[发明专利]一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法

说明书

本发明公开了一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法。步骤包括：将Hβ分子筛在马弗炉550℃下烘焙5~8h，同样对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到60~100目疏散的紫茎泽兰。疏散后的紫茎泽兰茎叶与Hβ分子筛、水溶液混合，在超声波微波组合反应器中，采用一定的固液比、超声波功率、微波辐射温度、微波功率、反应一定的时间，得到低聚糖溶液。采用此方法生产低聚糖，可大大缩短反应时间，降低能耗，使操作工艺更方便，且能达到很好的水解效果。

技术领域

本发明涉及一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，属于生物质纤维素资源化利用领域。

背景技术

紫茎泽兰（Ｅｕｐａｔｏｒｉｕｍ ａｄｅｎｏｐｈｏｒｕｍ）是一种世界性入侵杂草, 为菊科多年丛生型半灌木草本植物, 原产于南美洲墨西哥至哥斯达黎加一带, 现已广泛分布于世界热带、亚热带30多个国家和地区。该草约于20 世纪40 年代由缅甸、印度、越南等国传入我国云南边境临沧地区南部, 现已在西南地区的云南、贵州、四川、重庆、广西、西藏等省区广泛分布, 并仍以每年大约30 km 速度随西南风向东和向北传播蔓延, 给当地的农、林、畜牧业生产造成了严重的经济损失。近几年来, 国内外学者对紫茎泽兰的利用进行了较为广泛的研究, 包括作为生物有机肥源、沼气发酵、制杀虫剂、生产人造板、作染料、生产木糖醇等，但都存在一定的缺陷。如当用紫茎泽兰进行沼气发酵时，由于它中含有的伞形花酯、ß-蒎烯、柠檬烯、阿魏酸等具有杀菌、消毒的活性，可以使沼气发酵中的微生物群慢性中毒，从而抑制沼气发酵的正常运行。很多学者旨在研究紫茎泽兰的化学成分和对本地植物的化感作用。但在资源化利用将其水解为低聚糖方面的研究迄今报道甚少。紫茎泽兰茎秆的主要成分综纤维素、木质素、多戊糖总含量达到85.8%，所以如果能将其水解为低聚糖应用于工业乙醇生产和医药食品方面将对紫茎泽兰资源化利用的一大突破，为社会提高显著的经济及环保效益。

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。并且超声波在介质的传播过程中，存在一个正负压强的交变周期，在正压相位时，超声波对介质分子挤压，改变介质原来的密度，使其增大；在负压相位时，使介质分子稀疏，进一步离散，介质的密度减小，当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

微波是指波长很短，频率很高的电磁波，频率从300MHz到3THz，波长从1m到0.1mm，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频电磁场（微波）作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成水分子的自旋运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。将微波应用于生物质水解是生物质水解进一步探究。微波预处理是在微波辐照作用原料中的极性分子发生振动，剧烈的分子热运动过程中大量碰撞摩擦产生热量，纤维素晶体结构及木质纤维原料的分子结构被破坏，整体结晶度降低。

因此，利用超声波微波协助紫茎泽兰茎叶纤维素类开发简便、高效、环保的水解制备低聚糖的方法具有重要的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明提供一种超声波微波辅助紫茎泽兰茎叶水解制备低聚糖的方法，具体包括步骤：

（1）催化剂的调制：将分子筛Hβ置于马弗炉中烘焙，冷却备用；

（2）紫茎泽兰预处理：对紫茎泽兰茎叶依次进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥处理，得到60~100目疏散的紫茎泽兰；