[发明专利]一种由木质纤维素生物质生产木糖的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种由木质纤维素生物质制备木糖的方法，具体地说是一种综合利用木质纤维素生物质制备木糖的方法。

背景技术

木糖是木聚糖的一个组分，木聚糖广泛存在于植物中。木糖也存在于动物肝素、软骨素和糖蛋白中，它是某些糖蛋白中糖链与丝氨酸(或苏氨酸)的连接单位。在自然界迄今还未发现游离状态的木糖。木糖因其对胰岛无负担而适于糖尿病人服用而受到广泛关注。

木糖在我国已有四十多年的生产经验，生产技术已达到世界水平。目前，我国已经是世界木糖生产和出口大国，并且随着经济的发展和生活水平的提高，国内市场不断扩大，为进一步发展木糖产业，提供了十分优越的条件。目前，生产木糖普遍采用较为传统的生产工艺，主要是将含有多聚戊糖的植物原料，进行水解后分离提取木糖。富含多聚戊糖的植物原料有玉米芯、秸秆、甘蔗渣等，我国是农业大国，年产玉米1.2亿吨，其中玉米芯产量占四分之一，约为3000万吨；年产玉米秸秆1.2亿吨；年产蔗糖约800万吨，糖渣约900万吨。另外，竹子中含有质量百分数为20-25％的多聚戊糖，因此可以将竹材造纸和综合利用木糖相结合，使其成为一种潜在的木糖资源。

木糖以大分子的木聚糖的形式广泛存在于植物半纤维素中，用酸或酶使木聚糖降解获得。目前，木糖的生产工艺主要包括原料的洗涤、水解、脱色、中和、离子交换、浓缩、再次离子交换和浓缩、结晶等步骤。但是，整个生产过程中酸碱消耗量大，存在较为严重的“三废”排放污染环境等问题，无法适应目前国家提倡的建立节能减排和环境友好型社会的目标。

中国专利CN101805378A公开了一种从多聚戊糖酸解液中提取木糖的方法。该方法首先将多聚戊糖酸解液用碳酸钙中和，然后经预脱色后用活性炭脱色，并依次通过强酸型阳离子树脂、弱碱型阴离子树脂进行离子交换，之后用反渗透膜浓缩；并将浓缩液再次脱色、依次通过强碱型阴离子树脂和强酸型阳离子树脂，最后经热效浓缩后结晶即得。该方法中虽然酸碱的使用量有所减少，但整个工艺所述的多聚戊糖酸解液是以含有多聚戊糖的原料经稀硫酸酸解得到的，溶液中含有大量的硫酸根离子，制备木糖时需要用碳酸钙中和后，滤出硫酸钙沉淀以去除部分硫酸根，而为了脱除其中的全部硫酸根还需要进行两次离子交换，不仅使得工艺步骤较多同时也会由于操作步骤较多造成目标产物的损失，而且硫酸钙过滤较困难。虽然可以采用加入助滤剂的办法缓解硫酸钙过滤的困难，但随溶液进入离子交换系统的助滤剂也会对离子交换系统产生较大的负担。

中国专利CN101864683A公开了一种木质纤维原料的预处理方法，该专利将木质素原料与有机酸溶液和催化剂的混合液混合后，进行第一步处理，得到液固混合物并进行固液分离，得到预处理液和纤维素固体；采用有机酸溶液洗涤得到纤维素固体；采用稀酸或碱进行第二步处理得到纤维素固体；得到的预处理黑液与得到的洗涤黑液混合后循环用于第一步处理过程；循环使用至少3次的黑液进行有机酸、木素产品和糖浆溶液回收。将收集的黑液进行闪蒸或蒸发，得到有机酸和浓缩黑液，向黑液中添加2-10倍体积的水得到木素产品和糖浆溶液，得到的糖浆溶液可以用于制备糠醛，从而实现木质纤维原料的高值化利用。但该专利也存在以下缺点：1、从说明书中的描述可以看出，该工艺是采用有机酸与以硫酸为代表的催化剂混合进行第一步催化，反应过程中需要添加催化剂进行催化；2、该工艺采用有机酸和以硫酸为代表的催化剂共同酸解生物质，在蒸馏有机酸步骤中，作为催化剂的硫酸依然残留在最终的戊糖溶液中，使得后续步骤中对得到的戊糖的处理还需要取出其中的硫酸根离子，增加了处理步骤；3、虽然整个工艺中提取和洗涤纤维素均使用相同的有机酸，且将收集的预处理液和洗涤液直接用于循环至第一步的反应釜中，但整个混合液内也大量积聚了溶解其中的木质素和戊糖溶液，鉴于有机酸萃取的饱和度限制，其混合黑液提取木质素的有效程度会大幅降低，因此，该步骤虽然是循环反应，但对于整体的提取效率作用并不大；4、收集的预处理液和洗涤液中由于溶解有大量半纤维素酸解生成的戊糖，而戊糖随着混合液多次循环过程中会不断的与有机酸相接触，发生酯化反应生成酯类，该专利是以木质纤维素生物质的综合利用为目的，因此对于整条工艺是否可以单独得到戊糖并不在意，但对于以分离得到戊糖为目的的工艺而言，该工艺并不适用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中由多聚戊糖提取木糖的工艺中，由于硫酸根离子的存在导致提取工艺复杂、酸碱耗能高的问题，进而提供一种工艺路线简单，且耗能较低的木糖提取工艺；

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种从生物质中提取戊糖时，最大限度保留得到的戊糖溶液、且提取效率较高的工艺；