一種木糖的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種木糖的制備方法，主要包括如下步驟：處理含纖維素、半纖維素的原料，得到含木糖的溶液；含木糖的溶液經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)提純后，包括含木糖的溶液提純前先經(jīng)過(guò)活性炭脫色，得到脫色液；脫色液經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮之前，先經(jīng)過(guò)保護(hù)過(guò)濾和/或卷式膜超濾，然后經(jīng)電滲析設(shè)備除鹽，得到電滲析液，再經(jīng)膜濃縮得到膜濃縮液，最后經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮、活性炭脫色、離子交換、二次蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心得到木糖晶體。本發(fā)明利用電滲析除鹽、膜濃縮代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的碳酸鈣或者石灰中和、一次離子交換、一次蒸發(fā)濃縮，減少了酸堿消耗和水耗，可以節(jié)約用水55-75%，大量降低了污水排放；因此本工藝真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、減輕污染、清潔高效生產(chǎn)的目的。
【專利說(shuō)明】一種木糖的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能糖生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種木糖的制備方法。
【背景技術(shù)】 [0002]木糖是一種戊糖，從玉米芯、甘蔗渣、棉籽殼、造紙廢水等含纖維素、半纖維素的農(nóng)業(yè)廢棄物提取木糖，經(jīng)中和-脫色-陽(yáng)、陰、陽(yáng)的一次凈化提純-一次蒸發(fā)濃縮-陰、陽(yáng)、陰的二次凈化提純-二次蒸發(fā)濃縮-結(jié)晶-離心-烘干等工序制備的白色結(jié)晶體，按此工藝制備木糖產(chǎn)品，工藝流程長(zhǎng)，消耗水、電、汽、酸、堿等輔料多，尤其是產(chǎn)生的污水量大，對(duì)環(huán)境造成一定的危害，其中的中和工序由于在添加輕質(zhì)碳酸鈣時(shí)，容易形成過(guò)堿區(qū)，導(dǎo)致木糖異構(gòu)化和色素、雜質(zhì)的產(chǎn)生，影響木糖液的產(chǎn)品質(zhì)量。中國(guó)專利201210263396.X公開一種木糖精制提純工藝，木糖水解液經(jīng)過(guò)納濾膜除去色素、膠體、蛋白大分子雜質(zhì)，將木糖液透光率提高到70-80%，再經(jīng)過(guò)一次納濾膜，除去木糖液中的鈣離子、硫酸根離子、氯離子等無(wú)機(jī)雜質(zhì)離子，用納濾部分替代脫色和離子交換，但是使用過(guò)程中，納濾膜很快被污染，因?yàn)槟咎且菏紫壤幂p質(zhì)碳酸鈣中和，木糖液中含有大量的鈣離子，鈣離子對(duì)膜有致命傷害，再納濾膜除雜質(zhì)時(shí)，鈣離子很快導(dǎo)致膜損壞，嚴(yán)重縮短了膜的壽命，并且產(chǎn)生的硫酸鈣難以處理，污染環(huán)境。中國(guó)專利201210151705.4公開了一種高效節(jié)能的木糖生產(chǎn)工藝，玉米芯經(jīng)水解、石灰中和、保安過(guò)濾、膜連續(xù)除雜、膜連續(xù)濃縮、一次離子交換、一次蒸發(fā)、二次離子交換、二次蒸發(fā)、三次蒸發(fā)、濃縮結(jié)晶得到木糖晶體，其工藝采用石灰中和，仍然在木糖液中引入了大量鈣離子，嚴(yán)重影響后續(xù)工藝中膜的壽命；工藝采用兩次離子交換，會(huì)消耗大量的酸堿，產(chǎn)生大量含酸堿的廢水，給污水處理含環(huán)境保護(hù)造成很大壓力；其工藝三次蒸發(fā)木糖液，需要消耗大量的蒸汽，能源消耗大；并且此工藝流程很長(zhǎng)，生產(chǎn)周期也會(huì)很長(zhǎng)，因此此工藝不能真正實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)。中國(guó)專利201210082007.3公開一種木糖生產(chǎn)工藝，采用水解、中和、一次脫色、一次離交、膜濃縮、多效濃縮、二次脫色、二次離交、真空濃縮、結(jié)晶離心得到木糖晶體，工藝采用在一次離交后采用膜濃縮部分替代了一次蒸發(fā)器蒸發(fā)，節(jié)約了一部分蒸汽，同時(shí)避免了鈣離子污染膜，但是采用碳酸鈣中和木糖液，產(chǎn)生大量的硫酸鈣沉淀，難以處理，并且中和過(guò)程中，容易形成過(guò)堿區(qū)，造成糖分解、變性，同時(shí)工藝中有兩次離交，消耗大量的酸堿，產(chǎn)生大量污水，因此此工藝也沒(méi)有達(dá)到減少污水排放、清潔生產(chǎn)、節(jié)能的目的。因此，積極開發(fā)一種節(jié)約水源、節(jié)約蒸汽、清潔、高效的木糖生產(chǎn)制備工藝，是木糖生產(chǎn)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有木糖制備方法中，用水量大、污水排放量大、蒸汽消耗高等問(wèn)題，提供一種節(jié)約水源、降低消耗、減少污染、清潔高效的木糖制備方法。
[0004]本發(fā)明提供了一種木糖的制備方法，主要包括如下步驟:
(I)處理含纖維素、半纖維素的原料，得到含木糖的溶液；
(2 )含木糖的溶液經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)提純后，再經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮、活性炭脫色、離子交換、二次蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心得到木糖晶體或者木糖溶液。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，所述含纖維素、半纖維素的原料為玉米芯、蔗渣、蔗髓、造紙廢水、農(nóng)作物秸桿、毛竹、竹屑中的一種或多種。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式之一，所述處理含纖維素、半纖維素的原料，其處理方法為酸性條件下加熱處理，得到含木糖的溶液。
[0007]優(yōu)選的，酸性條件下加熱處理是指利用硫酸、鹽酸、草酸、固體酸作催化劑，加熱加壓處理含纖維素、半纖維素的原料，得到含木糖的溶液。
[0008]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述處理含纖維素、半纖維素的原料，其處理方法為用蒸汽爆破酸浸泡過(guò)的含纖維素、半纖維素的原料，得到含木糖的溶液，所述酸包括但不限于鹽酸、草酸、硫酸。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述含木糖的溶液提純前，先經(jīng)過(guò)活性炭脫色，得到脫色液。
[0010]優(yōu)選的，所述脫色條件為30-85°C保溫20-80min，得到的脫色液透光度不低于 50%。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述脫色液經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮之前，經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽，得到電滲析液。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式之一，所述脫色液經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽之前，經(jīng)過(guò)保護(hù)過(guò)濾， 除去大分子或者固體雜質(zhì)，保護(hù)電滲析膜。
[0013]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述脫色液經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽之前，經(jīng)過(guò)卷式膜超濾，去除蛋白、膠體、色素、無(wú)機(jī)鹽，保護(hù)電滲析膜，卷式膜的分子量為1000-8000Da。
[0014]根據(jù)本發(fā)明再一`實(shí)施方式，所述脫色液經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽之前，經(jīng)過(guò)保護(hù)過(guò)濾和卷式膜超濾，去除大分子或者固體雜質(zhì)以及蛋白、膠體、色素、無(wú)機(jī)鹽，保護(hù)電滲析膜，卷式膜的分子量為1000-8000Da。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述電滲析除鹽的電滲析膜選用均相膜。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，所述電滲析液經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮之前，經(jīng)過(guò)膜濃縮得到膜濃縮液。
[0017]優(yōu)選的，膜濃縮的膜選用納濾膜或者物料反滲透膜。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選的，膜濃縮的膜選用物料反滲透膜。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述膜濃縮液經(jīng)過(guò)一次蒸發(fā)濃縮、活性炭脫色、離子交換、二次蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心得到木糖晶體。
[0020]本發(fā)明所述木糖的制備方法，首先從含纖維素、半纖維素的原料中提取木糖，采用硫酸、鹽酸、草酸加熱加壓水解或者蒸汽爆破的方式提取，得到木糖液，木糖液在40-80°C、 保溫25-70min的條件下，進(jìn)行脫色，得到的木糖一次脫色液的透光率不低于50%，活性炭的用量可以常規(guī)選擇。木糖一次脫色液經(jīng)過(guò)電滲析除鹽，將木糖液的電導(dǎo)率降低至1500y s/ cm以下，電滲析膜選用均相膜，再經(jīng)過(guò)膜濃縮，將木糖液中的干物質(zhì)量百分含量提高至 9-24%，濃縮膜選用納濾膜或者物料反滲透膜。為了減少電滲析膜的污染，可以在電滲析除鹽前，添加保護(hù)過(guò)濾或者卷式膜超濾步驟，也可以保護(hù)過(guò)濾和卷式膜超濾同時(shí)使用，技術(shù)人員可根據(jù)需要選擇。經(jīng)過(guò)膜濃縮后的木糖液，再經(jīng)過(guò)常規(guī)的一次蒸發(fā)濃縮、二次脫色、離子交換、二次蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心，得到高品質(zhì)的木糖結(jié)晶體和母液，木糖結(jié)晶體中木糖的質(zhì)量百分含量不低于99%。
[0021]本發(fā)明利用電滲析除鹽、膜濃縮代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的碳酸鈣或者石灰中和、一次離子交換、一次蒸發(fā)濃縮，減少了離子交換的酸堿消耗和水耗，可以節(jié)約用水55-75%，大量降低了污水排放；利用膜濃縮工藝代替一次蒸發(fā)，減少了蒸汽消耗，節(jié)約了能源；同時(shí)膜濃縮前采用一次脫色、保護(hù)過(guò)濾、膜超濾的連用，有效保護(hù)了電滲析膜和濃縮膜，延長(zhǎng)了膜的壽命；提高了木糖液的品質(zhì)，因此本工藝真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、減輕污染、清潔高效生產(chǎn)的目的。
【具體實(shí)施方式】[0022]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。[0023]實(shí)施例1(1)
玉米芯水解取玉米芯，加入質(zhì)量濃度為2.5%的硫酸溶液，135°C，保溫3小時(shí)，得到木糖液，木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為7%，透光率為3.2%，(2)
—次脫色按照木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量的4%加入活性炭，86°C保溫20min，過(guò)濾除去活性炭，得到木糖一次脫色液，其透光率為65%。[0024](3)保護(hù)過(guò)濾將木糖一次脫色液通過(guò)紗布袋過(guò)濾，以除去其中的固體雜質(zhì)，保護(hù)電滲析膜。[0025](4)膜超濾經(jīng)過(guò)保護(hù)過(guò)濾后的木糖液，利用膜孔徑為5000的耐酸卷式膜超濾，除去活性炭未能除去的膠體雜質(zhì)，進(jìn)一步保護(hù)電滲析膜，經(jīng)過(guò)卷式膜超濾后的木糖液，透光率為73%，干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為5.1%。
[0026](5)電滲析除鹽
經(jīng)過(guò)膜超濾后的木糖液，利用均相電滲析膜除去其中的硫酸、鹽等電解質(zhì)，木糖液的電導(dǎo)率降低至984 u s/cm。[0027](6)膜濃縮經(jīng)過(guò)電滲析除鹽后的木糖液，利用納濾膜濃縮，濃縮后的木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為15.2%o[0028](7)濃縮、二次脫色、離子交換、濃縮、結(jié)晶經(jīng)過(guò)膜濃縮后的木糖液，利用蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為23%，再經(jīng)過(guò)第二次活性炭脫色，木糖液的透光率為68.3%，經(jīng)過(guò)陰(D301)-陽(yáng)(001*7)-陰(D301)樹脂進(jìn)行離子交換，進(jìn)一步去除木糖液中色素、膠體、電解質(zhì)等雜質(zhì)，離子交換后的木糖液經(jīng)過(guò)二次蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，離心得到木糖結(jié)晶體，木糖結(jié)晶體中的木糖質(zhì)量百分含量為99.8%。[0029]實(shí)施例2 (1)玉米芯水解取玉米芯，加入質(zhì)量濃度為1.7%的硫酸溶液，115°C，保溫2.5小時(shí)，得到木糖液，木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為6.2%,透光率為4.5%,按照木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量的7%加入活性炭，70°C保溫33min，過(guò)濾除去活性炭，得到木糖一次脫色液，其透光率為75%。[0030](2)電滲析除鹽利用均相電滲析膜過(guò)濾木糖一次脫色液，除去其中的硫酸、鹽類等電解質(zhì)，木糖液的電導(dǎo)率降低至605 u s/cm。
[0031](3)膜濃縮
經(jīng)過(guò)電滲析除鹽后的木糖液，利用物料反滲透膜濃縮，濃縮后的木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為18.3%。
[0032]( 4 )濃縮、脫色、離子交換、濃縮、結(jié)晶
經(jīng)過(guò)膜濃縮后的木糖液，經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為23.5%，再經(jīng)過(guò)第二次活性炭脫色，木糖液的透光率為63.7%，經(jīng)過(guò)陰(D301)-陽(yáng)(001*7)-陰(D301)樹脂進(jìn)行離子交換，進(jìn)一步去除木糖液中色素、膠體、電解質(zhì)等雜質(zhì)，離子交換后的木糖液經(jīng)過(guò)二次蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，離心得到木糖結(jié)晶體，木糖結(jié)晶體中的木糖質(zhì)量百分含量為99.7%。
[0033]實(shí)施例3
(I)蒸汽爆破玉米秸桿
將500g玉米秸桿粉碎至約Icm見方的小段，加入按重量計(jì)1.1%的鹽酸溶液8000ml，室溫下浸泡17h后，固液分離，得到的酸化玉米秸桿，將酸化的玉米秸桿放入到汽爆設(shè)備中， 蒸汽升壓至1.1Mpa，保壓4.5min，得到的汽爆玉米秸桿泥，用熱水多次清洗玉米秸桿泥，合并多次洗滌液，即為木糖液，干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為4.1%。
[0034](2) —次脫色
按照木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量的10%加入活性炭，50°C保溫lOmin，過(guò)濾除去活性炭，得到木糖一次脫色液，其透光率為72%。
[0035](3)膜超濾
利用膜孔徑為8000的耐酸卷式膜超濾超濾木糖一次脫色液，除去活性炭未能除去的膠體雜質(zhì)，進(jìn)一步保護(hù)電滲析膜，經(jīng)過(guò)膜超濾后的木糖液，透光率為80.1%，干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為3.9%。
[0036](4)電滲析除鹽
經(jīng)過(guò)超濾后的木糖液，利用均相電滲析膜除去其中的酸根、鹽等電解質(zhì)，木糖液的電導(dǎo)率降低至835 u s/cm。
[0037](5)膜濃縮
經(jīng)過(guò)電滲析除鹽后的木糖液，利用納濾膜濃縮，濃縮后的木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為11.5%o
[0038](6)濃縮、二次脫色、離子交換、結(jié)晶
經(jīng)過(guò)膜濃縮后的木糖液，利用蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為28%，再經(jīng)過(guò)第二次活性炭脫色，木糖液的透光率為80.3%，經(jīng)過(guò)陰(D301)-陽(yáng)(001*7)-陰(D301)樹脂進(jìn)行離子交換，進(jìn)一步去除木糖液中色素、膠體、電解質(zhì)等雜質(zhì)，離子交換后的木糖液經(jīng)過(guò)二次蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，離心得到木糖結(jié)晶體，木糖結(jié)晶體中的木糖質(zhì)量百分含量為99.9%。
[0039]實(shí)施例4
(I)硫酸水解造紙廢水
向含有半纖維素的造紙廢水中加入硫酸，硫酸用量為使造紙廢水中的硫酸的質(zhì)量百分含量為1.8%，150°C，保溫2小時(shí)，得到木糖水解液。
[0040](2) —次脫色按照木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量的3%加入活性炭，62°C保溫70min，過(guò)濾除去活性炭，得到木糖一次脫色液，其透光率為52%。
[0041](3)膜超濾
利用膜孔徑為3000的耐酸卷式膜超濾超濾木糖一次脫色液，除去活性炭未能除去的膠體雜質(zhì)，進(jìn)一步保護(hù)電滲析膜，經(jīng)過(guò)膜超濾后的木糖液，透光率為76%，干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為5.8%o
[0042](4)電滲析除鹽
經(jīng)過(guò)超濾后的木糖液，利用均相電滲析膜除去其中的酸根、鹽等電解質(zhì)，木糖液的電導(dǎo)率降低至835 u s/cm。
[0043](5)膜濃縮
經(jīng)過(guò)電滲析除鹽后的木糖液，利用納濾膜濃縮，濃縮后的木糖液中干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為11.5%o
[0044](6)濃縮、二次脫色、離子交換、結(jié)晶
經(jīng)過(guò)膜濃縮后的木糖液，利用蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮至干物質(zhì)質(zhì)量百分含量為28%，再經(jīng)過(guò)第二次活性炭脫色，木糖液的透光率為80.3%，經(jīng)過(guò)陰(D301)-陽(yáng)(001*7)-陰(D301)樹脂進(jìn)行離子交換，進(jìn)一步去除木糖液中色素、膠體、電解質(zhì)等雜質(zhì)，離子交換后的木糖液經(jīng)過(guò)二次蒸發(fā)濃縮，降溫`結(jié)晶，離心得到木糖結(jié)晶體，木糖結(jié)晶體中的木糖質(zhì)量百分含量為99.9%。
【權(quán)利要求】
1.一種木糖的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:(I)處理含纖維素、半纖維素的原料，得到含木糖的溶液；(2 )含木糖的溶液經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)提純后，再經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮、活性炭脫色、離子交換、二次蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心得到木糖晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述含木糖的溶液提純前，先經(jīng)過(guò)活性炭脫色，得到脫色液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述脫色條件為30-85°C保溫 20-80min,得到的脫色液透光度不低于50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述制備方法，其特征在于，所述脫色液經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮之前， 經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽，得到電滲析液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述脫色液經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽之前， 經(jīng)過(guò)保護(hù)過(guò)濾，除去大分子或者固體雜質(zhì)，保護(hù)電滲析膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述脫色液經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽之前，經(jīng)過(guò)卷式膜超濾，去除蛋白、膠體、色素、無(wú)機(jī)鹽，保護(hù)電滲析膜，卷式膜的分子量為 1000-8000Da。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述脫色液經(jīng)過(guò)電滲析設(shè)備除鹽之前， 經(jīng)過(guò)保護(hù)過(guò)濾和卷式膜超濾，去除大分子或者固體雜質(zhì)以及蛋白、膠體、色素、無(wú)機(jī)鹽，保護(hù)電滲析膜，卷式膜的分子量為1000-8000Da。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述電滲析除鹽的電滲析膜選用均相膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8任一項(xiàng)所述制備方法，其特征在于，所述電滲析液經(jīng)一次蒸發(fā)濃縮之前，經(jīng)過(guò)膜濃縮得到膜濃縮液；優(yōu)選的，膜濃縮的膜選用納濾膜或者物料反滲透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述制備方法，其特征在于，所述膜濃縮液經(jīng)過(guò)一次蒸發(fā)濃縮、活性炭脫色、離子交換、二次蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心得到木糖晶體。
【文檔編號(hào)】C13K13/00GK103555865SQ201310584616
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】孫魯, 杜瑞鋒, 王成福, 邱學(xué)良, 黃偉紅, 李毅, 姜希生 申請(qǐng)人:山東福田藥業(yè)有限公司