一种利用电子束辐照协同甲酸制备低聚木糖的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备低聚木糖的方法，包括：对含有木聚糖的植物原料进行电子束辐照预处理，粉碎后得到样品；将所述样品与甲酸溶液混合，反应完成后进行分离，得到第一溶液；将所述第一溶液蒸发浓缩，从而去除甲酸并得到残留固体；将所述残留固体与水混合形成悬浮液，经分离得到第二溶液；以及将所述第二溶液通过离子交换树脂脱酸。本发明专利技术方法采用电子束辐照预处理和甲酸水解相结合的手段，能够高效制备低聚木糖，且绿色环保。且绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电子束辐照协同甲酸制备低聚木糖的方法


[0001]本专利技术涉及生物化工领域，具体涉及一种利用电子束辐照协同甲酸制备低聚木糖的方法。

技术介绍

[0002]低聚木糖属于木聚糖的组分，是一种功能性低聚糖，因其独特的理化性质和生理功能被广泛地运用在农业、食品、医药及保健品等领域。通常，富含木聚糖的植物原料如麦秆、稻草秸秆和芦苇等可以通过不同方法来制备低聚木糖。目前，常见的制备低聚木糖的方法主要包括高温自水解法、蒸汽爆破法、酸碱法和酶水解法等。
[0003]传统的高温自水解法和蒸汽爆破法容易将木质纤维素中的聚合糖直接水解成单糖，生产效率不理想，而且需高温高压，能耗大，不利于操作。传统的酸碱法虽方法简便，效率高，但需要大量的酸碱中和，容易造成环境污染，对设备要求较高。酶水解法反应时间较长，效率较低，难在实际生产中进行大批量生产。
[0004]因此，开发一种绿色、高效制备低聚木糖的方法对生态环境和经济可持续发展都有着重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提供一种制备低聚木糖的方法，该方法采用电子束辐照预处理和甲酸水解相结合的手段，能够高效制备低聚木糖，且绿色环保。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0007]一种制备低聚木糖的方法，包括：
[0008]对含有木聚糖的植物原料进行电子束辐照预处理，粉碎后得到样品；
[0009]将所述样品与甲酸溶液混合，反应完成后进行分离，得到第一溶液；
>[0010]将所述第一溶液蒸发浓缩，从而去除甲酸并得到残留固体；
[0011]将所述残留固体与水混合形成悬浮液，经分离得到第二溶液；以及
[0012]将所述第二溶液通过离子交换树脂脱酸。
[0013]优选地，含有木聚糖的植物原料可为南荻、麦秆、稻草秸秆或芦苇等。本专利技术优选使用南荻作为植物原料。南荻是一种优质的纤维生物质资源，在洞庭湖生产面积达20000hm2，年产量超过100万吨。南荻的半纤维素含量在20％左右，以南荻为原料制备低聚木糖可为南荻深加工开辟一条新途径，也有利于实现南荻木质纤维素的生物炼制。
[0014]优选地，在电子束辐照之前，将含有木聚糖的植物原料自然晾干。自然晾干后植物原料的含水量优选为9％
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13％。水分含量过高，增加辐照成本，水分含量更低，所需晾晒时间更长。
[0015]优选地，电子束辐照的强度为150
‑
500kGy，优选300
‑
500kGy，更优选400
‑
500kGy。电子束辐照的强度的强度过小，对纤维素结晶破坏力不够，会增加后续甲酸浓度和用量，影响低聚木糖收率；辐照强度超过500kGy，会大幅度增加辐照成本，破坏力增强会使原料木聚
糖成分直接被分解成单糖或糠醛等有害物质，使低聚木糖收率急剧下降。
[0016]本专利技术采用电子束辐照预处理，有利于破坏植物原料中木质纤维素的高结晶结构，使其组分结构松散，更容易被破坏，从而有助于提高原料的反应度。本专利技术方法直接采用植物本体作为原料，无需将植物本体加工成木质纤维素，简化了低聚木糖的制备工艺流程，降低了生产成本。
[0017]优选地，将南荻原料粉碎后，过筛得到样品，筛目可为20
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60目，优选30
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50目。
[0018]本专利技术中，甲酸可以将木聚糖水解成可溶性低聚木糖。甲酸溶液可为甲酸水溶液。优选地，甲酸溶液的浓度为60％
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95％，优选68％
‑
88％。甲酸溶液的浓度过低，不利于低聚木糖的制备；其浓度过高，会导致生产成本增加，也会使木聚糖直接被分解成单糖。在本专利技术中，甲酸溶液的浓度是指溶液中甲酸的质量与溶剂的质量之比。
[0019]优选地，样品与甲酸溶液的质量体积比为1:10至1:20，优选1:10至1:12。甲酸溶液质量比过低，不利于搅拌和充分反应；甲酸溶液过高，增加经济成本。
[0020]样品与甲酸的反应可在水浴加热下进行。优选地，反应温度为60
‑
100℃，优选70
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90℃，更优选70
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80℃；反应时间为1
‑
5h，优选2
‑
3h。该反应优选在搅拌下进行，搅拌速度可为250
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300r/min，优选250
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270r/min。
[0021]在一些实施方案中，甲酸溶液的浓度为68％
‑
88％，反应温度为70
‑
90℃，反应时间为2
‑
3h。
[0022]反应完成后，可通过过滤、抽滤或离心等方式进行固液分离。在一些实施方案中，通过抽滤进行分离，所得第一溶液的主要成分为甲酸、低聚木糖和木质素，滤渣的主要成分为纤维素。
[0023]将所述第一溶液蒸发浓缩，直至无明显液体，此时绝大部分甲酸被去除。蒸发浓缩时的温度可为80
‑
100℃。通过蒸发，超过97％的甲酸可被回收再利用，对生态环境和经济可持续发展有重要意义。
[0024]将所得残留固体与水混合后，可进行轻微超声震荡直至残留固体消失，形成悬浮液，其中低聚木糖等可溶性成分溶解在水中，而木质素不溶于水。之后，可通过过滤、抽滤、离心或其结合进行固液分离。在一些实施方案中，通过抽滤和离心的结合进行分离，所得第二溶液的主要成分为低聚木糖。抽滤和离心相结合能够更有效地将木质素与可溶性糖分离。
[0025]优选地，本专利技术的离子交换树脂为阴离子交换树脂，树脂用量可为30
‑
50g/L。
[0026]优选地，在脱酸之后，可对收集到的洗脱液适当地进行浓缩。浓缩后，还可进行冻干，从而得到低聚木糖粉末，便于储存和运输。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术方法采用电子束辐照预处理和甲酸水解相结合的手段，能够高效制备低聚木糖，且绿色环保。其中，电子束辐照预处理能够破坏植物原料中木质纤维素的高结晶结构，使其组分结构松散，更容易被破坏，从而有助于提高植物原料的反应度。采用甲酸水解时，通过控制反应温度、反应时间和搅拌速度，可以将植物原料中的木聚糖最大程度地水解成低聚木糖，降低水解后其他低聚糖的含量，并且还可得到另外两种产品，即纤维素和木质素，这对实现植物原料(如南荻)的全组分高值化利用具有重要意义。
[0029]具体地，与传统酸碱法相比，本专利技术方法无需酸碱中和步骤，对设备要求不高，安
全系数更大，且绿色环保；与高温自水解法和蒸汽爆破法相比，本专利技术方法可以在很大程度上节约能耗，反应条件更加温和，操作简单；与酶解法相比，本专利技术方法的反应速率更快，收率更高，可用于批量生产。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本专利技术所述的技术方案做进一步说明，但本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备低聚木糖的方法，其特征在于，包括：对含有木聚糖的植物原料进行电子束辐照预处理，粉碎后得到样品；将所述样品与甲酸溶液混合，反应完成后进行分离，得到第一溶液；将所述第一溶液蒸发浓缩，从而去除甲酸并得到残留固体；将所述残留固体与水混合形成悬浮液，经分离得到第二溶液；以及将所述第二溶液通过离子交换树脂脱酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电子束辐照的强度为150
‑
500kGy。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电子束辐照的强度为300
‑
500kGy。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，甲酸溶液的浓度为60％
‑
95％。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，样品与甲酸溶液的质量体积比为1:10至1:20。6.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏小军，
申请(专利权)人：湖南农业大学，
类型：发明
国别省市：