[發明專利]一種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法

有效

• 申請號: 201210351085.9
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102876732A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 袁其朋;范曉光;王顯路;王樂;朱新濤
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12P7/18
• 分類號: C12P7/18;C12R1/74;C12R1/72;C12R1/645;C12R1/73
• 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

本發明屬于生物化工領域，特別涉及利用蒸汽爆破結合生物轉化技術將可再生的木質纖維資源轉化成高附加值糖醇的方法。?

背景技術

木質纖維原料是自然界中極為豐富的廉價可再生資源，主要由纖維素、半纖維素和木質素這三種高分子聚合物組成，也含有少量的果膠、樹膠等成分，結構非常復雜。其中纖維素是植物細胞壁的主要組成成分，主要由1000-10000個β-D-吡喃型葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵交聯而成的直鏈多糖，具有多個分子層平行排列構成的絲狀不溶性微纖維結構，基本組成單位為纖維二糖。半纖維素則一般作為分子黏合劑結合在纖維素和木質素之間，是由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖或甘露糖等結構單元組成的80-200聚合度的支鏈多糖，是植物中含量僅次于纖維素的多聚糖。木質素是由苯丙烷及其衍生物組成的網狀聚合物，包裹在纖維素和半纖維素的表面，在水解過程中起著屏障作用。?

目前對于木質纖維原料的利用主要集中在纖維素的水解和微生物轉化制備乙醇、丁醇等生物燃料方面。雖然已經取得了很大的進展，但仍未能大規模工業化生產，主要有兩個問題：一是纖維原料預處理的成本較高；二是纖維素酶解成本較高。由于上述纖維原料預處理的目的是去除木質素和半纖維素對纖維素的保護作用和破壞纖維素大分子之間的晶體結構，以提高纖維素的酶解轉化率，半纖維素往往得不到有效的利用。針對上述問題，本發明采用木質纖維原料不同組分分級利用的理念，針對半纖維素較纖維素容易降解的特點，設計不同的蒸汽爆破條件，依次降解木質纖維原料中的半纖維素和纖維素得到可發酵糖，從而提高了原料的利用程度，降低了糖化工藝的生產成本。?

蒸汽爆破（簡稱“汽爆”）是近年來發展迅速的一種木質纖維素處理方法。原料用蒸汽加熱至180-240°C，維壓一段時間，在突然釋壓噴放時，產生二次蒸汽，體積猛增，在機械力的作用下，將固體物料結構破壞。中國科學院過程工程所應用物理原理制備低聚木糖（CN1233614）：汽爆處理后的原料經水抽提可以得到可溶性半纖維素，其主要成分即為低聚木糖，半纖維素轉化率達到80%以上。本發明在上述發明的基礎上，在汽爆之前加入有機酸浸泡預處理工藝，降低原料中各組分之間的交聯度，增加汽爆過程中半纖維素的降解程度，經水抽提可以直接得到木糖溶液，半纖維素降解率達到85%以上，同時纖維素降解很少。對于剩余的固渣，采用化學處理結合蒸汽爆破技術降解其中的纖維素得到葡萄糖?溶液，纖維素降解率達到80%以上。?

木糖醇是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。自1966年，Onishi和Suzuki首次報道了酵母菌能夠將D-木糖轉化為木糖醇后，國際上許多學者開展了發酵法生產木糖醇的研究，許多成果申報了專利(中國專利ZL200710063303.8、ZL200510040133.0；美國專利US2011/0003356A1)。但現有專利中的發酵底物木糖仍主要通過高濃度硫酸水解半纖維素的方法得到，在發酵前需要堿中和、脫色、脫鹽處理，過程工藝復雜、酸堿用量大。本專利采用有機酸預處理結合蒸汽爆破技術降解半纖維素獲得木糖液，其酸度和離子強度都遠遠低于硫酸水解法，通過簡單的活性炭脫色和氨水調節即可用于后續的發酵過程，在優化的發酵條件下，木糖到木糖醇的轉化率大于70%。?

赤蘚糖醇是分子量最小，熱量值最低（≤1.66kJ/g）的糖醇，在人體中的耐受量（50g/天）也遠高于山梨糖醇、木糖醇等其他糖醇，且甜味純正與蔗糖相似，無后苦味。目前工業上赤蘚糖醇的生產主要是利用葡萄糖發酵。中國專利ZL200510102929.6報道了以精制葡萄糖為碳源，利用解脂假絲酵母發酵得到赤蘚糖醇的方法；專利ZL201010611106.7報道了以玉米粉為原料，經過酶水解得到葡萄糖液，再利用解脂假絲酵母發酵得到赤蘚糖醇的方法。與現有專利相比，本專利采用化學處理結合蒸汽爆破技術降解可再生的木質纖維原料中的纖維素組分得到葡萄糖溶液，再通過純化處理，微生物轉化得到赤蘚糖醇,從而避免了糧食資源的消耗，提高了纖維素資源的利用價值。?

發明內容

一種高效利用木質纖維原料制備高附加值糖醇的方法其特征在于，包括如下步驟：

（1）將木質纖維原料粉碎至能過10-20目篩，用質量分數為0.2%-2%的有機酸常溫浸泡1-6h。?