[发明专利]一种高效分离木质纤维材料中水不溶性木聚糖的方法

说明书

本发明公开了一种高效分离木质纤维材料中水不溶性木聚糖的方法，属于化工技术领域。该方法以木质纤维材料为原料，首先通过破碎、碱提、过滤与碱回收、中和的方法得到木聚糖与木质素的乳浊液；其次通过低温冰冻破坏木聚糖乳球，水不溶性木聚糖会因冷冻过程中，冰晶的体积排斥而聚集起来，同时水不溶性木聚糖之间由于能形成氢键的相互作用，聚集作用得到增强。当解冻后，它们会沉淀下来，木质素仍然溶于上清液中，经过流动的水漂洗可充分除净木质素，获得纯净的水不溶性木聚糖沉淀液；最后干燥得到高纯度水不溶性木聚糖。本发明不使用有机溶剂，分离成本低，杂质去除率高，采用该方法可实现木质纤维材料中水不溶性木聚糖高效率、低成本的分离。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种高效分离木质纤维材料中水不溶性木聚糖的方法。

背景技术

木聚糖是禾本科植物细胞壁半纤维素的主成分，约占细胞壁干重的1/3，是几十至几百个木糖分子以β-(1→4)连接构成主链的聚糖类。木聚糖主链糖基的2，3C通常还链接有不同的糖基，及非糖类取代基支链的非均一聚糖。木聚糖是自然界唯一的五碳糖聚合物，其独有的性能在食品、化工等领域具有不可替代的应用价值。

植物细胞壁中的木聚糖是高度乙酰化的，并通过酯键与木质素结合而成为植物细胞壁坚固的支撑材料。用碱水解去除乙酰基，破坏与木质素连接的酯键，木聚糖就会从植物细胞壁中游离出来并进入溶液中。与此同时，碱也会催化植物细胞壁的不溶性木质素高聚物解聚，生成水溶性低分子量木质素。因此，用碱液提取木聚糖的过程，就是用碱液溶解出植物原料中的木聚糖，解除聚大分子木质素，再从碱液中将木聚糖、可溶性低聚合度木质素进行分离，并分别回收的过程。溶入碱液的低聚合度木质素能溶于乙醇，而木聚糖则不溶于乙醇，利用这一化学性质的差异，乙醇沉淀法便成为最常用的木聚糖-木质素分离方法。不过，乙醇沉淀、分离木聚糖工艺不仅溶剂耗费成本很高，很难应用于木聚糖大规模工业化生产。

木聚糖的溶解性决定于支链取代基的数量，取代基数量越多，即取代度越高水溶性越好。木聚糖支链取代度与植物来源，植物器官的部位有关。禾本作物籽粒部位（如麦麸，米糠，玉米皮）木聚糖的支链取代度较高，以水溶性为主，但秸秆木聚糖的支链取代度较低，所以大部分难溶于水，但能分散水于中成较为稳定的悬浊液。不溶性木聚糖的特性具有水溶性木聚糖不可替代的应用价值，但实现经济地制备出纯净的不溶性木聚糖却也非易事。

木聚糖悬浊液可以通过膜过滤，或者离心分离的方法与木质素溶液相分离。申请号为201810446453.5（申请人：桂林纤元生物技术有限公司）的中国专利介绍了一种水不溶性木聚糖的制备方法：以碱液提取出植物细胞壁中的木聚糖，超滤脱除大部分碱液，木聚糖沉淀析出，用极稀碱水多次置换超滤除去木质素，再采用离心或微滤膜置换洗涤，获得纯度含量可达85%-90%的木聚糖。全程未使用酒精，产物只有水不溶性木聚糖，木质素等可溶性杂质被完全除去。置换超滤，置换微滤的分离纯化效率本来不高，木聚糖凝胶粒子还会聚集在滤膜表面，形成致密的凝胶滤层而严重影响膜的过滤效率。用膜过滤法除净木质素，获得纯净木聚糖的代价仍然不菲。