專利名稱：一種利用負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工、輕工和食品領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
葡萄糖是人體最易吸收的一種單糖，可直接供給熱能，補(bǔ)充營養(yǎng)，提高全身細(xì)胞功能，促進(jìn)新陳代謝，并具有利尿和解毒作用，其衍生 物對(duì)人體也具有極其重要的作用。葡萄糖的用途很廣泛，特別是結(jié)晶葡萄糖，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、化學(xué)等行業(yè)。在食品加工中用在罐頭、面包、糕點(diǎn)、果醬、果凍、低熱量啤酒等生產(chǎn)中；醫(yī)藥中用來生產(chǎn)口服葡萄糖、注射葡萄糖液等，作為基質(zhì)可以生產(chǎn)多類抗菌素及維生素，也可轉(zhuǎn)化生產(chǎn)氨基酸；化工用來生產(chǎn)葡萄糖酸、葡萄糖醇、甘油、山梨酸、檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸及其衍生物。預(yù)計(jì)未來5年，中國食糖總需求將以5%的增長速度穩(wěn)步增長，到2015年將達(dá)1800萬噸。隨著中國整體食糖市場的需求增大，結(jié)晶葡萄糖的需求將消化于蛋糕做大的過程中。葡萄糖及其衍生物日益受到重視，成為國內(nèi)外研究開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)產(chǎn)品，在醫(yī)藥、食品及其他領(lǐng)域日益顯出其廣闊的市場前景。葡萄糖及其衍生物在醫(yī)藥、食品及其他領(lǐng)域的應(yīng)用，日益顯出其重要性，許多新的用途正在不斷拓展之中。目前，我國葡萄糖生產(chǎn)原料主要來源于包括玉米、馬鈴薯、木薯等淀粉，存在與人類爭糧的弊端。木本植物原料中含有38 50%的纖維素、20 35%的半纖維素及15 25%的木質(zhì)素，纖維素是葡萄糖高聚物，如果能將這些取之不盡的可再生資源得到充分有效的利用，必然具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。從可持續(xù)發(fā)展來看，以纖維素類生物質(zhì)為原料生產(chǎn)葡萄糖必將是一個(gè)非常具有潛力的發(fā)展方向，它既節(jié)約糧食，又可降低生產(chǎn)成本，是一項(xiàng)集環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益于一體的新型可持續(xù)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，其重要意義是毋庸置疑的?；谏鲜鲈颍ㄟ^本項(xiàng)發(fā)明應(yīng)用負(fù)壓傳質(zhì)酸解和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)，以纖維素類生物質(zhì)為原料高效轉(zhuǎn)化成葡萄糖漿，使得纖維素資源得到更廣泛、更有效的高附加值利用。

發(fā)明內(nèi)容
一種利用負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓空化的技術(shù)對(duì)纖維素類生物質(zhì)進(jìn)行濃酸預(yù)水解，再經(jīng)過稀酸高溫二次水解、經(jīng)過擴(kuò)散滲析膜分離得到葡萄糖漿和酸液，酸液經(jīng)過負(fù)壓成膜設(shè)備進(jìn)行濃縮并回用。此過程采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擴(kuò)散滲析膜分離設(shè)備和負(fù)壓成膜設(shè)備進(jìn)行葡萄糖和酸液的分離和濃縮，整個(gè)工藝過程具有能耗低；由于酸液循環(huán)使用，使整個(gè)工藝過程具有無污染、無廢料等特點(diǎn)，所得產(chǎn)品具有高轉(zhuǎn)化率、高得率的優(yōu)點(diǎn)。為拓展制備葡萄糖原料和纖維素類生物質(zhì)的高附加值利用打開了廣闊前景。本發(fā)明的目的在于提供一種利用負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素制備葡萄糖漿的方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下工藝I、本發(fā)明適用的原料為所有纖維素生物質(zhì)原料，包括各種針葉材、闊葉材、農(nóng)作物稻桿等。2、本發(fā)明首次采用負(fù)壓空化技術(shù)用于纖維素類生物質(zhì)的濃酸預(yù)水解，由于在預(yù)水解過程中采用負(fù)壓空化技術(shù)，即通過通入的氣流使原料和酸液充分接觸并加速酸解反應(yīng)過程，極大提高了預(yù)水解的效率。3、本發(fā)明首次采用擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)對(duì)葡萄糖-酸溶液進(jìn)行分離，由于采用多膜組和逆流進(jìn)液方式實(shí)現(xiàn)了葡萄糖和酸快速和高效的分離。操作方便、設(shè)備簡單，整個(gè)膜分離過程，除了輸送葡萄糖-酸混合溶液和清水，再也沒有其他額外的能量消耗，節(jié)能和低的運(yùn)行成本成為本項(xiàng)發(fā)明專利的突出優(yōu)勢。4、本發(fā)明首次應(yīng)用負(fù)壓成膜技術(shù)用于葡萄糖漿和酸液濃縮過程，此項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)⑻且哼M(jìn)行高效濃縮并降低能耗，縮短了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效能，由于酸液循環(huán)使用，使整個(gè)工藝過程具有無污染、無廢料等特點(diǎn)，所得產(chǎn)品具有高轉(zhuǎn)化率、高得率的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓空化的方法對(duì)纖維素類生物質(zhì)進(jìn)行濃酸預(yù)水解，再經(jīng)過稀酸高溫二次水解，擴(kuò)散滲析膜分離酸和葡萄糖，葡萄糖漿經(jīng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓成膜設(shè)備濃縮，獲得所需濃度的葡萄糖漿；同樣酸液采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓成膜設(shè)備進(jìn)行負(fù)壓高效濃縮，所得酸液循環(huán)使用。下面，本發(fā)明將用實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但是它并不限于這些實(shí)施例的任一個(gè)或類似實(shí)例。實(shí)施例I :15kg干燥的落葉松纖維漿料室溫條件下逐漸加入到60kg的72%濃硫酸中進(jìn)行負(fù)壓空化I. 5h，得到落葉松纖維漿料的預(yù)水解糖化液，再加入5倍體積的水，在140°C條件下油浴加熱回流lh，經(jīng)過過濾得到二次水解糖化液和木質(zhì)素，經(jīng)DNS法檢測，葡萄糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到了 78%，經(jīng)過硝酸乙醇的方法檢測所獲得剩余物中殘留的纖維素，計(jì)算出落葉松纖維漿料的水解率大于90%，獲得的糖化液經(jīng)過擴(kuò)散滲析膜分離得到酸液和葡萄糖漿，酸解液中酸液濃度為36%，酸解液與清水體積比為1: 1，室溫條件下，流量為500mL/min，酸分離效率為82%/次，葡萄糖的截留率為85%，葡萄糖漿和酸液分別經(jīng)負(fù)壓成膜設(shè)備60°C負(fù)壓條件下進(jìn)行高效濃縮，獲得所需葡萄糖濃度的葡萄糖漿和72%可回用的濃硫酸。實(shí)施例2:15kg干燥的白樺纖維漿料室溫條件下逐漸加入到60kg的72%濃硫酸中進(jìn)行負(fù)壓空化lh，得到白樺纖維漿料的預(yù)水解糖化液，再加入5倍體積的水，在140°C條件下油浴加熱回流lh，經(jīng)過過濾得到二次水解糖化液和木質(zhì)素，經(jīng)DNS法檢測，葡萄糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到了80%，經(jīng)過硝酸乙醇的方法檢測所獲得剩余物中殘留的纖維素，計(jì)算出白樺纖維漿料的水解率大于92%，獲得的糖化液經(jīng)過擴(kuò)散滲析膜分離得到酸液和葡萄糖漿，酸解液中酸液濃度為36%，酸解液與清水體積比為1: 1，室溫條件下，流量為500mL/min，酸分離效率為82%/次， 葡萄糖的截留率為85%，葡萄糖漿和酸液分別經(jīng)負(fù)壓成膜設(shè)備60°C負(fù)壓條件下進(jìn)行高效濃縮，獲得所需葡萄糖濃度的葡萄糖漿和72%可回用的濃硫酸。實(shí)施例3:15kg干燥的秸桿纖維漿料室溫條件下逐漸加入到45kg的72%濃硫酸中進(jìn)行負(fù)壓 空化0. 5h，得到秸桿纖維漿料的預(yù)水解糖化液，再加入5倍體積的水，在140°C條件下油浴加熱回流lh，經(jīng)過過濾得到二次水解糖化液和木質(zhì)素，經(jīng)DNS法檢測，葡萄糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到了85%，經(jīng)過硝酸乙醇的方法檢測所獲得剩余物中殘留的纖維素，計(jì)算出秸桿纖維漿料的水解率大于94%，獲得的糖化液經(jīng)過擴(kuò)散滲析膜分離得到酸液和葡萄糖漿，酸解液中酸液濃度為48%，酸解液與清水體積比為I: I，室溫條件下，流量為500mL/min，酸分離效率為84%/次，葡萄糖纖維素的截留率為87%，葡萄糖漿和酸液分別經(jīng)負(fù)壓成膜設(shè)備60°C負(fù)壓條件下進(jìn)行高效濃縮，獲得所需葡萄糖濃度的葡萄糖漿和72%可回用的濃硫酸。
權(quán)利要求
1.其特征在于應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓空化技術(shù)對(duì)纖維素類生物質(zhì)進(jìn)行濃酸預(yù)水解，再經(jīng)過稀酸高溫二次水解、擴(kuò)散滲析膜分離等過程，制備出高轉(zhuǎn)化率的葡萄糖漿， 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擴(kuò)散滲析膜分離設(shè)備和負(fù)壓成膜設(shè)備進(jìn)行酸和葡萄糖分離及濃縮，使得酸和葡萄糖的分離效率、濃縮效率都大大提高，能耗大幅降低。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于所述的預(yù)處理是采用了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓空化設(shè)備在負(fù)壓條件下進(jìn)行的，其工藝條件如下液料比3 5:1，酸濃度為 60% 80%，溫度為室溫20°C，負(fù)壓空化時(shí)間為O. 5 I. 5h。
3.按照權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于所述的二次水解的過程是在常壓條件下，酸濃度為12% 36%，溫度為80°C 140°C，水解時(shí)間為I 4h。
4.按照權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于所述的擴(kuò)散滲析膜分離過程是采用陰極膜和逆流進(jìn)液方式，在常溫常壓條件下，清水與酸葡萄糖溶液體積比1:1，酸濃度為< 50%，酸分離效率為80% 90%/次，葡萄糖的截留率為80% 90%。
5.按照權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于所述的糖液采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓成膜設(shè)備于60°C進(jìn)行負(fù)壓高效濃縮，獲得所需葡萄糖濃度的葡萄糖漿。
6.按照權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于所述的酸液采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓成膜設(shè)備于60°C進(jìn)行負(fù)壓高效濃縮，所得酸液循環(huán)使用。
全文摘要
一種利用負(fù)壓傳質(zhì)和擴(kuò)散滲析膜分離技術(shù)酸解纖維素類生物質(zhì)制備葡萄糖漿的方法，其特征在于應(yīng)用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)壓空化的技術(shù)對(duì)纖維素類生物質(zhì)進(jìn)行濃酸預(yù)水解，再經(jīng)過稀酸高溫二次水解、經(jīng)過擴(kuò)散滲析膜分離得到酸液和葡萄糖漿，酸液經(jīng)過負(fù)壓成膜設(shè)備進(jìn)行濃縮并回用。此過程采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擴(kuò)散滲析膜分離設(shè)備和負(fù)壓成膜設(shè)備進(jìn)行酸和葡萄糖分離和濃縮，整個(gè)工藝過程具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)；由于酸液循環(huán)使用，使整個(gè)工藝過程具有無污染、無廢料等特點(diǎn)，所得產(chǎn)品具有高轉(zhuǎn)化率、高得率的優(yōu)點(diǎn)。為拓展制備葡萄糖原料和纖維素類生物質(zhì)的高附加值利用打開了廣闊前景。
文檔編號(hào)C13K1/00GK102703612SQ20121021900
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉文俊, 孫志強(qiáng), 孫曉莉, 張軍, 張寶友, 張秀男, 張瑩, 張顏濱, 李汶罡, 祖元?jiǎng)? 祖柏實(shí), 路祺 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué), 祖元?jiǎng)?br>