[發明專利]一種利用高溫液態水制備半纖維素低聚糖的方法

有效

• 申請號: 201110425719.6
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102517403A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 余強;莊新姝;袁振宏;亓偉;王瓊;譚雪松;許敬亮;張宇;徐慧娟;馬隆龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C13K13/00
• 分類號: C13K13/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明屬于化工技術領域，具體涉及一種以農林廢棄物為原料，利用高溫液態水法制備半纖維素低聚糖的技術。

技術背景

低聚糖是指由2-10個單糖通過糖苷鍵連接而成的直鏈或支鏈的低聚合度糖類，包括功能性低聚糖和普通低聚糖。其中低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖、棉籽糖等屬于功能性低聚糖，由于它們不易被消化吸收而直接進入大腸內優先為雙歧桿菌所利用，所以具有增殖人體有益菌，并抑制其它有害菌滋生、繁殖的功能，長期食用可減緩衰老、通便、抑菌、防癌、抗癌、減輕肝臟負擔、提高營養吸收率，被廣泛應用于食品、保健品、飲料、醫藥、飼料添加劑等領域。

半纖維素低聚糖主要是指來源于木質纖維素類生物質(農作物秸稈和林產廢棄物等)半纖維素中的低聚合度多糖，包括低聚木糖、低聚葡萄糖、低聚阿拉伯糖、低聚葡木糖和少量的低聚葡萄甘露糖、低聚阿拉伯半乳糖和低聚半乳葡萄甘露糖等。一般地，木質纖維素類生物質中低聚木糖約占半纖維素低聚糖的60％或以上，相對其他功能性低聚糖，它具有理化性能更穩定、生理學性能更好的特點；而且生產原料來源更廣更廉價，包括麩皮、稻殼、棉籽殼、麥稈、稻稈、蔗渣、木屑等。

國際上功能性低聚木糖開發研究以日本最早，專利CN1646523A《高純度低聚木糖組合物》中提到，日本三得利株式會社以玉米芯、棉籽殼、甘蔗渣和稻草等為原料，首先用堿法抽提木聚糖，然后經過木聚糖酶水解來制取粗糖液，將其進行多次濃縮、脫鹽和脫色處理后，濃度可以達到74.5％，其中木糖23.4％、葡萄糖4.5％、木二糖34.4％、纖維二糖3.0％、木三糖8.51％、聚合度等于或大于木四糖的低聚糖25.7％。國內從20世紀90年代以來，低聚木糖生產和研發有了很快的進展。其中相關農業廢棄物制備低聚木糖的中國專利申請有：CN1266633《酶法制備功能性低聚木糖的生產工藝》、CN101182559《一種利用擠壓輔助酶解小麥麩皮制備低聚木糖的方法》、CN101012466《一種微波處理玉米芯酶法制備低聚木糖的方法》、CN101597628《玉米皮酶法水解制備低聚木糖的方法》、CN101914589A《利用微生物生產低聚木糖的新方法》、CN101597629《一種利用超聲波處理農業廢棄物制備低聚木糖的方法》、CN102080116A《一種采用蒸汽爆破—定向酶解制取低聚木糖的方法》、CN1364911《一種植物纖維原料酶降解制備低聚木糖的方法》等。可見目前國內外低聚木糖的制備大都采用生物酶法，該法首先將木質纖維素類生物質中的木聚糖通過酸堿或其他物理化學法提取出來然后再進行木聚糖酶酶解，或將原料物理化學法預處理后直接進行木聚糖酶酶解。在實際工業化應用中，酶法制取低聚木糖存在以下問題：

1)制備工藝復雜，需要對原料進行預處理或提取其木聚糖再進行酶解

2)制備成本較高，使用木聚糖酶是低聚木糖成本居高不下的原因之一

3)生產周期長，這是生物法的共有缺點，也會引起生產成本的增加

高溫液態水是指溫度在150-250℃之間，壓力高于其飽和蒸氣壓的壓縮液態水。高溫液態水與常溫水相比，離子積大3個數量級為10^-11，即高溫液態水中的[H]⁺和[OH]^-濃度比正常條件下高出約10^1.5倍。這樣，高溫液態水自身將具有酸催化和堿催化的功能。另外，它與超臨界水(溫度大于374℃，壓力高于22Mpa)一樣具有傳質性能好(低黏度和高擴散系數)的特點，對有機物和無機物具有較好的溶解性。目前高溫液態水技術應用主要集中在木質纖維素類生物質的預處理領域，而應用于低聚糖生產方面還未見相關專利技術的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以農林廢棄物為原料，利用高溫液態水來制備半纖維素低聚糖的方法，旨在簡化低聚糖生產工藝，降低生產成本，提高生產效率，實現對農林廢棄物的最大資源化利用。

木質纖維素類原料含有復雜的半纖維素-纖維素-木質素結構，其半纖維素通過α-O-4烷基芳基醚鍵與木質素緊密連接在一起。在禾本科植物中，一般被稱作木質素酚-糖類復合物(Lignin/phenolics-carbohydrate?complexes，LPCC)，這是由于在木質素和糖類之間含有一個阿魏酸單元，它一方面通過醚鍵與木質素連接，另一方面通過酯鍵與半纖維素多糖連接。要獲得半纖維素低聚糖必須一方面打斷半纖維素與木質素之間的化學鍵連接，另一方面把半纖維素多糖鏈切成以2-10個糖單元組成的低聚糖。

為達到以上目的，本發明采用了以下的技術方案：