一种改进的清洁生产木糖工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种改进的清洁生产木糖工艺，该加工工艺是将农林废弃物通过原料预处理‑酶解‑固液分离‑浓缩‑预脱色‑色谱分离精制后，最终获得木糖的精制及结晶以及阿拉伯糖的精制及结晶。本发明专利技术的具有以下有益效果：汽爆温度较低，汽爆工艺实现连续化生产；原料中的木聚糖转化为木糖的转化率达到95%以上；进一步使得糖液中的杂质减少汽爆时间大大缩短，水耗减少，保护了色谱分离树脂，延长树脂的使用寿命，有效的节约了蒸汽，降低汽爆成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及木糖的生产
，具体地说是一种改进的清洁生产木糖工艺。
技术介绍
传统的木糖生产工艺为酸水解工艺，具体是将富含半纤维素的农林废弃物（如玉米芯、甘蔗渣、竹子、桦树皮、稻草）经过酸水解后进行脱色、脱盐、浓缩等步骤的精制提纯后结晶、离心得到晶体木糖。此工艺中硫酸根离子含量较高，脱盐工序酸碱耗量大，用水量大，是木糖生产中污水的主要来源，同时硫酸能够抑制活性污泥中的厌氧菌的活性。专利号为201410701716.4的专利《一种清洁生产木糖的工艺》中提到了类似酶法制备木糖的生产工艺，本专利技术是在该专利的基础上做出了如下改进：1、采用连续汽爆技术，实现连续化投料；2、降低蒸爆温度，减少纤维素的降解，提高了木糖纯度；3、浓缩后进行色谱分离，提高效率降低水耗；4、酶解采用多种酶组成的酶系，提高酶解效率；5、色谱分离前加入预脱色步骤，保护色谱分离树脂。6、色谱分离采用三相分离，将阿拉伯糖分离出来。专利号为200610040383.0的专利《木糖的酶法制备方法》中介绍了类似方法，但存在以下不足：1、该方法所说的预处理是指碱提取或汽爆，并未详细说明具体工艺参数，不同的汽爆设备、条件所得到的糖液组分不同直接影响酶的添加量，因此属于公开不充分；2、酶解不充分，由专利中附图说明2-6中可以看出，酶解后的糖液中含有大量的木聚糖及其他未标明的杂糖，木糖纯度不到50%，众所周知木糖的结晶纯度需要达到75%以上。3、采用乙醇沉淀杂质，乙醇成本较高，操作环境差，去除杂质效果并不明显，工业化生产不合算。专利号为200510045325.2的专利《一种酶法生产木糖的方法》中提到了类似工艺，但存在以下不足：1、该方法所说的预处理是指高压蒸煮或汽爆，并给出了高压蒸煮条件，然而高压蒸煮后的植物纤维半纤维素未剥离出来，不利于酶的渗入，效率低下；该专利并未提到汽爆具体的工艺参数和设备类型，属于公开不充分；2、所说的酶是指外切型木聚糖酶，而技术上来说单一的外切型木聚糖酶效率低，需要与其他酶共同作用；3、专利中提到的木聚糖转化木糖的转化率达到80%以上，并不具备先进性，传统的硫酸水解法转化率在85%以上。专利号为201110162361.2《一种清洁高效的制备木糖与L-阿拉伯糖的生产工艺》的专利提到类似工艺，但存在以下不足：1、所述酶解用酶为黑曲霉粗酶液，成分复杂效率低，精制成本高，专一性不高；2、该方法所说的高温蒸煮给出了高压蒸煮条件，但反应时间较长，副反应多，高温蒸煮后的植物纤维中半纤维素未经汽爆分离，不利于酶或微生物的渗入，酶解效率低下。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是提供一种改进的清洁生产木糖工艺。本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，该木糖生产工艺步骤如下：1）原料预处理：将汽爆设备预先升温至120℃-160℃，然后将农林废弃物投入汽爆设备中，农林废弃物在汽爆设备中滞留时间为5min-60min，汽爆温度120℃-160℃，每2s喷放一次物料至旋风分离器，利用机械式蒸汽再压缩装置将分离出的蒸汽回收，并循环通入汽爆设备蒸汽入口，经汽爆后的农林废弃物导入酶解罐；2）酶解：用纯水调节酶解罐中的物料干物含量至质量百分比10%-30%，并调pH值至3.0-5.7，控制体系温度40℃-57℃，按原料干物质量的1‰-5‰加入酶系，保温10-30h；3）固液分离：将酶解后的物料用板框过滤，得到过滤液，并淋洗酶解渣2-3次，得到淋洗液，将淋洗液与过滤液混合后得到酶解液；4）浓缩：将酶解液浓缩至干物质量含量30%-50%，得到浓缩液；5）预脱色：浓缩液中按干物质量含量加入1%-2%的活性炭，在60-80℃下保温30-60min，过滤得到脱色液；6）色谱分离精制：采用三相色谱分离技术，通过色谱分离树脂将脱色液分离成杂液、木糖液、阿拉伯糖液三个组分；7）木糖的精制及结晶：将色谱分离得到的木糖液过阳阴离子交换树脂，去除剩余杂质离子，得到木糖精制液，经浓缩、结晶、离心得到木糖晶体；8）阿拉伯糖的精制及结晶：将色谱分离得到的阿拉伯糖液过阳阴离子交换树脂，去除剩余杂质离子，得到阿拉伯糖精制液，经浓缩、结晶、离心得到阿拉伯糖晶体所述的农林废弃物为玉米芯、甘蔗渣、桦树皮中的一种。所述的步骤2）中酶系由β-1,4-内切木聚糖酶，β-木糖苷酶，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶，α-葡萄糖醛酸苷酶，酚醛酯酶组成，各组成成分的重量份配比如下：β-1,4-内切木聚糖酶1-2份，β-木糖苷酶0.5-1份，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶0.5-1份，α-葡萄糖醛酸苷酶0.5-1份，酚醛酯酶0.3-0.5份。所述的色谱分离树脂为钠型、钾型、钙型和氢型色谱分离树脂中的一种。所述的步骤1）中将农林废弃物投入汽爆设备中之前，需要经过水清洗后连续投入汽爆设备中或将农林废弃物放入汽爆设备进料槽并用稀硫酸浸湿后投入汽爆设备中。所述的稀硫酸的质量百分比浓度为0.1%-0.5%。本专利技术的一种改进的清洁生产木糖工艺和现有技术相比，具有以下有益效果：1）汽爆温度较低，汽爆工艺实现连续化生产；农林废弃物中的半纤维素经汽爆后大部分降解为单糖和低聚糖，纤维素降解较少，因此可溶性糖中葡萄糖及葡聚糖含量较低，约为5%左右，原料中的木聚糖转化为木糖的转化率达到95%以上；2）汽爆前用水将农林废弃物清洗一遍可有效减少杂质的附着，进一步使得糖液中的杂质减少。3）与传统的木糖水解方式相比，汽爆时间大大缩短，半纤维素、纤维素及木质素剥离程度较大，有利于酶解的进行。4）采用多种酶组合而成的酶系，酶解效率较高，聚糖完全降解成单糖，残留的聚糖含量低于1%。5）色谱分离步骤前先进行浓缩和预脱色，提高料液中糖的浓度，使色谱分离效率提高，水耗减少，保护了色谱分离树脂，延长树脂的使用寿命。同时采用三相分离技术，将杂质、木糖、阿拉伯糖分离开，减少糖液中的杂质含量并分别得到木糖和阿拉伯糖。6）使用机械式蒸汽再压缩装置将分离出的蒸汽回收，有效的节约了蒸汽，降低汽爆成本。具体实施方式配置酶系备用：酶系组成成分重量份配比为β-1,4-内切木聚糖酶1-2份，β-木糖苷酶0.5-1份，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶0.5-1份，α-葡萄糖醛酸苷酶0.5-1份，酚醛酯酶0.3-0.5份；优选的β-1,4-内切木聚糖酶1份，β-木糖苷酶0.5份，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶0.5份，α-葡萄糖醛酸苷酶0.5份，酚醛酯酶0.3份。实施例1：1）原料预处理：汽爆设备预先升温至120℃，将甘蔗渣经过水清洗后连续投入汽爆设备中，物料滞留时间为60min，汽爆温度120℃，每2s喷放物料至旋风分离器，利用机械式蒸汽再压缩装置将分离出的蒸汽回收，并循环通入汽爆设备蒸汽入口，经汽爆后的农林废弃物导入酶解罐；2）酶解：用纯水调节酶解罐中的物料干物含量至30%，并调pH值至5.7，控制体系温度57℃，按原料干物质量的5‰加入酶系，保温10h；3）固液分离：将酶解后的物料用板框过滤，得到过滤液，并淋洗酶解渣3次，使绝大多数的糖分溶解出来，得到淋洗液，将淋洗液与过滤液混合后得到酶解液；此时酶解液中的葡萄糖纯度为4.8%,原料中的木聚糖转化为木糖的转化率为95.4%。4）浓缩：用蒸发器将酶解液浓缩至干物含量50%，得到浓缩液；5）预脱色：浓缩液中按干物含量加入2%的活性炭，在80℃下保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的清洁生产木糖工艺，其特征在于，该木糖生产工艺步骤如下：1）原料预处理：将汽爆设备预先升温至120℃‑160℃，然后将农林废弃物投入汽爆设备中，农林废弃物在汽爆设备中滞留时间为5min‑60min，汽爆温度120℃‑160℃，每2s喷放一次物料至旋风分离器，利用机械式蒸汽再压缩装置将分离出的蒸汽回收，并循环通入汽爆设备蒸汽入口，经汽爆后的农林废弃物导入酶解罐；2）酶解：用纯水调节酶解罐中的物料干物含量至质量百分比10%‑30%，并调pH值至3.0‑5.7，控制体系温度40℃‑57℃，按原料干物质量的1‰‑5‰加入酶系，保温10‑30h；3）固液分离：将酶解后的物料用板框过滤，得到过滤液，并淋洗酶解渣2‑3次，得到淋洗液，将淋洗液与过滤液混合后得到酶解液；4）浓缩：将酶解液浓缩至干物质量含量30%‑50%，得到浓缩液；5）预脱色：浓缩液中按干物质量含量加入1%‑2%的活性炭，在60‑80℃下保温30‑60min，过滤得到脱色液；6）色谱分离精制：采用三相色谱分离技术，通过色谱分离树脂将脱色液分离成杂液、木糖液、阿拉伯糖液三个组分；7）木糖的精制及结晶：将色谱分离得到的木糖液过阳阴离子交换树脂，去除剩余杂质离子，得到木糖精制液，经浓缩、结晶、离心得到木糖晶体；8）阿拉伯糖的精制及结晶：将色谱分离得到的阿拉伯糖液过阳阴离子交换树脂，去除剩余杂质离子，得到阿拉伯糖精制液，经浓缩、结晶、离心得到阿拉伯糖晶体。...

【技术特征摘要】
1.一种改进的清洁生产木糖工艺，其特征在于，该木糖生产工艺步骤如下：1）原料预处理：将汽爆设备预先升温至120℃-160℃，然后将农林废弃物投入汽爆设备中，农林废弃物在汽爆设备中滞留时间为5min-60min，汽爆温度120℃-160℃，每2s喷放一次物料至旋风分离器，利用机械式蒸汽再压缩装置将分离出的蒸汽回收，并循环通入汽爆设备蒸汽入口，经汽爆后的农林废弃物导入酶解罐；2）酶解：用纯水调节酶解罐中的物料干物含量至质量百分比10%-30%，并调pH值至3.0-5.7，控制体系温度40℃-57℃，按原料干物质量的1‰-5‰加入酶系，保温10-30h；3）固液分离：将酶解后的物料用板框过滤，得到过滤液，并淋洗酶解渣2-3次，得到淋洗液，将淋洗液与过滤液混合后得到酶解液；4）浓缩：将酶解液浓缩至干物质量含量30%-50%，得到浓缩液；5）预脱色：浓缩液中按干物质量含量加入1%-2%的活性炭，在60-80℃下保温30-60min，过滤得到脱色液；6）色谱分离精制：采用三相色谱分离技术，通过色谱分离树脂将脱色液分离成杂液、木糖液、阿拉伯糖液三个组分；7）木糖的精制及结晶：将色谱分离得到的木糖液过阳阴离子交换树脂，去除剩余杂质离子，得到木糖精制液，经浓缩、结晶、离心得到木糖晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，袁敏，张瑞瑞，沈丽丽，徐望晖，张颖，王云，
申请(专利权)人：山东福田药业有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37