CN109735584A - 一种利用玉米芯制备糠醛的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用玉米芯制备糠醛的方法，属于生物炼制技术领域。其特征在于，制备步骤包括：1）将玉米芯微粉碎；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；2）然后玉米芯加入到密闭的水解罐，水解罐接种分解菌，水解罐内保温分解；3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度3%~10%的稀硫酸；搅拌并加热至70℃~95℃反应1h~2h；分离油相和水相，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛。本发明中环化的过程中利用甲苯不断地将生成的糠醛分离，还促进水解正向进行，半纤维素的水解利用微生物快速进行，大大的提高了收率。所用的甲苯能够蒸馏回收，重复利用。
Description
技术领域
一种利用玉米芯制备糠醛的方法，属于生物炼制技术领域。
背景技术
目前利用玉米芯生产糠醛的流程为：玉米芯粉碎、在混酸机中进行水解、蒸馏、中和、精制，可见传统的制备工艺较复杂，酸解、水解过程中消耗大量的酸，不但生产成本较高、而且在生产过程中会产生大量的废酸、废液。另外因为制备过程酸的加入，导致固体排弃物的酸性过大，再利用成本较高，成为无用的废渣，造成环境污染、生产成本增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种酸耗低、中性固体排弃物的利用玉米芯制备糠醛的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于，制备步骤包括：
1）将玉米芯微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）然后玉米芯加入到密闭的水解罐进行微生物水解，水解罐接种有半纤维素至单糖的分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为1×107个/mL~8×107个/mL；水解罐内保持20℃~32℃恒温，水解时间为100 min~300min；
3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度3%~10%的稀硫酸；搅拌并加热至70℃~95℃反应1h~2h；分离油相和水相，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛。
本发明在先将玉米芯微粉碎后，利用微生物将半纤维素分解为溶于水的单糖，与固体分离；单糖再在酸性条件下脱水环化转化为糠醛，生成的糠醛在搅拌条件下转入甲苯中，避免发生副反应，蒸馏回收甲苯后即得糠醛。本发明中出现的固体未经过酸处理，容易处理，不影响后续的使用。环化的过程中利用甲苯不断地将生成的糠醛分离，还促进水解正向进行，半纤维素的水解利用微生物快速进行，大大的提高了收率。所用的甲苯能够蒸馏回收，重复利用。
优选的，步骤1）中所述的玉米芯微粉碎为将玉米芯微粉碎至粒径小于350目。将玉米芯微粉碎后能够较容易的利用甲醇实现将半纤维素快速微生物。
优选的，步骤3）中所述的稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为10~20:12~30:10。优选的质量比环化反应更完全。
优选的，步骤3）中所述的水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用。酸重复使用，降低酸耗。
优选的，步骤1）中所述的玉米芯微粉碎为将玉米芯利用甲醇浸泡后进行湿粉碎。
优选的，步骤2）中所述的半纤维素至单糖的分解菌为枯草芽孢杆菌。枯草芽孢杆菌可实现仅分解半纤维素，而不分解纤维素。
优选的，步骤2）中所述的半纤维素至单糖的分解菌的培养过程为：
a）将采集的菌种充分稀释后采用半纤维素培养基培养得到若干菌落，标记为1、2、3~n；
b）将标记的菌落分别接种至纤维素培养基培养，记录未成活的菌落的标记；
c）按步骤b）中未成活的菌落对应的标记重新在步骤1）所得的菌落上取种，接种到戊糖培养基培养，记录未成活的菌落的标记即为所需菌种。
主动培养的分解菌，菌种更加多样，分解效率更高。本发明中为了提高分解菌的靶向效果，减少杂质的产生。需要对玉米芯进行微粉碎，来提高分解效率，避免因时间过长，菌种被外来菌种污染。
优选的，步骤a）中所述的采集的菌种为造纸厂的污水生物处理池内采集。造纸厂的污水生物处理池内采集的菌种。
优选的，步骤2）中所述的水解罐内初始的分解菌的浓度为3×107个/mL~5×107个/mL；水解罐内保持28℃~30℃恒温，水解时间为100min~120min。
优选的，步骤3）中所述的搅拌并加热至85℃~90℃反应1h~1.2h。
与现有技术相比，本发明的一种利用玉米芯制备糠醛的方法所具有的有益效果是：本发明在先将玉米芯微粉碎后，利用微生物将半纤维素分解为溶于水的单糖，与固体分离；单糖再在酸性条件下脱水环化转化为糠醛，生成的糠醛在搅拌条件下转入甲苯中，避免发生副反应，蒸馏回收甲苯后即得糠醛。本发明中为了提高分解菌的靶向效果，减少杂质的产生。需要对玉米芯进行微粉碎，来提高分解效率，避免因时间过长菌种被外来菌种污染。本发明中出现的固体未经过酸处理，残留的甲醇易挥发，容易处理，不影响后续的使用。环化的过程中利用甲苯不断地将生成的糠醛分离，还促进水解正向进行，半纤维素的水解利用微生物快速进行，大大的提高了收率。所用的甲苯能够蒸馏回收，重复利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施。
实施例1
1）玉米芯利用甲醇浸泡后微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）分解菌培养：a）将采集的菌种充分稀释后采用半纤维素培养基培养得到若干菌落，标记为1、2、3~n；b）将标记的菌落分别接种至纤维素培养基培养，记录未成活的菌落的标记；c）按步骤b）中未成活的菌落对应的标记重新在步骤1）所得的菌落上取种，接种到戊糖培养基培养，记录未成活的菌落的标记为所需菌种；
然后玉米芯加入到密闭的水解罐内进行微生物水解，水解罐接种有分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为4×107个/mL；玉米芯与水解罐菌液的质量比为10：5，水解罐内保持30℃恒温，水解时间为100min；
3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度5%的稀硫酸，稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为15:21:10；搅拌并加热至88℃反应1h；分离油相和水相，水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛，所得糠醛的收率为84.3%，所得糠醛的纯度为98.6%。
实施例2
1）玉米芯利用甲醇浸泡后微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）分解菌培养：a）将采集的菌种充分稀释后采用半纤维素培养基培养得到若干菌落，标记为1、2、3~n；b）将标记的菌落分别接种至纤维素培养基培养，记录未成活的菌落的标记；c）按步骤b）中未成活的菌落对应的标记重新在步骤1）所得的菌落上取种，接种到戊糖培养基培养，记录未成活的菌落的标记为所需菌种；
然后玉米芯加入到密闭的水解罐内进行微生物水解，水解罐接种有分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为5×107个/mL；玉米芯与水解罐菌液的质量比为10：5.5，水解罐内保持28℃恒温，水解时间为100 min；
3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度7%的稀硫酸，稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为13:25:10；搅拌并加热至90℃反应1.2h；分离油相和水相，水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛，所得糠醛的收率为82.4%，所得糠醛的纯度为98.6%。
实施例3
1）玉米芯利用甲醇浸泡后微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）分解菌培养：a）将采集的菌种充分稀释后采用半纤维素培养基培养得到若干菌落，标记为1、2、3~n；b）将标记的菌落分别接种至纤维素培养基培养，记录未成活的菌落的标记；c）按步骤b）中未成活的菌落对应的标记重新在步骤1）所得的菌落上取种，接种到戊糖培养基培养，记录未成活的菌落的标记为所需菌种；
然后玉米芯加入到密闭的水解罐内进行微生物水解，水解罐接种有分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为3×107个/mL；玉米芯与水解罐菌液的质量比为10：6，水解罐内保持30℃恒温，水解时间为120min；
3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度6%的稀硫酸，稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为17:18:10；搅拌并加热至85℃反应1h；分离油相和水相，水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛，所得糠醛的收率为83.1%，所得糠醛的纯度为98.7%。
实施例4
1）玉米芯微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）分解菌培养：a）将采集的菌种充分稀释后采用半纤维素培养基培养得到若干菌落，标记为1、2、3~n；b）将标记的菌落分别接种至纤维素培养基培养，记录未成活的菌落的标记；c）按步骤b）中未成活的菌落对应的标记重新在步骤1）所得的菌落上取种，接种到戊糖培养基培养，记录未成活的菌落的标记为所需菌种；
然后玉米芯加入到密闭的水解罐内进行微生物水解，水解罐接种有分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为1×107个/mL；水解罐内保持20℃恒温，水解时间为200min；
3）分解完成后进行固液分离，玉米芯与水解罐菌液的质量比为10：9.5，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度3%的稀硫酸，稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为20:12:10；搅拌并加热至70℃反应1.8h；分离油相和水相，水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛，所得糠醛的收率为80.6%，所得糠醛的纯度为98.6%。
实施例5
1）玉米芯微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）然后玉米芯加入到密闭的水解罐内进行微生物水解，水解罐接种有枯草芽孢杆菌作为分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为8×107个/mL；玉米芯与水解罐菌液的质量比为10：4.5，水解罐内保持32℃恒温，水解时间为300min；
3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度10%的稀硫酸，稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为10:30:10；搅拌并加热至95℃反应2h；分离油相和水相，水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛，所得糠醛的收率为78.5%，所得糠醛的纯度为98.5%。
对比例1
基本步骤同实施例1，不同的是玉米芯没有经过微粉碎；水解罐内的水解时间为600min。所得产品中杂质过度，无法正常使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于，制备步骤包括：
1）将玉米芯微粉碎至粒径小于300目；粉碎的玉米芯进行加热灭菌；
2）然后玉米芯加入到密闭的水解罐进行微生物水解，水解罐接种有半纤维素至单糖的分解菌，水解罐内初始的分解菌的浓度为1×107个/mL~8×107个/mL；水解罐内保持20℃~32℃恒温，水解时间为100 min~300min；
3）分解完成后进行固液分离，分离的液相中同时加入甲苯和质量浓度3%~10%的稀硫酸；搅拌并加热至70℃~95℃反应1h~2h；分离油相和水相，油相蒸馏回收甲苯后即得糠醛。
2.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤1）中所述的玉米芯微粉碎为将玉米芯微粉碎至粒径小于350目。
3.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤3）中所述的稀硫酸、甲苯与步骤1）的玉米芯的质量比为10~20:12~30:10。
4.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤3）中所述的水相进行蒸馏调节至稀硫酸的所需浓度重复使用。
5.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤1）中所述的玉米芯微粉碎为将玉米芯利用甲醇浸泡后进行湿粉碎。
6.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤2）中所述的半纤维素至单糖的分解菌为枯草芽孢杆菌。
7.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤2）中所述的半纤维素至单糖的分解菌的培养过程为：
a）将采集的菌种充分稀释后采用半纤维素培养基培养得到若干菌落，标记为1、2、3~n；
b）将标记的菌落分别接种至纤维素培养基培养，记录未成活的菌落的标记；
c）按步骤b）中未成活的菌落对应的标记重新在步骤1）所得的菌落上取种，接种到戊糖培养基培养，记录未成活的菌落的标记即为所需菌种。
8.根据权利要求7所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤a）中所述的采集的菌种为造纸厂的污水生物处理池内采集。
9.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤2）中所述的水解罐内初始的分解菌的浓度为3×107个/mL~5×107个/mL；水解罐内保持28℃~30℃恒温，水解时间为100min~120min。
10.根据权利要求1所述的一种利用玉米芯制备糠醛的方法，其特征在于：步骤3）中所述的搅拌并加热至85℃~90℃反应1h~1.2h。
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| CN104508138A (zh) * | 2012-07-03 | 2015-04-08 | 希乐克公司 | 生物质的转化 |
| CN105567592A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-05-11 | 天津科技大学 | 一种能同时产果胶酶和半纤维素酶的枯草芽孢杆菌及筛选方法和应用 |
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| 李志松，易卫国: "玉米芯制备糠醛的研究", 《精细化工中间体》 * |
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