CN114262352A - 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 - Google Patents
一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114262352A CN114262352A CN202111653622.0A CN202111653622A CN114262352A CN 114262352 A CN114262352 A CN 114262352A CN 202111653622 A CN202111653622 A CN 202111653622A CN 114262352 A CN114262352 A CN 114262352A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tank
- xylose
- ion exchange
- treatment
- corn
- 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.)
- Pending
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 142
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 title claims abstract description 59
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 title claims abstract description 59
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 title claims abstract description 59
- 239000010902 straw Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 title claims abstract description 26
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 title claims description 57
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 29
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 claims description 23
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 claims description 19
- 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 claims description 18
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 11
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 10
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 239000010907 stover Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 8
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 8
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 8
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 claims description 6
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 6
- 238000004042 decolorization Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 claims description 4
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 claims description 4
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 claims description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 4
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 4
- 235000021551 crystal sugar Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 1
- 241000209149 Zea Species 0.000 abstract 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 3
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 125000000969 xylosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO1)* 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H1/00—Processes for the preparation of sugar derivatives
- C07H1/06—Separation; Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
- C07H3/00—Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
- C07H3/02—Monosaccharides
-
- 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
- C12P19/02—Monosaccharides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明涉及一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，包括通过中间管道相连通的预混罐、碱处理罐、酸解罐、酶解罐、中和罐、脱色罐、脱色后罐、离子交换装置、离交后罐、蒸发器、结晶罐以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门，还设置第一离心机、第二离心机和第三离心机。所述系统还配套有浓碱罐、浓酸罐依次连接碱处理罐和酸解罐，脱色罐连接有配炭罐用以溶解活性炭。本发明还公开一种使用该系统进行利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法。本发明稀碱和稀酸处理均是一步到位，不需要多级处理，简化工序，具有工艺简单，节约成本等特点。
Description
技术领域
本发明属于糖醇制备技术领域，特别涉及一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法。
背景技术
目前在食品、化工等领域利用农业废弃物中的半纤维素提取木糖和可发酵糖的工艺主要是以硫酸直接处理农业废弃物，水解其中的半纤维素组分来得到木糖，然后水解其中纤维素组分得到可发酵的葡萄糖液。如公开号CN112661975A的专利以硫酸来处理竹材碎料，然后从水解液中分离出木糖。然而直接以硫酸来处理农业废弃物，为尽可能水解半纤维素为木糖，往往加入比较高浓度的硫酸，这一方面会使部分木糖转化为糠醛等其他物质，另一方面会引入更多纤维素和木质素及植物细胞壁中的胶体等杂质，为后续木糖的分离提取工艺增加困难及成本。如公告号CN102584907B的专利以玉米秸秆为原料生产木糖和阿拉伯糖的方法，采用四次离子交换。除了直接以硫酸水解外，还有借助一些其他辅助方法来处理农业废弃物，如公告号CN104498640B的专利，先采用稀酸浸泡2～10小时，随后进行汽爆水解处理，得到木糖水解液。然而采用汽爆处理，一般需要高温高压，能量消耗大，成本较高。公告号CN104498640B的专利中也有提及用碱-酸联合处理玉米芯来提取半纤维素的方法，其所用的碱溶液浓度为0.8％～5％(质量分数)，半纤维素的一次提取率最高为52％。
现有技术直接以硫酸处理农业废弃物，由于所用硫酸浓度较高，一方面会使部分木糖转化为糠醛等其他物质，降低木糖产率，另一方面会引入木质素及植物细胞壁中的胶体等杂质，不利于后续木糖的分离提取及利用。另外，借助汽爆等方法来辅助处理，需要高温高压，能量消耗大，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法，尽可能地在低成本的工艺处理下最大化地从玉米秸秆中提取木糖及葡萄糖。
本发明是这样实现的，提供利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，包括通过中间管道相连通的用于秸秆粉末与水预混的预混罐、用于稀碱处理秸秆粉末的碱处理罐、用于碱处理后秸秆残渣酸水解的酸解罐、用于酸处理后酸解残渣酶解的酶解罐、用于水解液中和反应的中和罐、用于中和后水解液脱色的脱色罐、用于储存脱色液的脱色后罐、用于脱色液离子交换除杂的离子交换装置、用于暂存离交液的离交后罐、用于离子交换液浓缩的蒸发器、用于浓缩液结晶的结晶罐以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门，在所述碱处理罐和酸解罐之间、酸解罐与中和罐之间的中间管道上分别设置第一离心机和第二离心机用于进行水解液的固液分离，在脱色罐与脱色后罐之间的中间管道上设置有板框压滤机用于除去脱色液中的活性炭杂质，在结晶罐之后的中间管道上设置有第三离心机用于结晶罐结晶后的晶体糖与母液的分离，进而得到晶体木糖；所述系统还配套有浓碱罐、浓酸罐依次连接碱处理罐和酸解罐，脱色罐连接有配炭罐用以溶解活性炭。
进一步地，所述离子交换装置包括单联的阴离子交换柱和阳离子交换柱。
进一步地，所述阴离子交换柱使用的树脂型号为D301-FD，阳离子交换柱使用的树脂型号为D001-F。
本发明是这样实现的，提供一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其使用了如前所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，所述方法包括如下步骤：
步骤一、将玉米秸秆用粉碎机处理成粉状，然后干燥后得到绝干粉状玉米秸秆，粉状颗粒的尺寸在60目～300目。
步骤二、将绝干粉状玉米秸秆与工艺水按一定比例混合后，并用30％浓碱液调节体系中NaOH浓度为0.1％～0.4％，在85℃～125℃温度下，碱处理1.2h～2.0h；然后经离心分离得到秸秆残渣和离心清液，离心清液进入木质素提取工序。
步骤三、将秸秆残渣与1.0％～2.5％的稀H2SO4按一定比例混合，在130℃～160℃下酸解30min～50min，然后进行离心分离得到水解液和酸解残渣，酸解残渣经过纤维素酶的酶解处理后得到可用于发酵的葡萄糖液。
步骤四、用碱性物质调节水解液至pH值为3.0～5.0后，依次采取脱色、离交、浓缩、结晶处理后得到晶体木糖。
与现有技术相比，本发明的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法，避免直接以硫酸来水解玉米秸秆，采用稀碱-稀酸联合处理玉米秸秆，即通过碱预处理先去除玉米秸秆中易水解的木质素及植物细胞壁中的胶体等杂质，同时使玉米秸秆半纤维素中的木糖单元成分基本保留，然后进行稀酸水解，将玉米秸秆半纤维素中的半纤维素水解成木糖，转化率达75.78％，同时得到比较澄清、杂质较少、易于分离出木糖的水解液和纤维素组分高的酸解残渣，水解液的电导率仅有2522μs/cm，酸解残渣经过纤维素酶解后，得到了葡萄糖浓度＞146g/L的葡萄糖液，可用于发酵制备纤维素乙醇等高附加值产品。
在水解液后续精制提取木糖工艺中，只采用一次离交，离交时水解液与阴阳树脂的体积比均约为20:1。比公告号CN102584907B的专利以玉米秸秆为原料生产木糖和阿拉伯糖的方法中采用的四组阴阳离子交换树脂净化相比，节约后续分离提纯木糖产品的时间和成本，并且不会增加精制工序中木糖的损失。
稀碱和稀酸处理均是一步到位，不需要多级处理，简化工序，且所用的稀碱浓度仅为0.25wt％，稀硫酸浓度为2％，比公告号CN104498640B的专利中用碱-酸来联合处理玉米芯来提取半纤维素的方法中(所用的碱溶液浓度为0.8wt％～5wt％，半纤维素的一次提取率最高为52％)的碱溶液浓度更低，且半纤维素的一次提取率高出23.78％。本发明还具有工艺简单，节约成本等特点。
附图说明
图1为本发明利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统的原理示意图；
图2为本发明利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法的工艺流程示意图；
图3为本发明实施例4的酶解葡萄糖浓度与酶解时间的对应曲线。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1所示，本发明稀碱-稀酸联合处理玉米秸秆提取木糖的系统的较佳实施例，图中箭头所示为系统中物料(如玉米秸秆粉末、工艺水、料液、Ca(OH)2、浓酸液、浓碱液、活性炭、废炭、水解液、酸解残渣等)的流动方向。
所述系统包括通过中间管道相连通的用于秸秆粉末与水预混的预混罐1、用于稀碱处理秸秆粉末的碱处理罐2、用于碱处理后秸秆残渣酸水解的酸解罐3、用于酸处理后酸解残渣酶解的酶解罐18、用于水解液中和反应的中和罐4、用于中和后水解液脱色的脱色罐5、用于储存脱色液的脱色后罐6、用于脱色液离子交换除杂的离子交换装置7、用于暂存离交液的离交后罐8、用于离子交换液浓缩的蒸发器9、用于浓缩液结晶的结晶罐10以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门。
在所述碱处理罐2和酸解罐3之间、酸解罐3与中和罐4之间的中间管道上分别设置第一离心机11和第二离心机12用于进行水解液的固液分离，在脱色罐5与脱色后罐6之间的中间管道上设置有板框压滤机13用于除去脱色液中的活性炭杂质。在结晶罐10之后的中间管道上设置有第三离心机14用于结晶罐结晶后的晶体糖与母液的分离，进而得到晶体木糖。所述系统还配套有浓碱罐15、浓酸罐16依次连接碱处理罐2和酸解罐3，脱色罐5连接有配炭罐17用以溶解活性炭。
所述离子交换装置7包括单联的阴离子交换柱71和阳离子交换柱72。所述阴离子交换柱71使用的树脂型号为D301-FD，阳离子交换柱72使用的树脂型号为D001-F。
请参照图2所示，本发明还公开一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其使用了如前所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，所述方法包括如下步骤：
步骤一、原料筛选：本发明所用原料为玉米秸秆，水份含量约为10％，组分测定如表1所示。
表1本发明所用玉米秸秆的组分测定结果
| 秸秆组分 | 纤维素 | 半纤维素 | 木质素及其他 |
| 比例 | 36％～41％ | 19％～24％ | 35％～45％ |
步骤二、原料预处理：先将玉米秸秆用粉碎机处理成粉状，粉状颗粒的尺寸在60目～300目，然后放到鼓风式干燥箱中，在45℃下进行干燥，干燥24h左右，含水量基本上为0，即制成绝干粉状玉米秸秆。
步骤三、碱处理：将绝干粉状玉米秸秆与工艺水按一定比例混合后，并用30％浓碱液调节体系中NaOH浓度为0.1％～0.4％，在85℃～125℃温度下，碱处理1.2h～2.0h，然后经第一次离心分离得到秸秆残渣和离心清液。离心清液进入木质素提取工序。
步骤四、酸水解：将秸秆残渣与1.0％～2.5％的稀H2SO4按一定比例混合，在130℃～160℃下酸解30min～50min，然后进行第二次离心分离得到水解液和酸解残渣。酸解残渣经过纤维素酶的酶解处理后得到可用于发酵的葡萄糖液。
步骤五、中和：用碱性物质Ca(OH)2调节水解液pH值至3.0～5.0。
步骤六、精制：对中和后的水解液，依次采取脱色、离交、浓缩、结晶处理后进行第三次离心分离得到晶体木糖和母液。脱色处理时使用活性炭，活性炭的使用量为水解液体积的0.5％。浓缩处理时浓缩液的折光≥70％，随后进行降温结晶处理。母液用于再浓缩回收利用。
下面结合具体实施例进一步说明本发明的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法。
实施例1碱处理
本实施例共进行了29组实验，具体实验方案和实验结果如表3所示，并得出最优实验组的最佳条件是：半纤维素含量最高为23.2％，最佳预处理条件为：0.25％浓度NaOH溶液下，1:10固液比，105℃下保温1.2h。在此最佳条件下，理论上100g绝干玉米秸秆(约含木糖21.5g，葡萄糖38.7g)，经过碱处理，剩余秸秆残渣78.08g(约含木糖18.1g，葡萄糖35.4g)。测定碱处理后秸秆残渣的组分，得到表2的测试结果。
表2碱处理最佳条件下秸秆残渣的组分结果
表3碱处理条件实验方案
实施例2酸水解
本实施例将碱处理过的玉米秸秆残渣进行10组酸水解实验，具体实施方案和实验结果数据分别如表4和表5所示。
经最优碱处理条件处理后玉米秸秆残渣进行酸水解实验，当酸的浓度为2％时，木糖得率最大为80.64％，此时酸解残渣中半纤维素含量为3.51％，纤维素含量为64.70％。
表4碱处理过的玉米秸秆残渣的酸水解结果
其余反应条件:固液比1:8、反应温度125℃，反应时间140min。玉米秸秆半纤维素含量21.50％，碱处理后的秸秆残渣中半纤维素含量均值23.25％。
从表5的数据中可以看到，当固液比增加到1:9时，木糖得率基本已达到最大为82.11％；固液比从1:9继续增加至1:10，1:11时，木糖得率基本在82.2％左右，增加不明显。再进一步将固液比增加至1:12时，木糖得率出现下降趋势。纤维素组分提升至65％～66％。
表5玉米秸秆固液比反应条件优化结果
其余反应条件：2％的H2SO4，反应温度125℃，反应时间140min。玉米秸秆中半纤维素含量21.50％，碱处理后的秸秆残渣中半纤维素含量均值23.25％。
总的稀碱-稀酸联合处理工艺下，以玉米秸秆为原料，水解液中的木糖得率约为75.78％，现有技术的木糖得率最大52％，比现有技术高23.78％。
实施例3精制木糖制备
本实施例将水解液依次经过中和、脱色、一次离交、浓缩结晶工艺后，得到木糖晶体，木糖纯度在99.5％以上。以水解液中的木糖含量为基数，晶体木糖的收率为26.5％。整个精制过程，木糖结晶母液将会重复浓缩结晶利用。
脱色和离交工序会使木糖有所损失，相比于现有技术采用的四次离交(木糖损失率＞17％)，本发明实施例采用一次离交使木糖损失率降低了近1％(木糖损失率为＜16.2％)。
与现有的采用四次离交的精制工序相比，由于之前的碱处理已去除大部分易水解的非木糖杂质，采用一次离交(水解液与阴阳树脂的体积比均约为20:1)即可将脱色液的电导率由6525μs/cm降为6.5μs/cm(表6)，节约时间和成本，并且降低了木糖的损失。相应的各精制阶段参数如表6所示。
表6玉米秸秆水解液提取木糖晶体各精制工序参数
实施例4酸解残渣制备葡萄糖
经过稀碱-稀酸处理后得到的酸解残渣，加入诺维信Ctec2纤维素酶进行酶解，20％干基酶解葡萄糖浓度可以达到146g/L，25％干基酶解葡萄糖浓度可以达到177g/L，得到如图3所示的酶解葡萄糖浓度与酶解时间的对应曲线。在公开号CN112522347A的专利中，公开制备酶解葡萄糖的试验参数是：20％干基，葡萄糖浓度120g/L；25％干基，葡萄糖浓度140g/L。因此，两者试验数据对比可知，本发明的方法比现有技术的方法制备的葡萄糖浓度提升了近20％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，其特征在于，包括通过中间管道相连通的用于秸秆粉末与水预混的预混罐、用于稀碱处理秸秆粉末的碱处理罐、用于碱处理后秸秆残渣酸水解的酸解罐、用于酸处理后酸解残渣酶解的酶解罐、用于水解液中和反应的中和罐、用于中和后水解液脱色的脱色罐、用于储存脱色液的脱色后罐、用于脱色液离子交换除杂的离子交换装置、用于暂存离交液的离交后罐、用于离子交换液浓缩的蒸发器、用于浓缩液结晶的结晶罐以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门，在所述碱处理罐和酸解罐之间、酸解罐与中和罐之间的中间管道上分别设置第一离心机和第二离心机用于进行水解液的固液分离，在脱色罐与脱色后罐之间的中间管道上设置有板框压滤机用于除去脱色液中的活性炭杂质，在结晶罐之后的中间管道上设置有第三离心机用于结晶罐结晶后的晶体糖与母液的分离，进而得到晶体木糖；所述系统还配套有浓碱罐、浓酸罐依次连接碱处理罐和酸解罐，脱色罐连接有配炭罐用以溶解活性炭。
2.如权利要求1所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，其特征在于，所述离子交换装置包括单联的阴离子交换柱和阳离子交换柱。
3.如权利要求2所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，其特征在于，所述阴离子交换柱使用的树脂型号为D301-FD，阳离子交换柱使用的树脂型号为D001-F。
4.一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，其使用了如权利要求1或2或3所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，所述方法包括如下步骤：
步骤一、将玉米秸秆用粉碎机处理成粉状，然后干燥后得到绝干粉状玉米秸秆，粉状颗粒的尺寸在60目～300目；
步骤二、将绝干粉状玉米秸秆与工艺水按一定比例混合后，并用30％浓碱液调节体系中NaOH浓度为0.1％～0.4％，在85℃～125℃温度下，碱处理1.2h～2.0h；然后经离心分离得到秸秆残渣和离心清液，离心清液进入木质素提取工序；
步骤三、将秸秆残渣与1.0％～2.5％的稀H2SO4按一定比例混合，在130℃～160℃下酸解30min～50min，然后进行离心分离得到水解液和酸解残渣，酸解残渣经过纤维素酶的酶解处理后得到可用于发酵的葡萄糖液；
步骤四、用碱性物质调节水解液至pH值为3.0～5.0后，依次采取脱色、离交、浓缩、结晶处理后得到晶体木糖。
5.如权利要求4所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，在步骤一中，所使用的玉米秸秆的组分包括纤维素36％～41％，半纤维素19％～24％，木质素及其他35％～45％。
6.如权利要求4所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，在步骤一中，对粉状的玉米秸秆进行干燥方法是：将粉状的玉米秸秆放到鼓风式干燥箱中，在45℃下进行干燥，干燥24h，使得粉状的玉米秸秆的含水量为0。
7.如权利要求4所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，在步骤四中，所述碱性物质为Ca(OH)2。
8.如权利要求4所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，在步骤四中，脱色处理时使用活性炭，活性炭的使用量为水解液体积的0.5％。
9.如权利要求4所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，在步骤四中，浓缩处理时浓缩液的折光≥70％，随后进行降温结晶处理。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111653622.0A CN114262352A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
| PCT/CN2022/092088 WO2023123805A1 (zh) | 2021-12-30 | 2022-05-10 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111653622.0A CN114262352A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114262352A true CN114262352A (zh) | 2022-04-01 |
Family
ID=80831813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111653622.0A Pending CN114262352A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114262352A (zh) |
| WO (1) | WO2023123805A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115852723A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-03-28 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆提取高纯度木糖液和纤维素的方法 |
| CN116196691A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-06-02 | 山东归源生物科技有限公司 | 一种长链二元酸的精制系统和方法 |
| WO2023123805A1 (zh) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
| WO2024119730A1 (zh) * | 2022-12-05 | 2024-06-13 | 浙江华康药业股份有限公司 | 利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101220381A (zh) * | 2007-01-08 | 2008-07-16 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 |
| CN101358218A (zh) * | 2008-09-22 | 2009-02-04 | 王建设 | 一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法 |
| CN102584907A (zh) * | 2012-01-06 | 2012-07-18 | 黑龙江浩源生物科技有限公司 | 玉米秸秆为原料生产木糖和阿拉伯糖的方法 |
| CN106755614A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 山东福田药业有限公司 | 一种提高木糖水解液中木糖纯度的方法 |
| CN111172201A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 吉林大学 | 一种碱预处理制备纤维素乙醇的方法 |
| CN216786017U (zh) * | 2021-12-30 | 2022-06-21 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101928733B (zh) * | 2009-11-05 | 2012-08-29 | 王建设 | 一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法及装置 |
| CN105085934B (zh) * | 2015-08-12 | 2017-10-17 | 南京工业大学 | 一种催化热裂解提取木质素并制备发酵用糖的方法 |
| CN114262352A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-01 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111653622.0A patent/CN114262352A/zh active Pending
-
2022
- 2022-05-10 WO PCT/CN2022/092088 patent/WO2023123805A1/zh unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101220381A (zh) * | 2007-01-08 | 2008-07-16 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 |
| CN101358218A (zh) * | 2008-09-22 | 2009-02-04 | 王建设 | 一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法 |
| CN102584907A (zh) * | 2012-01-06 | 2012-07-18 | 黑龙江浩源生物科技有限公司 | 玉米秸秆为原料生产木糖和阿拉伯糖的方法 |
| CN106755614A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 山东福田药业有限公司 | 一种提高木糖水解液中木糖纯度的方法 |
| CN111172201A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 吉林大学 | 一种碱预处理制备纤维素乙醇的方法 |
| CN216786017U (zh) * | 2021-12-30 | 2022-06-21 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 中国农机学会农机化学会等: "农作物秸秆利用技术与设备", vol. 1996, 30 November 1996, 中国农业出版社, pages: 165 - 167 * |
| 包红旭: "环境工程专业综合设计、研究性实验教程", vol. 2016, 30 November 2016, 辽宁大学出版社, pages: 113 * |
| 武崇辉等: "酸碱处理纯化玉米秸秆纤维素及还原糖酶解实验研究", vol. 33, no. 11, 31 December 2013 (2013-12-31), pages 86 * |
| 美庭等: "生物质固废资源化技术手册", vol. 2014, 31 March 2014, 天津大学出版社, pages: 54 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023123805A1 (zh) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 |
| WO2024119730A1 (zh) * | 2022-12-05 | 2024-06-13 | 浙江华康药业股份有限公司 | 利用玉米芯联产优级木糖和高端焦糖色素的系统及方法 |
| CN115852723A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-03-28 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆提取高纯度木糖液和纤维素的方法 |
| CN115852723B (zh) * | 2022-12-08 | 2024-04-05 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆提取高纯度木糖液和纤维素的方法 |
| WO2024119732A1 (zh) * | 2022-12-08 | 2024-06-13 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种利用玉米秸秆提取高纯度木糖液和纤维素的方法 |
| CN116196691A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-06-02 | 山东归源生物科技有限公司 | 一种长链二元酸的精制系统和方法 |
| CN116196691B (zh) * | 2023-04-27 | 2024-01-12 | 山东归源生物科技有限公司 | 一种长链二元酸的精制系统和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023123805A1 (zh) | 2023-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114262352A (zh) | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法 | |
| CN101736631B (zh) | 一种高效预处理木质纤维素的工艺 | |
| CN101220381A (zh) | 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 | |
| CN102660606A (zh) | 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 | |
| CN111004827B (zh) | 一种低聚木糖的制备方法 | |
| EP2757147B1 (en) | Sugar solution production apparatus and sugar solution production system | |
| CN101643795A (zh) | 一种用竹制备木糖、木糖醇的方法 | |
| CN106574278A (zh) | 通过分开的糖化和发酵步骤从木质纤维素材料制备乳酸和/或乳酸盐 | |
| CN111100892A (zh) | 一种果葡糖浆生产工艺 | |
| CN216786017U (zh) | 一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统 | |
| CN100593572C (zh) | 一种玉米秸秆类农林废弃物的新用途 | |
| CN106589011A (zh) | 一种木糖母液的处理方法 | |
| CN111850069B (zh) | 一种海藻糖的生产制备工艺 | |
| CN112301075A (zh) | 一种用玉米芯制备饲料级低聚木糖的方法 | |
| CN109369731B (zh) | 一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法 | |
| CN101565468A (zh) | 一种利用棉籽壳生产低聚木糖的方法 | |
| CN111334542A (zh) | 一种玉米秸秆髓芯制备低聚木糖的方法 | |
| CN115852723A (zh) | 一种利用玉米秸秆提取高纯度木糖液和纤维素的方法 | |
| JP7447435B2 (ja) | バガスの前処理・糖化方法 | |
| CN113754704A (zh) | 一种利用离子树脂高效制备葡萄糖粉的制备方法 | |
| CN114478191A (zh) | 一种木糖醇发酵液的精制处理系统及其方法 | |
| 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 | |
| CN113005233A (zh) | 一种玉米芯粉连续水解制备木糖的方法 | |
| CN113135965A (zh) | 一种利用木糖母液生产结晶木糖的系统及方法 | |
| CN101979640A (zh) | 用甘蔗叶生产低聚木糖的方法 |
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 |