[發(fā)明專利]一種由玉米秸稈中的半纖維素一步催化制備木糖的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811543196.3
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109628652B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅倚坪;李東;劉曉風(fēng);李瑞玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所
• 主分類號(hào): C13K13/00
• 分類號(hào): C13K13/00
• 代理公司: 成都坤倫厚樸專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51247
• 代理人: 劉坤

本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種由玉米秸稈中的半纖維素一步催化制備木糖的方法。具體以硫酸鋁為催化劑，以玉米秸稈中的半纖維素為單一原料來(lái)源制備木糖。本發(fā)明創(chuàng)造性地使用硫酸鋁高選擇性地只將玉米秸稈中的半纖維素催化生產(chǎn)木糖，轉(zhuǎn)化效率高；針對(duì)性強(qiáng)，幾乎不會(huì)催化轉(zhuǎn)化玉米秸稈中的纖維素和木質(zhì)素，保留了這兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)完整性以備他用，同時(shí)也避免生成其它不需要的副產(chǎn)物，獲得的木糖純度高。本發(fā)明反應(yīng)方法簡(jiǎn)單、成本低，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種由玉米秸稈中的半纖維素一步催化制備木糖的方法。

背景技術(shù)

隨著日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)和環(huán)境污染，開(kāi)發(fā)利用可再生的木質(zhì)纖維生物質(zhì)制備高附加值化學(xué)品已迫在眉睫。我國(guó)的玉米秸稈資源十分豐富，然而這類豐富的可再生資源未被有效利用，絕大部分都被焚燒，造成了巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此，有必要發(fā)展一種高效的玉米秸稈生物煉制產(chǎn)業(yè)。

玉米秸稈是一種典型的生物質(zhì)，主要是由半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三大組分組成。在木質(zhì)纖維生物質(zhì)中，半纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的第二大碳水化合物高聚物，含量?jī)H次于纖維素，一般占15％～30％。同時(shí)，木糖是一種典型的五碳糖，并且是生物法發(fā)酵利用木質(zhì)纖維素的重要原料。因此以玉米秸稈為反應(yīng)原料，選擇性轉(zhuǎn)化其半纖維素，保留纖維素和木質(zhì)素組分，高收率高選擇性地獲得木糖，對(duì)后續(xù)生物法發(fā)酵進(jìn)一步利用木糖獲得高附加值的產(chǎn)品具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，一般都以無(wú)機(jī)酸作為催化劑，將秸稈中的半纖維素反應(yīng)生產(chǎn)木糖。比如，在公開(kāi)號(hào)為CN107267688A的專利中，以甘蔗渣為原料，通過(guò)用酸溶液在50℃浸泡8h后，得到的物料在0.3MPa蒸汽加熱、加壓的條件下，利用盤磨磨解10min，可以得到70％的木糖(基于原生木質(zhì)纖維素中半纖維素的質(zhì)量)。再如，Oscar Oyola-Rivera等在Biomass andBioenergy119(2018)284-292中報(bào)道以香蕉皮為原料，0.50wt％H₂SO₄為催化劑，80:20wt％GVL:H₂O為反應(yīng)介質(zhì)，以加熱速率為0.5K/min升到490K，可以得到41％木糖(基于原料中纖維素和半纖維素的初始碳摩爾數(shù))。但使用無(wú)機(jī)酸為催化劑，對(duì)反應(yīng)設(shè)備具有一定的腐蝕性；而且難以將這部分無(wú)機(jī)酸從反應(yīng)體系中回收利用，造成原材料的浪費(fèi)；同時(shí)無(wú)機(jī)酸對(duì)人類健康和環(huán)境也會(huì)造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，Zhang Hongdan等在Bioresource Technology 249(2018)395-401中報(bào)道，以0.025mol/L FeCl₃為催化劑，甘蔗渣經(jīng)過(guò)60％乙醇溶劑在160℃處理1h，可以獲得11.4％的木糖(基于甘蔗渣的質(zhì)量計(jì)算)。該方法以FeCl₃為催化劑，克服使用了無(wú)機(jī)酸的缺點(diǎn)，但在該處理過(guò)程中，半纖維素轉(zhuǎn)化的同時(shí)，木質(zhì)素同時(shí)也發(fā)生了轉(zhuǎn)化，得到的液體產(chǎn)物是由羧酸、呋喃、酚類、糖類以及寡聚物等共同組成的復(fù)雜混合物，因而木糖的選擇性低，獲得純度不高。

無(wú)論是以無(wú)機(jī)酸還是FeCl₃作為催化劑，半纖維素轉(zhuǎn)化的同時(shí)，纖維素和/或木質(zhì)素組分也會(huì)發(fā)生了轉(zhuǎn)化。一方面，纖維素和木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化對(duì)木糖的生成不僅沒(méi)有促進(jìn)作用，會(huì)影響生成木糖反應(yīng)的正向進(jìn)行；還會(huì)生成一系列副產(chǎn)物，影響目標(biāo)產(chǎn)物木糖的純度，最終還需要進(jìn)行提純等處理。另一方面，這類方法破壞了纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有有效利用纖維素和木質(zhì)素，造成了大量的資源浪費(fèi)。

因此，開(kāi)發(fā)一種成本低廉、綠色環(huán)保，且定向、高效地只利用玉米秸稈中的半纖維素生成木糖的方法，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、綠色環(huán)保，且定向、高效利用玉米秸稈中的半纖維素生成木糖的方法。