一种高得率制备木糖水解液的方法

本发明属于木质纤维生物质利用，更具体的说是涉及一种高得率制备木糖水解液的方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国经济的快速发展和生活水平的日益提高，人们对于绿色食品、保健品等需要愈来愈多，进而使得木糖、木糖醇等市场规模不断扩大。木糖作为自然界存量最多的戊糖，是一种无色、透明的粉状或粒状晶体。木糖具有特殊的功效且用途广泛，其产品可涉及食品、化工、医药等多个领域。首先，木糖具有与蔗糖相似的口感但又不同于蔗糖不易被人体消化吸收，可作为食品添加剂(代糖)满足糖尿病人及易发胖人群的甜味需求。此外，木糖具备与膳食纤维类似的生理功能，可以促进肠道内双歧杆菌的生长，降低血清中胆固醇含量，促进钙在人体的吸收和保留效果，与蔗糖复配使用还能有效阻止口腔内的病原菌生成牙垢，可用于生产医药制品。木糖产品的高效生产能够有效推动我国农业经济可持续发展。

2、在我国，每年木糖生产量巨大，工业上一般采用玉米芯、甘蔗渣等富含半纤维素组分的生物质通过酸水解法制备工业木糖。然而，工业生产过程中酸水解法通常采用硫酸、盐酸等在高温的条件下进行处理从而获得木糖，硫酸、盐酸的存在不仅会造成生产设备的腐蚀，同时还会导致木质纤维原料中木质素的降解，木质素的降解产物会残留在木糖母液中，增加后续木糖纯化的成本；另一方面，硫酸、盐酸的存在也会造成一定的环境问题，不符合绿色可持续发展的战略。当前木糖生产工艺，所采用的原料普遍为玉米芯这类易处理的生物质原料，对于其他富含半纤维素组分的木质纤维生物质(例如，阔叶材、竹材、禾草、秸秆等原料)选择性差，不具备普适性，生产原料种类较为单一。

3、低共熔溶剂作为一种新兴的绿色溶剂，具有绿色、环保、低成本、可生物降解等优点。在当前低共熔溶剂预处理方法中，缺乏以木质纤维生物质为原料制备高得率木糖的相关研究。

4、因此，如何研发一种高得率制备木糖水解液的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高得率制备木糖水解液的方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高得率制备木糖水解液的方法，包括以下步骤：

4、(1)将木质纤维生物质与低共熔溶剂水溶液混合，得到混合物；

5、上述低共熔溶剂水溶液的氢键受体为氯化盐类或带有正电荷并能够与带负电羟基结合形成配位键的物质中的一种或多种；

6、上述低共熔溶剂水溶液的氢键供体为高沸醇类、有机酸类或金属盐类中的一种或多种；

7、上述氢键受体与上述氢键供体中的任意两种或三种的摩尔比为(1～10):(1～10):(0.1～1)；

8、上述低共熔溶剂水溶液中低共熔溶剂的含量为1～10wt％；上述木质纤维生物质与上述低共熔溶剂水溶液的固液比为1:5～1:50kg/l；

9、(2)将所得混合物进行加热，得到预处理混合物，上述加热温度为130～180℃，加热时间为0.5～3h；

10、(3)将所得预处理混合物冷却后进行固液分离，得到木糖水解液。

11、进一步，上述步骤(1)中，木质纤维生物质为阔叶材、竹材、禾草、秸秆或玉米芯中的一种或多种。

12、进一步，上述步骤(1)中，低共熔溶剂水溶液的制备方法为：将氢键受体和氢键供体混合加热搅拌至无色透明溶液，冷却至室温，加水制得上述低共熔溶剂水溶液。

13、优选地，上述步骤(1)中，木质纤维生物质为毛竹、慈竹、芦苇、玉米秸秆、甜高粱秸秆、甘蔗秸秆、小麦秸秆或稻秆中的一种或多种。

14、优选地，上述步骤(1)中，木质纤维生物质粒径为20～60目。

15、优选地，上述低共熔溶剂水溶液的制备方法，加热温度为80℃，搅拌时间为1h。

16、优选地，上述步骤(1)中，氢键受体为氯化胆碱、甜菜碱、氯化锌、苄基三乙基氯化铵或乙酰胺中的一种或多种。

17、优选地，上述步骤(1)中，高沸醇类为乙二醇、丙二醇、丙三醇或丁二醇中的一种或多种，有机酸类为草酸、乳酸、乙二酸、丁二酸、丙二酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸中的一种或多种，金属盐类为氯化铝、三氯化铁、氯化铜中的一种或多种。

18、优选地，上述步骤(3)中，冷却至30℃。

19、本发明还提供一种如上述方法制备的木糖水解液。

20、本发明的有益效果：针对当前大部分木糖生产方法均在一定程度上存在环境污染、能耗高、设备腐蚀等缺陷，本发明提供了一种低共熔溶剂催化木质纤维生物质预处理制备木糖水解液的方法。

21、针对当前木糖生产工艺中普遍采用玉米芯等易处理的生物质原料，对其他木质纤维生物质选择性差的问题，本发明提供了一种能适用于木质纤维生物质原料的制备木糖水解液的方法。

22、本发明创造性地提出了一种从木质纤维生物质中绿色高效制备木糖的方法，且在不同的木质纤维生物质原料得到均取得有益的效果，对我国木糖生产技术将起到明显的促进作用，同时也能使得当前的木糖生产工艺极大满足环保和绿色生产的要求。

23、本发明方法能够高效实现从木质纤维生物质资源中选择性制备木糖，该方法成本低廉、能耗小、不造成设备腐蚀且环境友好。

技术特征：

1.一种高得率制备木糖水解液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种高得率制备木糖水解液的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，木质纤维生物质为阔叶材、竹材、禾草、秸秆或玉米芯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述一种高得率制备木糖水解液的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，低共熔溶剂水溶液的制备方法为：将氢键受体和氢键供体混合加热搅拌至无色透明溶液，冷却至室温，加水制得所述低共熔溶剂水溶液。

技术总结
本发明公开了一种高得率制备木糖水解液的方法，属于木质纤维生物质利用技术领域，其包括以下步骤：1)将木质纤维生物质与低共熔溶剂水溶液混合，得到混合物；2)将所得混合物进行加热，得到预处理混合物；3)将所得预处理混合物冷却后进行固液分离，得到木糖水解液和水热残渣，水解液可以直接用于木糖生产，对接目前的木糖生产工业。本发明创造性地提出了一种从木质纤维生物质中绿色高效制备木糖的方法，且在不同的木质纤维生物质原料得到均取得有益的效果，本发明方法能够高效实现从木质纤维生物质资源中选择性制备木糖，该方法成本低廉、能耗小、不造成设备腐蚀且环境友好。

技术研发人员：文甲龙,马成业,袁同琦,曹学飞,孙少妮,沈晓骏
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22