N alpha-D-glucuronic acid Chemical compound O[C@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-WAXACMCWSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- AEMOLEFTQBMNLQ-UHFFFAOYSA-N beta-D-galactopyranuronic acid Natural products OC1OC(C(O)=O)C(O)C(O)C1O AEMOLEFTQBMNLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010089934 carbohydrase Proteins 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid group Chemical class C(CC(O)(C(=O)O)CC(=O)O)(=O)O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013325 dietary fiber Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 125000003147 glycosyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006041 probiotic Substances 0.000 description 1
- 235000018291 probiotics Nutrition 0.000 description 1
- 210000000582 semen Anatomy 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 1
- -1 xylan Chemical class 0.000 description 1
- 229910003158 γ-Al2O3 Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
- C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
- C13K13/002—Xylose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用木质纤维原料联产木糖和低聚木糖的方法,包括以下步骤:将木质纤维生物质粉碎后直接投入到高压反应釜中,加入体积浓度为10%‑90%糠醛/水混合液,反应后产物进行固液分离,取上清水相进一步精制获得木糖和低聚木糖;非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用;本发明利用糠醛的抑制和萃取作用,在糠醛两相体系水解木质纤维原料制备木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖,提高了木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖的浓度和纯度,解决了半纤维素直接水解法使木聚糖过度分解生成糠醛、甲酸等副产物,导致得到的木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖浓度低、纯度低的问题。
Description
技术领域:
本发明涉及生物质生化转化领域,具体涉及一种利用木质纤维原料联产木糖和低聚木糖的方法。
背景技术:
半纤维素是无定型的生物高聚物,主要存在于杨木、桉木、松木、玉米芯、玉米秆、小麦秆、稻秆等木质纤维素类生物质中,它与纤维素和木质素等结合形成细胞壁网络结构。半纤维素由多种糖基组成,包括D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖醛酸、D-葡萄糖醛酸和少量的L-鼠李糖、L-海藻糖及各种O-甲基化的中性糖,其化学成分随木质生物资源种类的不同而有所差异。半纤维素水解获得低聚糖和单糖等糖类产物,经发酵可制取乙醇、丁醇、生物汽油等能源化工产品;经分离纯化可制备低聚木糖,由于其具有增殖人体有益菌,并抑制其它有害菌滋生、繁殖的功能,故被广泛应用于食品和饲料添加剂等领域。
目前关于利用木质纤维原料制备半纤维素衍生糖(木糖和低聚木糖)的相关方法主要包括:
(1)酸法抽提耦合酶法水解,即在酸性环境中将原料中木聚糖溶出,之后借助木聚糖酶进行酶解获得聚合度为2-7的低聚木糖液,进一步通过浓缩纯化制得高纯度低聚木糖。如专利CN1260238C公开的一种低聚木糖的生产方法,用硫酸、盐酸或磷酸等稀酸,专利CN1303091C公开的低聚木糖的制备方法,用乙酸、甲酸或柠檬酸等弱酸。
(2)碱法抽提耦合酶法或酸法水解,即在碱性环境中将原料中木聚糖溶出,之后借助木聚糖酶进行酶解或稀酸水解获得聚合度为2-7的低聚木糖液,进一步通过浓缩纯化制得高纯度低聚木糖。如专利CN103205472B公开的一种利用桑枝制备低聚木糖的方法中提到用氢氧化钠、氢氧化钾或Na/NaOH/γ-Al2O3正己烷等碱性介质,专利CN102399842B公开的从稻草中提取制备低聚木糖的方法中提到用微波协助氢氧化钠,专利CN102409069B公开的花生壳低聚木糖的制备方法中提到用超声辅助氢氧化钠,专利CN102660606B公开的一种高纯度低聚木糖并联产阿拉伯糖和木糖的生物制备方法中提到用氢氧化钙、氧化钙或氨水等调浆预处理。专利CN102965454B公开的一种微波辅助制备低聚木糖的方法中提到用氢氧化钠、氢氧化钾提取聚木糖,之后在微波辅助下加硫酸、盐酸、草酸、三氟乙酸、甲酸或乙酸等稀酸将其水解为低聚木糖。
(3)高温抽提耦合酶法水解,即在高温蒸汽环境中将原料中木聚糖溶出,之后借助木聚糖酶进行酶解获得聚合度为2-7的低聚木糖液,进一步通过浓缩纯化制得高纯度低聚木糖。如专利CN100549019C公开的以秸秆为原料应用酶和膜技术制备高纯度低聚木糖的方法中提到用蒸汽爆破法处理秸秆,专利CN101979640B公开的用甘蔗叶生产低聚木糖的方法中提到用高温蒸煮的方法得到粗木聚糖液。
(4)非半纤维素成分脱除耦合酶法水解,即将原料中淀粉、蛋白质、木质素、纤维素等成分脱除,剩余半纤维素,之后借助木聚糖酶进行酶解获得聚合度为2-7的低聚木糖液,进一步通过浓缩纯化制得高纯度低聚木糖,或不经酶解直接分离获得低聚木糖。如专利CN101182559B(一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法)和CN103589761B(一种利用麸皮制备低聚木糖的方法及由该方法得到的产品)中均提到用酶法脱除淀粉和蛋白质制备小麦麸皮膳食纤维,经双螺旋挤压,再木聚糖酶解的方法,专利CN102559808B(玉米秸秆芯穰制备低聚木糖的方法)中提到用含金属盐的缓冲溶液和有机溶剂组成的混合溶剂在超声作用下脱除木质素、滤渣经纤维素酶水解脱除纤维素、剩余物即为低聚木糖。
(5)半纤维素直接水解法,即在偏酸性环境中将原料中半纤维素直接水解为低聚木聚糖,之后进一步通过浓缩纯化制得高浓度低聚木糖。如专利CN103468834B(一种中性亚硫酸盐处理植物纤维制备低聚木糖的方法)中提到用中性亚硫酸盐在pH5.0-7.0、140-170℃条件下处理生物质可得到富含聚合度在2-6的低聚木糖水解液,经膜浓缩分离低聚糖浓度为12.1-20.5g/L。专利CN102517403A(一种利用高温液态水制备半纤维素低聚糖的方法),提供一种利用高温液态水来制备半纤维素低聚糖的方法。
可见目前国内外半纤维素衍生糖制备大都采用生物酶法,其制备工艺复杂、用酶成本高、生产周期长等劣势,使得成本居高不下。而直接水解法存在糖降解产物多、糖浓度不高的问题。可见开发新的、绿色的半纤维素衍生制备技术是该领域的发展趋势。
发明内容:
本发明的目的是提供一种利用木质纤维原料联产木糖和低聚木糖的方法,解决了半纤维素直接水解法使木聚糖过度分解生成糠醛、甲酸等副产物,导致得到的木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖浓度低、纯度低的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的:
一种利用木质纤维原料联产木糖和低聚木糖的方法,包括以下步骤:
将木质纤维生物质粉碎至5-50目后直接投入到高压反应釜中,加入体积浓度为10%-90%糠醛/水混合液,反应温度为140-220℃,反应时间为10-70min,固液质量比为1:5-1:20;反应后产物进行固液分离,取上清水相进一步精制获得木糖和低聚木糖;非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用;所述木质纤维生物质选自玉米芯、秸秆、木屑、能源草、甘蔗渣、甜高粱秆等。
更一步的,本发明在反应过程中用糠醛/稀甲酸混合液代替糠醛/水混合液,用体积分数为0.01%-1%的稀甲酸代替水,利用糠醛和稀甲酸的协同作用使得到的产物中木糖的浓度更高。
本发明具有如下有益效果:
1)糠醛在水中溶解度较小,它不仅适合作糖降解抑制剂,而且可以做萃取剂,本发明利用糠醛的抑制和萃取作用,在糠醛两相体系水解木质纤维原料制备木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖,提高了木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖的浓度和纯度,解决了半纤维素直接水解法使木聚糖过度分解生成糠醛、甲酸等副产物,导致得到的木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖浓度低、纯度低的问题。
2)糠醛替代部分水,不仅增加了体系物质传递效果,而且增加了水相中木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖浓度。
3)糠醛/水体系自然分层,分离更简单。
4)糠醛由戊糖脱水环化而成,本身就来自半纤维素衍生糖,因此体系中所有物质均来自生物质本身,过程绿色环保。
具体实施方式:
以下是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
实施例1:糠醛/水混合液制备工艺
以收获晒干的甜高粱秆为原料,将其粉碎至14-20目,将其投放到专利CN201077823《纤维素类生物质水解装置》提到的高压反应釜中,按照固液质量比为1:5加入体积分数为90%的糠醛/水混合液,密闭反应系统,加热至175~185℃,搅拌转速为500rpm,在饱和蒸汽压条件下水解70min,反应中物料半纤维素支链乙酰基团脱落生成乙酸,酸性环境催化半纤维素糖苷键断裂,糠醛参与耦合水解,反应结束后,收集反应物并进行离心分离,取上清水相经高效液相色谱分析可知,总木糖(包括木糖和低聚木糖)质量浓度为129.9g/L,收率为80.8%(占未水解原料中总木糖的质量含量),其中低聚糖占收到总木糖的质量的85.8%。经进一步分离纯化等精制过程可获得更高纯度和浓度的糖浆。非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用。
实施例2:糠醛/稀甲酸混合液制备工艺
以甘蔗渣为原料,将其粉碎至10-20目,将其投放到专利CN201077823《纤维素类生物质水解装置》提到的高压反应釜中,按照固液质量比为1:8加入体积分数为50%的糠醛/稀甲酸(稀甲酸体积浓度为0.01%)混合液,密闭反应系统,加热至155~165℃,搅拌转速为500rpm,在饱和蒸汽压条件下水解50min,反应中乙酰基团脱落生成乙酸和甲酸共同作用催化半纤维素水解,糠醛协同参与,反应结束后,收集反应物并进行离心分离,取上清水相经高效液相色谱分析可知,总木糖(包括木糖和低聚木糖)质量浓度为60.3g/L,收率为85.4%(占未水解原料中总木糖的含量),其中木糖占收到总木糖的质量的65.2%。经进一步分离纯化等精制过程可获得更高纯度和浓度的糖浆。非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用。
实施例3:糠醛/稀甲酸混合液制备工艺
以杂交狼尾草为原料,将其粉碎至5-10目,将其投放到专利CN201077823《纤维素类生物质水解装置》提到的高压反应釜中,按照固液质量比为1:10加入体积分数为33.3%的糠醛/稀甲酸(稀甲酸体积浓度为0.1%)混合液,密闭反应系统,加热至145~155℃,搅拌转速为500rpm,在饱和蒸汽压条件下水解30min,反应中乙酰基团脱落生成乙酸和甲酸共同作用催化半纤维素水解,糠醛协同参与,反应结束后,收集反应物并进行离心分离,取上清水相经高效液相色谱分析可知,总木糖(包括木糖和低聚木糖)质量浓度为45.6g/L,收率为84.3%(占未水解原料中总木糖的含量),其中木糖占收到总木糖的质量的80.6%。经进一步分离纯化等精制过程可获得更高纯度和浓度的糖浆。非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用。
实施例4:糠醛/稀甲酸混合液制备工艺
以玉米芯为原料,将其粉碎至40-50目,将其投放到专利CN201077823《纤维素类生物质水解装置》提到的高压反应釜中,按照固液质量比为1:20加入体积分数为10%的糠醛/稀甲酸(稀甲酸体积浓度为1%)混合液,密闭反应系统,加热至195~205℃,搅拌转速为500rpm,在饱和蒸汽压条件下水解10min,反应中乙酰基团脱落生成乙酸和甲酸共同作用催化半纤维素水解,糠醛协同参与,反应结束后,收集反应物并进行离心分离,取上清水相经高效液相色谱分析可知,总木糖(包括木糖和低聚木糖)质量浓度为24.9g/L,收率为93.2%(占未水解原料中总木糖的含量),其中木糖占收到总木糖的质量的95.4%。经进一步分离纯化等精制过程可获得更高纯度和浓度的糖浆。非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用。
以上实施例证明,利用以上所述糠醛两相体系可以很好地水解木质纤维原料中的半纤维素,木糖和低聚木糖等半纤维素衍生糖主要溶于水相中,糖降解物主要溶于糠醛相中,经过简单分离纯化,即可获得高浓度、高纯度的半纤维素衍生糖。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用木质纤维原料联产木糖和低聚木糖的方法,其特征在于,包括以下步骤:
将木质纤维生物质粉碎至5-50目后直接投入到高压反应釜中,加入体积浓度为10%-90%糠醛/水混合液,反应温度为140-220℃,反应时间为10-70min,固液质量比为1:5-1:20;反应后产物进行固液分离,取上清水相进一步精制获得木糖和低聚木糖;非水相部分通过减压蒸馏回收糠醛用于循环使用;所述木质纤维生物质选自玉米芯、秸秆、木屑、能源草、甘蔗渣、甜高粱秆。
2.根据权利要求1所述的利用木质纤维原料联产木糖和低聚木糖的方法,其特征在于,反应过程中用糠醛/稀甲酸混合液代替糠醛/水混合液,用体积分数为0.01%-1%的稀甲酸代替水。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610327799.4A CN105907896B (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种利用木质纤维原料联产高浓度木糖和低聚木糖的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610327799.4A CN105907896B (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种利用木质纤维原料联产高浓度木糖和低聚木糖的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105907896A true CN105907896A (zh) | 2016-08-31 |
CN105907896B CN105907896B (zh) | 2019-11-12 |
Family
ID=56749216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610327799.4A Expired - Fee Related CN105907896B (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种利用木质纤维原料联产高浓度木糖和低聚木糖的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105907896B (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106755616A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-05-31 | 广西农垦糖业集团良圻制糖有限公司 | 一种磷酸水解甘蔗渣制备木糖的复式渗浸水解方法 |
CN110256510A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-20 | 南京林业大学 | 一种制取多组分低聚木糖的方法 |
CN111065654A (zh) * | 2016-08-31 | 2020-04-24 | 王子控股株式会社 | 戊聚糖多硫酸酯的生产方法 |
US11274165B2 (en) | 2017-02-28 | 2022-03-15 | Oji Holdings Corporation | Pentosan polysulfate, pharmaceutical composition, and anticoagulant |
US11278485B2 (en) | 2017-05-31 | 2022-03-22 | Oji Holdings Corporation | Moisturizing topical preparation |
US11286272B2 (en) | 2016-08-31 | 2022-03-29 | Oji Holdings Corporation | Production method for acidic xylooligosaccharide, and acidic xylooligosaccharide |
US11344570B2 (en) | 2017-12-20 | 2022-05-31 | Oji Holdings Corporation | Pentosan polysulfate and medicine containing pentosan polysulfate |
US11390693B2 (en) | 2017-09-12 | 2022-07-19 | Oji Holdings Corporation | Pentosan polysulfate and method for producing pentosan polysulfate |
CN114836584A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-02 | 南京林业大学 | 一种氨基酸辅助生产低聚木糖的方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102660882A (zh) * | 2012-05-17 | 2012-09-12 | 刘德江 | 利用溶剂溶解植物秸秆生产纤维素和燃料乙醇的方法 |
CN103468834A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 南京林业大学 | 一种中性亚硫酸盐处理植物纤维制备低聚木糖的方法 |
CN105525044A (zh) * | 2015-08-12 | 2016-04-27 | 南京工业大学 | 一种在极性非质子体系中超低酸催化水解纤维素、半纤维素原料制备还原糖的方法 |
-
2016
- 2016-05-16 CN CN201610327799.4A patent/CN105907896B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102660882A (zh) * | 2012-05-17 | 2012-09-12 | 刘德江 | 利用溶剂溶解植物秸秆生产纤维素和燃料乙醇的方法 |
CN103468834A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 南京林业大学 | 一种中性亚硫酸盐处理植物纤维制备低聚木糖的方法 |
CN105525044A (zh) * | 2015-08-12 | 2016-04-27 | 南京工业大学 | 一种在极性非质子体系中超低酸催化水解纤维素、半纤维素原料制备还原糖的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
THANH YEN NGUYEN ET AL: "Co-solvent Pretreatment Reduces Costly Enzyme Requirements for High Sugar and Ethanol Yields from Lignocellulosic Biomass", 《CHEMSUSCHEM》 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111065654A (zh) * | 2016-08-31 | 2020-04-24 | 王子控股株式会社 | 戊聚糖多硫酸酯的生产方法 |
US11286272B2 (en) | 2016-08-31 | 2022-03-29 | Oji Holdings Corporation | Production method for acidic xylooligosaccharide, and acidic xylooligosaccharide |
US11312790B2 (en) | 2016-08-31 | 2022-04-26 | Oji Holdings Corporation | Production method for pentosan polysulfate |
CN111065654B (zh) * | 2016-08-31 | 2022-08-26 | 王子控股株式会社 | 戊聚糖多硫酸酯的生产方法 |
CN106755616A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-05-31 | 广西农垦糖业集团良圻制糖有限公司 | 一种磷酸水解甘蔗渣制备木糖的复式渗浸水解方法 |
US11274165B2 (en) | 2017-02-28 | 2022-03-15 | Oji Holdings Corporation | Pentosan polysulfate, pharmaceutical composition, and anticoagulant |
US11278485B2 (en) | 2017-05-31 | 2022-03-22 | Oji Holdings Corporation | Moisturizing topical preparation |
US11390693B2 (en) | 2017-09-12 | 2022-07-19 | Oji Holdings Corporation | Pentosan polysulfate and method for producing pentosan polysulfate |
US11344570B2 (en) | 2017-12-20 | 2022-05-31 | Oji Holdings Corporation | Pentosan polysulfate and medicine containing pentosan polysulfate |
CN110256510A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-20 | 南京林业大学 | 一种制取多组分低聚木糖的方法 |
CN114836584A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-02 | 南京林业大学 | 一种氨基酸辅助生产低聚木糖的方法 |
CN114836584B (zh) * | 2022-05-23 | 2023-12-01 | 南京林业大学 | 一种氨基酸辅助生产低聚木糖的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105907896B (zh) | 2019-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105907896A (zh) | 一种利用木质纤维原料联产高浓度木糖和低聚木糖的方法 | |
CN101855368B (zh) | 糖产品制备方法 | |
Shenoy et al. | A study on bioethanol production from cashew apple pulp and coffee pulp waste | |
CN106011199B (zh) | 一种农作物秸秆的预处理方法 | |
CN102517403B (zh) | 一种利用高温液态水制备半纤维素低聚糖的方法 | |
CN101643795B (zh) | 一种用竹制备木糖、木糖醇的方法 | |
CN108251472B (zh) | 一种低聚木糖的制备方法 | |
CN102261007A (zh) | 一种农林纤维素生物质全组份的分级分离方法及利用分离后组份制备燃料酒精和低聚木糖 | |
CN103451986B (zh) | 用于生物炼制的木质纤维素原料的预处理方法 | |
CN104136466A (zh) | 集成生物精制 | |
Sun et al. | The effect of alkaline extraction of hemicellulose on cocksfoot grass enzymatic hydrolysis recalcitrance | |
CN101597629B (zh) | 一种利用超声波处理农业废弃物制备低聚木糖的方法 | |
Zhao et al. | Selective production of xylooligosaccharides by xylan hydrolysis using a novel recyclable and separable furoic acid | |
JP2007282597A (ja) | 木質バイオマスの可溶化方法 | |
CN111472186B (zh) | 一种水热预处理制备优质农作物秸秆溶解浆的方法 | |
KR101039792B1 (ko) | 바이오 연료 및 바이오 화학물질 제조용 전처리 장치, 및 이를 이용한 전처리 공정과 바이오 연료 및 바이오 화학물질의 제조 공정 | |
CN101565468B (zh) | 一种利用棉籽壳生产低聚木糖的方法 | |
CN111334542B (zh) | 一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法 | |
WO2016029069A1 (en) | Processes for producing cellulosic fructose from lignocellulosic biomass | |
JP5861413B2 (ja) | バイオマスからのフルフラールの連続製造方法 | |
CN113088582B (zh) | 一种两步乳酸催化水解制备低聚木糖的方法 | |
US11472829B2 (en) | Hemicellulose processing method | |
TWI425097B (zh) | 提升纖維原料水解液木糖濃度之方法 | |
JP5857149B1 (ja) | イネ科植物の茎葉由来発酵生成物の製造方法及び製造装置 | |
CN104805153B (zh) | 利用长链脂肪醇为酶解助剂促进木聚糖酶解糖化的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191112 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |