一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法技术

本发明专利技术涉及一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，该方法对植物纤维原料水解液先采用辣根过氧化物酶处理然后阳离子聚合物絮凝处理，辣根过氧化物酶处理可以导致水解液中的低分子量的溶解木素聚合成高分子木素，沉淀析出除去一部分木素；木素在经过辣根过氧化物酶处理后，即使没有沉淀析出的部分由于发生聚合，分子量增大，在后续阳离子絮凝处理过程中也更容易除去，然后采用阳离子聚合物处理，进一步除去残余木素，本发明专利技术的辣根过氧化物酶处理结合阳离子聚合物处理大大提高木素总的去除率，同时还可以显著减少阳离子聚合物处理过程中糖的损失。

【技术实现步骤摘要】
一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法
本专利技术涉及一种水解液组分分离方法，具体是涉及一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，属于生物质综合利用领域。
技术介绍
半纤维素是自然界中最丰富的天然聚合物之一，其中木质纤维原料包括木材和非木材，如蔗渣、芦苇和各种禾本科植物中含有大量的半纤维素聚糖。半纤维素的用途很多，可以生产糠醛、羟甲基糠醛等化学品，高分子量半纤维素可以用于食品包装膜、水凝胶、表面活性剂和抗菌材料等生物材料的制备。另外，半纤维素糖还可以经过发酵生产乙醇、甲醇等生物燃料。因此，如何有效地利用这些半纤维素聚糖对于生物质精炼具有重要的意义。要有效地利用木素纤维原料中的半纤维素，首先要将这些半纤维素从原料中分离出来。目前，水解法是从植物纤维原料分离半纤维素的常用方法，水解法包括酸水解、自水解及碱性水解，水解后半纤维素聚糖进入到水解液中，在水解过程中，除了半纤维素，木素也会部分降解进入到水解液中，另外水解液中还可能含有半纤维素和纤维素的降解产物和亲脂性抽出物等。在水解液发酵生产生物燃料过程中，木素还会抑制酶的水解和发酵过程，另外，木素也是木质纤维原料水解液中颜色的主要来源。为了得到纯净的半纤维素，就要对水解液中的半纤维素进行提纯。在从水解液中除去杂质获得浓度和纯度高的糖溶液过程中，主要杂质木素的去除比较困难。从水解液中除去各种杂质的方法有活性炭吸附、生石灰吸附、大孔吸树脂吸附、阳离子或非离子聚合物絮凝和膜过滤等多种方法，采用膜浓缩去除小分子杂质过程中会堵塞膜，减少膜通量和膜寿命。目前已有许多技术公开从木质纤维原料水解液除去杂质以提取低聚糖，如，中国专利文献200410023875.X公开了一种从玉米芯粉中提取低聚木糖的方法。该专利技术包括下列顺序步骤：(1)将玉米芯粉与水混合，加入弱酸催化剂进行裂解，将玉米芯中的木聚糖溶出；(2)调节木聚糖水溶液pH值为5.0～6.0，加入木聚糖酶进行酶解，高温对木聚糖酶进行灭活；(3)滤除玉米芯粉渣，对木聚糖糖液进行活性炭和离子交换树脂除杂脱色；(4)大分子截留膜截留大分子木聚糖，过滤出低木聚糖糖液；钠滤膜浓缩脱盐；(5)将低聚木糖糖液真空浓缩为浅黄色粘稠状糖浆，低聚木糖糖浆经赋形剂或直接喷雾干燥成低聚木糖粉剂。但该方法采用活性炭和离子交换树脂除杂脱色，除杂效果差，不能有效的将木素去除，仍有杂质残留，同时采用活性炭和离子交换树脂除杂容易连同木聚糖去除，造成糖损失。中国专利文献201310554290.X公开了一种从植物原料预水解液中提取低聚糖的方法，步骤如下：(1)向植物原料预水解液中加入聚电解质，所述的聚电解质为聚氯化铝、聚硫酸铝、聚氯化铝铁、聚硫酸铝铁、聚硅酸铝铁、聚氯化铁、聚硫酸铁之一或组合，聚电解质加入量为0.01-10g/L，搅拌5-20分钟，静置80-150分钟，分离得到上层清液；(2)用膜分离的方法过滤上层清液，得低聚糖浓缩液；(3)蒸发结晶低聚糖浓缩液，经干燥后得低聚糖。该方法中加入聚电解质除去水解液中的木素，除杂效果差，效率低。目前，采用阳离子絮凝剂处理被认为是从水解液中除去木素特别是高分子胶体木素的常用方法。采用的阳离子絮凝剂有：聚二烯丙基二甲基氯化铵(pDADMAC)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、聚乙烯亚胺(PEI)和聚合氯化铝(PAC)。陈晓倩和王兆江等人将聚合氯化铝(PAC)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMAC)杨木水解液中木素的去除，结果表明PAC和PDADMAC的加入能够去除水解液中的部分木素，但同时也造成部分糖的损失。参见陈晓倩等人，生物资源工程，2014,152:31-37(ChenXiaoqian,WangZhaojiang,FuYingjuan,LiZongquan,QinMenghua，Specicligninprecipitationforoligosaccharidesrecoveryfromhotwaterwoodextract，BioresourceTechnology，2014,152:31-37)。因此，阳离子絮凝剂处理除去水解液中的木素时存在以下问题：阳离子聚合物絮凝剂用量大，对较低分子量的溶解木素去除效率低，另外，单独的阳离子絮凝剂处理在除去木素的同时，糖的损失量大。针对现有木质纤维原料水解液除去杂质存在的问题：除杂效果差，不能有效地将木素去除，仍有杂质残留，糖的损失量大，阳离子聚合物絮凝剂用量大，有必要研发一种木素去除率高，糖损失率低的处理方法。
技术实现思路
针对现有植物纤维原料水解液中糖的分离纯化过程中，采用阳离子聚合物除去水解液中木素时，对低分子量溶解木素去除效率较低且木素去除选择性差，进而导致糖损失率大的问题，本专利技术提供一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法。专利技术概述：本专利技术的方法对植物纤维原料水解液先采用辣根过氧化物酶处理然后阳离子聚合物絮凝处理。辣根过氧化物酶处理可以导致水解液中的低分子量的溶解木素聚合成高分子木素，沉淀析出除去一部分木素；木素在经过辣根过氧化物酶处理后，即使没有沉淀析出的部分由于发生聚合，分子量增大，在后续阳离子絮凝处理过程中也更容易除去，然后采用阳离子聚合物处理，进一步除去残余木素，因此可以在较低的阳离子聚合物用量下，提高木素的去除率，同时还可以显著减少阳离子聚合物处理过程中糖的损失。术语说明：自水解：植物纤维原料只加入水或水蒸气，而不加入其他任何化学药品进行的水解反应。辣根过氧化物酶酶活：在20℃，pH6.0时，20秒内催化焦性没食子酸生成1.0mg的红棓酚的酶量为一个酶活单位，酶活单位：U。糖损失率：水解液处理过程中糖减少量与水解液中原糖的百分比，以百分数表示。木素去除率：水解液中木素在处理前后减少的百分数。专利技术详述：本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，包括步骤：辣根过氧化物酶对植物纤维原料水解液酶处理步骤；酶处理后水解液絮凝剂处理步骤。根据本专利技术优选的，所述的辣根过氧化物酶对植物纤维原料水解液酶处理步骤是：向植物纤维原料水解液中加入辣根过氧化物酶和过氧化氢进行酶处理，辣根过氧化物酶用量为3000-30000U/L水解液，过氧化氢用量为2.0-20g/L水解液，除去沉淀后得酶处理后水解液。根据本专利技术优选的，辣根过氧化物酶用量为5000－20000U/L水解液，过氧化氢用量为4.0-15g/L水解液。根据本专利技术优选的，酶处理温度为10℃－60℃，处理时间为1h－24h，pH3.0－8.0；进一步优选的，酶处理温度为15℃－45℃，处理时间为4h－12h，pH3.5－6.5。根据本专利技术优选的，所述的除去沉淀为：酶处理后的混合物静置2-24小时，去除底部的沉淀物，上层清液为酶处理后水解液；或酶处理后的混合物经离心后除去沉淀，得到处理后水解液。根据本专利技术优选的，所述的植物纤维原料水解液是以水对植物纤维原料进行酸水解或自水解处理得到的水解液。根据本专利技术优选的，所述的植物纤维原料选自针叶木、阔叶木及竹子、麦草、稻草、蔗渣、芦苇非木材原料中的一种。进一步优选的，针叶木选自马尾松、落叶松、红松或云杉中的一种，阔叶木选自杨木、桦木、枫木或桉木其中的一种或两者以上的混合。进一步优选的，自水解处理温度为140-200℃，水解时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，包括步骤：辣根过氧化物酶对植物纤维原料水解液酶处理步骤；酶处理后水解液絮凝剂处理步骤。

【技术特征摘要】
1.一种植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，包括步骤：辣根过氧化物酶对植物纤维原料水解液酶处理步骤；酶处理后水解液絮凝剂处理步骤。2.根据权利要求1所述的植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，其特征在于，所述的辣根过氧化物酶对植物纤维原料水解液酶处理步骤是：向植物纤维原料水解液中加入辣根过氧化物酶和过氧化氢进行酶处理，辣根过氧化物酶用量为3000-30000U/L水解液，过氧化氢用量为2.0-20g/L水解液，除去沉淀后得酶处理后水解液。3.根据权利要求2所述的植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，其特征在于，辣根过氧化物酶用量为5000－20000U/L水解液，过氧化氢用量为4.0-15g/L水解液。4.根据权利要求2所述的植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，其特征在于，酶处理温度为10℃－60℃，处理时间为1h－24h，pH3.0－8.0；进一步优选的，酶处理温度为15℃－45℃，处理时间为4h－12h，pH3.5－6.5。5.根据权利要求2所述的植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，其特征在于，所述的除去沉淀为：酶处理后的混合物静置2-24小时，去除底部的沉淀物，上层清液为酶处理后水解液；或酶处理后的混合物经离心后除去沉淀，得到处理后水解液。6.根据权利要求1所述的植物纤维原料水解液生物处理去除木素的方法，其特征在于，所述的植物纤维原料水解液是以水对植物纤维原料进行酸水解或自水解处理得到的水解液；所述的植物纤维原料选自针叶木、阔叶木及竹子、麦草、稻草、蔗渣、芦苇非木材原料中的一种；优选的，针叶木选自马尾松、落叶松、红松或云杉中的一种，阔叶木选自杨木、桦木、枫木或桉木其中的一种或两者以上的混合；优选的，自水解处理温度为140-200℃，水解时间为15-240min，水与植物纤维原料的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗全，王浩伟，邱程龙，高吉杰，刘芹，陈建松，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37