利用桉木制漿廢液制備木糖的方法
【專利說明】
(一)
技術領域
[0001]本發明屬于功能糖生產技術領域，具體涉及一種利用桉木制漿廢液制備木糖的方法。
(二)
【背景技術】
[0002]木糖是一種戊糖，其外觀為無色至白色的結晶或粉末，有甜味，易溶于水，難溶于乙醇。木糖因最末端碳原子含醛基而具有還原性，可通過還原加氫制造木糖醇，這是當前商品木糖的主要用途。在自然界中，木糖是存在量最大的戊糖。除了竹筍內存在游離狀態的木糖外，絕大部分天然木糖以大分子木聚糖的形式廣泛存在于植物的半纖維素中。用鹽酸、硫酸、有機酸等或木聚糖酶可以使木聚糖降解，從而獲得木糖。木糖主要用作木糖醇的基料。其次，木糖還具有以下用途和生理功能:(I)除了添加在食品、飲料中作為無熱量甜味劑，非常適合肥胖及糖尿病患者之外，木糖還用于輸液；(2)在日本，木糖已用作烤制品和高檔醬油色；(3)具有調整腸道功能和雙歧桿菌的增殖作用，一定程度上提高機體的免疫能力；(4)不被口腔內微生物所利用，可防齲齒；(5)有降低血脂和膽固醇及預防腸癌的作用；(6)食物中添加少量木糖，有很好的保健效果；(7)木糖與鈣同時攝入，不僅能提高人體對鈣的吸收率和保留率，而且還能防止便秘的發生。
[0003]利用桉木制取溶解漿的企業在紙漿制備過程中，需要在高溫下用水處理木片以除去木片中的半纖維素，木糖是桉木半纖維素的主要成分。而預水解得到的含有大量半纖維素的預水解液很難利用，這部分廢液的處理一般是和黑液混合后，與木素一起燒掉，造成了大量資源的浪費，但如果直接排掉，又會造成環境污染。因此，如何合理利用在桉木制取溶解漿工藝的預水解階段產生的廢液是一個亟需解決的問題。其次，目前國內主要以玉米芯為原料制備木糖，近年來玉米芯價格漲幅較大，導致企業生產成本升高，并且在玉米芯為原料制備木糖的工藝中，其廢渣利用價值低，預處理步驟繁瑣。另外，傳統的木糖制備工藝的水解工藝通常是利用稀酸水解，而稀酸水解存在反應溫度較高、能耗高和副產物多的缺陷，同時，部分木糖會被分解為糠醛等物質，會降低木糖收率并影響其進一步的應用。
[0004]專利US6512110B1公開了一種從紙漿中回收木糖的方法，具體涉及一種在利用紙漿制備溶解漿的同時回收木糖的方法，該方法首先利用堿法蒸煮桉木后，用木聚糖酶處理紙漿得到木聚糖，然后用酸或酶處理回收后的木聚糖，將木聚糖降解為木糖，最后通過結晶等工序得到結晶木糖。該方法在制備溶解漿的同時回收了木糖，但回收木糖的工序沒有兼顧工序的復雜程度及得到的結晶木糖的純度，不利于工業化生產。
(三)

【發明內容】

[0005]針對現有工藝的不足，本發明提供了一種利用桉木制漿廢液制備木糖的方法。
[0006]本發明采用如下技術方案:
[0007]—種利用桉木制漿廢液制備木糖的方法，所述方法包括如下步驟:
[0008](I)預濃縮:將桉木制漿廢液濃縮至可溶性固形物含量為2wt %?20wt %，得到預濃縮液；
[0009](2)酶解:向步驟(I)得到的預濃縮液中加入木聚糖酶，在40?60 °C下攪拌15?48h，得到酶解液;所述木聚糖酶的添加量以預濃縮液的體積計為100?3500U/L;
[0010](3)—次脫色:向步驟(2)得到的酶解液中加入粉末活性炭A，在30?80°C下攪拌30?120min進行脫色處理，過濾得到一次脫色液；
[0011](4)脫鹽:將步驟(3)得到的一次脫色液通過離子交換或電滲析進行脫鹽處理，得到脫鹽液；
[0012](5)二次脫色:向步驟(4)得到的脫鹽液中加入粉末活性炭B，在30?80°C下攪拌30?120min進行脫色處理，過濾得到二次脫色液；
[0013](6)濃縮:在真空度為-0.095?-0.09MPa，溫度為50?85°C條件下，將步驟(5)得到的二次脫色液濃縮至可溶性固形物濃度為60wt %?80wt %，得到濃縮液；
[0014](7)結晶:將步驟(6)得到的濃縮液降溫至35?40°C進行結晶，過濾，濾餅在80?900C下干燥至恒重，得到結晶木糖。
[0015]本發明所述利用桉木制漿廢液制備木糖的方法中，所述的桉木制漿廢液為:常規的用桉木制取溶解漿工藝的預水解階段產生的廢液，通常其可溶性固形物含量為2wt%?5wt %，木糖占單糖總量的70%以上。具體的，所述桉木制漿廢液按如下方法獲得:將桉木片與水以質量比1:3?4混合，在170°(:下于反應釜中保溫90?1201^11后，過濾，即得所述桉木制漿廢液。
[0016]本發明所述方法步驟(I)中，優選將桉木制漿廢液濃縮至可溶性固形物含量為10.52wt%?15.79wt%。
[0017]步驟(2)中，向預濃縮液中加入木聚糖酶后，優選在50°C下攪拌20?35h。優選所述木聚糖酶的添加量以預濃縮液的體積計為150?2100U/L。
[0018]步驟(3)中，推薦所述粉末活性炭A的質量(g)用量與酶解液的體積(mL)之比為1%?10% (w/v)，優選3%?7% (w/v)。優選所述脫色處理的溫度為50?80°C。
[0019]步驟(4)中，所述一次脫色液通過離子交換進行脫鹽處理的方法為:將一次脫色液依次通過陰離子交換柱A、陽離子交換柱A、陰離子交換柱B、陽離子交換柱B，即得脫鹽液;所述陰離子交換柱A或陰離子交換柱B中裝填有弱堿性陰離子交換樹脂，優選為D301大孔弱堿性陰離子交換樹脂;所述陽離子交換柱A或陽離子交換柱B中裝填有強酸性陽離子交換樹脂，優選為DOOI大孔強酸性陽離子交換樹脂。
[0020]步驟(5)中，推薦所述粉末活性炭B的質量(g)用量與脫鹽液的體積(mL)之比為
0.5 %?3 % (w/v)，優選0.5 %?I.5 % (w/v)。優選所述脫色處理的溫度為50?80 V。
[0021 ]本發明中，術語“粉末活性炭A”、“粉末活性炭B”沒有特殊的含義，均指通常意義上的粉末活性炭，標記為“A”、“B”只是用于區分不同操作步驟中用到的粉末活性炭;術語“陰離子交換柱A”、“陽離子交換柱A”、“陰離子交換柱B”、“陽離子交換柱B”與之同理。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在:
[0023]本發明提供了一種利用桉木制漿廢液制備木糖的新方法，采用木聚糖酶替代無機酸水解桉木制漿廢液中的木聚糖生成木糖，建立了綠色清潔的木糖制備工藝。相對于傳統的木糖制備工藝，該工藝不僅降低了能耗、減輕了脫鹽負擔，而且簡化了操作，減少了木糖制備工序。(四)
【附圖說明】
[0024]圖1為傳統木糖制備工藝流程圖；
[0025]圖2為本發明木糖制備工藝流程圖；
[0026]圖3為實施例1中桉木制漿廢液的HPLC圖譜(8.880min:木糖)；
[0027]圖4為實施例1中酶解液的HPLC圖譜(8.885min:木糖)；
[0028]圖5為實施例1中結晶木糖的HPLC圖譜(8.823min:木糖)。
(五)
【具體實施方式】
[0029]下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，但本發明的保護范圍并不僅限于此。
[0030]以下實施例的工藝流程如圖2所示。
[0031]以下提到的所有HPLC檢測條件均為:色譜柱JiW= Hypersil ΝΗ25μπι，柱長:250mm，管徑:4.6mm，檢測器:示差折光檢測器。流動相:乙腈/水(ν/ν)為85:15，進樣量:5yL，流速:0.9mL/mino
[0032]實施例1
[0033](I)將可溶性固形物含量為3.0%,單糖含量為76 %，電導率為2170yS/cm，透光率為1.07%的桉木制漿廢液4000mL(HPLC檢測結果如圖3)在-0.094Mpa，55°C下濃縮至可溶性固形物含量為15.79%，得到預濃縮液750mL;
[0034](2)向得到的預濃縮液中加入木聚糖酶(含有β-1，4-木聚糖酶和β-木糖苷酶活性)，在50°C下攪拌24h，得到酶解液;所述木聚糖酶的添加量為2062U/L;
[0035](3)向得到的酶解液(HPLC檢測結果如圖4)中加入粉末活性炭38g進行脫色處理，粉末活性炭添加量為5.07% (w/v)，在80°C下攪拌30min，過濾得到一次脫色液，一次脫色液的透光率為80%;
[0036](4)將得到的一次脫色液依次通過D301大孔弱堿性陰離子交換樹脂(A)、D001大孔強酸性陽離子交換樹脂(A)、D301大孔弱堿性陰離子交換樹脂(B)、D001大孔強酸性陽離子交換樹脂(B)進行脫鹽處理，得到脫鹽液，其電導率降至40yS/cm;
[0037](5)向得到的脫鹽液中加入粉末活性炭6.Sg進行脫色處理，粉末活性炭添加量為1.02% (w/v)，在80°C下攪拌30min，過濾得到二次脫色液；
[0038](6)在真空度為-0.0