一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法，该方法包括以下步骤：1)将茭白废弃物粉碎后，用浓度为70～90％乙醇在温度80～90℃条件下浸提1～2h，过滤，得到固形物；2)将固形物用甲酸在温度60～75℃条件下浸提1～2h，过滤，固液分离，将得到的液体进行减压蒸馏，回收甲酸，得到固形物，即为木糖；3)将步骤“2)”得到的固形物继续使用甲酸在温度80～90℃条件下浸提4～5h，制备得到葡萄糖。本发明专利技术使用茭白废弃物作为原料，不仅实现了茭白废弃物的可再生利用，同时反应条件温和，能耗较低，木糖和葡萄糖的回收率高，且得到的产品安全无毒。

【技术实现步骤摘要】
一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法
本专利技术属于生物
，具体涉及一种用于丝状真菌菌体培养的木糖和用于乳酸、富马酸发酵的葡萄糖的制备方法。
技术介绍
随着石油危机的日益加重，世界化学工业的原料正逐步由石油资源向生物质资源转变。目前生物化工的原料大多以粮食制备的淀粉和糖为主，导致“与人(畜)争粮、与粮争地”的局面日益严重。生物质单糖作为生物化工的主要原料，已成为限制中国生物化工产业发展的瓶颈。木质纤维素包括农业生产的废弃物和剩余物(如农作物秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等)、林木(软木和硬木)及林业加工废弃物、草类等，年产量高达1500亿吨以上。经过水解糖化，纤维素物质可转化为单糖类物质，以此为平台，经化学途径可转化成燃油、燃气及化学品；通过生物催化可转化成大宗发酵产品及液体生物燃料；利用结晶纯化技术得到的单糖晶体更是重要的工业原料。木质纤维素中半纤维素、纤维素含量相对较高，能达到材料的50％以上，但由于木质素含量较多(10～20％)，其对纤维素等的包裹作用，使得木质纤维素在处理过程中，困难重重。其中木质素的存在成为木质纤维素资源充分利用的重大障碍，要达到有效利用木质纤维素资源的目的，降低处理的成本，必须首先解决木质素的降解问题。对木质纤维素处理的方法归类可分为物理法、化学法、物理-化学法及生物法等，主要有：机械粉碎(球磨、振动磨等)、高温液态法、高能辐射、微波处理、高温分解、蒸气爆破法、氨纤爆破法、CO2爆破、湿氧化法、酸水解法、碱处理法、过氧化物法及有机溶剂法等。在早期的研究中多用化学法处理，环境污染大，近期发展了相对清洁的生产方法，包括蒸爆法，有机溶剂提取法等，该类方法在制备过程中相对能耗较大，归根到底，还在于其木质纤维素坚韧的内部结构增加了分离的困难，同时，用以上方法得到的糖如木糖、葡萄糖在进行生物利用的过程中，还需要进行脱毒处理。如黄和等申请的专利技术专利“控制丝状真菌发酵过程中生长形态的方法”(授权号：CN102212484B)明确指出，木质纤维素水解得到的水解液含量复杂，成分较多，水解糖液要经过脱毒处理后才可用于菌体的培养以及富马酸的发酵。目前针对茭白废弃物的资源利用还鲜有报道，本专利技术提出了专门针对茭白废弃物提取糖资源的工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以茭白废弃物为基本原料，高效提取木糖和葡萄糖的方法，该方法得到的木糖可用于丝状真菌菌体培养，得到的葡萄糖可用于乳酸、富马酸发酵，并且提取效率高，成本低，本专利技术可解决木质纤维素资源中糖资源提取和后续开发利用技术不足。本专利技术的目的是通过以下方式实现的：一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法，该方法包括以下步骤：1)将茭白废弃物粉碎后，用浓度为70～90％乙醇在温度80～90℃条件下浸提1～2h，过滤，得到固形物；2)将固形物用甲酸在温度60～75℃条件下浸提1～2h，过滤，固液分离，将得到的液体进行减压蒸馏，回收甲酸，得到固形物，即为木糖；优选用甲酸在温度70℃条件下浸提2h。3)将步骤“2)”得到的固形物继续使用甲酸在温度80～90℃条件下浸提4～5h，制备得到葡萄糖。优选使用甲酸在温度80～90℃条件下浸提5h。该方法所述的茭白废弃物可先在50℃过夜烘干，用粉碎机粉碎至粒径为10～20mm的颗粒。步骤“1)”中，用乙醇浸提过程中采用的固液比为1：5～20，优选1：10。乙醇浸提过程中采用的乙醇浓度优选为80～90％，优选在温度为90℃条件下浸提。步骤“2)”中，用甲酸浸提过程中采用的固液比为1：5～20，优选1：10。优选将固形物用甲酸在温度70℃条件下浸提。步骤“3)”中，用甲酸浸提过程中采用的固液比为1：10～30，优选1：20。优选使用甲酸在温度为90℃条件下浸提。上述固液比均指质量体积比(g/ml)。本专利技术所使用的甲酸为市售商品甲酸，的质量浓度优选为86.24％。所述的茭白废弃物为茭白鞘叶、叶片及叶鞘。利用上述方法得到的木糖培养米根霉菌体的方法，该方法具体包括以下步骤：利用得到的木糖对米根霉进行分级菌体培养，种子培养分2～4级，优选3级，每级控制木糖浓度在10～15g/L，总糖浓度控制在30～50g/L，同时控制蛋白胨2.0g/L，磷酸二氢钾0.2g/L，MgSO4·7H2O0.2g/L，CaCO36.0g/L，250ml摇瓶每瓶装50ml种子液，150r/min，30℃反应，每级培养8～12h，培养结束后，得到大小均一的球状米根霉菌体；利用上述方法得到的葡萄糖发酵产乳酸的方法，该方法具体包括以下步骤：提取得到的葡萄糖采用分批补料法发酵制备乳酸，初始葡萄糖浓度为20g/L～40g/L，分四次补料发酵，每次补料20～40g/L，使得葡萄糖总浓度达到80～120g/L，接种量10％，250ml摇瓶分装50ml发酵液，150r/min培养40～50h；利用本专利技术方法能够高效制备木糖，得到的木糖可进行米根霉菌体的培养，对菌体中的壳聚糖成分进行分析发现，其中壳聚糖成分可高达至0.164g/g，培养的菌体壳聚糖含量也相对较高。该菌体发酵得到的富马酸以及乳酸产量均能达到53.2g/L和57.4g/L(80g/L初始葡萄糖浓度)。利用本专利技术提取方法得到的葡萄糖进行乳酸发酵，发酵最终得到乳酸产量达到57.4g/L(80g/L初始葡萄糖浓度)，生产强度达到了1.17g/L/h，糖酸转化率高达71.8％，高于其他利用纤维素水解糖为原料发酵制备乳酸的技术水平，同时成本也远远低于其他工艺。与现有技术比较本专利技术的有益效果：1、使用茭白废弃物作为原料，不仅实现了茭白废弃物的可再生利用，同时在提取木糖的过程中，不需添加额外的催化剂即可高效提取木糖，反应条件温和，能耗较低，木糖的回收率达到了95％以上。2、反应过程中也不产生额外的催化副产物，甲酸可经过蒸馏回收再利用，因此，整个过程中不产生任何污染和浪费，降低了生产成本，同时得到的木糖和葡萄糖安全无毒。3、得到的木糖用来培养米根霉菌体，可得到大小均一的球形菌体，菌体中壳聚糖含量达到16.4％。4、通过该方法得到的葡萄糖纯度能达到95％左右。5、乙醇对茭白中木质素脱除处理，能够实现木质素与半纤维素对纤维素包裹结构的破坏，使纤维素暴漏出来，在此基础上，利用甲酸在一定温度下再对剩余材料进行提取，增加纤维素的降解效率，显著提高葡萄糖的含量。其中，菌体中的壳聚糖的质量检测方法是按照授权号：CN102212484B的专利技术专利“控制丝状真菌发酵过程中生长形态的方法”中所公开的方法进行的。以下通过实验例对本专利技术进行进一步说明：1、乙醇对茭白中木质素脱除的影响(1)乙醇浓度对木质素脱除的影响取烘干茭白废弃物(茭白鞘叶、叶片及叶鞘)5g，加入50ml乙醇溶液中，W:V＝1:10；乙醇浓度分别为70,80,90,100％，反应温度在90℃；提取1h，减压蒸馏，烘干，测其干重，木质素去除率，其结果如表1所示。大量的文献报道了利用乙醇催化制备纤维的工艺，但是木质素是难以糖化的复杂的不定型高聚物，是植物体内最难分解的组分，并且在纤维素周围形成保护层，影响纤维素糖化，同时木质素是一种聚集体,结构中存在许多极性基团，尤其是较多的羟基,造成了很强的分子内和分子间的氢键，因此，基本上乙醇催化制备纤维的工艺都要在较为严格的条件下，如添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)将茭白废弃物粉碎后，用浓度为70～90％乙醇在温度80～90℃条件下浸提1～2h，过滤，得到固形物；2)将固形物用甲酸在温度60～75℃条件下浸提1～2h，过滤，固液分离，将得到的液体进行减压蒸馏，回收甲酸，得到固形物，即为木糖；3)将步骤“2)”得到的固形物继续使用甲酸在温度80～90℃条件下浸提4～5h，制备得到葡萄糖。

【技术特征摘要】
1.一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)将茭白废弃物粉碎后，用浓度为70～90%乙醇在温度80～90℃条件下浸提1～2h，过滤，得到固形物；乙醇浸提过程中采用的固液比为1：5～20；2)将固形物用甲酸在温度60～75℃条件下浸提1～2h，过滤，固液分离，将得到的液体进行减压蒸馏，回收甲酸，得到固形物，即为木糖；3)将步骤“2）”中固液分离后得到的固形物继续使用甲酸在温度80～90℃条件下浸提4～5h，制备得到葡萄糖，其中，用甲酸浸提采用的固液比为1：10～30。2.根据权利要求1所述的制备木糖和葡萄糖的方法，其特征在于乙醇浸提过程中采用的固液比为1：10。3.根据权利要求1所述的制备木糖和葡萄糖的方法，其特征在于乙醇浸提过程中采用的乙醇浓度为80～90%。4.根据权利要求1所述的制备木糖和葡萄糖的方法，其特征在于步骤“1）”为在温度为90℃条件下浸提。5.根据权利要求1所述的制备木糖和...

【专利技术属性】
技术研发人员：付永前，蒋茹，尹龙飞，朱华跃，李鑫，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33