一种桉木热水预水解液中木糖的超声波辅助纯化方法技术

本发明专利技术公开了一种桉木热水预处理水解液中木糖的纯化方法，其纯化方法在于采用氢氧化钙协同超声波处理、二段活性炭吸附和漆酶协同超声波处理的物理、化学、生物相结合的方法，处理桉木水热预水解液，最大限度地分离脱除预水解液中木糖之外的木素、糠醛等可溶性有机物及杂质，提高预水解液中木糖的纯度，以解决后续木糖高值化利用过程中木糖纯度低、发酵抑制物难去除、生产成本高的问题，提高桉木水热预水解液的利用价值，实现桉木等阔叶材半纤维素组分的高值化利用。

An ultrasonic assisted purification method for xylose in Eucalyptus hot water prehydrolysis solution

The invention discloses a purification method of xylose in Eucalyptus hot water pretreatment hydrolysate. The purification method is to treat Eucalyptus hydrothermal pretreatment hydrolysate by combining physical, chemical and biological methods of calcium hydroxide with ultrasonic treatment, two-stage activated carbon adsorption and laccase with ultrasonic treatment, and to separate the Eucalyptus hydrothermal pretreatment hydrolysate to the maximum extent. Removal of soluble organic compounds and impurities such as lignin and furfural from the pre-hydrolysate, and improvement of the purity of xylose in the pre-hydrolysate, in order to solve the problems of low purity of xylose, difficult removal of fermentation inhibitors and high production cost in the subsequent high-value utilization of xylose, improve the utilization value of Eucalyptus hydrothermal pre-hydrolysate, and realize the eucalyptus. High value utilization of hemicellulose components of wood and other hardwood materials.

【技术实现步骤摘要】
一种桉木热水预水解液中木糖的超声波辅助纯化方法
本专利技术涉及一种水解液纯化方法，特别涉及一种桉木热水预水解液化学、物理、生物相结合的纯化方法，属于生物制精炼领域。
技术介绍
近些年来，溶解浆的市场需求量逐年增高，在硫酸盐法生产阔叶材溶解浆的过程中，一般先进行水热预处理溶出部分半纤维素，以降低后续工段组分分离过程中的化学品消耗量，提高溶解浆质量。在预水解硫酸盐法溶解浆生产过程中，会产生大量的预水解液，预水解液中水分含量较高(＞90％)，各种半纤维素糖含量也较高，但各种半纤维素糖的热值(13.6MJ/kg)仅为木素(27MJ/kg)的一半，一些企业在大生产中，通常将预水解液与黑液一起燃烧产生热量，造成了半纤维素资源的浪费。随着石化资源的日益短缺和环境保护压力的不断增大，植物生物质精炼和农林纤维资源全组分高效分离生产高值化产品，受到人们越来越多的重视。因此，如何提高热水预水解液的利用价值，成为当今科技工作者的研究热点。在桉木高温水热预处理过程中，大部分半纤维素和部分木素从木质纤维原料中解聚溶解出来，水解液中的可溶性有机物成分复杂，主要是低聚木糖/单木糖和木素，以及少量的乙酸、糠醛等，它们可用来生产多种高附加值产品，如木糖醇、燃料乙醇、生物柴油、乙酸、树脂等。特别是水解液中包含的大量低聚木糖，因其能量值低、有效摄入量少、酸碱稳定性好以及可以选择性增值双歧杆菌等特点，被用来生产多种保健功能性低聚糖产品，在食品医药行业受到广泛关注。因此，通过水热预水解液来生产聚木糖和木糖基产品，是实现预水解液高值化利用的重要途径。然而，水解液中木素的存在不利于木糖的提取与高值化利用，易导致木糖产品纯度和质量降低。因此，如何在保证木糖损失率尽量低的条件下，尽可能除去水解液中的木素，是生产木糖基高附加值产品的重要基础。近些年来，去除水解液中木素的方法较多，主要活性炭吸附、膜过滤、聚电解质、有机溶剂沉淀和生物酶处理等。但是各种方法均有利弊：活性炭吸附成本低廉、污染小，但对于水解液中尺寸较小的木素，活性炭吸附能力较弱；膜过滤价格较高，不利于工业化生产；聚电解质和有机溶剂沉淀法去除木素效果不理想，而且会对环境产生污染；生物酶处理是一种绿色环保的处理方法，但处理条件较为严苛，且价格较高。因此，需要探索一种能够高效纯化水解液的方法，在尽量降低木糖损失率的前提下，尽可能去除水解液中可溶性木素，以提高预水解液的利用价值，实现桉木等阔叶材半纤维素组分的高值化利用。
技术实现思路
为了有效去除桉木热水预水解液中的木素、糠醛等有机可溶性杂质，实现热水预水解液的高值化利用，本专利技术提供一种木糖损失率低、木素去除率高的预水解液纯化工艺，以解决桉木热水预水解液中存在的有机成分复杂、木糖纯度低、发酵抑制物难去除、生产成本高的问题。本专利技术采用物理、化学、生物相结合的方法，在预水解液纯化过程中采用超声波协同氢氧化钙、二段活性炭吸附、超声波协同漆酶处理等技术，最大程度地分离去除水解液中的木素、糠醛等可溶性有机物及杂质，从而得到木糖得率高的纯化水解液。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种桉木热水预处理液中木糖的纯化方法，将桉木热水预水解液依次采用超声波协同氢氧化钙、一段活性炭吸附、漆酶协同超声波处理、二段活性炭吸附，得木糖纯化液。优选的，所述超声波协同氢氧化钙的具体条件为：pH值为3～5、超声波功率为110～120W，超声时间5～10min，氢氧化钙用量为1.0～1.5wt％。通过超声波与氢氧化钙的协同作用，有效提高了后续分离效率和木糖得率。优选的，所述一段活性炭吸附的条件为：活性炭用量为0.5-1.2wt％，处理时间为5min。优选的，所述漆酶协同超声波处理的具体条件为：漆酶用量2-8U/g水解液，水解液pH5-8，超声波功率为110～120W，超声波处理时间5～10min，漆酶处理时间为1-3h，漆酶处理温度为45℃。优选的，所述二段活性炭吸附的条件为：活性炭用量为0.2-1.0wt％，处理时间为5min。优选的，所述桉木热水预水解液为硫酸盐法溶解浆生产过程中，水热预处理产生的预水解液。优选的，所述超声协同氢氧化钙、一段活性炭吸附、二段活性碳吸附后的水解液都经离心处理后取上清液，再用于下一工段。优选的，所述离心处理的条件为：速率4500rpm和离心时间5min。本专利技术还提供了任一上述纯化方法制备的木糖纯化液。本专利技术还提供了上述的木糖纯化液在制备保健功能性低聚糖产品中的应用。本专利技术的有益效果(1)本专利技术采用物理吸附、化学反应、生物酶调控及其协同作用来脱除水解液中木素、糠醛等可溶性杂质，弥补了常规单一水解液纯化方法中木糖损失率高、木素去除率低的问题，提高了产品木糖的纯度，实现了桉木热水预水解液的高值化利用；(2)本专利技术中，超声波协同氢氧化钙处理作为第一段纯化工艺，可以有效地脱除水解液中的部分木素、糠醛等，不会造成木糖的明显损失，还可以在一定程度上提高水解液pH，有利于后续漆酶协同超声波处理过程中，发挥漆酶的最优效果，另外，可以使半纤维素上残留的乙酰基脱落下来，形成乙酸，从而减少后续乙酸催化聚木糖精制低聚木糖的过程中外来乙酸的补加量；(3)本专利技术中，使用少量活性炭两段吸附+漆酶协同超声波处理，可以避免常规大量活性炭一次吸附带来的木素去除率低、木糖损失率高的缺点。其中，一段活性炭处理用来脱除经氢氧化钙处理后的水解液中剩余的大分子木素，之后，水解液中剩余的小分子木素经漆酶修饰调控，缩合为大分子木素，再通过二段活性段协同处理，进而将小分子木素脱除。解决了常规处理方法中水溶性小分子木质素难脱除、脱除率低的技术难题，提高了水解液木糖的纯化效率；(4)本专利技术中所用药品氢氧化钙、活性炭和漆酶对环境污染较小，对设备无特殊要求，成本较低，是一种绿色环保、成本低廉的预水解液纯化工艺，适合工业化生产；(5)与现有的“多种处理方法相结合”的处理方式相比，本专利技术工艺得到的纯化液木糖纯度高、木糖损失率低且环保，更有利于后续木糖高值化产品的生产，进而提高热水预水解液的利用价值，实现桉木等阔叶材半纤维素组分的高值化利用。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合具体的实施例，对本专利技术做进一步的说明。一种桉木热水预水解液纯化工艺，采用以下步骤：(1)将桉木热水预水解液，在常温、pH值为3-5的条件下进行超声波协同氢氧化钙处理。超声波功率为110～120W，超声时间5～10min，氢氧化钙用量为1.0-1.5wt％(相对于水解液用量)。(2)将超声波协同氢氧化钙处理后的预水解液在离心速率4500rpm和离心时间5min的条件下进行离心，取上清液。(3)将步骤(2)中所得上清液，在常温、pH值为5-9的条件下进行一段活性炭处理，处理时间为5min。(4)将一段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桉木热水预处理液中木糖的纯化方法，其特征在于：将桉木热水预水解液依次采用超声波协同氢氧化钙、一段活性炭吸附、漆酶协同超声波处理、二段活性炭吸附，得木糖纯化液。

【技术特征摘要】
1.一种桉木热水预处理液中木糖的纯化方法，其特征在于：将桉木热水预水解液依次采用超声波协同氢氧化钙、一段活性炭吸附、漆酶协同超声波处理、二段活性炭吸附，得木糖纯化液。2.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于：所述超声波协同氢氧化钙的具体条件为：pH值为3～5、超声波功率为110～120W，超声时间5～10min，氢氧化钙用量为1.0～1.5％。3.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于：所述一段活性炭吸附的条件为：活性炭用量为0.5-1.2％，处理时间为5～8min。4.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于：所述漆酶协同超声波处理的具体条件为：漆酶用量2-8U/g水解液，水解液pH5-8，超声波功率为110～120W，超声波处理时间5～10min，漆酶处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉川，杨桂花，吉兴香，董吉冉，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37