[发明专利]一种利用农作物秸秆制备低聚木糖和纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于农副产品综合利用技术领域，涉及一种利用农作物秸秆酸水解法制备低聚木糖和纤维素的方法， 

背景技术

农作物秸秆是地球上最为丰富的可再生资源之一，而中国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一，每年可产生秸秆8亿多吨。我国农村主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆，其中玉米秸秆占36.7％，稻草秸秆占27.5％，小麦秸秆占15.2％。每年有95％以上农作物秸秆资源通过不同的利用途径转化成其他形式而被耗散，过去往往作为废物抛弃或低级燃料燃烧，这样不仅浪费了宝贵的生物质资源，而且严重污染了环境，成为社会一大公害。 

制备低聚木糖，很重要的一点就是原料的选择。近年来，人们发现可由玉米芯、甘蔗渣、麸皮、棉籽壳等农林废弃物为原料制取低聚木糖。而中国作为农林大国，依托资源丰富，价格低廉、产地集中，开发功能性低聚木糖的生产和应用具有得天独厚的优势。因此综合考虑，利用秸秆原料开发低聚木糖，不仅符合我国国情，而且可以大大提高农业生产的经济效益。 

低聚木糖是由2-7个木糖结构单元以β-(1-4)糖苷键结合而构成的低聚糖，其中以二糖和三糖为主。低聚木糖的甜度约为蔗糖的50％，甜味纯正，类似蔗糖。低聚木糖是一种功能性食品添加剂，具有功能性低聚糖的一般特性。除此之外，它与其他功能性低聚糖相比，具有用量小、耐热、耐酸等优点，因此它可以应用于其他一些功能性低聚糖不适宜使用的功能性食品中，特别是酸性及需要高温处理的食品中。国内外对低聚木糖的市场需求量急剧增加，其年需求量已达1500吨。在国外，尤其在日本，低聚木糖的生理功能已引起人们的高度关注，成为功能性食品基材研究的热点课题，其在医药保健品、食品饮料、饲料领域的研究和应用越来越广泛；在我国，低聚木糖等功能食品的出现，不仅将促进我国低聚糖工业向一个新的方向发展，而且还可以处理农林废料，变废为宝，保护环境，具有十分重大的经济效益和社会效益。 

纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50％以上。一般木材中，纤维素占40～50％；非木材中，纤维素占30-35％。其中，棉花的纤维素含量接近100％。麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。纤维素除了是重要的造纸原料外，以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素(即膳食纤维)对人体的健康也有着重要的作用。 

目前，低聚木糖的主要生产方法有：(1)生物降解法；(2)微波降解法；(3)热水抽提法(含蒸汽爆破法)；(4)酶水解法(含物理或化学、酶联合法)；(5)碱水解法；(6)酸水解法。其中现有的研究都是在(3)、(4)和(5)的方法上制取低聚木糖。其中，以玉米芯为原料制备低聚木糖已建立了成熟的工业化生产路线，而农作物秸秆由于缺乏科学的使用方法，利用情况较少。本发明采用秸秆为原料，利用秸秆酸水解法直接制取低聚木糖，残渣用于制取纤维素，拓宽了原料来源的同时，也为低聚木糖的制取开辟了一条新的道路。 

发明内容

本发明的目的是提供一种农作物秸秆酸水解法制备低聚木糖和纤维素的方法，原料来自农林副产物，原料量大，成本低，不仅提高了产品的附加值，同时也解决了秸秆利用难的环保问题。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用农作物秸秆制备低聚木糖的方法，以秸秆为原料，通过预处理、酸水解、水解液脱色脱盐和浓缩干燥四个步骤制备低聚木糖，包括以下步骤： 

(1)秸秆的预处理：将秸秆处理成5～10cm的长度，按固液比1∶6～1∶10的质量比，用70～90℃的热水逆流浸泡三次，挤干后备用； 

(2)秸秆的酸水解：配制pH＝2～4的硫酸，按照固液比1∶6～1∶10的质量比加入到预处理后的秸秆中，在温度100～120℃的条件下处理2～4h，水解完毕后抽滤，滤液备用；固体残渣用于制取纤维素； 

(3)水解液脱色脱盐：用步骤(2)得到的滤液，用碳酸钙调节pH＝3～4。在此条件下，按体积分数的1％～3％，加入粉末状活性炭进行脱色，在温度60～80℃的条件下处理20～40min，再次过滤，得糖液备用；将苯乙烯型强碱型阴离子交换树脂和苯乙烯型强酸型阳离子交换树脂分别用NaOH和HCl进行预处理，树脂预处理后装柱；糖液先过阳柱后再过阴柱；再以20％～50％的乙醇洗脱，得洗脱液； 

(4)浓缩干燥：洗脱液在60℃～80℃条件下进行浓缩、冷冻干燥，即得到低聚木糖；