[发明专利]一种从植物原料预水解液中提取低聚糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从植物原料的预水解液中提取低聚糖的方法，属于生物质精炼领域。

背景技术

从制浆造纸的角度讲，化学法制浆将原料中的半纤维素和木质素除去，剩余的纤维素作为纸张的主要成分。随着生物质精炼的发展，在化学法制浆前对原料进行预水解，通常以水为溶剂，在高温高压条件下使植物原料中的半纤维素组分发生水解和溶解，形成低聚糖，然后进行分离和纯化，达到原料组分综合、高值化利用的目的。但是，在预水解过程中，原料中的部分木质素一并溶出，同时，原料中的碳水化合物会发生解聚和降解反应，解聚反应的产物是低聚糖和单糖，这些产物进一步发生降解反应而生成甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛（HMF）等产物。因此，预水解液的成分较为复杂，既包括目标提取物低聚糖，又包括分子量较大的木质素和分子量较小的降解产物。所以，从分离的角度，从预水解液中提取低聚糖需要解决诸多技术问题。例如，以杨木为原料的预水解液中，低聚糖和木质素占预水解液总固形物的比例分别为65%和35%左右，但浓度较低，在10g/L到60g/L之间。

从预处理液中提取低聚糖的方法有乙醇沉淀法、凝胶过滤法、聚合物沉淀法、膜过滤法，然而，这些现有方法均有不足，主要体现在实用性低和对组分的选择性差两方面。乙醇沉淀法是基于相似相溶原理，通过加入2-5倍于预水解液体积的乙醇，降低预水解液的极性，使极性较大的低聚糖沉淀析出。然而，该法低聚糖的提取率较低，在20-40%左右，且伴随大量的木素沉淀，因此所提取的低聚糖纯度较低，在30-70%左右；凝胶过滤法的缺点是成本较高，实用性较低，仅适用于实验室分析；聚合物沉淀法通过表面电荷消除作用使预水解液中带负电的可溶性木质素和低聚糖沉淀，该法的主要问题是选择性差，即木质素和低聚糖同时发生沉淀，所提取的低聚糖纯度较低，在40%-80%左右，因此，需要寻求选择性和沉淀效率高的聚合物；膜分离技术对于从植物预水解液中提取糖类物质效率不高，由于植物预水解液中存在大量木质素，会产生严重的阻塞问题，使膜的过滤速率、效率和再生性降低，该问题在Koivula等人的文章中有详细报道，参见Koivula,E.,Kallioinen,M.,Sainio,T.,Enrique Antón,F.,Luque,S.,M..Enhanced membrane filtration of wood hydrolysates for hemicelluloses recovery by pretreatment with polymeric adsorbents.Bioresour.Technol.2013,143,275-281。

针对上述问题，有利用聚合物poly-DADMAC沉淀去除预水解液中的大分子物质，缓解后续膜过滤的阻塞问题，然后利用膜过滤技术去除低分子杂质，达到浓缩和提纯低聚糖的目的。然而poly-DADMAC对木质素的选择性较差，预水解液中低聚糖同时发生沉淀，造成低聚糖的损失，p-DADMAC沉淀使预水解液中的木质素浓度从5.547g/L降低至1.645g/L，但同时总糖浓度从37.91g/L减少至23.97g/L，参见Yasarla LR,Ramarao BV:Dynamics of flocculation of lignocellulosic hydrolyzates by polymers.Industrial & Engineering Chemistry Research2012,51:6847-6861.）。该有机聚合物沉淀选择性差，木质素的沉淀伴随着低聚糖的损失，低聚糖回收率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种从植物原料预水解液中提取低聚糖的方法，实现高选择性的使预水解液中木质素沉淀，而同时不会造成低聚糖的损失。

术语说明：

植物原料：本发明所述的植物原料是指造纸领域常用的植物料；包括但不限于各种木材、竹子、草类和农业秸秆等。

植物原料预水解液：植物原料的预水解指生物质精炼领域中，如制浆造纸产业，在制浆工艺前，将植物原料在一定温度或一定压力下的水介质中处理，旨在将植物原料中的半纤维素组分溶出，处理后的植物原料固形物用于后续的制浆、酶解或其他用途，而所得液态物即为预处理液，称为植物原料预水解液。

低聚糖：低聚糖又称寡糖，是由若干个单糖分子连接而成的糖，聚合度一般在2-10左右。如低聚乳糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖等。

本发明的技术方案如下：

一种从植物原料预水解液中提取低聚糖的方法，步骤如下：