[發明專利]一種秸稈全利用制備低聚木糖、木質素和微晶纖維素的方法

有效

• 申請號: 201410235925.4
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103981237A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 趙偉;楊瑞金;胡建雪
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/04;C08H7/00
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛;王玉松

技術領域

本發明涉及一種秸稈全利用制備低聚木糖、木質素和微晶纖維素的方法，屬于食品、化工技術領域。

背景技術

目前秸稈綜合利用主要用于秸稈肥料化利用、發電、沼氣、氣化和碳化等能源化利用和應用于造紙、板材加工、編織、工藝品制作以及飼料化利用等。但現有一些關鍵性技術尚未突破或存在著不成熟，如秸稈發電存在鍋爐腐蝕、結焦和機組效率低下等多方面問題；秸稈氣化存在供氣管網焦油清除，系統負荷率低等問題；秸稈固化與炭化存在生產設備可靠性差、耗能高，設備系統配套協調能力差，運行不穩定等問題，在一定程度上制約著秸稈綜合利用的發展，有待于強化秸稈利用技術裝備的研發與應用，加大科技支撐力度。

低聚木糖具有顯著的雙歧桿菌增殖效果，對調節動物腸道循環有著獨特的生理功能，是抗生素的有效替代品，市場需求量巨大。地球上木質素的數量僅次于纖維素，為第二多天然高分子材料，由于木質素的結構復雜、物理化學性質的不均一性、分離提取困難，木質素一般作為低聚木糖生產廢棄物而得不到充分利用，成為環境污染物。

本發明通過獨特的閃爆解聚處理工藝，采用閃爆和復合酶解方法，條件溫和、避免了使有毒試劑的化學法制備的的缺點，實現了秸稈半纖維素、纖維素和木質素各組分的完全利用。木質素可以被高效提取，進一步深加工成混凝土添加劑、染料分散劑、金屬精煉助劑、石油鉆井泥漿稀釋劑、驅油劑、表面活性劑、粘合劑等高附加值產品。利用改性木質素與其他高分子化合物的交聯接枝，可以制備酚醛樹脂、脲密胺樹脂、脲醛樹脂、木質素-氨基酸樹脂等。

發明內容

本發明提供了一種秸稈全利用制備低聚木糖、木質素和微晶纖維素的方法，通過獨特的閃爆聚集處理工藝，采用閃爆和復合酶解方法，條件溫和，不使用有毒試劑，實現了秸稈半纖維素、纖維素和木質素各組分的完全利用。

本發明的技術方案如下：

(1)將農業作物秸稈粉碎到10-100目，水浸泡1-6小時；

(2)將(1)步驟得到的秸稈進行閃爆處理，閃爆壓力為0.5-1.2MPa，保壓時間為5秒-10分鐘；

(3)將(2)步驟得到的閃爆處理秸稈，進行木聚糖酶解處理，木聚糖用量為2U/mL-20000U/mL，溫度為20-60℃，酶解時間為1-6小時，酶解后過濾，將濾液用微濾膜除雜、脫色，超濾膜分離和納濾膜除鹽，獲得低聚木糖產品；

(4)將(3)步驟得到的酶解濾渣，再經閃爆處理，閃爆壓力為1.5-4.0MPa，保壓時間為5秒-3分鐘；

(5)將(4)步驟得到的閃爆處理物，添加1U/mL-10000U/mL纖維素酶，酶解溫度30-50℃，酶解時間1-6小時，添加5U/mL-3000U/mL漆酶，酶解溫度30-50℃，酶解時間1-6小時過濾，濾液經高壓均質、脫色、濃縮和干燥獲得微晶纖維素；

(6)向(5)步驟得到的酶解濾渣加入質量比10％-300％的pH1-10的溶液，60-120℃反應20分鐘-6小時，減壓抽濾，固液分離，烘干即得精制的木質素；所述溶液優選鹽酸或氫氧化鈉。

所述農業作物秸稈為小麥、稻米、玉米秸稈。

所述木聚糖酶的用量優選100U/mL-2000U/mL，溫度為40-60℃，酶解時間為1-6小時。

所述纖維素酶的用量優選500U/mL-5000U/mL，酶解溫度30-50℃，酶解時間1-6小時。

所述漆酶的用量優選5U/mL-3000U/mL，酶解溫度30-50℃，酶解時間1-6小時。

所述步驟(5)中濾液經60-100Mpa高壓均質、H₂O₂脫色、70-80℃減壓濃縮和90-120℃干燥獲得微晶纖維素。

本發明提供了一個秸稈綜合利用的方法，即秸稈—閃爆酶解-濾液制備低聚木糖—濾渣再次閃爆解聚-酶解-濾液制備微晶纖維素—濾渣制備木質素，實現了秸稈中半纖維素、纖維素和木質素組分的綜合利用，實現了秸稈聯產低聚木糖、微晶纖維素和木質素。

具體實施方式

低聚木聚糖測定方法：高效液相色譜法(HPLC)，Waters600。色譜條件：柱：Sugarpark1，6.5mmid×鈣型陽離子交換柱；流動相：純水；流速：0.4mL/min；檢測器：示差折光檢測器，Waters2410；檢測器靈敏度：4；柱溫：85℃；進樣體積：10μL。