[發明專利]一種用甜高粱發酵渣制備木糖醇的方法

在審

• 申請號: 201410332273.6
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104099378A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 李十中;于孟輝;李紀紅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12P7/18
• 分類號: C12P7/18
• 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

技術領域

本發明涉及一種用甜高粱發酵渣制備木糖醇的方法，屬于生物化工技術領域。

背景技術

木糖醇(分子式C₅H₁₀O₅)隸屬于五碳糖醇，由白色晶體組成，無毒無異味。木糖醇密度為1520kg/m³，熔點92-96℃，易溶于水，微溶于甲醇、乙醇，廣泛存在于水果、蔬菜、谷物及農業秸稈中，但含量很低。木糖醇甜度高于蔗糖，熱量與葡萄糖相當，進入人體后不依賴于胰島素進行代謝，不消耗人體內的胰島素，非常適合作為糖類替代品供糖尿病患者食用。木糖醇不能被口腔內的細菌所利用，可以有效降低齲齒的感染率；其具有約-34.8cal/g的溶解熱，與唾液接觸時有明顯的新鮮感，能夠促進唾液的分泌，減緩口腔內pH降低，有效減少牙齒的酸蝕及牙斑的產生，鞏固牙齒，因此成為牙膏、口香糖生產中的重要原料。

傳統方法生產木糖醇的主要原料包括玉米芯、甘蔗渣等農業廢棄物，而對甜高粱發酵渣作為原料制備木糖醇卻未見相關的報道。事實上，甜高粱是目前唯一集谷物、糖以及木質纖維原料為一體的作物，被認為是未來最有發展前景的一種能源作物。甜高粱具有光合效率高、耐鹽堿、耐干旱等特性，非常適合在鹽堿灘圖、及干旱等邊際土地種植。以甜高粱桿莖為原料，采用固態發酵技術生產燃料乙醇后，殘余的甜高粱發酵渣中存在豐富的半纖維素，可作為原料用于木糖醇的生產。

傳統木糖醇生產工藝中首先對含有半纖維素的農業廢棄物進行預處理，固液分離后得到的固相物用酸水解，將得到的糖液用堿中和、脫色、純化、濃縮后進行氫化反應生成木糖醇，最后經結晶、烘干得到木糖醇晶體。該工藝用酸催化水解木制纖維原料，導致水解液中含有大量己糖(如葡萄糖)、低聚糖(低聚己糖、低聚木糖)以及降解產物(如糠醛、羥甲基糠醛等)，顯著增加了后續木糖的純化的成本。此外，該工藝過程復雜，消耗酸、堿等輔料較多，對設備要求苛刻，最終導致生產成本高，影響市場推廣。目前采用木聚糖酶首先將木制纖維原料水解成木糖，純化后通過氫化反應得到木糖醇，最后濃縮、結晶得到木糖醇晶體的工藝還未見相關的報道。事實上木聚糖酶可定向將木質纖維素中的半纖維素水解成木糖，所得糖液中除木糖外幾乎無雜質，工藝簡單易行，同時可顯著降低后續糖液純化成本。為了提高木糖醇的得率，需將木質纖維原料中的半纖維素盡可能多地轉化為成木糖。因此，采用酶水解方法制取木糖醇時，甜高梁發酵渣首先需經過預處理以達到破壞木質纖維原料三維網狀結構，提高木聚糖酶對半纖維素可及性的目的。目前，對甜高粱桿莖以及以制取生物乙醇殘留的甜高梁發酵渣進行預處理主要包括稀酸法、堿法以及蒸汽爆破法等方法。稀酸預處理主要通過去除木質纖維素中的半纖維素，達到提高酶對纖維素的可及性以及增加酶水解轉化率的目的。稀酸預處理通常在高溫高壓下進行，設備投入高，預處理過程中產生較多的微生物發酵的抑制物(糠醛、乙酸等)，需要脫毒等工藝后續處理，因此成本較高。蒸汽爆破法通過破壞木質素與半纖維素的交聯，去除木質素。此外，蒸汽爆破法可降低纖維素結晶度，從而提高酶對纖維素的可及性。蒸汽爆破法同樣在高溫高壓下進行，并且通常需要對反應試劑進行回收，因此成本同樣較高。堿預處理主要通過去除木質素達到增加酶對纖維素的可及性，提高酶水解轉化率的目的。堿法預處理所用反應試劑主要包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、及氫氧化鈣，所需設備成本低，反應條件溫和，預處理過程中幾乎不產生發酵抑制物，因此廣泛用于木質纖維原料的預處理工藝。近期出現一種名為堿蒸餾的新工藝，該工藝在蒸餾釜中同步完成甜高粱固態發酵產生乙醇的蒸餾與甜高粱發酵渣的堿預處理，顯著降低設備投入以及能耗，因此該工藝具有廣闊的發展前景。

發明內容

本發明提供了一種利用甜高粱發酵渣制備木糖醇的方法，采取的技術方案如下：

本發明的目的在于提供一種用甜高粱發酵渣制備木糖醇的方法。該方法是以甜高粱發酵渣為原料，經過堿法預處理并固液分離后，再將得到的固相水洗至中性后，用木聚糖酶糖化后固液分離，再經過活性炭吸附脫色及離子交換樹脂純化后得到木糖純化液，再對木糖純化液進行氫化處理后獲得木糖醇原液，濃縮結晶并烘干后獲得木糖醇。

所述方法的步驟如下：

1)原料的預處理：將甜高粱經過固態發酵生產燃料乙醇后殘留的發酵渣轉入蒸餾釜，利用堿液進行堿法預處理，處理完畢后進行固液分離，得到固相殘渣；

2)糖化處理：將步驟1)所得固相殘渣水洗至中性后加入木聚糖酶進行糖化處理，獲得糖化水解液；