一种粘胶纤维压榨碱液制备木糖醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及木糖醇制备领域，具体涉及一种粘胶纤维压榨碱液制备木糖醇的方法。
【背景技术】
[0002]木糖醇的甜度相当于蔗糖，热量相当于葡萄糖，木糖醇能调整糖代谢的异常，是糖尿病人的营养剂和治疗剂。木糖醇有较强的抗酮体作用，可用以抢救酮体病人。木糖醇能减慢血浆中产生脂肪酸的速度，但不会使血糖上升，也是肝炎病人的保肝药物。木糖醇热稳定性好，和氨基酸一起加热不产生化学反应，可以和氨基酸配制各种制剂，作为营养药物。木糖醇作为食品还具有特殊的防龋功能。但木糖醇是价格贵的多元醇之一，生产成本过高是推广其应用的主要障碍。每年农林业生产都会产生大量含半纤维素(约20°/『40%)的废料。利用半纤维素水解得到的木糖转化生产木糖醇，不仅具有良好的经济效益，还有重要的环保意义。
[0003]在以化学浆(木浆、棉浆、草浆、芦苇浆等植物纤维素)为原料的粘胶纤维生产过程中，采用碱液对纤维素进行处理(浸渍、压榨)是制造粘胶纤维的第一步。半纤维素浓度高，对粘胶纤维生产工艺和成品质量产生极其不利的影响，因此必须在浸渍工艺中用碱液将半纤维素溶出，才能获得高强度的纤维素，所以在上述过程中会产生大量的富含半纤维素的高浓度碱压榨液。
[0004]碱压榨液中的主要成分为氢氧化钠和半纤维素。现有的压榨碱液的处理方法多采用纳滤技术将半纤维素从中分离出来，得到较为纯净的碱液。半纤维素进入废水处理，或者采用灼烧回收氢氧化钠，半纤维素被燃烧，半纤维素并没有得到充分利用。
[0005]201410622058.X，名称为“一种粘胶纤维生产压榨液制备木糖醇的膜浓缩工艺”的发明专利申请，具体工艺步骤如下:粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩2-4次，将最后一次的浓缩液加水稀释后送入陶瓷膜过滤，所得浓缩液即为压榨碱液的浓缩液；将浓缩液加酸中和，得到半纤液体；在半纤液体中加入复合酶，发生酶解反应得到酶解液；酶解液在假丝酵母菌的作用下发酵，50-60 °C下发酵
0.5-2h ;发酵液经过超滤除杂，透过液经纳滤膜脱盐，所得浓缩液为木糖醇的纯化液，经离子交换、活性碳处理、浓缩结晶、分离，得到木糖醇。该专利直接采用酶水解来降解木聚糖，木糖的得率低，发酵得到的木糖醇收率就低；同时，由于酶解液中存在抑制酵母生长的有害物质，未经除去就加入酵母，木糖的转化率低，进一步影响了木糖醇的收率。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种粘胶纤维压榨碱液制备木糖醇的方法。本方法在酶解前先对木聚糖溶液进行加酸水解预处理，同时对酶解渣采用预热定向酶解的方法，极大地提高了木聚糖的利用率，减少生产废料，降低了生产成本。
[0007]本发明为了实现上述发明目的，采用以下技术方案: 一种粘胶纤维压榨碱液制备木糖醇的方法，其特征在于:具体工艺步骤如下:
A、膜浓缩
粘胶纤维生产的压榨液经膜过滤，取浓缩液加盐酸中和，得到木聚糖溶液；
B、水解
在木聚糖溶液中继续加入稀盐酸，发生水解反应，水解完成后，加碱中和至pH值为
4-5 ；
C、酶解
将B步骤得到的料液与复合酶发生酶解反应，得到酶解液和酶解渣，所述酶解渣经加水稀释、预热后离心分离，取上清液即木聚糖溶液，在复合酶的作用下得到二次酶解液；
D、纯化与发酵
将C步骤得到的酶解液合并，进入纳滤膜脱盐，浓缩液经活性炭脱色，树脂离子交换后得到木糖的纯化液，在假丝酵母菌的作用下发酵得到木糖醇。
[0008]本发明采用酸水解法与生物酶法相结合的方法将木聚糖水解成木糖，得到木糖纯度高、杂离子含量低，对后续处理工艺脱色、离子交换等精制工段的负担小，同时还克服了单独酶水解收率低的问题。另一方面，由于一次酶解后的酶解渣中存在大量木质素和木聚糖的高聚合度复合体，本发明对酶解渣先进行预热，使高聚合度的酶解渣降解，释放出游离的聚合度低的木聚糖分子，对后续的再次酶解非常有利。本发明采用盐酸中和和水解，形成的盐分子量低，有利于后期的脱盐。
[0009]本发明所述的酶解反应的酶用量为1-2%，酶解时间2-4h。酶解温度50-60°C，pH值4-5。保证酶解反应完全。
[0010]本发明所述B步骤的复合酶为木聚糖酶、纤维素酶和果胶酶，比例为3:2:1。在木聚糖酶中加入适量的纤维素酶和果胶后能提高糖结合键对酶水解的敏感性。
[0011]本发明所述的A步骤，加盐酸中和至pH值为4-5 ;所述的B步骤，加稀盐酸的浓度为0.5-1%，至pH值为1-2。第一次加盐酸的目的是析出木聚糖，第二次加浓度为0.5-1%的稀盐酸至pH值为1-2，是为了采用少量的酸进行预水解，酸用量少，并非进行彻底水解。
[0012]本发明所述B步骤的碱为NaOH。生成NaCl盐，在后期的纳滤脱盐中一并除去。
[0013]优选地，所述B步骤的水解温度为120-130°C，水解时间为l_2h，水解率为80%，木糖含量达70%，有利于后续的酶解反应。
[0014]本发明所述A步骤的膜过滤是指截留分子量为800-1500的纳滤膜循环过滤3次。使碱从透过液分离出去，逐步减低碱浓，提升木聚糖浓度。最终透过液含碱200-300g/l，含半纤40-80 g/Ι，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱2-4g/l，含半纤40-80g/l。将浓缩液的碱浓降至最低，有效地实现了碱与木聚糖的分离。
[0015]本发明所述的B步骤进行了两次预热，即酶解渣经加水稀释、预热后，将离心分离得到的酶解渣再次加水稀释，离心分离，取两次得到的上清液。多次预热可以使酶解渣中的木聚糖充分降解，同时其空间结构发生改变，有利于提高其水解性能，使原来不溶性的木聚糖进一步得以降解而进入上清液，提高木聚糖的得率，同时也提高了木糖的得率。从而提高原料的利用率和广品得率。
[0016]优选地，所述的酶解渣加水稀释至木聚糖浓度为40-50 g/Ι。该浓度范围在上清液中的木聚糖得率和酶解渣中的木聚糖残留率中聚得平衡，有利于提高木聚糖的利用率；另一方面，糖浓过高，会因为原料粘度较大而引起传质困难，同时会因为原料发生局部过度水解及焦化而引起传质困难，导致木糖得率降低。
[0017]进一步优选地，所述的预热是指，在170-180°C下反应20-40min。酶解渣中的木聚糖在高温条件下热解，有利于原料的充分利用。
[0018]本发明所述陶瓷膜的截留分子量为800-1500，有效分离木糖和未降解的木聚糖，保证木糖纯度。
[0019]本发明所述的C步骤，纳滤膜的截留分子量为80-180。由于采用盐酸中和，生成的盐是氯化钠，氯化钠的分子量比较小，远低于100，可以有效地实现盐和木糖的分离。
[0020]优选地，所述纳滤膜浓缩前的料液体积为浓缩液体积的10-15倍，有利于降低木糖中的盐分含量。
[0021]本发明所述D步骤的发酵是指在35-40°C下发酵3_5天，木糖醇的转化率达75%以上。
[0022]本发明的有益效果在于:
1、传统的酸水解采用硫酸水解，需要中和脱去多余的硫酸，酸碱用量大，使后续的纯化压力大，废水量大，环保压力大。本发明采用酸水解与生物酶解相结合的方法，综合了两者的优点，木聚糖转化率高，木糖溶液颜色浅、易于纯化，酸碱用量小，环保压力小，木糖纯度高，木糖发酵得到的木糖醇经脱色和离子交换等常规纯化处理后，木糖醇的纯度可达99.5%以上。
[0023]2、本发明先对酶解液进行纯化后，再进行后续的发酵工序，除去了酶解液中的一些抑制酵母生长的抑制物，有助于提尚木糖的转化率。
[0024]3、由于木聚糖经过一次酶解后，仅有约40%的木聚糖被降解，酶解渣中还存在大量木质素和木聚糖的高聚合度复合体，本发明采用高温预热和定向酶解相结合的方法，对酶解渣先进行高温预热，使高聚合度的酶解渣降解，释放出游离的聚合度低的木聚糖分子，对后续的木聚糖溶液再次酶解非常有利。本发明木聚糖总转化率高达95%以上，减少生产废料的同时，有效地降低了生产成本。
[0025]4、酶解后的木糖溶液进入纳滤膜脱盐，有效地实现了盐和木糖的分离，保证了木糖的纯度，木糖的纯化液经发酵后转化为木糖醇，最终得到木糖的电导率为8000-10000 μ s/cm，灼烧残渣为5_10%。灼烧残渣是衡量无机盐的直接指标，说明了木糖中无机盐所占的质量分数仅为5-10%;电导率是反应液体中存在的电解质的程度，木糖的主要电解质就是无机盐类，所以这个指标也可以反应出产品中盐分的多少。低电导率和灼烧残渣说明了采用本发明方法得到的木糖盐分低。
[0026]5、本发明对一次酶解后的酶解渣进行了两次高温预热，使酶解渣中的木聚糖充分降解，同时其空间结构发生改变，有利于提高其水解性能，使原来不溶性的木聚糖进一步得以降解而进入上清液，提高木聚糖的得率，同时也提高了木糖的得率，从而进一步地提高原料的利用率和广品得率。
[0027]6、将酶解渣加水稀释至木聚糖浓度为40-50 g/Ι，使在上清液中的木聚糖得率和酶解渣中的木聚糖残留率中聚得平衡，有利于提高木聚糖的利用率；另一方面，糖浓过高，会因为原料粘度较大而引起传质困难，同时会因为原料发生局部过度水解及焦化而引起传质困难，导致木糖得率降低。
【具体实施方式】
[0028]下面结合【具体实施方式】对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。
[0029]实施例1
一种粘胶纤维压榨碱液制备木糖醇的方法，具体工艺步骤如下:
A、膜浓缩
粘胶纤维生产的压榨液经膜过滤，取浓缩液加盐酸中和，得到木聚糖溶液；
B、水解<