[發明專利]農林廢棄物為原料聯產木糖、木糖醇和阿拉伯糖清潔工藝

有效

• 申請號: 201110162469.1
• 申請日: 2011-06-16
• 公開（公告）號: CN102268490A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 袁其朋;王樂;范曉光;高雪美
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C13K13/00
• 分類號: C13K13/00;C12P19/02;C12R1/72;C12R1/74;C12R1/725
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種利用農林廢棄物聯合生產木糖、木糖醇和L-阿拉伯糖的清潔工藝，尤其利用對環境有好的高溫蒸煮工藝制備玉米芯等農林廢棄物獲得半纖維素水解液，經純化結晶獲得木糖晶體，木糖母液采取生物法生產木糖醇，經模擬移動床分離后結晶獲得木糖醇和L-阿拉伯糖晶體的方法。

背景技術

根據我國農業部提供的數據顯示，我國農業廢棄纖維素類資源量達6億噸，目前不到一半用于薪柴，大部分均被焚燒丟棄；而林業部提供的數據顯示，我國林業廢棄物資源量達到8億噸以上，除工業消耗外還有近一半函待開發利用。如果利用農林廢棄物原料生產高附加值的產品，如木糖、木糖醇、L-阿拉伯糖等并實現工業化生產，則對我國農林廢棄物的綜合有效地利用起到至關重要的作用。

隨著環境污染的日益嚴重和不可再生資源價格的節節攀升，發展環境友好的生物基化學品的生物煉制技術已成為轉變經濟增長方式、保障生態鏈良性循環、實現經濟社會可持續發展的戰略需求。目前，世界各國均不同程度的制定出在今后數十年內用生物綠色制造過程取代化學過程的戰略計劃，生物煉制已經成為世界各國的戰略研究方向。本發明所研究和開發出的利用農林廢棄物原料聯合生產高附加值木糖、木糖醇、L-阿拉伯糖產品，采取的是清潔、高效、符合生物煉制的應用工藝，對于環境保護、提高農民收入和實現經濟可持續性發展具有非凡的意義。

木糖和阿拉伯糖，核糖等同屬于五碳糖。在自然界，除了竹筍外，尚未發現其他游離的木糖，而以縮聚狀態廣泛存在于自然界植物的半纖維素中，即以大分子的木聚糖形式含在植物體內。用酸或酶使木聚糖降解，獲得木糖。雖然木糖是單糖的一種，但和人們日常食用的六碳糖葡萄糖及果糖不同，木糖不能為人體提供熱量，但有增加人體腸道雙歧桿菌等的某些特殊功能。

L-阿拉伯糖和木糖一樣，也是一種無熱量糖，L-阿拉伯糖對雙糖水解酶具有抑制作用，因此可以減少小腸對于蔗糖的吸收，同時在小腸里沒被分解的蔗糖在大腸里被微生物分解產生出大量的有機酸，這種有機酸對肝臟合成脂肪有抑制作用，從而減少體內新脂肪的產生。由此可見，“L-阿拉伯糖”在減肥、控制糖尿病、調節血脂等方面的應用前景極其廣闊。

木糖醇作為一種重要的工業用精細化學品、糖基化學品、食品及飼料添加劑，具備許多優異特性，廣泛用于化工、醫藥、皮革、國防、涂料、食品及飼料等行業。木糖醇是所有食用糖醇中，生理活性最好的品種。作為一種高效的功能性營養添加劑。它味甜低熱，口感清涼，甜度與蔗糖相當，具有特殊的生理活性，易為人體吸收。在防齲齒、不增加血糖值、均顯示出比山梨醇、麥芽糖醇、甘露醇等更為明顯的優越性，因而應用廣泛，尤其適用于糖尿病和肝炎患者的臨床營養劑和治療劑。

據估計中國至少有5000萬以上的糖尿病患者，已成為世界上最多的糖尿病人的國家之一。另外還有6000萬以上的人群屬于糖尿病前期，因此木糖醇、木糖和L-阿拉伯糖對于普通百姓或者糖尿病患者來說都意義重大。但這些具有功能性的稀有糖醇價格卻始終十分高，讓許多人無法接受。由于分離、純化技術有限，L-阿拉伯糖的價格居高不下，日本和歐美的市場銷售價格為10-15萬美元/噸。而木糖主要來自植物如白樺樹、玉米芯、棉籽殼等的半纖維素的水解產物進行純化和結晶獲得，利用木糖的化學加氫還原的方法進行工業化的木糖醇生產，不僅導致產物分離和純化很困難，并且木糖和木糖醇的產量和回收率都很低，同時木糖或者木糖醇的生產過程中的酸堿使用和高溫高壓反應，不僅能耗大，生產成本大，同時也帶來了安全和環境污染等。

木糖母液是指木糖水解液結晶提取木糖后剩余的母液。2010年我國生產的木糖母液約有4萬噸，大多來自于木糖生產和加氫法生產木糖醇的工藝中。以本專利所使用的棉籽殼為原料為例，大多棉籽殼半纖維素水解液中糖類物質的質量濃度為28％(以棉籽殼的質量計)，其中葡萄糖占14％，木糖占66％，L-阿拉伯糖占12％，還有少量雜糖。木糖經過結晶獲得晶體后，木糖母液中剩余的糖濃度為15％(以棉籽殼的質量計)，其中葡萄糖占20-26％，木糖占43-52％，L-阿拉伯糖占19-24％，以及5-10％的雜糖。目前木糖母液浪費嚴重，沒有得到合理的利用，大多作為低價的原料出售給焦糖色素廠，生產焦糖色素，大大減少了木糖、木糖醇和L-阿拉伯糖等稀有糖醇的生產效益和企業利潤，同時造成了嚴重的資源的浪費和環境的污染。

發明內容