半纤维素浓酸预处理常压水解技术

摘要

本发明涉及半纤维素水解技术领域,具体的说是一种对半纤维素通过浓酸预处理进行常压水解的技术,它包括半纤维素基质粉碎、酸预处理、蒸汽常压水解,其特征是在酸处理时,所用的酸是浓度为8%～20%的浓酸,酸与半纤维素基质之比为10∶1～20∶1,浸润时间为10～18小时,浸润温度为15～35℃,单位为质量比。本发明同以往的水解方法相比具有以下优点:水解液中还原糖的浓度大大提高;水解液的透光率大大提高;减少蒸汽用量;降低脱色剂的用量。

说明书

本发明涉及半纤维素水解技术领域，具体的说是一种对半纤维素通过浓酸预处理进行常压水解的技术(简称浓酸常压水解)，它是一种与以往的稀酸加压法及稀酸常压法不同的水解技术。

半纤维素的水解是生产木糖醇关键的一步，在我国和世界其它地方广为使用，在生产上半纤维素的水解有三种方法。一是稀酸常压水解，即在酸浓度1.5％～2.0％，温度100～105℃(生产上水解罐的实际温度可达106～110℃)的条件下水解，这样得到的水解液，还原糖得率为35％～36％，透光度为20％左右，还原糖浓度为5.4％～5.7％，排液比5～6，水解时间2～3hr，每千克玉米芯消耗0.17千克浓硫酸(以100％浓度计)。二是低酸加压水解，即在酸浓度0.5％～0.7％，温度120～125℃的条件下水解，这样得到的水解液，还原糖得率为32％～33％，透光度为10％左右，水解时间4～5hr，每千克玉米芯消耗0.058千克浓硫酸(以100％浓度计)。第三种方法是在前两种方法的基础上进行的，即装料后，在水解过程中，连续不断地通入酸液，并排出水解液，水解时间为4hr，水解还原糖得率为33％，水解液还原糖浓度为5.21％。开始排出的水解液，分成两部分，前半部分送下一工序，后半部分回用，以提高水解液中糖的总浓度。以上三种水解方法均在生产中采用，在以前的研究中也经常报道。但是这三种方法有一个共同的缺点，即水解液还原糖浓度低，不超过6％；色泽较深，透光度一般不超过20％，给脱色造成困难。此外，由于高压使木糖易分解，致使木糖得率低。

本发明的目的在于寻求一种半纤维素浓酸预处理常压水解技术，以提高木糖的得率，并使其色泽较浅。

为实现上述目的本发明采取的措施为半纤维素基质粉碎、酸预处理、蒸汽常压水解，其特征是在酸处理时，所用的酸是浓度为8％～20％的浓酸，酸与半纤维素基质之比为10∶1～20∶1，浸润时间为10～18小时，浸润温度为15～35℃，单位为质量比。

在蒸汽常压水解时，水解的温度控制在90～100℃，水解时间为1.5～5.5小时。

在三级萃取时，三级萃取的温度为30～80℃，流加比为0.06～0.10毫升/克.分钟，其过程为：

1#水解罐：经水解的原料已经过两次萃取，第三次用水萃取，萃取液送2#水解罐；

2#水解罐：经水解的原料已经过一次萃取，第二次用1#水解罐的萃取液萃取，所得萃取液送3#水解罐；

3#水解罐：经水解的原料未经过萃取，第一次用2#水解罐的萃取液萃取，所得萃取液为最终半纤维素水解液。

在进行半纤维素基质粉碎时，半纤维素基质的粉碎粒度在0.5～2.5毫米之间。将半纤维素基质粉碎的目的是为了使半纤维素充分暴露，加大与酸的接触面积。

本发明所用的浓酸可以是硫酸，预处理时将8％～20％的硫酸在粉碎后的半纤维素基质上喷洒混合均匀，使之浸润半纤维素基质，浸润时间为10～18小时，浸润温度为15～35℃，硫酸用量为10∶1～20∶1(半纤维素基质∶100％硫酸)。也可以采用盐酸。

本发明所涉及的百分数和比例除透光度外，均为质量比。

本发明同前述三种水解方法相比具有以下优点：

1、由于采用浓酸来对半纤维素基质进行预处理，使水解液中还原糖的浓度大大提高；

2、由于采用了常压水解，水解温度不超过100℃，因此水解液的色泽较浅，水解液的透光率提高；

3、减少蒸汽用量；

4、由于水解液的色泽浅，透光率高，从而在后处理时大大降低了脱色剂的用量。

本发明采用浓酸处理后，使玉米芯处于一种含水量较少的情况下进行酸水解，从而减少液比系数；再加上采用三级连续萃取，可以将所得水解液中还原糖的浓度提高到10％以上，是以往方法的两倍。由于水解液中还原糖的浓度大大提高，也给以后的工序带来好处，如将水解液进一步蒸发浓缩，制取糖浆时将大大减少蒸汽用量；由于水解液还原糖的浓度已经达到10％以上，甚至可以考虑直接净化加氢制取木糖醇或是直接加菌种发酵，从而减化工序。

水解液的透光率大大提高。由于本发明的水解温度不超过100℃，萃取温度也不高，这就大大减少了产生色素的各种物理和化学反应的发生，从而水解液的透光率达到40％以上，而以往方法仅为10％～20％左右。由于水解液往往需要进行脱色处理，透光率的提高可减少费用昂贵的脱色剂的用量，大大节约成本。

下面对本发明进行实施例的描述，实施例如下；

实施例1：

半纤维素基质(玉米芯)粉碎度1cm和20％的硫酸按20∶1的比例混合，浸润15小时，通入蒸汽在100℃下水解1.5小时，在80℃，0.075ml/g.min条件下三级萃取，还原糖浓度14.75％，透光度41.79％。

实施例2：

半纤维素基质(玉米芯)粉碎度0.5cm和10％的硫酸按12∶1的比例混合，浸润12小时，通入蒸汽在100℃下水解2.5小时，在50℃，0.075ml/g.min条件下三级萃取，还原糖浓度14.99％，透光度48.67％。

实施例3：

半纤维素基质(玉米芯)粉碎度2.5cm和15％的硫酸按20∶1的比例混合，浸润17小时，通入蒸汽在97℃下水解3小时，在70℃，0.09ml/g.min条件下三级萃取，还原糖浓度13.37％，透光度43.67％。

实施例4：

半纤维素基质(玉米芯)粉碎度1.5cm和12.5％的硫酸按15∶1的比例混合，浸润12小时，通入蒸汽在100℃下水解4小时，在30℃，0.06ml/g.min条件下三级萃取，还原糖浓度14.25％，透光度46.14％。

实施例5：

半纤维素基质(玉米芯)粉碎度1.5cm和8％的硫酸按10∶1的比例混合，浸润10小时，通入蒸汽在95℃下水解5.5小时，在60℃，0.10ml/g.min条件下三级萃取，还原糖浓度13.66％，透光度49.78％。

实施例6：

半纤维素基质(玉米芯)粉碎度1cm和12％的硫酸按12∶1的比例混合，浸润18小时，通入蒸汽在90℃下水解4小时，在30℃，0.07ml/g.min条件下三级萃取，还原糖浓度14.37％，透光度44.32％。