【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通过芳香酸(香草酸)催化和纤维素酶酶解，以富木聚糖型半纤维素生物质(皂荚壳)为原料生产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的方法，属于生物质精细化学品与应用领域。
技术介绍
1、香草酸是一种芳香酚酸，外观呈微黄色。它是香草醛的一种氧化形式，散发出一种令人愉快的气味。香草酸存在于各种膳食来源和药用植物中，它是由植物的次生代谢形成的，在橄榄、谷物、全谷物、水果、绿茶、果汁、啤酒和葡萄酒中都可发现它的痕迹。此外，香草酸也可由化学合成。在食品行业中，香草酸被用作各种食品的调味剂。除了作为食品调味剂，香草酸还具有优异的抗氧化、抗炎、抗癌、神经保护、抗糖尿病、心脏保护，肝脏保护功能以及良好的安全性。它在治疗神经和心血管疾病、癌症、糖尿病以及其他疾病方面的各种机制途径已经被阐明。这些机制包括通过线粒体半胱天冬酶激活上调p53表达和刺激细胞凋亡，中断肿瘤细胞中参与hif-1α激活的蛋白质表达水平，抑制参与疾病病理生理学的生物靶标等。在林产化学中，香草酸被认为是木质素缩合反应抑制剂，可用作酸催化预处理中的添加剂，提高预处理的浆料的酶促糖化率以及降低木质素的缩合度，提高木质素附产物的质量。同时，香草酸的弱酸性可以用作催化剂催化降解生物质中木聚糖型半纤维素转化为低聚木糖，其可直接在低聚木糖产品中用作功能添加剂，无需额外的分离过程。
2、低聚木糖是由2到10个通过β-(1,4)糖苷键连接的木糖组成的低聚糖。低聚木糖主要由木聚糖水解产生，而木聚糖是植物细胞壁中的半纤维素多糖的主要成分。由于木聚糖来源和生产工艺的不同，低聚木糖在木糖
3、在水热或有机酸预处理生物质过程中，木质素不能被有效去除，而是经历解聚/聚合反应，最终产生高度缩合的不可逆木质素。木质素在纤维素酶水解中会通过非生产性吸附，从而显著降低酶解效率。研究表明，缩合木质素与纤维素酶表现出更强的非生产性结合能力，即具有更高缩合度的木质素会更严重地抑制纤维素向葡萄糖的酶解转化。此外，缩合木质素具有大量的c–c键，这使其化学反应活性低，进而对通过木质素解聚生产单体芳香化合物产生负面影响。因此，在生产低聚木糖的同时抑制木质素缩合对于实现木质纤维素生物质的高效和充分利用是非常重要的。香草酸可以消除木质素解聚产生的活性碳正离子，从而阻止木质素碎片的缩和反应。聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(pbat)因其卓越的机械性能和可加工性，被认为是传统不可降解聚合物的优良替代品。在实际应用中经常将其与填料或其他聚合物如聚乳酸、淀粉和木质素混合，以降低成本或提高机械性能。将一定比例的通过香草酸预处理得到的低缩合木质素与pbat熔融共混并热压，可得到机械性能优异的pbat/木质素复合膜。
4、皂荚为豆科皂荚属植物，在中国分布广泛。皂荚树因其耐旱、保水、耐热、耐寒以及抗污染等特性而具有生态意义，在林地保护、水土保持和道路绿化项目中得到广泛应用。皂荚种子中含有丰富的半乳甘露聚糖，其具有良好的保水性、增稠性、胶凝性、乳化性和成膜性。皂荚刺是我国传统的中药材，具有消肿排脓、祛风杀虫、开闭以及利气散结等功效。皂荚壳是一种木质纤维素生物质，主要由皂素、纤维素、半纤维素、木质素和少量其他物质组成。皂素是一种天然的表面活性剂，对人体无害，具有很强的表面活性，被广泛用于洗涤剂和日化品的生产。提取皂素后的皂荚壳常常被丢弃而造成环境污染和资源浪费。皂荚壳中含有20-30％的木聚糖，是制备低聚木糖的理想原料。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是利用香草酸可作为酸性催化剂、木质素碳正离子清除剂及其多种生物活性，以皂荚壳为原料，经水热浴预浸、香草酸催化和纤维素酶解糖化，高效生产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素，实现生物质资源的绿色转化和高值化利用。
2、本专利技术以香草酸为催化剂，采用水热预浸，香草酸催化和纤维素酶解处理生物质原料，高效生产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素。香草酸在低聚糖产品中可用作功能添加剂，无需分离。生物质纤维素、半纤维素和木质素三大组分的清洁分离与转化仅通过酸催化和纤维素酶酶解操作即可实现，生产工艺过程安全高效。所述的一种低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的生产方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
3、1)皂荚壳粉：皂荚壳经过干法粉碎，筛分过40目筛，水分<10％。
4、2)皂荚壳的热水浸提：将皂荚壳粉与去离子水以一定比例混合进行加热浸提，反应结束后，过滤分离为皂荚皂素水提液和固体滤渣，皂荚皂素水提液经喷雾干燥即得皂荚粗皂素，其固体残渣经真空干燥，粉碎过40目筛即得水提皂荚壳粉。
5、3)香草酸催化低聚木糖生产：在水提皂荚壳粉中加入一定质量的香草酸，然后以一定比例与去离子水混合，在180℃温度下反应15min。反应结束后冷却，过滤，真空浓缩，喷雾干燥即得低聚木糖产品。
6、4)酸催化底物酶解：以固体残渣为酶解底物，酶解底物浓度为10％，纤维素酶用量为18fpu/g纤维素，酶解温度为50℃，酶解体系为ph＝4.8的醋酸盐缓冲液，酶解时间为72h。酶解完成后过滤，真空浓缩，喷雾干燥即可得葡萄糖。酶解残渣即为低缩合木质素。
7、5)pbat/木质素复合膜制备：使用微型双螺杆挤出机将质量比为3：7的低缩合木质素和pbat进行混合。共混温度为140℃、辊速为30hz，持续时间为30min。将共混均匀的复合材料使用热压机进行压膜，热压温度、压力和时间分别为140℃、5mpa和10min。
8、所述的一种共产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的方法，其特征在于所述步骤2)中的皂荚壳:去离子水＝1:10(w/v)，在90℃下浸提120～150min。
9、所述的一种共产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的方法，其特征在于所述步骤3)中香草酸相对于皂荚壳粉质量浓度为8％。
10、所述的一种共产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的方法，其特征在于所述步骤3)中中原料:去离子水＝1:10(w/v)。
11、所述的一种共产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的方法，其特征在于所述步骤3)中，在180℃，添加8％香草酸下反应15min。
12、本专利技术提供的共产低聚木糖、葡萄糖和低缩合木质素的方法的优点如下：
13、1.本专利技术采用的原料皂荚壳中半纤维素主要由木聚糖组成，是生产低聚木糖的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.本专利技术以香草酸为催化剂，采用水热预浸，香草酸催化和纤维素酶解处理原料，从皂荚壳中高效生产低聚木糖，葡萄糖和低缩合木质素。香草酸在低聚木糖产品中可用作功能添加剂，无需额外的步骤将其分离。低缩合木质素提高了残余渣中纤维素的酶解转化效率，所得低缩合木质素β-O-4键含量高、分子量低、羟基含量高、化学反应活性强，是生产PBAT/木质素复合膜的优良原料。所述的一种低聚木糖，葡萄糖和低缩合木质素高效制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤2)中的皂荚壳:去离子水＝1:10(w/v)，在90℃下浸提120-150min。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤3)中的香草酸添加量为8％(w/w)。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤3)中原料:去离子水溶液＝1:10(w/v)，在180℃下反应15min。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤4)固体残渣:醋酸盐缓冲液＝1:10(w/v)。
【技术特征摘要】
1.本发明以香草酸为催化剂，采用水热预浸，香草酸催化和纤维素酶解处理原料，从皂荚壳中高效生产低聚木糖，葡萄糖和低缩合木质素。香草酸在低聚木糖产品中可用作功能添加剂，无需额外的步骤将其分离。低缩合木质素提高了残余渣中纤维素的酶解转化效率，所得低缩合木质素β-o-4键含量高、分子量低、羟基含量高、化学反应活性强，是生产pbat/木质素复合膜的优良原料。所述的一种低聚木糖，葡萄糖和低缩合木质素高效制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建新，程习闯，陈殿松，马铃，杜娟，朱莉伟，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。