一种用于提取半纤维素的秸秆预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提取半纤维素的秸秆预处理方法。该方法为：取秸秆用预处理液浸泡润湿，所得混合物送入磨浆机中磨浆，使磨浆后所得物料的粒径小于或等于1.0mm，并对所得物料进行固液分离，收集固体，水洗后用于半纤维素提取；所述的预处理液为浓度为1～20g/L的碱性溶液。本发明专利技术先用较低浓度的碱液浸润软化秸秆纤维，再引入磨浆机对浸润后的秸秆进行磨浆，大幅提高秸秆中纤维与预处理液的接触面积，更有利于脱去秸秆纤维中的乙酰基、色素等杂质，在不损失秸秆中半纤维素的同时降低后续半纤维素提取液中的杂质含量，提高半纤维素提取率，而且方法中物料处理动力消耗低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及秸秆中活性成分的提取，具体涉及一种用于提取半纤维素的秸秆预处理方法。
技术介绍
秸秆是人类粮食与食糖生产过程所产生的副产物，属于人类社会最集中和最方便利用的可再生资源，秸秆的主要成分由纤维素、半纤维素和木质素构成，纤维素是葡萄糖(六碳糖)以β-1，4糖苷键组成的聚合物，半纤维素是含量仅次于纤维素的一种可再生多糖，主要是以木聚糖(五碳糖，木糖的聚合物)为主成分的聚糖类。大分子态木聚糖与纤维素结构上的差异使其具有独特的理化性质与生物活性，在食品、医药和化工等领域均具有重要开发价值。秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素作为植物细胞壁的主要结构成分，以纤维素作为“骨架”，半纤维素和具有三维网状结构的木质素大分子互相缠绕填充于微细纤维之间，并以化学键的形式连接形成天然复合物，要提取出半纤维素，须破坏这些连接结构，目前主要有酸水解、蒸汽爆破、酶水解和碱提取的方法。酸水解和蒸汽爆破是破坏秸秆天然结构的重要手段，但由于半纤维素糖链易于水解而难以获得大分子态木聚糖，而且经这些方法处理后纤维素也受到影响而难以用于制浆造纸。酶水解法可通过水解木质素而达到破坏秸秆结构的目的，公开号为CN103556517A的专利技术专利公开了一种采用漆酶直接与蔗渣混合，利用酶促反应的专一性在一定条件下降解木质素而不影响半纤维素和纤维素，从而提高后续氧碱制浆的效果。但这种方法仍然存在纤维素和半纤维素的屏蔽作用，酶解效率不高。用碱提取的方法可有效溶出木质素和半纤维素，但在秸秆的表皮往往存在较多的蜡质，这也是提取溶液接触物料的障碍，公开号为CN103205473A的专利技术专利公开了一种蔗渣的预处理方法，具体是将蔗渣干燥，粉碎后过取18～40目筛部分，再用NaOH和H2O2的混合水溶液处理。这种方法可有效溶出半纤维素和木质素，但将蔗渣干燥并粉碎，动力消耗较多，在工业上应用并不经济，纤维素也不能作为制浆造纸原料。因此，选择合适的秸秆处理方法，将秸秆纤维组织充分打散分离，大幅度提高纤维表面积，又不破坏纤维素结构，保证后续半纤维素的高提取率，纤维素仍然可以用于制浆造纸，这将大大提高秸秆资源利用的总体效益。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于提取半纤维素的秸秆预处理方法。该方法通过引入磨浆机对浸润后的秸秆进行磨浆，大幅提高秸秆中纤维与预处理液的接触面积，更有利于脱去半纤维素中的乙酰基，在不损失秸秆中半纤维素的同时降低后续半纤维素提取液中的杂质含量并提高半纤维素的提取率。本专利技术所述的用于提取半纤维素的秸秆预处理方法为：取秸秆用预处理液浸泡，所得混合物送入磨浆机中磨浆，使磨浆后所得物料的粒径小于或等于1.0mm，并对所得物料进行固液分离，收集固体，水洗后用于半纤维素提取；所述的预处理液为浓度为1～20g/L的碱性溶液。本专利技术所述方法中，所述的秸秆为禾本作物籽、实之外的茎、叶或穗部分。具体的，可以是选自稻草、麦秆、玉米杆、高粱秆、玉米芯、甘蔗渣和甘蔗叶中的一种或两种以上的组合。当秸秆的选择为上述任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。所述秸秆优选是经破碎处理后再进行预处理，所述的破碎处理可以是使秸秆呈丝状或粗粒状的处理，如通过揉丝机进行揉丝处理、通过破碎机进行破碎得到较粗粒径的颗粒的处理，或者是通过压榨机进行压榨处理等现有技术中可以实现破碎的常规处理方式。具体的，当秸秆为稻草、玉米杆或甘蔗叶等长形秸秆时，可用切碎机械切成长度为1～5cm的小段；当秸秆为玉米芯这类形状的秸秆时，可用压榨机进行压扁，或者用破碎机破碎成粒度为2～10mm的小粒。本专利技术所述方法中，预处理液的用量为能够使秸秆得到充分浸泡即可，优选地，所述秸秆重量与预处理液用量的比例为1g(绝干重，下同)：7～15mL，更优选秸秆重量与预处理液用量的比例为1g：8～10mL。也可以用过量的预处理液对秸秆进行浸泡。为了提高磨浆机工作效率，可在物料进入磨浆机之前将部分预处理液排出，使剩余的预处理液量可满足磨浆机运行要求即可。为了保证秸秆能够被预处理液充分浸泡，可以通过增加浸泡时间或提高秸秆在浸泡时的温度来实现，如秸秆在常温条件下浸泡≥4h的时间(优选浸泡4～12h)，或者是使秸秆在50～70℃条件下浸泡≥0.5h的时间(优选浸泡0.5～2h)，或者将秸秆煮沸≥10min(优选煮沸10～30min)。在润湿时，优选是将秸秆置于容器中，抽真空后(使秸秆组织中的空气也被抽走)再吸入预处理液进行常温或加热条件下的浸泡，此时预处理液在真空作用下与秸秆接触后可迅速浸入组织内部，软化润湿润胀秸秆，同时增大物料输送过程中秸秆的滑动性。本专利技术所述方法中，所述的磨浆机为造纸行业常用的中浓度或高浓度圆盘式造纸磨浆机，通过调节磨浆机来控制出料中固体物质的粒度或长度。本申请中，为保证物料具有良好的滤水性能，同时又尽可能增加物料与碱液的接触面积，提高后续工艺的提取效率，优选是使磨浆后所得物料的粒径为0.1～1.0mm，更优选为0.1～0.5mm。本专利技术所述方法中，所述的预处理液具体可以是浓度为1～20g/L的含金属离子K2+、Na+或Ca2+的碱性溶液，更具体地，可以是浓度为1～20g/L的NaOH水溶液、KOH水溶液、Na2CO3水溶液或Ca(OH)2水溶液等。所述预处理液的浓度进一步优选为2～10g/L，更进一步优选为2～5g/L，更优选为5g/L。通过预处理液的浸泡润湿，使秸秆在存放过程中产生的微生物代谢物、部分色素等杂质可溶于预处理液，降低后续碱液提取物的纯化成本；另一方面用预处理液浸泡润湿后的秸秆具有良好的滑动性能，可降低物料输送和磨浆过程中的动力消耗。本专利技术所述方法中，实现固液分离的方式与现有技术相同，本申请优选采用离心或压滤的方式。本专利技术所述方法中，水洗后的固体通常采用现有常规的碱法提取来提取半纤维素。申请人发现，将经过上述预处理后所得的原料再用碱法提取时，所得提取液中杂质少，半纤维素的提取率高。与现有技术相比，本专利技术先用较低浓度的碱液浸润软化秸秆纤维，再引入磨浆机对浸润后的秸秆进行磨浆，大幅提高秸秆中纤维与预处理液的接触面积，更有利于脱去秸秆纤维中的乙酰基、色素等杂质，在不损失秸秆中半纤维素的同时降低后续半纤维素提取液中的杂质含量，提高半纤维素提取率，而且方法中物料处理动力消耗低。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详述,以更好地理解本专利技术的内容,但本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提取半纤维素的秸秆预处理方法，其特征在于：取秸秆用预处理液浸泡润湿，所得混合物送入磨浆机中磨浆，使磨浆后所得物料的粒径小于或等于1.0mm，并对所得物料进行固液分离，收集固体，水洗后用于半纤维素提取；所述的预处理液为浓度为1～20g/L的碱性溶液。

【技术特征摘要】
1.一种用于提取半纤维素的秸秆预处理方法，其特征在于：取秸秆
用预处理液浸泡润湿，所得混合物送入磨浆机中磨浆，使磨浆后所得物料
的粒径小于或等于1.0mm，并对所得物料进行固液分离，收集固体，水洗
后用于半纤维素提取；所述的预处理液为浓度为1～20g/L的碱性溶液。
2.根据权利要求1所述的用于提取半纤维素的秸秆预处理方法，其
特征在于：所述秸秆重量与预处理液用量的比例为1g：7～15mL。
3.根据权利要求1所述的用于提取半纤维素的秸秆预处理方法，其
特征在于：所述秸秆重量与预处理液用量的比例为1g：8～10mL。
4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海珊，蔡爱华，张永昌，覃香香，周玉恒，
申请(专利权)人：广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，
类型：发明
国别省市：广西;45