CN114250257A - 低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法 - Google Patents

低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114250257A
CN114250257A CN202111583883.XA CN202111583883A CN114250257A CN 114250257 A CN114250257 A CN 114250257A CN 202111583883 A CN202111583883 A CN 202111583883A CN 114250257 A CN114250257 A CN 114250257A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
oligosaccharide
grade
phase
xylo
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
Application number
CN202111583883.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114250257B (zh
Inventor
陈小刚
崔艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Junheng Nutrition Technology Research Co ltd
Original Assignee
Shandong Junheng Nutrition Technology Research Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Junheng Nutrition Technology Research Co ltd filed Critical Shandong Junheng Nutrition Technology Research Co ltd
Priority to CN202111583883.XA priority Critical patent/CN114250257B/zh
Publication of CN114250257A publication Critical patent/CN114250257A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114250257B publication Critical patent/CN114250257B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16—Butanols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26—Ketones
    • C12P7/28—Acetone-containing products
    • C12P7/36—Acetone-containing products produced from substrate containing grain or cereal material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法，通过提取、降解、净化等现代化工艺技术手段制备可食用功能性低聚合度糖类及可食用的功能性五碳糖类，实现非粮资源向粮食资源的转化。并对提取功能糖后剩余物进行深度分离纯化制备系列新材料、可食功能组合物、有机肥料、日用品等系列产品。实现非粮生物质的清洁型高附加值全组分利用，同时工艺大量引进节能环保设施，整体集成循环利用，实现“零排放”。

Description

低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法
技术领域
本发明涉及非粮资源向粮食资源转化的技术领域，具体涉及一种低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法。
背景技术
随着全世界人民生活水平的不断提高，21世纪以来，全球粮食消费量不断提升，2020年全球主要粮食作物的表观消费量大约为27.35亿吨。自2004年以来，全球主要粮食作物人均消费量从313.76千克每年增长至2020年352.83千克每年，约967克每人每天，远高于正常人消费400-500克每天的水平，表明全球人民平均生活水平在不断提高。对粮食的需求量也在不断的增加。在耕地面积有限的情况下，发展科学种植水平，提高单产的同时，利用非粮资源开发系列功能性食品做为粮食的补充，利国利民，意义重大。
我国农作物种类丰富，收获粮食的同时产生大量非粮生物质资源。统计资料显示，目前，我国每年农作物秸秆的生产量约8亿吨左右，其中30％用作农用燃料，25％用作饲料，6％-7％直接还田，剩余大量秸秆未被合理利用。秸秆及其他非粮生物质焚烧不仅浪费了宝贵的资源，且造成了大气污染、土壤矿化、火灾和引发交通事故等。而目前，针对生物质的资源化利用主要集中在生产有机肥、饲料、菌类培养基、秸秆燃料、酒精、多元醇、汽油、柴油及用于造纸、发电等层面，附加值低，经济性差，且产业吸引力不强，其蕴藏的巨大价值未被充分挖掘出来。
发明内容
本发明提供了一种低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法，其对非粮生物质资源向粮食产品转化，同时对转化过程中的副产品进行综合利用，解决粮食问题的同时，解决了非粮生物质对环境污染问题，成本低，经济效益高，可广泛产业化生产形成产业集群。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明以制备功能性糖类为核心分为三个基本单元，第一单元为催化法制备功能性糖类的准备单元，清理、去除催化制糖的影响、抑制、干扰因子，保证制糖步骤物料的纯净。第二单元是功能性糖的制备单元，利用催化剂催化转化得到功能性低聚糖粗糖液，再对液体进行纯化得到系列目标功能糖产品，第三单元是对前两单元剩余物的转化与应用。通过三个单元的协同作用，生物质得到完全综合利用，全部制备成产品，无剩余生物质固体、液体、气体的产生，环保、高效、高附加值，其具体技术方案如下：
一种低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法，包括以下步骤：
1.一种低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)准备单元
(1.1)整粒：将玉米芯、秸秆、稻草、棉短绒、花生壳、玉米皮等非粮生物质物料粉粹，控制粒径小于5厘米，清洗除杂；
(1.2)拌料：将步骤(1.1)所得物料与碱性溶液充分混合浸渍，得到碱性预提取物料；
(1.3)提取：将步骤(1.2)所得碱性预提取物料与热水按质量流量比1:5-12的速度同时
加入提取锅中，升温至80-180摄氏度反应0.5-2小时；
(1.4)分离：将步骤(1.3)所得物料经过分离、清洗得到富含木聚糖的纤维性固相物料，和富含果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等物质的液相物料；固相物料高温分散储存，准备进入功能性低聚糖制备单元；液相产品进入本单元下一步骤；
(1.5)沉降：将步骤(1.4)所得液相产品与酸性溶液混合后沉降；控制混合后pH值2-8；
(1.6)二次分离：将步骤(1.5)所得物料进行分离，固相部分富含木质素，经进一步纯化分离制备木质素高分子材料及系列产品，液相部分分离利用，回收工业盐或用于制备氮肥、氨肥等产品；
(2)功能糖制备单元
(2.1)催化降解：将步骤(1.4)提取后的富含木聚糖的纤维性固相物料加入盛有木聚糖酶复合酶液的酶解锅中酶解；控制来料温度45-70摄氏度，木聚糖复合酶酶液温度35-60摄氏度，木聚糖复合酶酶液加酶量5IU/g～15IU/g；所述固液比为1:5-15进行酶解得到粗糖液，酶解温度35℃～65℃；每4小时取样利用高压液相色谱检测酶解液中低聚糖的组分情况，根据产品目标要求确定酶解终止时间；根据酶解终点低聚木糖粗糖液中低聚木糖纯度值将低聚木糖粗糖液分为甲级、乙级、丙级、丁级和X级，其中低聚木糖纯度大于等于80％为甲级；低聚木糖纯度70％-80％为乙级(包括70％))；低聚木糖纯度60％-70％为丙级(包括60％))；低聚木糖纯度50％-60％为丁级(包括50％))和低聚木糖纯度小于50％为X级。制备低聚木糖纯度50％(X级)以下粗糖液也可以通过化学催化的方式得到。
(2.2)净化：将步骤(2.1)降解后物料进行固液分离，所得固项富含纤维素物料进入第三单元利用；
(2.3)浓缩：(2.1)所得甲级、乙级粗糖液经过步骤(2.2)净化后浓缩、灌装得液体低聚木糖产品，或干燥后得到固体低聚木糖产品；
(2.4)色谱分离：(2.1)所得丙级、丁级粗和X级粗糖液经过(2.2)净化后浓缩至固形物(50±5)％进行工业色谱进行三项分离(A项、B项、C项)，利用不同物料在分离色谱树脂中移动速度的不同，将混合糖液通过色谱树脂进行分离，得到A相：低聚木糖纯度达到甲级或乙级进入(2.3)，通过色谱分离可以将低聚木糖纯度提高到99.5％以上进入步骤(2.3)制备超高纯度低聚木糖；B相木糖纯度达到75％以上；C项阿拉伯糖纯度达到65％以上；
(2.5)成品：步骤(2.4)所得B相、C项物料分别进行结晶、离心、干燥制备功能性木糖和功能性阿拉伯糖。
(三)剩余物转化与应用单元
(3.1)纤维素净化：将(2.2)所得固相富含纤维素物料加入反应釜按步骤(1.3)工艺进行处理，处理后首先对固相物料进行漂白处理；
(3.2)漂白后物料经过微粉、裂解制备膳食纤维；或通过醚化、酯化制备改性纤维素及系列纤维素衍生产品；
(3.2)步骤(2.2)所得纤维素也可经过干燥与PP、PE、PVC等化工高分子材料复合，通过挤压、驰预、成型等处理制备生物基高分子材料；
(3.3)步骤(2.2)所得纤维素也可稀释至固液比1:5-15升温后加入纤维素酶，酶解生产粗葡萄糖液发酵制备乙醇、丙酮、丁醇等产品。
优选的：所述(1.2)中碱性溶液为氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、酸性盐等中的一种或几种组成，溶液浓度为2％-30％。
优选的：所述(1.4)液相进入本单元下一步骤，控制液相物料温度50-100摄氏度。
优选的：将步骤(1.4)所得液相产品打入喷射混合器与酸性溶液喷射混合后进入沉降罐沉降。
优选的：所述步骤(1.5)中沉降剂酸性溶液为盐酸、硫酸、酸性水解液及第二单元中离子交换工段或中和工段中的酸性物料中的一种或几种混合物。
优选的：所述步骤(1.6)木质素经过净化、分离、干燥制备高纯度木质素高分子材料；或者经过改性、活化、发酵、提取制备腐殖酸；或与第一单元整粒步骤物料、第二单元及第三单元物料混合制备有机肥；液相含盐水通过膜系统回收工艺水用于生产，经过MVR系统制备工业盐。
优选的：所述步骤(2.1)中木聚糖酶复合液是木聚糖酶、其它糖苷酶、内切型酶、外切型酶中的一种或几种混合物。
优选的：所述步骤(2.1)中制备X级低聚木糖粗糖液化学催化剂可选择(1.5)所述沉降剂中的一种或几种。
说明：以上所涉及的固液比为物料的固相干基与溶液的质量比；所涉及的浓度为质量浓度，所涉及的纯度为质量纯度；所涉及温度为摄氏温度；所涉及的含水量、百分浓度等均为质量百分比，所涉及的时间单位为小时。所涉及提取锅为轻工业杭州机电设计研究院有限公司DDS系提取锅。所涉及的非粮生物质为玉米芯、秸秆、稻草、棉短绒、花生壳、玉米皮等粮食作物收取种子等传统粮食部分后的剩余部分及非粮食型绿色植物生物体。
本发明的有益效果如下：
1)第一单元提前进行低温高浓预浸渍，使物料与提取剂充分接触，木质素在高浓度碱性提取剂条件下缓慢溶解，使生物质细胞壁结构松动，形成缝隙。碱性溶质分子随缝隙浸润至生物质组织内部进一步溶解木质素；同时未对物料进行加温，在常温下碱性提取剂不会对木聚糖和纤维生物结构进行破坏。为下一步的高温快速提取做准备。浸渍后迅速稀释并升温快速提取，提取温度80-180摄氏度，反应0.5-2小时，优化的85-120摄氏度即可提取彻底，较常规造纸工艺中木质素提取温度(150℃以上)降低20％以上。反应时间优选的0.5-1小时即可，较传统木质素提取工艺(3小时以上)大大缩短。木质素提取可用氨水作为提取剂，后期中和后可用于制备腐殖酸、氮肥、氨肥等。
2)第一单元中提取罐采用料液外循环、外加热方式，与传统直接加热相比，减少了直接加热(蒸汽直接通入物料中)蒸汽冷凝水进入物料对固液比、提取剂浓度的影响，保证提取过程中催化剂浓度稳定。避免了随着反应过程中冷凝水的增加而使催化剂浓度降低，反应效果下降；导致木质素提取不彻底，残留量大进而影响第二单元低聚木糖的酶解效果。本发明技术处理后可使低聚木糖一次酶解粗糖液纯度达到80％以上，即甲级要求，而传统低聚木糖制备技术一次酶解粗糖液纯度只能达到乙级及乙级一下。纯度提升一个级别在产业化生产中可大大减少生产线的提纯设备、净化设备的投入。规模化生产线建设设备投资减少20％以上，整体生产周期缩短15％。同时，采用本发明技术及设备提取木质素，减少了蒸汽直接进入物料造成的物料局部过热问题，避免了局部温度过高对木聚糖纤维素的高温褐变、色变问题，提取木质素后用于制备低聚木糖的底物为白色，酶解后粗糖液为白色，与传统酶解后粗糖液的黑酱油色相比，大大减少了后期净化量，缩短了净化时间，降低了净化成本。
3)本发明制备功能性低聚木糖前，首先对木质素进行去除，使生物结构松散，酶解前不需要对底物进行常规高压汽爆、高温高压蒸煮等处理，避免了大量水、电、热等原材物料的消耗。
4)制备功能性低聚木糖前，首先对木质素进行去除，减少了木质素对木聚糖酶的吸附抑制作用，酶解效率提高，加酶量减少10％，酶解时间缩短20％，低聚木糖纯度得到显著提高。酶解后粗糖液澄清、透明，透光率可达到50％；而传统法酶解后粗糖液为黑酱油色，没有透光，即使传统法经过一次脱色和离子交换处理后透光率也不足20％。本发明所得酶解液相比已经发生了质的变化，在产业化生产过程中减少了大量使用离子交换树脂(产生大量的处理树脂废酸、废碱)、活性炭等所产生的大量污染物。不仅避免了环境污染，更节约了成本，提高了工厂的整体经济效益。
5)传统工艺制备低聚木糖酶解液为黑酱油色，经过各步骤反复净化后最终成品为黄色、微黄色或微褐色。本发明制备低聚木糖酶解液为澄清、透明色，透光率可达到50％，经过净化后制备低聚木糖和超高纯度低聚木糖成品为无色。产品品质大幅度提升。
6)通过本发明方案可以通过酶解工艺调整低聚木糖纯度，生产甲级、乙级、丙级、丁级及X级系列产品，实现低聚木糖和木糖、阿拉伯糖成品率的随时转换与调整。可根据市场需求实现木糖基低聚糖与单糖的切化，可通过本技术方案实现生物法制备木糖。
7)通过酶解方案与色谱分离工艺可以制备超高纯度低聚木糖及纯度可控的木糖、阿拉伯糖液。
8)通过本发明可更多的转化非粮生物质原料为可食用的粮食新产品，如低聚木糖、木糖、阿拉伯糖、膳食纤维等产品。非粮生物质中纤维素和半纤维占总量的60％以上，通过纤维素和半纤维素的可食用化转化，可实现非粮生物质60％的“粮食化”转化。
9)本发明通过整体设计、综合利用实现全组分的利用，同时充分考量应用了循环提取及工艺物料的回用，物料消耗大大较少、收率大大提高。
10)本发明通过提取、降解、净化等现代化工艺技术手段制备可食用功能性低聚合度糖类及可食用的功能性五碳糖类，实现非粮资源向粮食资源的转化。并对提取功能糖后剩余物进行深度分离纯化制备系列新材料、可食功能组合物、有机肥料、日用品等系列产品。实现非粮生物质的清洁型高附加值全组分利用，同时工艺大量引进节能环保设施，整体集成循环利用，实现“零排放”。
附图说明
图1为实施例4中粗糖液酶解终点色谱图；
图2为实施例5中酶解液酶解终点色谱图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1
(一)准备单元
制备功能糖是利用非粮生物质中的木聚糖，俗称半纤维素。本单元的主要目的就是尽可能彻底的去除果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等非木聚糖及纤维成分。
(1.1)整粒：根据不同非粮生物质原料的特性，采用不同的粉粹方式，将物料粉粹，控制粒径小于5厘米，振动除尘后清洗表面尘土杂质。
(1.2)拌料：将步骤(1.2)所得物料经过碱性搅拌槽与碱性溶液充分混合浸渍，得到碱性预提取物料。碱性溶液为氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、酸性盐等中的一种或几种组成，控制溶液浓度为2％-30％。
(1.3)提取：将步骤(1.2)所得物料与工艺热水同时按质量流量1:5-12的速度同时加入料液外循环式提取锅中，升温至80-180摄氏度反应0.5-2小时。使果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等非木聚糖成分充分溶出。
(1.4)分离：将步骤(1.3)所得物料经过螺旋挤浆机分离、清洗得到富含木聚糖的纤维性固相物料，和富含果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等物质的液相物料。固相物料整高温分散储存,准备进入功能性低聚糖制备单元；液相进入本单元下一步骤。控制液相物料温度 50-100摄氏度。
(1.5)沉降：将步骤(1.4)所得液相产品通过增压泵打入喷射混合器与酸性溶液喷射混合后进入沉降罐沉降。控制混合后pH值2-8。沉降剂酸性溶液为盐酸、硫酸、酸性水解液及第二单元中离子交换工段或中和工段中的酸性物料中的一种或几种混合物。
(1.6)二次分离：将步骤(1.55)所得物料进行分离，固相部分富含木质素及大量有机、无机物质。一方面木质素经过净化、分离、干燥制备高纯度木质素高分子材料；另一方面经过改性、活化、发酵、提取制备腐殖酸。同时也可与第一单元整粒步骤物料、第二单元及第三单元物料混合制备有机肥。液相含盐水通过膜系统回收工艺水用于生产，浓项经过MVR系统制备工业盐。
(二)功能糖制备单元
制备功能性低聚糖是利用非粮生物质中的木聚糖，俗称半纤维素。本单元的主要目的就是利用单元(一)中步骤(1.4)所得固相物料，通过催化转化制备功能性糖类。
(2.1)催化降解：将第一单元提取后的富含木聚糖的纤维性固相物料在搅拌的条件下加入盛有木聚糖酶复合酶液的酶解锅中酶解。控制来料温度45-70摄氏度，木聚糖酶液温度35-60 摄氏度，木聚糖酶液加酶量5IU/g～15IU/g。调节固液比为1:5-15进行酶解得到粗糖液，酶解温度35℃～65℃；每4小时取样利用高压液相色谱检测酶解液中低聚糖的组分情况，根据产品目标要求确定酶解终止时间。所述木聚糖酶复合液，可以是木聚糖酶、其它糖苷酶、内切型酶、外切型酶中的一种或几种混合物。根据酶解条件可优选得到低聚木糖纯度大于80％(甲级)；低聚木糖纯度70％-80％(乙级)；低聚木糖纯度60％-70％(丙级)；低聚木糖纯度 50％-60％(丁级)和低聚木糖纯度50％(X级)以下系列粗糖液。低聚木糖纯度50％(X级) 以下粗糖液也可以通过化学催化的方式得到，化学催化可选用单元(一)步骤(1.5)中所述沉降剂。
(2.2)净化：将步骤(2.1)降解后物料进行固液分离，所得固体物料进入第三单元利用。所得粗糖液中含有有机、无机杂质，采用粒径截留、离子电吸附和微粒物理吸附集成的方式去除，得到纯净的低聚木糖混合物。控制糖液浓度20％-30％，透光率85％以上。
(2.3)浓缩：步骤(2.1)所得甲级、乙级粗糖液经过步骤(2.2)净化后浓缩、灌装得液体低聚木糖产品，或干燥后得到固体低聚木糖产品。控制浓缩温度小于80摄氏度，固形物(70±5)％。
(2.4)色谱分离：步骤(2.1)所得丙级、丁级粗和X级糖液经过步骤(2.2)净化后浓缩至固形物(50±5)％进行工业色谱进行三项分离(A项、B项、C项)，利用不同物料在分离色谱树脂中移动速度的不同，将混合糖液通过色谱树脂进行分离，得到A相：低聚木糖纯度达到甲级或乙级进入步骤(2.3)，通过色谱分离可以将低聚木糖纯度提高到99.5％以上进入步骤(2.3)制备超高纯度低聚木糖；B相木糖纯度达到75％以上；C项阿拉伯糖纯度达到65％以上。
(2.5)成品：步骤(2.4)所得B相、C项物料分别进行结晶、离心、干燥制备功能性木糖和功能性阿拉伯糖。
(三)剩余物转化与应用单元
通过第一单元和第二单元对非粮生物质的利用，对半纤维素、木质素、果胶、淀粉、灰分进行了分离利用，剩余物为较为纯净的纤维素。
(3.1)纤维素净化：纤维素白度较低，主要是含有部分木质素、色素、易氧化物及其它杂质。将物料加入反应釜按第一单元步骤(1.3)工艺进行处理，处理后首先对固相物料进行漂白处理。
(3.2)漂白后物料经过微粉、裂解制备膳食纤维。也可以通过醚化、酯化制备改性纤维素及系列纤维素衍生产品。
(3.3)第二单元步骤(2.2)所得纤维素经过干燥与PP、PE、PVC等化工高分子材料复合，通过挤压、驰预、成型等处理制备生物基高分子材料。
(3.4)第二单元步骤(2.2)所得纤维素稀释至固液比1:5-15升温后加入纤维素酶，酶解生产粗葡萄糖液发酵制备乙醇、丙酮、丁醇等产品。
以上所涉及的固液比均为质量比，所涉及的含水量、百分浓度等均为质量百分比。
具体实验例如下：
(1)整粒：取花生皮100公斤粉粹，控制粒径小于3-5厘米，振动除尘后清洗表面尘土杂质。
(2)拌料：将步骤(1)所得物料经过碱性搅拌槽与碱性溶液充分混合浸渍，得到碱性预提取物料。碱性溶液为氢氧化钠10％。
(3)提取：将步骤(2)所得物料与工艺热水同时按质量流量1:9的速度同时加入料液外循环式提取锅中，升温至90-95摄氏度反应。使果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等非木聚糖成分充分溶出。
(4)分离：将步骤(3)所得物料经过螺旋挤浆机分离、清洗得到富含木聚糖的纤维性固相物料160公斤，和富含果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等物质的液相物料。固相物料整粒后高温分散储存准备进入功能性糖制备单元，液相进入本单元下一步骤。控制液相物料温度80-85摄氏度
(5)沉降：将步骤(4)所得液相产品通过增压泵打入喷射混合器与酸性溶液喷射混合后进入沉降罐沉降。控住混合后pH值2-2.5。沉降剂酸性溶液为1.0％硫酸。
(6)二次分离：将步骤(5)所得物料通过离心机进行分离，得到固相产物固相部分富含木质素及大量有机、无机物质50公斤。木质素经过洗脱净化、干燥得到高纯度高分子材料木质素20公斤，测得木质素纯度95％以上。
实施例2：
(1)整粒：取玉米秸秆100公斤粉粹，控制粒径小于3-5厘米，振动除尘后清洗表面尘土杂质。
(2)拌料：将步骤(1)所得物料经过碱性搅拌槽与碱性溶液充分混合浸渍，得到碱性预提取物料。碱性溶液为氨水20％。
(3)提取：将步骤(2)所得物料与工艺热水同时按质量流量1:15的速度同时加入料液外循环式提取锅中，升温至120摄氏度反应。使果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等非木聚糖成分充分溶出。
(4)分离：将步骤(3)所得物料经过螺旋挤浆机分离、清洗得到富含木聚糖的纤维性固相物料170公斤，和富含果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等物质的液相物料。固相物料整粒后高温分散储存准备进入功能性糖制备单元，液相进入本单元下一步骤。控制液相物料温度85-90摄氏度
(5)沉降：将步骤(4)所得液相产品通过增压泵打入喷射混合器与酸性溶液喷射混合后进入沉降罐沉降。控住混合后pH值3-5。沉降剂酸性溶液为1.0％硫酸。
(6)二次分离：将步骤(5)所得物料通过离心机进行分离，得到固相产物固相部分富含木质素及大量有机、无机物质48公斤。木质素经过洗脱净化、干燥得到高纯度高分子材料木质素23公斤，测得木质素纯度90％以上。液体用于制备农业氨肥或有机肥料。
实施例3：
(1)整粒：取玉米芯100公斤粉粹，控制粒径小于1-3厘米，振动除尘后清洗表面尘土杂质。
(2)拌料：将步骤(1)所得物料经过碱性搅拌槽与碱性溶液充分混合浸渍，得到碱性预提取物料。碱性溶液为氢氧化钠20％。
(3)提取：将步骤(2)所得物料与工艺热水同时按质量流量1:9的速度同时加入料液外循环式提取锅中，升温至120摄氏度反应。使果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等非木聚糖成分充分溶出。
(4)分离：将步骤(3)所得物料经过螺旋挤浆机分离、清洗得到富含木聚糖的纤维性固相物料150公斤，和富含果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等物质的液相物料。固相物料整粒后高温分散储存准备进入功能性糖制备单元，液相进入本单元下一步骤。控制液相物料温度85-90摄氏度
(5)沉降：将步骤(4)所得液相产品通过增压泵打入喷射混合器与酸性溶液喷射混合后进入沉降罐沉降。控住混合后pH值4-5。沉降剂酸性溶液为1.0％硫酸。
(6)二次分离：将步骤(5)所得物料通过离心机进行分离，得到固相产物固相部分富含木质素及大量有机、无机物质45公斤。木质素经过洗脱净化、干燥得到高纯度高分子材料木质素21公斤，测得木质素纯度95％以上。液体用于制备农业氨肥或有机肥料。
第二单元
实施例4：
(1)催化降解：将实施方式1第一单元提取后的富含木聚糖的纤维性固相物料在搅拌的条件下加入盛有木聚糖酶复合酶液的酶解锅中酶解。控制来料温度45-50摄氏度，木聚糖酶液温度40摄氏度，木聚糖酶液加酶量5IU/g。调节固液比为1:8进行酶解得到粗糖液，酶解温度45℃～50℃；酶解8小时。得到低聚木糖纯度70％-80％(乙级)粗糖液。
(2)净化：将步骤(1)降解后物料进行固液分离，所得固体物料进入第三单元利用。所得粗糖液中含有有机、无机杂质，采用粒径截留、离子电吸附和微粒物理吸附集成的方式去除，得到纯净的低聚木糖混合物。糖液浓度27％，透光率88％以上。
(3)浓缩：步骤(1)粗糖液经过步骤(2)净化后80摄氏度浓缩至固形物(70±5)％，灌装的液体低聚木糖产品。成品为无色透明液体。
实施例5：
(1)催化降解：将实施方式2第一单元提取后的富含木聚糖的纤维性固相物料在搅拌的条件下加入盛有木聚糖酶复合酶液的酶解锅中酶解。控制来料温度50-55摄氏度，木聚糖酶复合酶液温度45摄氏度，木聚糖酶液加酶量8IU/g。调节固液比为1:12进行酶解得到粗糖液，酶解温度45℃～50℃；酶解20小时。得到低聚木糖纯度X级粗糖液。所述木聚糖酶复合液，为木聚糖酶、糖苷酶、内切型酶、外切型酶、液化酶按5:1:1:2:1配比。
(2)净化：将步骤(1)降解后物料进行固液分离，所得固体物料进入第三单元利用。所得粗糖液中含有有机、无机杂质，采用粒径截留、离子电吸附和微粒物理吸附集成的方式去除，得到纯净的低聚木糖混合物。糖液浓度29％，透光率90％以上。
(3)色谱分离：步骤(1)所得X级粗和X级糖液经过步骤(2)净化后浓缩至固形物(50±5)％进行工业色谱分离，利用不同物料在分离色谱树脂中移动速度的不同，将混合糖液通过色谱树脂进行分离，得到A相：甲级低聚木糖纯度99.5％以按实施例4方式浓缩后喷雾干燥的低聚木糖粉末产品。B相木糖纯度达到78％，净化结晶后的木糖产品；C项阿拉伯糖纯度达到70％净化结晶后的阿拉伯糖成品。
第三单元
实施例6：
(1)纤维素净化：实施例4所得固相纤维素白度较低，主要是含有一部分木质素、色素、易氧化物及其它杂质。将物料加入反应釜按实施例2第一单元步骤(3)工艺进行处理，处理后首先对物料进行漂白处理。
(1)漂白后物料经过微粉、裂解制备膳食纤维。
实施例7：
(1)将实施例5第二单元步骤(2)所得纤维素稀释至固液比1:15升温后加入纤维素酶 50IU/g，酶解48小时生产粗葡萄糖液发酵制备乙醇。

Claims (7)

1.一种低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)准备单元
(1.1)整粒：将玉米芯、秸秆、稻草、棉短绒、花生壳、玉米皮等非粮生物质物料粉粹，控制粒径小于5厘米，清洗除杂；
(1.2)拌料：将步骤(1.1)所得物料与碱性溶液充分混合浸渍，得到碱性预提取物料；
(1.3)提取：将步骤(1.2)所得碱性预提取物料与热水按质量流量比1:5-12的速度同时加入提取锅中，升温至80-180摄氏度反应0.5-2小时；
(1.4)分离：将步骤(1.3)所得物料经过分离、清洗得到富含木聚糖的纤维性固相物料，和富含果胶、淀粉、蛋白、木质素、灰分等物质的液相物料；固相物料高温分散储存，准备进入功能性低聚糖制备单元；液相产品进入本单元下一步骤；
(1.5)沉降：将步骤(1.4)所得液相产品与酸性溶液混合后沉降；控制混合后pH值2-8；
(1.6)二次分离：将步骤(1.5)所得物料进行分离，固相部分富含木质素，经进一步纯化分离制备木质素高分子材料及系列产品，液相部分分离利用，回收工业盐或用于制备氮肥、氨肥等产品；
(2)功能糖制备单元
(2.1)催化降解：将步骤(1.4)提取后的富含木聚糖的纤维性固相物料加入盛有木聚糖酶复合酶液的酶解锅中酶解；控制来料温度45-70摄氏度，木聚糖复合酶酶液温度35-60摄氏度，木聚糖复合酶酶液加酶量5IU/g～15IU/g；所述固液比为1:5-15进行酶解得到粗糖液，酶解温度35℃～65℃；每4小时取样利用高压液相色谱检测酶解液中低聚糖的组分情况，根据产品目标要求确定酶解终止时间；根据酶解终点低聚木糖粗糖液中低聚木糖纯度值将低聚木糖粗糖液分为甲级、乙级、丙级、丁级和X级，其中低聚木糖纯度大于等于80％为甲级；低聚木糖纯度70％-80％为乙级；低聚木糖纯度60％-70％为丙级；低聚木糖纯度50％-60％为丁级和低聚木糖纯度小于50％为X级。制备低聚木糖纯度50％以下粗糖液也可以通过化学催化的方式得到。
(2.2)净化：将步骤(2.1)降解后物料进行固液分离，所得固项富含纤维素物料进入第三单元利用；
(2.3)浓缩：(2.1)所得甲级、乙级粗糖液经过步骤(2.2)净化后浓缩、灌装得液体低聚木糖产品，或干燥后得到固体低聚木糖产品；
(2.4)色谱分离：(2.1)所得丙级、丁级粗和X级粗糖液经过(2.2)净化后浓缩至固形物(50±5)％进行工业色谱进行三项分离(A项、B项、C项)，利用不同物料在分离色谱树脂中移动速度的不同，将混合糖液通过色谱树脂进行分离，得到A相：低聚木糖纯度达到甲级或乙级进入(2.3)，通过色谱分离可以将低聚木糖纯度提高到99.5％以上进入步骤(2.3)制备超高纯度低聚木糖；B相木糖纯度达到75％以上；C项阿拉伯糖纯度达到65％以上；
(2.5)成品：步骤(2.4)所得B相、C项物料分别进行结晶、离心、干燥制备功能性木糖和功能性阿拉伯糖。
(三)剩余物转化与应用单元
(3.1)纤维素净化：将(2.2)所得固相富含纤维素物料加入反应釜按步骤(1.3)工艺进行处理，处理后首先对固相物料进行漂白处理；
(3.2)漂白后物料经过微粉、裂解制备膳食纤维；或通过醚化、酯化制备改性纤维素及系列纤维素衍生产品；
(3.2)步骤(2.2)所得纤维素也可经过干燥与PP、PE、PVC等化工高分子材料复合，通过挤压、驰预、成型等处理制备生物基高分子材料；
(3.3)步骤(2.2)所得纤维素也可稀释至固液比1:5-15升温后加入纤维素酶，酶解生产粗葡萄糖液发酵制备乙醇、丙酮、丁醇等产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述(1.2)中碱性溶液为氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、酸性盐等中的一种或几种组成，溶液浓度为2％-30％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述(1.4)液相进入本单元下一步骤，控制液相物料温度50-100摄氏度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是：将步骤(1.4)所得液相产品打入喷射混合器与酸性溶液喷射混合后进入沉降罐沉降。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤(1.4)中沉降剂酸性溶液为盐酸、硫酸、酸性水解液及第二单元中离子交换工段或中和工段中的酸性物料中的一种或几种混合物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤(1.6)木质素经过净化、分离、干燥制备高纯度木质素高分子材料；或者经过改性、活化、发酵、提取制备腐殖酸；或与第一单元整粒步骤物料、第二单元及第三单元物料混合制备有机肥；液相含盐水通过膜系统回收工艺水用于生产，经过MVR系统制备工业盐。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤(2.1)中木聚糖酶复合液是木聚糖酶、其它糖苷酶、内切型酶、外切型酶中的一种或几种混合物。
CN202111583883.XA 2021-12-22 2021-12-22 低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法 Active CN114250257B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111583883.XA CN114250257B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111583883.XA CN114250257B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114250257A true CN114250257A (zh) 2022-03-29
CN114250257B CN114250257B (zh) 2023-09-12

Family

ID=80794476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111583883.XA Active CN114250257B (zh) 2021-12-22 2021-12-22 低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114250257B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05304950A (ja) * 1991-07-26 1993-11-19 Natl Food Res Inst ビフィズス菌増殖促進剤
CN1699587A (zh) * 2005-06-02 2005-11-23 江南大学 一种从木糖母液或木糖水解液提取木糖和木糖醇的方法
CN102061323A (zh) * 2010-11-10 2011-05-18 山东龙力生物科技股份有限公司 一种植物木质纤维素的综合利用工艺
CN102660606A (zh) * 2012-05-04 2012-09-12 山东龙力生物科技股份有限公司 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
CN104630307A (zh) * 2014-12-24 2015-05-20 山东龙力生物科技股份有限公司 一种玉米全株组分分离分级利用的生物炼制集成工艺
CN106636254A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 山东龙力生物科技股份有限公司 一种高纯度低聚木糖制备工艺
CN108486192A (zh) * 2018-05-29 2018-09-04 湖南农业大学 提高水稻秸秆水解效率的前处理方法及基于此的制备低聚木糖的方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05304950A (ja) * 1991-07-26 1993-11-19 Natl Food Res Inst ビフィズス菌増殖促進剤
CN1699587A (zh) * 2005-06-02 2005-11-23 江南大学 一种从木糖母液或木糖水解液提取木糖和木糖醇的方法
CN102061323A (zh) * 2010-11-10 2011-05-18 山东龙力生物科技股份有限公司 一种植物木质纤维素的综合利用工艺
CN102660606A (zh) * 2012-05-04 2012-09-12 山东龙力生物科技股份有限公司 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
CN104630307A (zh) * 2014-12-24 2015-05-20 山东龙力生物科技股份有限公司 一种玉米全株组分分离分级利用的生物炼制集成工艺
CN106636254A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 山东龙力生物科技股份有限公司 一种高纯度低聚木糖制备工艺
CN108486192A (zh) * 2018-05-29 2018-09-04 湖南农业大学 提高水稻秸秆水解效率的前处理方法及基于此的制备低聚木糖的方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114250257B (zh) 2023-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101285106B (zh) 一种高效水解木质纤维素类生物质同时制备多组分糖液及木质素的方法
US7666637B2 (en) Integrated process for separation of lignocellulosic components to fermentable sugars for production of ethanol and chemicals
CA2065548C (en) Two-stage dilute acid prehydrolysis of biomass
CN101255479B (zh) 一种将木质纤维素高效糖化的预处理方法
CA2694875C (en) Cellulase enzyme based method for the production of alcohol and glucose from pretreated lignocellulosic feedstock
CN101358218B (zh) 一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法
CN101736631B (zh) 一种高效预处理木质纤维素的工艺
US20150051385A1 (en) Liquid / Liquid Separation of Lignocellulosic Biomass to Produce Sugar Syrups and Lignin Fractions
CN101358214B (zh) 利用秸秆生产糠醛耦合联产丙酮和丁醇的方法
EP3094734B1 (en) Process for fractionation of oligosaccharides from agri-waste
CN108251472B (zh) 一种低聚木糖的制备方法
CN103958689A (zh) C1-c2有机酸处理木质纤维素生物质以制造酰化纤维素纸浆、半纤维素、木质素以及糖和糖的发酵
MX2011001387A (es) Proceso para la produccion de azucares a partir de biomasas.
CN108265084B (zh) 一种利用农作物秸秆制备乙醇的方法
CN110791532B (zh) 一种纤维素制备乙醇及生物质综合利用的方法
WO2015108409A1 (en) An integrated process for fractionation of oil palm empty fruit bunch and conversion of the cellulosic solid to ethanol
CN108117652B (zh) 一种酶解木质素的提取方法
CN109136293B (zh) 一种油菜秸秆资源化全质利用方法
CN114250257B (zh) 低聚糖的制备及非粮生物质资源高值化清洁利用方法
CN113881714A (zh) 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法
CN102864192B (zh) 一种从木质纤维类物质中制取糖的方法
Zhang et al. Stepwise transform sugarcane bagasse into xylooligosaccharides and fermentable glucose by hydrothermal-xylanase-acid-cellulase hydrolysis
Dessie et al. Enhancing the valorization efficiency of Camellia oil extraction wastes through sequential green acid pretreatment and solid-state fermentation-based enzymatic hydrolysis
CN112725393A (zh) 一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖及其方法
CN115651213A (zh) 一种从水稻副产物提取二氧化硅、木质素和纳米纤维素的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant