[发明专利]一种铁离子－醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法

说明书

本发明公开了一种铁离子‑醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法。该方法以半纤维素为原料，粉碎筛选后利用0.6％～1.2％的三价铁离子(质量浓度)和2％～10％的醋酸(质量浓度)在150～180℃条件下预处理20～60min，定向催化水解木聚糖生成木糖溶出，经固液分离得到木糖液，90％以上木聚糖被降解，其中木糖得率超过70％，并采用减压蒸发木糖液以醋酸‑水共沸物的形式回收醋酸。该方法操作安全、木糖得率高、降解抑制物少且实现醋酸催化剂回用；此外，作为过渡金属的三价铁离子不仅具有显著的催化作用，而且稳定，不会影响产品木糖的品质；因此，该方法更加绿色、环保和高效。

一、技术领域

本发明涉及生物质的高效转化与利用领域，特别涉及一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法。

二、背景技术

随着全球对能源消耗的需求，发展可持续、环境友好型的能源资源是亟须解决的。其中，木质纤维生物质被认为是世界上最广泛的可再生生物质资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素等聚合物组成。利用酸解或酶解的方法可将木质纤维转化为大量的五碳糖和六碳糖，其中最主要的五碳糖是木糖。

木糖是一种重要的化工原料，在食品、饮料中作为无热量甜味剂，适用于肥胖及糖尿病患者。工业上，木糖主要通过加氢制备木糖醇。在食品、医药、化工、皮革、染料等领域，木糖都有着广泛的用途。近年来在国外，木糖作为食品甜味剂颇受青睐，需求量日益增长。

木质纤维原料中的木聚糖类半纤维素含量一般为20～40％，可通过酸、酶催化生成木糖，木糖是木质纤维原料中含量仅次于葡萄糖的单糖，以用于木糖醇、木糖酸及其他生物基能源与化学品生产。目前，木糖的工业制备方法主要采用盐酸和硫酸等无机强酸加热水解生产，存在着强酸腐蚀、酸难以回用(酸耗大)、操作安全性差、降解抑制物多和废水难处理等问题。

三、发明内容

发明目的：针对当前无机强酸催化法生产木糖的强酸腐蚀、酸耗大、操作安全性差、降解抑制物多和废水难处理等问题，采用铁离子-醋酸定向催化水解木质纤维原料中的木聚糖生成木糖，操作安全、木糖得率高、降解抑制物少且实现醋酸催化剂回用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以半纤维素为原料，粉碎筛选后利用0.6％～1.2％的可溶性的三价铁离子(质量浓度)和2％～10％的醋酸(质量浓度)在150～180℃条件下预处理20～60min，定向催化水解木聚糖生成木糖溶出，经固液分离得到木糖液，90％以上木聚糖被降解，其中木糖得率超过70％；

(2)采用减压蒸发木糖液以醋酸-水共沸物的形式回收醋酸；

所述的一种铁离子-醋酸催化定向水解半纤维素制取木糖的方法，其特征在于：所述的木质纤维原料包括木材、草类和秸秆等木质纤维原料。

所述的三价铁离子浓度为0.6％～1.2％(质量浓度)，醋酸浓度2％～10％(质量浓度)，反应温度150～180℃，反应时间20～60min。

所述的醋酸回收方法为减压蒸发。

所述的木糖浓度测定采用高效液相色谱法(CN 200910264392.1)。

有益效果：与传统无机酸制备木糖相比，采用铁离子-醋酸进行预处理能够降解木质纤维原料中90％以上的木聚糖，制备得率超过70％的木糖。该方法操作安全、木糖得率高、降解抑制物少，还可缩短反应时间，减少工艺路线；此外，作为过渡金属的三价铁离子不仅具有显著的催化作用，而且稳定，不会影响产品木糖的品质；更重要的是，醋酸安全温和，易于分离和回收，对生产设备的腐蚀性远低于无机酸。因此，该方法更加绿色、环保和高效。

四、具体实施方式

实施案例1