一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，包括通过中间管道相连通的预混罐、碱处理罐、酸解罐、酶解罐、中和罐、脱色罐、脱色后罐、离子交换装置、离交后罐、蒸发器、结晶罐以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门，还设置第一离心机、第二离心机和第三离心机。所述系统还配套有浓碱罐、浓酸罐依次连接碱处理罐和酸解罐，脱色罐连接有配炭罐用以溶解活性炭。本发明专利技术还公开一种使用该系统进行利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法。本发明专利技术稀碱和稀酸处理均是一步到位，不需要多级处理，简化工序，具有工艺简单，节约成本等特点。节约成本等特点。节约成本等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法


[0001]本专利技术属于糖醇制备
，特别涉及一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法。

技术介绍

[0002]目前在食品、化工等领域利用农业废弃物中的半纤维素提取木糖和可发酵糖的工艺主要是以硫酸直接处理农业废弃物，水解其中的半纤维素组分来得到木糖，然后水解其中纤维素组分得到可发酵的葡萄糖液。如公开号CN112661975A的专利以硫酸来处理竹材碎料，然后从水解液中分离出木糖。然而直接以硫酸来处理农业废弃物，为尽可能水解半纤维素为木糖，往往加入比较高浓度的硫酸，这一方面会使部分木糖转化为糠醛等其他物质，另一方面会引入更多纤维素和木质素及植物细胞壁中的胶体等杂质，为后续木糖的分离提取工艺增加困难及成本。如公告号CN102584907B的专利以玉米秸秆为原料生产木糖和阿拉伯糖的方法，采用四次离子交换。除了直接以硫酸水解外，还有借助一些其他辅助方法来处理农业废弃物，如公告号CN104498640B的专利，先采用稀酸浸泡2～10小时，随后进行汽爆水解处理，得到木糖水解液。然而采用汽爆处理，一般需要高温高压，能量消耗大，成本较高。公告号CN104498640B的专利中也有提及用碱
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酸联合处理玉米芯来提取半纤维素的方法，其所用的碱溶液浓度为0.8％～5％(质量分数)，半纤维素的一次提取率最高为52％。
[0003]现有技术直接以硫酸处理农业废弃物，由于所用硫酸浓度较高，一方面会使部分木糖转化为糠醛等其他物质，降低木糖产率，另一方面会引入木质素及植物细胞壁中的胶体等杂质，不利于后续木糖的分离提取及利用。另外，借助汽爆等方法来辅助处理，需要高温高压，能量消耗大，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法，尽可能地在低成本的工艺处理下最大化地从玉米秸秆中提取木糖及葡萄糖。
[0005]本专利技术是这样实现的，提供利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，包括通过中间管道相连通的用于秸秆粉末与水预混的预混罐、用于稀碱处理秸秆粉末的碱处理罐、用于碱处理后秸秆残渣酸水解的酸解罐、用于酸处理后酸解残渣酶解的酶解罐、用于水解液中和反应的中和罐、用于中和后水解液脱色的脱色罐、用于储存脱色液的脱色后罐、用于脱色液离子交换除杂的离子交换装置、用于暂存离交液的离交后罐、用于离子交换液浓缩的蒸发器、用于浓缩液结晶的结晶罐以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门，在所述碱处理罐和酸解罐之间、酸解罐与中和罐之间的中间管道上分别设置第一离心机和第二离心机用于进行水解液的固液分离，在脱色罐与脱色后罐之间的中间管道上设置有板框压滤机用于除去脱色液中的活性炭杂质，在结晶罐之后的中间管道上设置有第三离心机用于结晶罐结晶后的晶体糖与母液的分离，进而得到晶体木糖；所述系统还配套有浓
碱罐、浓酸罐依次连接碱处理罐和酸解罐，脱色罐连接有配炭罐用以溶解活性炭。
[0006]进一步地，所述离子交换装置包括单联的阴离子交换柱和阳离子交换柱。
[0007]进一步地，所述阴离子交换柱使用的树脂型号为D301
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FD，阳离子交换柱使用的树脂型号为D001
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F。
[0008]本专利技术是这样实现的，提供一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其使用了如前所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤一、将玉米秸秆用粉碎机处理成粉状，然后干燥后得到绝干粉状玉米秸秆，粉状颗粒的尺寸在60目～300目。
[0010]步骤二、将绝干粉状玉米秸秆与工艺水按一定比例混合后，并用30％浓碱液调节体系中NaOH浓度为0.1％～0.4％，在85℃～125℃温度下，碱处理1.2h～2.0h；然后经离心分离得到秸秆残渣和离心清液，离心清液进入木质素提取工序。
[0011]步骤三、将秸秆残渣与1.0％～2.5％的稀H2SO4按一定比例混合，在130℃～160℃下酸解30min～50min，然后进行离心分离得到水解液和酸解残渣，酸解残渣经过纤维素酶的酶解处理后得到可用于发酵的葡萄糖液。
[0012]步骤四、用碱性物质调节水解液至pH值为3.0～5.0后，依次采取脱色、离交、浓缩、结晶处理后得到晶体木糖。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法，避免直接以硫酸来水解玉米秸秆，采用稀碱
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稀酸联合处理玉米秸秆，即通过碱预处理先去除玉米秸秆中易水解的木质素及植物细胞壁中的胶体等杂质，同时使玉米秸秆半纤维素中的木糖单元成分基本保留，然后进行稀酸水解，将玉米秸秆半纤维素中的半纤维素水解成木糖，转化率达75.78％，同时得到比较澄清、杂质较少、易于分离出木糖的水解液和纤维素组分高的酸解残渣，水解液的电导率仅有2522μs/cm，酸解残渣经过纤维素酶解后，得到了葡萄糖浓度＞146g/L的葡萄糖液，可用于发酵制备纤维素乙醇等高附加值产品。
[0014]在水解液后续精制提取木糖工艺中，只采用一次离交，离交时水解液与阴阳树脂的体积比均约为20:1。比公告号CN102584907B的专利以玉米秸秆为原料生产木糖和阿拉伯糖的方法中采用的四组阴阳离子交换树脂净化相比，节约后续分离提纯木糖产品的时间和成本，并且不会增加精制工序中木糖的损失。
[0015]稀碱和稀酸处理均是一步到位，不需要多级处理，简化工序，且所用的稀碱浓度仅为0.25wt％，稀硫酸浓度为2％，比公告号CN104498640B的专利中用碱
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酸来联合处理玉米芯来提取半纤维素的方法中(所用的碱溶液浓度为0.8wt％～5wt％，半纤维素的一次提取率最高为52％)的碱溶液浓度更低，且半纤维素的一次提取率高出23.78％。本专利技术还具有工艺简单，节约成本等特点。
附图说明
[0016]图1为本专利技术利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统的原理示意图；
[0017]图2为本专利技术利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统和方法的工艺流程示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例4的酶解葡萄糖浓度与酶解时间的对应曲线。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0020]请参照图1所示，本专利技术稀碱
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稀酸联合处理玉米秸秆提取木糖的系统的较佳实施例，图中箭头所示为系统中物料(如玉米秸秆粉末、工艺水、料液、Ca(OH)2、浓酸液、浓碱液、活性炭、废炭、水解液、酸解残渣等)的流动方向。
[0021]所述系统包括通过中间管道相连通的用于秸秆粉末与水预混的预混罐1、用于稀碱处理秸秆粉末的碱处理罐2、用于碱处理后秸秆残渣酸水解的酸解罐3、用于酸处理后酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，其特征在于，包括通过中间管道相连通的用于秸秆粉末与水预混的预混罐、用于稀碱处理秸秆粉末的碱处理罐、用于碱处理后秸秆残渣酸水解的酸解罐、用于酸处理后酸解残渣酶解的酶解罐、用于水解液中和反应的中和罐、用于中和后水解液脱色的脱色罐、用于储存脱色液的脱色后罐、用于脱色液离子交换除杂的离子交换装置、用于暂存离交液的离交后罐、用于离子交换液浓缩的蒸发器、用于浓缩液结晶的结晶罐以及设置在各中间管道上的多个输料泵和多个阀门，在所述碱处理罐和酸解罐之间、酸解罐与中和罐之间的中间管道上分别设置第一离心机和第二离心机用于进行水解液的固液分离，在脱色罐与脱色后罐之间的中间管道上设置有板框压滤机用于除去脱色液中的活性炭杂质，在结晶罐之后的中间管道上设置有第三离心机用于结晶罐结晶后的晶体糖与母液的分离，进而得到晶体木糖；所述系统还配套有浓碱罐、浓酸罐依次连接碱处理罐和酸解罐，脱色罐连接有配炭罐用以溶解活性炭。2.如权利要求1所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，其特征在于，所述离子交换装置包括单联的阴离子交换柱和阳离子交换柱。3.如权利要求2所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，其特征在于，所述阴离子交换柱使用的树脂型号为D301
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FD，阳离子交换柱使用的树脂型号为D001
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F。4.一种利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的方法，其特征在于，其使用了如权利要求1或2或3所述的利用玉米秸秆制备精制木糖及可发酵糖的系统，所述方法包括如下步骤：步骤一、将玉米秸秆用粉碎机处理成粉状，然后干燥后得到绝干粉状玉米秸秆，粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勉，严良聪，胡昌辉，杨铭乾，罗家星，杨武龙，甄妮，曾方明，
申请(专利权)人：浙江华康药业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：