[發(fā)明專利]一種凈化、回收和濃縮木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中糖分的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010100480.0
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101787398A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬印華;齊本坤;羅建泉;陳向榮;伊守亮;沈飛;蘇儀
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C13K1/04
• 分類號: C13K1/04;C13K13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中糖分的精制方法，尤其涉及應(yīng)用 納濾技術(shù)對木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中的糖分進(jìn)行回收和濃縮，對預(yù)水解液中的 毒性抑制物進(jìn)行去除的方法。

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維素是自然界中來源廣泛、價(jià)格低廉的可再生資源，其主要成分 為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素中的糖類聚合物生產(chǎn)生 物燃料或生物基化學(xué)品是木質(zhì)纖維素綜合利用的一個有效途徑。但由于木質(zhì) 纖維素結(jié)構(gòu)和成分都很復(fù)雜，必須對其進(jìn)行預(yù)處理才能使酶將其水解為可發(fā) 酵性糖，進(jìn)而被微生物發(fā)酵產(chǎn)各種化學(xué)品。木質(zhì)纖維素預(yù)處理的方法有很多， 有物理、化學(xué)、理化、氧化和有機(jī)溶劑等方法。在用除物理預(yù)處理方法外的 其它預(yù)處理方法對木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，除纖維素和半纖維素降解產(chǎn)生 的各種發(fā)酵性戊糖和己糖外，還會形成各種發(fā)酵抑制物，主要包括弱酸類抑 制物(如甲酸、乙酸和乙酰丙酸)、糠醛類抑制物(如糠醛和5-羥甲基糠醛) 和酚類抑制物(如4-羥基苯甲酸、香草醛和鄰苯二酚)，這些抑制物特別是 濃度高的弱酸性抑制物和糠醛類抑制物對隨后的酶水解和微生物發(fā)酵過程都 有明顯的抑制作用，降低產(chǎn)物產(chǎn)率，所以必須采取方法將木質(zhì)纖維素預(yù)水解 液中的弱酸性抑制物和糠醛類抑制物脫除。目前，采取的抑制物脫除方法主 要有物理、化學(xué)和生物等方法。

物理方法包括蒸發(fā)、有機(jī)溶劑萃取和吸附等。蒸發(fā)能去除發(fā)酵抑制物中 的一部分低沸點(diǎn)有機(jī)物；有機(jī)溶劑萃取能去除大部分抑制物，但有機(jī)溶劑回 收困難；活性炭吸附操作簡單，但受抑制物性質(zhì)、預(yù)水解液pH、預(yù)處理溫度、 時(shí)間和活性炭濃度影響并且去除抑制物的程度有限；離子交換樹脂吸附對弱 酸性抑制物的脫除效果顯著，但對糠醛類抑制的脫除效果有限。

化學(xué)法主要是通過添加化學(xué)試劑使預(yù)水解液中的抑制物形成沉淀或通過 調(diào)節(jié)pH值使抑制物的電離發(fā)生改變而達(dá)到脫毒效果。常用的化學(xué)法是氫氧 化鈣過中和法，也就是用氫氧化鈣調(diào)pH至9～10，再用硫酸回調(diào)至pH5.5左 右。該方法操作簡單、成本低且抑制物去除效果明顯，但是由于鈣離子的沉 淀，對后續(xù)操作的各種設(shè)備不利。

生物法是指用一些特定的酶或微生物處理抑制物使之結(jié)構(gòu)發(fā)生改變從而 降低其毒性。由于酶催化具有特異性和專一性，所以酶處理也只能去除特定 的某種抑制物。微生物預(yù)處理雖然能對預(yù)水解液中的抑制物具有一定的脫毒 作用，但是微生物也能利用預(yù)水解液中的各種糖類。

膜分離技術(shù)現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的分離、純化，其分離機(jī)理主要 為篩分作用，即在壓力的驅(qū)動下，尺寸較小的物質(zhì)透過膜，而尺寸較大的物 質(zhì)則被截留，從而達(dá)到分離溶液大小不同組分的目的。常用的膜分離技術(shù)包 括微濾、超濾、電滲析、反滲透和納濾等。

納濾膜是近幾十年發(fā)展起來的，介于反滲透和超濾之間的一種新型膜分 離技術(shù)。納濾膜在壓力驅(qū)動下允許一些無機(jī)鹽和小分子有機(jī)物透過膜，既能 使大分子有機(jī)物和小分子有機(jī)物得到分離，又能使有機(jī)物和無機(jī)鹽得到分離 同時(shí)兼顧有機(jī)物濃縮。納濾具有分離過程無相變、無需加熱、操作簡單、節(jié) 能減排、容易放大和與其它分離技術(shù)相集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，有著良好的應(yīng)用前 景。因此，本發(fā)明提出應(yīng)用納濾技術(shù)對木質(zhì)纖維素預(yù)水解液進(jìn)行糖分的回收、 濃縮和抑制物的脫除，不僅工藝簡單、安全節(jié)能并且無任何副產(chǎn)物產(chǎn)生，具 有良好的工業(yè)化前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中糖分的凈化、回收和濃 縮的方法，該方法不僅能去除木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中的各種弱酸性抑制物(甲 酸、乙酸和乙酰丙酸等)和糠醛類抑制物(糠醛和5-羥甲基糠醛)，還能對 預(yù)水解液中的各種糖分進(jìn)行濃縮。該方法工藝簡單、高效節(jié)能、易于工業(yè)化 應(yīng)用。

本發(fā)明提供的應(yīng)用納濾技術(shù)對木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中糖分的凈化、回收 和濃縮的方法，是利用納濾膜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素預(yù)水解液中糖分和抑 制物的分離，降低各種抑制物的含量，提高糖分的濃度，提高預(yù)水解液的可 發(fā)酵性。該方法是：首先調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素預(yù)水解液的pH值至2.0～5.0并用微 濾等預(yù)處理方法對得到的預(yù)水解液進(jìn)行預(yù)處理；然后再用納濾膜組件對微濾 等預(yù)處理得到的透過液進(jìn)行納濾操作，預(yù)水解液中的糖分被納濾膜截留，而 弱酸性抑制物(甲酸、乙酸和乙酰丙酸等)和糠醛類抑制物(糠醛、5-羥甲 基糠醛等)則不斷透過納濾膜，除去預(yù)水解液中的各種抑制物和濃縮預(yù)水解 液中的糖分，實(shí)現(xiàn)預(yù)水解液中糖分的凈化、回收和濃縮。