一种半纤维素粉连续液化耦合酶法生产低聚木糖的方法

摘要

本发明涉及利用自然资源制糖工业技术领域，具体公开了一种半纤维素粉连续液化耦合酶法生产低聚木糖的方法，包括以下步骤：调浆→连续液化→渣液分离→一次酶解→一次脱色→一次离交→一次浓缩→二次酶解→二次脱色→二次离交→二次浓缩；该方法减少了能源消耗，并降低了废弃物的排放，减少对环境的污染，具有较大的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及利用自然资源制糖工业技术领域，尤其是涉及一种半纤维素粉连续液化耦合酶法生产低聚木糖的方法。

背景技术

低聚木糖又称木寡糖，是由2-7个木糖分子以β-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖。低聚木糖的制备方法通常有以下几种：1、酶法直接处理天然的、含木聚糖的木质纤维材料；2、先用化学方法从木质纤维材料中分离度到木聚糖，再进一步用酶水解木聚糖的到低聚木糖；3、直接通过蒸汽、水或稀的无机酸来水解木聚糖，生成低聚木糖。

目前行业内生产低聚木糖的原料是玉米芯粉或稻壳等农作废弃物。农作废弃物的收购容易受到季节、地域的限制和影响，对于工业化生产有诸多不便因素。而本项目采用的原料为半纤维素粉，木聚糖含量在90％以上，且灰分低于3.5％，其有效成分高，杂质含量较小，是目前生产低聚木糖得率最高、纯度最高、来源稳定、且不受收购半径限制、不受季节影响的最佳生产原料。

目前行业内生产低聚木糖的生产工艺是玉米芯粉经过醋酸预处理，然后进行间歇高压蒸煮，随后进行酶解获得低聚木糖。然而现有的生产工艺存在以下问题：玉米芯粉中含有杂质多，糖化后的料液透光率低(＜2％)，电导率高(＞6000μs/cm)，低聚木糖的纯度不高(＜75％)，导致酸碱消耗高，污水排放量大，间歇蒸煮余热不好回收，蒸汽消耗高。如果原料采用半纤维素粉，先是加酸和水搅拌混合成悬浮液，然后用泵输入连续蒸煮设备，通过闪蒸降温后再进行酶解，糖化后的料液透光率＞10％，电导率低＜3000μs/cm，低聚木糖的纯度＞80％，产品质量提升，污水量大幅度减少，连续液化的余热方便回收，能源消耗降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种半纤维素粉连续液化耦合酶法生产低聚木糖的方法，减少了能源消耗，并降低了废弃物的排放，减少对环境的污染，具有较大的经济效益和社会效益。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种半纤维素粉连续液化耦合酶法生产低聚木糖的方法，包括以下步骤：

1)调浆，将质量比例为1:10的半纤维素与0.2％醋酸水溶液置入调浆罐，升温至70-80℃后，搅拌混合均匀，形成半纤维素粉悬浮液；

2)连续蒸煮，将步骤1得到的半纤维素粉悬浮液输送至液化喷射器，保证液化喷射器的蒸汽压在0.8-1.0MPa，保持物料温度在180-200℃，喷射器后连接汽液分离器；

3)渣液分离，将步骤2处理过的原料送入板框进行渣液分离；

4)一次酶解，将步骤3分离得到的液体输入酶解罐，加入木聚糖酶，进行糖化酶解；

5)一次脱色，将步骤4酶解处理后的物料过滤，在滤液中加入粉末装活性炭脱色处理，得到透光率＞20％的料液；

6)一次离交，将步骤5得到的料液进行离子交换，离交后的电导率＜500μs/cm，PH值3-5，透光率＞90％；离交柱失效后用浓度为3-4％盐酸、液碱中再生，最后用纯水淋洗；

7)一次浓缩，将步骤6得到的料液经过膜过滤浓缩后，输入闪蒸罐进行加热浓缩，使得出料的浓度保持在30％-32％；

8)二次酶解，将步骤7得到的料液输入酶解罐，加入木聚糖酶进行酶解；

9)二次脱色，将步骤8得到的料液中加入粉末装活性炭脱色处理，得到透光率＞30％的料液；

10)二次离交，将步骤9得到的料液进行离子交换，离交后的电导率＜500μs/cm，PH值3-5，透光率＞90％；然后放入浓度为3-4％盐酸、液碱中再生，最后用纯水淋洗；

11)二次浓缩，将步骤10得到的料液经过超滤进行浓缩，得到浓度为70％-75％的木糖溶液成品。

进一步的，步骤3中的汽液分离器设置余热回收，将得到的蒸汽用于步骤7中的闪蒸罐进行物料加热浓缩。

进一步的，步骤4中木聚糖酶与物料的配比为每吨干物添加3-5kg的木聚糖酶。

进一步的，步骤4中酶解的条件为温度48-50℃，酶解时间16h。

进一步的，步骤4中，酶解后的溶液升温至80℃以上灭酶，保温半小时后进入下一步处理。

进一步的，步骤8中木聚糖酶与物料的配比为每吨干物添加3-5kg的木聚糖酶，酶解时温度控制在48-50℃，酶解8-10h后升温至80℃以上灭酶。

本发明的有益效果是：

本发明首先拓展低聚木糖的原料来源，验证半纤维素生产低聚木糖工艺的有效性；第二，解决蒸煮的废热利用问题；现有技术中间歇蒸煮的后的废热没有利用价值，只能直接排放处理，本技术连续液化的废热用于一次离交的物料浓缩，降低了能源的消耗，减少能源消耗对周围环境的污染，产生了巨大的经济效益和社会效益；第三、提高低聚木糖糖液质量；原料为玉米芯粉生产低聚木糖的含量只能达到70％左右，而采用半纤维素生产，低聚木糖糖浆的含量可以达到80％以上；第四、减少酸碱消耗和污水排放。由于现有技术的原料玉米芯粉中含有大量杂物，酶解后的糖浆色素、离子较多，而半纤维粉中所含杂物较少，酶解后的糖液质量较好，可以减少酸碱消耗和污水排放约30％左右。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种半纤维素粉连续蒸煮耦合酶法生产低聚木糖的方法，包括以下步骤：

1)调浆，先在全容积为2m

2)连续液化，启动一次喷射泵(启动一次喷射泵之前要确认从调浆罐到糖化罐的管路阀门全部打开)，把步骤1得到的半纤维素粉悬浮液输送至液化喷射器，同时打开液化喷射器的蒸汽阀门，对物料进行蒸汽加热，保证液化喷射器的蒸汽压在0.8-1.0MPa，保持物料温度在180-200℃左右，然后喷射到汽液分离器。

3)渣液分离，将步骤2处理过的原料送入气液分离器进行分离，并在汽液分离器设置余热回收，将得到的蒸汽用于步骤7中的闪蒸罐，用于一次离交后的废热蒸发器进行物料浓缩。汽液分离的物料进入板框进行渣液分离，滤液打到糖化罐。

4)一次酶解，将步骤3分离得到的液体输入全容积为2m

5)一次脱色，将步骤4酶解结束后检测酶解罐内糖液的低聚木糖含量，确认低聚木糖纯度，然后升温至80℃以上灭酶。保持灭酶温度半小时以上，然后把物料输送至板框过滤，滤液中加粉末活性炭，进行脱色脱处理，透光率＞20％。

6)一次离交，将步骤5得到的料液进行离子交换，离交柱内的阳树脂为001*7,阴树脂为D301；料液中的金属阳离子和树脂中的氢离子置换，酸根离子和氢氧根离子置换，离交后的电导率＜500μs/cm，PH值3-5，透光率＞90％；离交失效后，阳柱放入浓度为3-4％的盐酸再生，阴柱放入浓度为3-4％的液碱进行再生，最后用纯水淋洗。

7)一次浓缩，将步骤6离交后的糖液先经过膜浓缩，然后再经过废热蒸发器(利用连续蒸煮闪蒸的二次蒸汽加热)进行浓缩，出料浓度在20-25％。

8)二次酶解，将步骤7浓缩的后物料进二次酶解罐(2m

9)二次脱色，将步骤8得到的料液加粉末活性炭脱色，使得料液脱色过滤后的透光率＞30％。

10)二次离交，将步骤9二次脱色后的物料再进行二次离交，离交后的电导率＜20μs/cm，PH值4-7，透光率＞90％，进料流量控制在树脂体积的2倍流量；交换结束后先用水顶至折光＜1％，然后进行再生，阳柱用盐酸，阴柱用液碱，浸泡3h后排出废酸碱，接着用纯水淋洗，阳柱的淋洗终点是PH值3-3.5，阴柱淋洗的PH值终点是9.5-10，淋洗完成后备用；再生用盐酸、液碱，浓度为3-4％，淋洗纯水的的电导率＜50μs/cm。

11)二次浓缩，将步骤10离交后的糖液再经过超滤，浓液回到二次脱色罐，透过液进二次浓缩，出料浓度在70-75％，浓缩后的物料再进行成品灌装。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。