专利名称：一种利用负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法
技术领域：
本发明涉及化工、轻工和食品领域。
背景技术：
葡萄糖是人体最易吸收的一种单糖，可直接供给热能，补充营养，提高全身细胞功能，促进新陈代谢，并具有利尿和解毒作用，其衍生 物对人体也具有极其重要的作用。葡萄糖的用途很广泛，特别是结晶葡萄糖，现在广泛应用在食品、医药、化学等行业。在食品加工中用在罐头、面包、糕点、果酱、果冻、低热量啤酒等生产中；医药中用来生产口服葡萄糖、注射葡萄糖液等，作为基质可以生产多类抗菌素及维生素，也可转化生产氨基酸；化工用来生产葡萄糖酸、葡萄糖醇、甘油、山梨酸、柠檬酸、苹果酸等有机酸及其衍生物。预计未来5年，中国食糖总需求将以5%的增长速度稳步增长，到2015年将达1800万吨。随着中国整体食糖市场的需求增大，结晶葡萄糖的需求将消化于蛋糕做大的过程中。葡萄糖及其衍生物日益受到重视，成为国内外研究开发和应用的热点产品，在医药、食品及其他领域日益显出其广阔的市场前景。葡萄糖及其衍生物在医药、食品及其他领域的应用，日益显出其重要性，许多新的用途正在不断拓展之中。目前，我国葡萄糖生产原料主要来源于包括玉米、马铃薯、木薯等淀粉，存在与人类争粮的弊端。木本植物原料中含有38 50%的纤维素、20 35%的半纤维素及15 25%的木质素，纤维素是葡萄糖高聚物，如果能将这些取之不尽的可再生资源得到充分有效的利用，必然具有重大的社会和经济意义。从可持续发展来看，以纤维素类生物质为原料生产葡萄糖必将是一个非常具有潜力的发展方向，它既节约粮食，又可降低生产成本，是一项集环境效益、社会效益和经济效益于一体的新型可持续环保产业，其重要意义是毋庸置疑的。基于上述原因，通过本项发明应用负压传质酸解和扩散渗析膜分离技术，以纤维素类生物质为原料高效转化成葡萄糖浆，使得纤维素资源得到更广泛、更有效的高附加值利用。
发明内容
一种利用负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于应用具有自主知识产权的负压空化的技术对纤维素类生物质进行浓酸预水解，再经过稀酸高温二次水解、经过扩散渗析膜分离得到葡萄糖浆和酸液，酸液经过负压成膜设备进行浓缩并回用。此过程采用了具有自主知识产权的扩散渗析膜分离设备和负压成膜设备进行葡萄糖和酸液的分离和浓缩，整个工艺过程具有能耗低；由于酸液循环使用，使整个工艺过程具有无污染、无废料等特点，所得产品具有高转化率、高得率的优点。为拓展制备葡萄糖原料和纤维素类生物质的高附加值利用打开了广阔前景。本发明的目的在于提供一种利用负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素制备葡萄糖浆的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下工艺I、本发明适用的原料为所有纤维素生物质原料，包括各种针叶材、阔叶材、农作物稻杆等。2、本发明首次采用负压空化技术用于纤维素类生物质的浓酸预水解，由于在预水解过程中采用负压空化技术，即通过通入的气流使原料和酸液充分接触并加速酸解反应过程，极大提高了预水解的效率。3、本发明首次采用扩散渗析膜分离技术对葡萄糖-酸溶液进行分离，由于采用多膜组和逆流进液方式实现了葡萄糖和酸快速和高效的分离。操作方便、设备简单，整个膜分离过程，除了输送葡萄糖-酸混合溶液和清水，再也没有其他额外的能量消耗，节能和低的运行成本成为本项发明专利的突出优势。4、本发明首次应用负压成膜技术用于葡萄糖浆和酸液浓缩过程，此项技术能够将糖液进行高效浓缩并降低能耗，缩短了生产时间，提高了生产效能，由于酸液循环使用，使整个工艺过程具有无污染、无废料等特点，所得产品具有高转化率、高得率的优点。
具体实施例方式下面对本发明实施作进一步详细描述应用具有自主知识产权的负压空化的方法对纤维素类生物质进行浓酸预水解，再经过稀酸高温二次水解，扩散渗析膜分离酸和葡萄糖，葡萄糖浆经自主知识产权的负压成膜设备浓缩，获得所需浓度的葡萄糖浆；同样酸液采用具有自主知识产权的负压成膜设备进行负压高效浓缩，所得酸液循环使用。下面，本发明将用实施例进行进一步的说明，但是它并不限于这些实施例的任一个或类似实例。实施例I :15kg干燥的落叶松纤维浆料室温条件下逐渐加入到60kg的72%浓硫酸中进行负压空化I. 5h，得到落叶松纤维浆料的预水解糖化液，再加入5倍体积的水，在140°C条件下油浴加热回流lh，经过过滤得到二次水解糖化液和木质素，经DNS法检测，葡萄糖转化率达到了 78%，经过硝酸乙醇的方法检测所获得剩余物中残留的纤维素，计算出落叶松纤维浆料的水解率大于90%，获得的糖化液经过扩散渗析膜分离得到酸液和葡萄糖浆，酸解液中酸液浓度为36%，酸解液与清水体积比为1: 1，室温条件下，流量为500mL/min，酸分离效率为82%/次，葡萄糖的截留率为85%，葡萄糖浆和酸液分别经负压成膜设备60°C负压条件下进行高效浓缩，获得所需葡萄糖浓度的葡萄糖浆和72%可回用的浓硫酸。实施例2:15kg干燥的白桦纤维浆料室温条件下逐渐加入到60kg的72%浓硫酸中进行负压空化lh，得到白桦纤维浆料的预水解糖化液，再加入5倍体积的水，在140°C条件下油浴加热回流lh，经过过滤得到二次水解糖化液和木质素，经DNS法检测，葡萄糖转化率达到了80%，经过硝酸乙醇的方法检测所获得剩余物中残留的纤维素，计算出白桦纤维浆料的水解率大于92%，获得的糖化液经过扩散渗析膜分离得到酸液和葡萄糖浆，酸解液中酸液浓度为36%，酸解液与清水体积比为1: 1，室温条件下，流量为500mL/min，酸分离效率为82%/次， 葡萄糖的截留率为85%，葡萄糖浆和酸液分别经负压成膜设备60°C负压条件下进行高效浓缩，获得所需葡萄糖浓度的葡萄糖浆和72%可回用的浓硫酸。实施例3:15kg干燥的秸杆纤维浆料室温条件下逐渐加入到45kg的72%浓硫酸中进行负压 空化0. 5h，得到秸杆纤维浆料的预水解糖化液，再加入5倍体积的水，在140°C条件下油浴加热回流lh，经过过滤得到二次水解糖化液和木质素，经DNS法检测，葡萄糖转化率达到了85%，经过硝酸乙醇的方法检测所获得剩余物中残留的纤维素，计算出秸杆纤维浆料的水解率大于94%，获得的糖化液经过扩散渗析膜分离得到酸液和葡萄糖浆，酸解液中酸液浓度为48%，酸解液与清水体积比为I: I，室温条件下，流量为500mL/min，酸分离效率为84%/次，葡萄糖纤维素的截留率为87%，葡萄糖浆和酸液分别经负压成膜设备60°C负压条件下进行高效浓缩，获得所需葡萄糖浓度的葡萄糖浆和72%可回用的浓硫酸。
权利要求
1.其特征在于应用具有自主知识产权的负压空化技术对纤维素类生物质进行浓酸预水解，再经过稀酸高温二次水解、扩散渗析膜分离等过程，制备出高转化率的葡萄糖浆， 自主知识产权的扩散渗析膜分离设备和负压成膜设备进行酸和葡萄糖分离及浓缩，使得酸和葡萄糖的分离效率、浓缩效率都大大提高，能耗大幅降低。
2.按照权利要求I所述的一种应用具有自主知识产权的负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于所述的预处理是采用了自主知识产权的负压空化设备在负压条件下进行的，其工艺条件如下液料比3 5:1，酸浓度为 60% 80%，温度为室温20°C，负压空化时间为O. 5 I. 5h。
3.按照权利要求I所述的一种应用具有自主知识产权的负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于所述的二次水解的过程是在常压条件下，酸浓度为12% 36%，温度为80°C 140°C，水解时间为I 4h。
4.按照权利要求I所述的一种应用具有自主知识产权的负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于所述的扩散渗析膜分离过程是采用阴极膜和逆流进液方式，在常温常压条件下，清水与酸葡萄糖溶液体积比1:1，酸浓度为< 50%，酸分离效率为80% 90%/次，葡萄糖的截留率为80% 90%。
5.按照权利要求I所述的一种应用具有自主知识产权的负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于所述的糖液采用具有自主知识产权的负压成膜设备于60°C进行负压高效浓缩，获得所需葡萄糖浓度的葡萄糖浆。
6.按照权利要求I所述的一种应用具有自主知识产权的负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于所述的酸液采用具有自主知识产权的负压成膜设备于60°C进行负压高效浓缩，所得酸液循环使用。
全文摘要
一种利用负压传质和扩散渗析膜分离技术酸解纤维素类生物质制备葡萄糖浆的方法，其特征在于应用具有自主知识产权的负压空化的技术对纤维素类生物质进行浓酸预水解，再经过稀酸高温二次水解、经过扩散渗析膜分离得到酸液和葡萄糖浆，酸液经过负压成膜设备进行浓缩并回用。此过程采用了具有自主知识产权的扩散渗析膜分离设备和负压成膜设备进行酸和葡萄糖分离和浓缩，整个工艺过程具有能耗低的优点；由于酸液循环使用，使整个工艺过程具有无污染、无废料等特点，所得产品具有高转化率、高得率的优点。为拓展制备葡萄糖原料和纤维素类生物质的高附加值利用打开了广阔前景。
文档编号C13K1/00GK102703612SQ20121021900
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘文俊, 孙志强, 孙晓莉, 张军, 张宝友, 张秀男, 张莹, 张颜滨, 李汶罡, 祖元刚, 祖柏实, 路祺 申请人:东北林业大学, 祖元刚