混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法技术

本发明专利技术提供了一种混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法，所述方法为：将玉米芯除尘破碎成粒径为4～8mm的玉米芯颗粒；将玉米芯颗粒与混合酸溶液加入反应釜中，在温度为110～170℃、压力为0.143～0.791MPa的条件下水解7～240min，之后体系冷却至25～50℃，抽滤，收集滤液，滤出的固体残渣用水洗涤，收集水洗液，合并滤液与水洗液，得到粗品；将所得粗品进行活性炭脱色，得到所述的木糖水解液；本发明专利技术以混合酸形式作为酸催化剂，相比硫酸副反应更少，相比草酸反应更快，且该方法工艺过程简单，原料中半纤维素水解彻底，对其他组分破坏性小，原料有效利用率高，可用于生产糠醛、木糖等工业产品。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种木糖水解液的制备方法，具体涉及一种混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法，属于木质纤维素预处理
(二)
技术介绍
据统计，2015年，全国的农作物以玉米为例，其产量已达到2.29亿吨，再创新高，并呈逐年上升趋势，玉米芯按照其产量的30％折算，也超0.6亿吨。如今，化石能源作为人类生存生活的最主要能源之一，是一次性不可再生的。而农作物废弃物具有可再生性和清洁性，全球储量大，并且逐年增长与积累，为人类社会可持续发展提供了资源保障。其开发研究、高效转换和清洁利用日益受到全球范围内的重视。木质纤维素一般包括农业、林业生产的剩余物和草类等，将这些丰富且廉价的生物质转化用于生物燃料、生物基化学品、生物材料和食品等的生产，具有广阔的应用前景。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中半纤维素一般占20％～35％，半纤维素可作为胆固醇抑制剂和药片分解剂等，其经水解可制备功能性低聚糖，也可生产木糖、阿拉伯糖和半乳糖等，得到的单糖还可进一步生产燃料乙醇、木糖醇、有机酸与糠醛等工业产品。由于木质素和半纤维素对纤维素的包裹作用以及纤维素本身的结构特点，对玉米芯的水解有很重要影响。因此，必须对原料进行预处理，将纤维素、半纤维素和木质素进行分离，其中半纤维素与纤维素不同在于不含晶体结构，所以普通水解中较易分离出来。对玉米芯等木质纤维素进行水解预处理以达到各组分有效分离是充分利用生物质资源的关键技术。目前，已有公开专利报道的木质纤维素水解工艺主要有物理法、化学法和生物法，例如：无机酸水解、无机浓酸水解和有机酸水解法，还有高能辐射法、碱处理法、酶解法等。通常，物理和化学法对设备要求较高，能耗较大。而生物法的运行周期长，对菌体的生长环境要求苛刻导致其很难适应工业化生产。利用混合酸处理玉米芯，相对于传统的酸处理法，在技术成本及处理效果上有明显的优势。其可有效处理半纤维素，释放出木糖，降低副产物的产量，缩短反应时间，且有机酸可回收再利用，同时也减弱了强酸对设备的腐蚀作用。这在一定程度上减少了制备木糖水解液的经济成本和时间成本。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法，以该方法制得的木糖水解液中木糖浓度高，副产物少，且该方法反应时间合理。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将玉米芯除尘破碎成粒径为4～8mm(2～5目)的玉米芯颗粒；(2)将步骤(1)得到的玉米芯颗粒与混合酸溶液加入反应釜中，在温度为110～170℃、压力为0.143～0.791MPa的条件下水解7～240min，之后体系冷却至25～50℃，抽滤，收集滤液，滤出的固体残渣用水洗涤，收集水洗液，合并滤液与水洗液，得到粗品；(3)将步骤(2)所得粗品进行活性炭脱色，得到所述的木糖水解液。本专利技术所述步骤(1)中，采用在水解前将玉米芯破碎至粒径为4～8mm，大大增加了玉米芯的比表面积，确保后续水解反应中，混合酸溶液与玉米芯可以充分接触，提高水解效率，让混合酸的协同优势充分发挥出来，远高于传统木糖产率，同时副产物糠醛等也大大减少。所述的玉米芯除尘破碎后，推荐于80～90℃烘箱中保存，以确保干燥。步骤(2)中，所述的混合酸溶液由硫酸、草酸、水混合配制而成，所述的混合酸溶液中，硫酸的质量分数为0.2％～2％(优选0.7％～1.5％)，草酸的质量分数为0.2％～2％(优选0.7％～1.5％)，并且硫酸与草酸的质量比为1：0.25～4(优选1：0.5～2)。步骤(2)中，所述混合酸溶液的体积用量以玉米芯颗粒的质量计为4～25mL/g(优选8～10mL/g)。步骤(2)中，为避免温度过高产生过多糠醛等副产物，优选所述反应温度为120～150℃。当水解反应温度小于120℃，水解进程较长；当水解反应温度大于150℃，水解进程较短，反应较快，但糠醛等副产物生成较多。所述水解的时间依据水解进程情况而定，优选的水解时间为1～2h。同时，为保证反应釜内各反应物间传质传热均匀，可借助釜内搅拌桨，搅拌速率可设置为10～300rpm(优选50～100rpm)。步骤(2)中，推荐所述滤出的固体残渣用30～60℃的蒸馏水进行洗涤，所述蒸馏水的体积用量以固体残渣的质量计为5～30mL/g(优选8～12mL/g)。步骤(3)中，推荐所述活性炭的用量为2～8g/100mL所述粗品，所述活性炭脱色的操作温度一般为70～90℃，脱色时间为15～20min。本专利技术方法制备得到的木糖水解液呈深红棕色或棕色，通过HPLC测定其中木糖的浓度，并计算木糖得率。本专利技术的优势在于，以硫酸和草酸的混合酸形式作为酸催化剂，相比硫酸副反应更少，相比草酸反应更快，且该方法工艺过程简单，便于操作，反应液和残渣的分离操作便捷，木糖得率较高(84％～94％)。并且，有机酸对设备的腐蚀作用较小，可回收利用，具有清洁高效的优点。本专利技术方法原料中半纤维素水解彻底，对其他组分破坏性小，原料有效利用率高，可用于生产糠醛、木糖等工业产品。(四)具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1(1)将玉米芯除尘破碎成粒径为4-8mm(2-5目)的玉米芯颗粒，于80℃烘箱干燥保存；(2)向高压反应釜中加入玉米芯颗粒25g和混合酸(1.5wt％硫酸133.3ml、1.5wt％草酸66.7mL)。(3)封闭反应釜后，开启搅拌，搅速为50rpm；同时开启电炉加热，温度升到125℃开始计时，在125℃、0.23MPa条件下恒温水解100分钟，之后冷却到50℃；(4)抽滤，收集滤液，滤出的固体残渣用30℃的水洗，收集水洗液，合并滤液与水洗液得到粗品400mL，所得粗品用8g活性炭在90℃下脱色处理15min后，滤除活性炭，得到木糖水解液395mL，HPLC检测分析木糖水解液浓度为17.35g/L，得率为85.76％。实施例2(1)将玉米芯除尘破碎成粒径为4-8mm(2-5目)的玉米芯颗粒，于80℃烘箱干燥保存；(2)向高压反应釜中加入玉米芯颗粒25g和混合酸(1.5wt％硫酸100mL、1.5wt％草酸100mL)。(3)封闭反应釜后，开启搅拌，搅速为50rpm；同时开启电炉加热，温度升到125℃开始计时，在125℃、0.23MPa条件下恒温水解100分钟，之后冷却到40℃；(4)抽滤，收集滤液，滤出的固体残渣用30℃的水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将玉米芯除尘破碎成粒径为4～8mm的玉米芯颗粒；(2)将步骤(1)得到的玉米芯颗粒与混合酸溶液加入反应釜中，在温度为110～170℃、压力为0.143～0.791MPa的条件下水解7～240min，之后体系冷却至25～50℃，抽滤，收集滤液，滤出的固体残渣用水洗涤，收集水洗液，合并滤液与水洗液，得到粗品；所述混合酸溶液的体积用量以玉米芯颗粒的质量计为4～25mL/g；所述的混合酸溶液由硫酸、草酸、水混合配制而成，所述的混合酸溶液中，硫酸的质量分数为0.2％～2％，草酸的质量分数为0.2％～2％，并且硫酸与草酸的质量比为1：0.25～4；(3)将步骤(2)所得粗品进行活性炭脱色，得到所述的木糖水解液。

【技术特征摘要】
1.一种混合酸水解玉米芯制备木糖水解液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步
骤：
(1)将玉米芯除尘破碎成粒径为4～8mm的玉米芯颗粒；
(2)将步骤(1)得到的玉米芯颗粒与混合酸溶液加入反应釜中，在温度为110～170℃、
压力为0.143～0.791MPa的条件下水解7～240min，之后体系冷却至25～50℃，抽滤，收集滤
液，滤出的固体残渣用水洗涤，收集水洗液，合并滤液与水洗液，得到粗品；所述混合酸溶
液的体积用量以玉米芯颗粒的质量计为4～25mL/g；所述的混合酸溶液由硫酸、草酸、水混
合配制而成，所述的混合酸溶液中，硫酸的质量分数为0.2％～2％，草酸的质量分数为
0.2％～2％，并且硫酸与草酸的质量比为1：0.25～4；
(3)将步骤(2)所得粗品进行活性炭脱色，得到所述的木糖水解液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的混合酸溶液中，硫酸
的质量分数为0.7％～1.5％，草酸的质量分数为0.7％～1.5％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：金利群，郑裕国，赵楠，柳志强，薛亚平，郑晓阳，廖承军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33