[发明专利]一种清洁高效的制备木糖与L-阿拉伯糖的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用农林废弃物等原料清洁生产木糖和L-阿拉伯糖的工艺，尤其是对原料经过预处理后采取高温蒸煮水解工艺处理棉籽壳等农林废弃物获得木糖水解液经微生物法除杂糖与纯化处理后结晶获得木糖晶体，木糖母液经模拟移动床分离后结晶获得木糖和L-阿拉伯糖晶体的方法。

背景技术

地球上每年进行光合作用而获得的产物高达近2000亿吨，是地球上唯一可以超大规模再生的可利用性资源。占植物生物量中多数的木质纤维素是世界上最为丰富，最廉价的可再生资源，其中被人们所利用的不足12％。我国是一个农业大国，可用于生产木糖的富含木质纤维素的农林废弃物原料十分丰富。可惜的是这些原料多被丢弃或焚烧，不仅造成巨大的资源浪费，还造成了严重的环境污染。因此开展木糖与L-阿拉伯糖等稀有糖醇的生产工艺的研究，对提高我国资源和能源利用率，帮助农民致富创收具有重要和积极的意义，该研究发明不仅具有较高的直接经济效益，而且具有非常可观的社会效益。

木糖作为一种功能性营养的基料，具有几乎零能量值，活化人体肠道内的双岐杆菌并促其生长，提高机体的免疫能力，预防龋齿，降血脂，降低胆固醇及预防肠癌的作用。木糖与食物的配伍性很好，在轻工、化工方面也有一定用途。

L-阿拉伯糖是一种高效的功能性营养添加剂，若在蔗糖中添加3.5％的含量，即可抑制40％蔗糖的吸收，使血糖值少升高约50％。也可以抑制肥胖，预防便秘，促进双歧杆菌生长，以及具有改变骨骼肌纤维成分的功效等。同时，L-阿拉伯糖是一种重要的医药中间体，主要用来合成抗癌、抗病毒和治疗心脑血管疾病的药物，还可以作为生化试剂，用于细菌培养基的制备，或进行香料的合成，广泛应用于食品、保健品和医药领域。

半纤维素水解的过程中，预处理工艺是一个重要的环节，也是制约水解的效果和经济性的重要因素之一。为了提高半纤维素糖化效率，降低其成本，对农林废弃物原材料的预处理变得至关重要。在整个预处理工艺中，木质素的剥离或降解是至关重要的。木质素的残余率对农林废弃物预处理成本影响很大，全部的除去木质素与除去20-65％的木质素其成本差别很大，许多研究表明，只要根据不同的原料特点，去除20-65％的木质素就可以显著地提高半纤维素水解效率和糖化产率。同时预处理技术必须满足以下几个条件。①提高半纤维素的水解产率和效率；②避免产生对环境或后续工艺具有抑制作用的副产物的生成；③避免碳水化合物的降解和损失；④经济可行性强，尽可能的使用低能耗的技术手段，以降低工艺成本。目前，预处理技术主要包括物理法，化学法，生物法，以及物理-化学法等一些综合处理方法。

工业上传统的半纤维素水解制备木糖的工艺采用的是硫酸液水解原料的方法，整个生产过程产生大量的含盐污水、并且中和过程中产生大量废渣，每生产1吨木糖含盐污水排放量高达300吨以上，且污染物难以生化处理，环境污染严重。本发明采用简单实用的预处理工艺结合清洁高效的高温蒸煮或者蒸煮结合酶解的方法，对农林废弃物原料中的半纤维素进行水解生产木糖水解液的工艺，替代传统酸水解工艺。整个生产工艺无需中和且无废渣产生，在水解过程中的污水的排放量得到了大幅度减少，每生产1吨木糖污水排放量小于50吨。与传统的硫酸法制得的木糖水解液相比含盐量降低了80％。

农林废弃物在水解的过程中，半纤维素水解液的主要成分为木糖，此外还存在葡萄糖、L-阿拉伯糖等其他杂糖，经浓缩后不仅得到的糖液粘度很大，而且木糖的含量不高致使木糖结晶收率较低，纯度受到影响。结晶后得到的木糖母液由于杂糖的含量在经过结晶之后比例有所升高(尤其是葡萄糖)，木糖结晶母液无法继续回复利用，L-阿拉伯糖无法得到有效的纯化，使得原料中的有效成分浪费严重。因此如何提高木糖水解液结晶木糖的产率和晶体纯度，同时充分利用木糖母液中的有效成分，降低生产成本，是一个亟待解决的问题。近年来有一些利用酵母发酵处理木糖母液中的葡萄糖，再利用模拟移动床将木糖与L-阿拉伯糖分离得到高附加值单糖的报道，但是由于母液中杂糖浓度太高，渗透压太大，对于菌体生长以及去除葡萄糖的影响较大，导致发酵过程中还需要将母液大量稀释，加重了处理的负荷。

发明内容