本发明专利技术的领域是对纸和纤维素工业以及木质纤维素生物精炼厂的副产物中的糖再利用的领域。本发明专利技术的目的是促进木材水解产物中的糖的提取和纯化。为此目的，本发明专利技术通过纯化木质纤维素材料的水解产物制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，所述水解产物包含单体形式的，低聚物形式的和任选的聚合物形式的半纤维素，所述方法包括至少一个用至少一种氧化剂氧化所述水解产物的步骤。该方法可获得单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，其具有减量的糠醛和/或羟甲基糠醛，并且包含质量分子量和/或数量分子量降低的聚合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过纯化木质纤维素材料水解产物制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物的方法
本专利技术的领域是对纸和纤维素工业以及木质纤维素生物精炼厂的副产物中的糖再利用的领域。特别地，本专利技术涉及通过纯化木质纤维素材料的水解产物来制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，所述水解产物包含单体形式的、低聚物形式的和任选的多聚物形式的半纤维素。
技术介绍
木质纤维素材料是植物细胞壁的主要成分。它根据材料的来源由纤维素，半纤维素，木质素和可提取物以可变比例组成。木材代表了大多数可用的木质纤维素材料。造纸工业使用木材并从中提取纤维素纤维而生产纸浆。根据标准方法，纤维素是通过高温碱处理从木材中提取的(Kraft工艺)。通过该处理获得的半纤维素，木质素和其它副产物的降解产物在称为黑液(blackliquor)的流出物中被回收。目前，该流出物仅用于能源目的，因为其复杂性使得难以提取半纤维素，因为后者大部分以有机酸的形式降解。以能源为目的而获得的黑液的使用是令人感兴趣的，因为允许造纸工业产生能源并且可以能源自给或甚至产生过剩的能源。然而，在目前的环境背景下，希望在木材中除纤维素之外的化合物的其它再利用。木材的半纤维素是由多种类型的糖组成的小聚合物(聚合度在50和200之间)，它们的组成根据其来源而变化。存在于半纤维素中的糖包括甘露糖，半乳糖，葡萄糖，木糖和阿拉伯糖。由于它们成分的原因，可从这些半纤维素获取除葡萄糖之外的糖。这些糖特别令人感兴趣，因为它们是来自非食品原料的糖，而不是从淀粉(玉米，小麦，马铃薯)获得的葡萄糖。因此，在通过Kraft工艺提取纤维素中的纤维之前，已经开发了多种提取木材中的至少一部分半纤维素的方法。半纤维素通过水解并主要以单体和低聚物的形式获得。到目前为止，从木屑中提取半纤维素的制造商对半纤维素的再利用不感兴趣，而仅对纯纤维素的生产感兴趣：为此，他们对木屑进行自动水解，包括在170-180℃下注入蒸汽并处理碎屑并保持1至2小时，这使得大部分半纤维素能够溶解。然后，将碎屑和溶解的半纤维素进行Kraft蒸煮(Kraftcooking)，以生产纤维素纤维，先前溶解的半纤维素会在黑液中，并与木质素一起燃烧(HerbertSixta,HandbookofPulp(纸浆手册),wiley-VCH，2006,4.2.7.1,Prehydrolysis(预水解),第325页)。然而，鉴于生物资源化学的发展，糖的需求在增长，并且从木材的半纤维素中回收再利用糖将是明智的，这将为生产纤维素的工厂带来额外收入(RagauskasAJ,NagyM,KimDH,EckertCA,HallettJP,LiottaCL.Fromwoodtofuels-integratingbiofuelsandpulpproductionIndustrialBiotechnology(从木材到燃料-整合生物燃料和纸浆生产,工业生物技术),2006；2(1),55-65)。文献US2015/0184260A1描述了一种通过酶从包含半纤维素的低聚物的木材水解产物中，以及从纤维素提取的葡萄糖低聚物生产发酵糖的方法。从而获得的糖可用于生产生物燃料或生物化学产品。文献EP2067793A1描述了木材水解产物的使用，所述木材水解产物经过木屑的水热处理获得，用于生产可生物降解和可再生的聚合物以及多种产品，例如薄膜或凝胶。然而，提取和纯化通过水解处理获得的木材水解产物中所含的糖仍然是困难的。实际上，除了单体和低聚物形式的半纤维素糖之外，这些水解产物还含有糖类降解产物，如糠醛和羟甲基糠醛，沉淀和溶解的木质素，木材的某些可提取物，聚合化合物(可来自木质素和呋喃的反应，或甚至木质素和可萃取物之间的反应，或者呋喃之间的聚合而获得)和有机酸。这些不同化合物的存在对其余的水解产物的处理带来了不同程度上的问题。木质素和/或其它聚合化合物(除了多糖或低聚糖)的存在导致粘性聚合物沉积(polymériquescollants,DPC)在所用设备上，这需要对设备有过高的维护水平并使得以工业规模应用处理水解产物的方法变得困难。由于在水解产物中存在糠醛和羟甲基糠醛，所以还存在纯化所得糖的问题。这些问题是提取自半纤维素的糖的化学再利用，以及这些糖的提取和处理方法工业化的真正障碍。
技术实现思路
1.目的鉴于上述情况，本专利技术旨在实现以下目标中的至少一个。本专利技术的一个重要目的是提供一种纯化木质纤维素材料水解产物的新方法。本专利技术的另一个重要目的是提供一种纯化木质纤维素材料水解产物的新方法，不会降低该水解产物中存在的糖的量。本专利技术的另一个重要目的是提供一种新方法，该方法可以减少木质纤维素材料水解产物中含有的糠醛和/或羟甲基糠醛的量。本专利技术的另一个重要目的是提供一种新方法，该方法可使包含在木质纤维素材料水解产物中的除半纤维素之外的聚合物的重量分子量和/或数量分子量减少。本专利技术的另一个重要目的是提供可以容易地纯化的单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物。本专利技术的另一个重要目的是提供单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，其具有减量的糠醛和/或羟甲基糠醛。本专利技术的另一个重要目的是提供单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，其包含重量分子量和/或数量分子量降低的聚合物。本专利技术的另一个重要目的是提供单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，其在设备上产生较少或甚至没有沉积物的问题。本专利技术的另一个重要目的是提供单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物，其产生更少或甚至没有糖纯化的问题。2.专利技术简要说明以上目的通过本专利技术实现，本专利技术首先涉及通过纯化木质纤维素材料的水解产物制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物的方法，所述水解产物包含单体形式的，低聚物形式的和任选的聚合物形式的半纤维素，其特征在于该方法包括至少一个用至少一种氧化剂氧化所述水解产物的步骤。令人惊奇的是，发现用氧化剂处理木质纤维素材料的水解产物，使沉淀和溶解的聚合物的以质量和数量计的分子量降低，并使水解产物中的糠醛和羟甲基糠醛(HMF)的数量降低，而没有显著减少或劣化水解产物中糖的数量，这正如人们可能担心的那样。该方法使得单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物能够工业化使用，并且可以容易地分离和纯化其糖。因此可以再利用来自半纤维素的糖而不妨碍生产纤维素纤维的造纸方法。本专利技术还涉及通过纯化木质纤维素材料的水解产物制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物的方法，通过纯化木质纤维素材料的水解产物，该水解产物来自在水和水蒸气的存在下加热处理的木质纤维素材料，随后分离由富含纤维素和任选的富含木质素的残余物组成的联合产物，所述水解产物包含单体形式的，低聚物形式的和任选的聚合物形式的半纤维素，其特征在于该方法包括至少一个用至少一种氧化剂水解氧化的步骤。其次，本专利技术涉及通过纯化木质纤维素材料的水解产物获得的单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物。定义：在本公开中，除非另外明确指出，否则单数无差别地指代单数和复数，反之亦然。给出以下定义作为用于解释本公开的实例。木质纤维素材料：它们是植物细胞壁的主要成分，主要由纤维素，半纤维素，木质素和可提取物组成。除其它外，这些材料可以来自木材，再生木材，一年生植物，农业残余物(甘蔗渣，稻草......)，或回收纸和纸板。木质纤维素材料的水解产物：通过在水或水蒸气的存在下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.通过纯化木质纤维素材料水解产物制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物的方法，所述水解产物包括单体形式和低聚物形式以及可选地为聚合物形式的半纤维素，其特征在于，所述方法包括至少一个用至少一种氧化剂氧化所述水解产物的步骤。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.25 FR 16515691.通过纯化木质纤维素材料水解产物制备单糖和/或低聚糖和/或多糖的混合物的方法，所述水解产物包括单体形式和低聚物形式以及可选地为聚合物形式的半纤维素，其特征在于，所述方法包括至少一个用至少一种氧化剂氧化所述水解产物的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素材料选自木材、再生木材、一年生植物、农业残余物、回收纸和纸板，优选木材。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水解产物还包括糖降解产物，木材的提取物以及来自木质素和/或来自糖降解产物中的聚合物。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，相对于木质素(沉淀和溶解的)、糠醛、羟甲基糠醛和水解产物中的着色化合物的量，氧化剂的使用量是1％至100％重量比。5.根据前述权利要求中任一项的所述方法，其特征在于，所述氧化剂选自过氧化氢、臭氧、过酸、自由基和氯化氧化剂。6.根据前述权利要求中任一项的所述方法，其特征在于，所述氧化剂选自臭氧和过氧化氢。7.根据前述权利要求中任一项的所述方法，其特征在于，所述氧化步骤在1至13之间的pH下进行，优选在3.5到11之间。8.根据前述权利要求中任一项的所述方法，其特征在于，所述氧化步骤在小于等于120；110；100；90；80；70(以℃为单位并按递增顺序优选)的温度下进行，例如在20和100℃之间。9.根据前述权利要求中任一项的所述方法，其特征在于，其包括以下步骤：-得到木质纤维素材料水解产物；-可选地，调节pH以使pH介于3.5至12之间；-使所述水解产物接触至少一种氧化剂；-可选地，加热反应介质至小于等于120；110；100；90；80...
【专利技术属性】
技术研发人员：克莉丝汀·希拉，多米尼克·拉什纳尔，杰里米·布歇，
申请(专利权)人：格勒诺布尔理工学院，
类型：发明
国别省市：法国,FR
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