一種從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法。該方法步驟為：（1）向植物原料預(yù)水解液中加入聚電解質(zhì)，攪拌，靜置，分離得到上層清液，（2）用膜分離的方法過濾上層清液，得低聚糖濃縮液；（3）蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖。本發(fā)明選用特定聚電解質(zhì)沉淀木質(zhì)素，具有很高的選擇性，在除去木質(zhì)素的同時(shí)不會(huì)造成低聚糖的損失。所用聚電解質(zhì)主要沉淀大分子木質(zhì)素，緩解了后續(xù)膜過濾的阻塞問題，使過濾效率顯著提高。
【專利說明】一種從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從植物原料的預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，屬于生物質(zhì)精煉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從制漿造紙的角度講，化學(xué)法制漿將原料中的半纖維素和木質(zhì)素除去，剩余的纖維素作為紙張的主要成分。隨著生物質(zhì)精煉的發(fā)展，在化學(xué)法制漿前對(duì)原料進(jìn)行預(yù)水解，通常以水為溶劑，在高溫高壓條件下使植物原料中的半纖維素組分發(fā)生水解和溶解，形成低聚糖，然后進(jìn)行分離和純化，達(dá)到原料組分綜合、高值化利用的目的。但是，在預(yù)水解過程中，原料中的部分木質(zhì)素一并溶出，同時(shí)，原料中的碳水化合物會(huì)發(fā)生解聚和降解反應(yīng)，解聚反應(yīng)的產(chǎn)物是低聚糖和單糖，這些產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生降解反應(yīng)而生成甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羥甲基糠醛(HMF)等產(chǎn)物。因此，預(yù)水解液的成分較為復(fù)雜，既包括目標(biāo)提取物低聚糖，又包括分子量較大的木質(zhì)素和分子量較小的降解產(chǎn)物。所以，從分離的角度，從預(yù)水解液中提取低聚糖需要解決諸多技術(shù)問題。例如，以楊木為原料的預(yù)水解液中，低聚糖和木質(zhì)素占預(yù)水解液總固形物的比例分別為65%和35%左右，但濃度較低，在10g/L到60g/L之間。
[0003]從預(yù)處理液中提取低聚糖的方法有乙醇沉淀法、凝膠過濾法、聚合物沉淀法、膜過濾法，然而，這些現(xiàn)有方法均有不足，主要體現(xiàn)在實(shí)用性低和對(duì)組分的選擇性差兩方面。乙醇沉淀法是基于相似相溶原理，通過加入2-5倍于預(yù)水解液體積的乙醇，降低預(yù)水解液的極性，使極性較大的低聚糖沉淀析出。然而，該法低聚糖的提取率較低，在20-40%左右，且伴隨大量的木素沉淀，因此所提取的低聚糖純度較低，在30-70%左右；凝膠過濾法的缺點(diǎn)是成本較高，實(shí)用性較低，僅適用于實(shí)驗(yàn)室分析；聚合物沉淀法通過表面電荷消除作用使預(yù)水解液中帶負(fù)電的可溶性木質(zhì)素和低聚糖沉淀，該法的主要問題是選擇性差，即木質(zhì)素和低聚糖同時(shí)發(fā)生沉淀，所提取的低聚糖純度較低，在40%-80%左右，因此，需要尋求選擇性和沉淀效率高的聚合物；膜分離技術(shù)對(duì)于從植物預(yù)水解液中提取糖類物質(zhì)效率不高，由于植物預(yù)水解液中存在大量木質(zhì)素，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的阻塞問題，使膜的過濾速率、效率和再生性降低，該問題在Koivula等人的文章中有詳細(xì)報(bào)道,參見Koivula, E., Kallioinen, M., Sainio, T., Enrique Anton, F., Luquej S., MarUlari5 M..Enhanced membrane filtration ofwood hydrolysates for hemicelluloses recovery by pretreatment with polymericadsorbents.Bioresour.Technol.2013，143，275-281。
[0004]針對(duì)上述問題，有利用聚合物poly-DADMAC沉淀去除預(yù)水解液中的大分子物質(zhì)，緩解后續(xù)膜過濾的阻塞問題，然后利用膜過濾技術(shù)去除低分子雜質(zhì)，達(dá)到濃縮和提純低聚糖的目的。然而poly-DADMAC對(duì)木質(zhì)素的選擇性較差，預(yù)水解液中低聚糖同時(shí)發(fā)生沉淀，造成低聚糖的損失，P-DADMAC沉淀使預(yù)水解液中的木質(zhì)素濃度從5.547g/L降低至1.645g/L,但同時(shí)總糖濃度從 37.91g/L 減少至 23.97g/L,參見 Yasarla LR, Ramarao BV:Dynamicsof flocculation of lignocellulosic hydrolyzates by polymers.1ndustrial &Engineering Chemistry Research2012, 51:6847-6861.)。該有機(jī)聚合物沉淀選擇性差，木質(zhì)素的沉淀伴隨著低聚糖的損失，低聚糖回收率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，實(shí)現(xiàn)高選擇性的使預(yù)水解液中木質(zhì)素沉淀，而同時(shí)不會(huì)造成低聚糖的損失。
[0006]術(shù)語說明:
[0007]植物原料:本發(fā)明所述的植物原料是指造紙領(lǐng)域常用的植物料；包括但不限于各種木材、竹子、草類和農(nóng)業(yè)秸桿等。
[0008]植物原料預(yù)水解液:植物原料的預(yù)水解指生物質(zhì)精煉領(lǐng)域中，如制漿造紙產(chǎn)業(yè)，在制漿工藝前，將植物原料在一定溫度或一定壓力下的水介質(zhì)中處理，旨在將植物原料中的半纖維素組分溶出，處理后的植物原料固形物用于后續(xù)的制漿、酶解或其他用途，而所得液態(tài)物即為預(yù)處理液，稱為植物原料預(yù)水解液。
[0009]低聚糖:低聚糖又稱寡糖，是由若干個(gè)單糖分子連接而成的糖，聚合度一般在2-10左右。如低聚乳糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖等。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，步驟如下:
[0012](I)向植物原料預(yù)水解液中加入聚電解質(zhì)，所述的聚電解質(zhì)為聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚氯化鋁鐵、聚硫酸鋁鐵、聚硅酸鋁鐵、聚氯化鐵、聚硫酸鐵之一或組合，聚電解質(zhì)加入量為0.01-10g/L，攪拌5-20`分鐘，靜置80-150分鐘，分離得到上層清液；
[0013](2)用膜分離的方法過濾上層清液，得低聚糖濃縮液；
[0014](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中聚電解質(zhì)的加入量為2_6g/L。使預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)加入聚電解質(zhì)之前，先調(diào)節(jié)植物原料預(yù)水解液的pH為7.0-12.0。最佳pH與聚電解質(zhì)的種類有關(guān)，當(dāng)聚電解質(zhì)為聚氯化鋁時(shí)，優(yōu)選的pH為
7.0_9.0 ο
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中攪拌的速度為300-400轉(zhuǎn)/分鐘。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中所述的膜分離為超濾，更優(yōu)選采用錯(cuò)流過濾的超濾方式，過濾壓力為0.05-1.0MPa,更優(yōu)選0.3-0.5MPa，超濾膜為再生纖維素膜或聚砜超濾膜，超濾膜的截留分子量為0.5-5kDa，更優(yōu)選1.0-3.0kDa0
[0019]根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案如下:
[0020]原料預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，所用原料為長度在4~8厘米的麥草，原料與水的質(zhì)量比為1: 8，在60min內(nèi)升溫到160°C，然后保溫30min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料的混合均勻，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為麥草預(yù)水解液；
[0021]麥草預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為35.4mg/mL，其中，低聚糖為26.7mg/mL，木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為5.6mg/mL ；
[0022]提取步驟如下:[0023](I)調(diào)節(jié)麥草預(yù)水解液的pH到8.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為4.0g/L，使麥草預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為25.9%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變；
[0024](2)利用截留分子量為IkDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.4MPa ；在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為94.1%，過濾得到低聚糖濃縮液；
[0025](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；低聚糖的總收率為35.0%，純度為 95.5%ο
[0026]根據(jù)本發(fā)明，另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案如下:
[0027]原料預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，原料為長度2~4cm的玉米秸桿，原料與水的質(zhì)量比為1: 8，在60min內(nèi)升溫到160°C，然后保溫30min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料的混合，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為預(yù)水解液；
[0028]預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為85mg/mL，其中，低聚糖為80mg/mL，木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為5mg/mL ；`
[0029]提取步驟如下:
[0030](I)調(diào)節(jié)玉米秸桿預(yù)水解液的pH到9.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為3.8g/L，使玉米秸桿預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為35.2%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變；
[0031](2)利用截留分子量為IkDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.4MPa ；在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為93.1%，過濾得到低聚糖濃縮液；
[0032](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；
[0033]低聚糖的總收率為42.1%，純度為95.4%。
[0034]本發(fā)明將聚電解質(zhì)加入到植物原料預(yù)水解液中，充分?jǐn)嚢杌旌虾笫勾蠓肿幽举|(zhì)素絮凝沉淀而析出，繼而分離上層清液和沉淀物；然后利用膜分離的方法過濾得到上層清液中的低聚糖組分，在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，低聚糖組分進(jìn)而得到濃縮。
[0035]本發(fā)明中的植物原料預(yù)水解液，是按造紙領(lǐng)域常規(guī)操作對(duì)植物原料預(yù)水解所得，優(yōu)選的，對(duì)植物原料的預(yù)水解方法步驟如下:
[0036]將植物原料粉碎，按植物原料:水=1:(5-10)的質(zhì)量比加入到蒸煮器中，60min內(nèi)升溫到160-180°C，升壓至0.7-lMPa,然后保溫50_100min，保溫過程中蒸煮器以l_3rpm的速度旋轉(zhuǎn)；保溫結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料物即為植物原料預(yù)水解液。
[0037]以楊木為例，優(yōu)選的，對(duì)植物原料的預(yù)水解方法步驟如下:
[0038]將長度和寬度2.0~4.0厘米，厚度0.5~1.05厘米左右的木片，按木片:水1:6的質(zhì)量比加入到蒸煮器中，60min內(nèi)升溫到170°C，對(duì)應(yīng)的壓力為0.8MPa，然后保溫60min，在保溫過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)，預(yù)處理結(jié)束后減壓并排料，然后利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得木片狀的固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為楊木預(yù)水解液。
[0039]本發(fā)明成功的克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的:膜分離過濾效率低和膜再生差、聚合物沉淀對(duì)分離組分的選擇性差、所得低聚糖產(chǎn)品中含有大量木質(zhì)素和其他雜質(zhì)以及沉淀大分子木質(zhì)素同時(shí)造成低聚糖損失等諸多不足，利用特定的聚電解質(zhì)對(duì)植物原料預(yù)水解液中的木質(zhì)素高選擇性沉淀并通過膜過濾對(duì)低聚糖進(jìn)行濃縮與提純，經(jīng)本發(fā)明提取的低聚糖具有較高的純度，可直接作為化工原料，本發(fā)明的方法對(duì)原料的綜合利用和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)具有重大意義。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)良效果如下:
[0040]1、本發(fā)明選用聚電解質(zhì)沉淀木質(zhì)素，具有很高的選擇性，在除去木質(zhì)素的同時(shí)不會(huì)造成低聚糖的損失。低聚糖的總收率可高達(dá)42.1%。
[0041]2、本發(fā)明所用聚電解質(zhì)主要沉淀大分子木質(zhì)素，緩解了后續(xù)膜過濾的阻塞問題，使過濾效率顯著提高。
[0042]3、本發(fā)明通過對(duì)超濾膜截留分子量的選擇，可達(dá)到截留低聚糖并除去小分子雜質(zhì)的雙重目的，使分離提取的低聚糖具有較高的純度，低聚糖純度可高達(dá)95.5%。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0044]實(shí)施例中所用原料如無特別說明均為常規(guī)原料，市購產(chǎn)品。所用再生纖維素膜和聚砜超濾膜為常規(guī)市購產(chǎn)品。
[0045]實(shí)施例1、楊木預(yù)水解液中低聚糖的提取
[0046]楊木原料的預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，楊木原料粉碎至片狀，楊木片的長度和寬度2.0~4.0厘米，厚度0.5~1.0厘米，楊木片與水的質(zhì)量比為1:6，在60min內(nèi)升溫到170°C，然后保溫60min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料混合均勻，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為楊木預(yù)水解液。
[0047]楊木預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為56.8mg/mL ;其中，低聚糖為37.4mg/mL，木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為6.7mg/mL。
[0048]提取步驟如下:
[0049](I)調(diào)節(jié)楊木預(yù)水解液的pH到9.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為4.8g/L，使楊木預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為25.1%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變；
[0050](2)利用截留分子量為3kDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.3MPa ；在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為91.6%，過濾得到低聚糖濃縮液；
[0051](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；低聚糖的總收率為29.6%，純度為 95.6%ο[0052]對(duì)比例1、
[0053]利用聚乙烯亞胺(PEI)處理實(shí)施例1的楊木預(yù)水解液，PEI用量為2.0g/L, pH為
6.5，此時(shí)預(yù)水解中膠體顆粒的Zeta電位為零，經(jīng)過絮凝沉淀后，楊木預(yù)水解液中木質(zhì)素濃度由6.7mg/mL降低為3.3mg/mL,去除率為50.7%,低聚糖濃度由37.4mg/mL降低為29.7mg/mL，損失20.6%。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過實(shí)施例1所述的步驟(2)的膜過濾和步驟(3)的蒸發(fā)結(jié)晶后，低聚糖總收率為15.2%，純度為83.8%。
[0054]實(shí)施例2、楊木預(yù)水解液中低聚糖的提取
[0055]楊木預(yù)水解液的各項(xiàng)指標(biāo)同實(shí)施例1，提取步驟同實(shí)施例1，不同的是選擇聚氯化招鐵作為聚電解質(zhì)，添加量為5.0g/L ；
[0056]低聚糖的總收率為27.3%，純度為94.8%。
[0057]實(shí)施例3、竹子預(yù)水解液中低聚糖的提取
[0058]原料預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，所用原料為竹片，其尺寸規(guī)格與實(shí)例I中的楊木片相同，竹片與水的質(zhì)量比為1:6，在60min內(nèi)升溫到170°C，然后保溫60min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料的混合，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為竹子預(yù)水解液。
[0059]竹子預(yù)水解液的 各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為50.3mg/mL ;其中，低聚糖為35.6mg/mL,,木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為6.2mg/mL。
[0060]提取步驟如下:
[0061](I)調(diào)節(jié)竹子預(yù)水解液的pH到8.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為4.3g/L，使竹子預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為28.4%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變；
[0062](2)利用截留分子量為IkDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.3MPa ；在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為92.5%，過濾得到低聚糖濃縮液；
[0063](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；低聚糖的總收率為37.6%，純度為 94.1%。
[0064]實(shí)施例4、竹子預(yù)水解液中低聚糖的提取
[0065]竹子預(yù)水解液的各項(xiàng)指標(biāo)同實(shí)施例3，提取步驟同實(shí)施例3，不同的是選擇聚硫酸招鐵作為聚電解質(zhì)，添加量為4.5g/L ；
[0066]低聚糖的總收率為37.0%，純度為94.7%。
[0067]對(duì)比例2、
[0068]利用聚丙烯酰胺(CPAM)處理實(shí)施例3所述的竹子預(yù)水解液，CPAM用量為2.3g/L，pH為8.0，此時(shí)預(yù)水解中膠體顆粒的Zeta電位為零，經(jīng)過絮凝沉淀后，竹子預(yù)水解液中木質(zhì)素濃度由6.2mg/mL降低為2.lmg/mL,去除率為66.1%,低聚糖濃度由35.6mg/mL降低為28.0mg/mL，損失21.3%。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過實(shí)施例3所述的步驟(2)的膜過濾和步驟(3)的蒸發(fā)結(jié)晶后，低聚糖總收率為17.4%，純度為87.3%。
[0069]實(shí)施例5、麥草預(yù)水解液中低聚糖的提取[0070]原料預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，所用原料為長度在4~8厘米的麥草，原料與水的質(zhì)量比為1: 8，在60min內(nèi)升溫到160°C，然后保溫30min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料的混合均勻，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為麥草預(yù)水解液。
[0071]麥草預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為35.4mg/mL，其中，低聚糖為26.7mg/mL，木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為5.6mg/mL。
[0072]提取步驟如下: [0073](I)調(diào)節(jié)麥草預(yù)水解液的pH到8.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為4.0g/L，使麥草預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為25.9%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變；
[0074](2)利用截留分子量為IkDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.4MPa ；在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為94.1%，過濾得到低聚糖濃縮液；
[0075](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；低聚糖的總收率為35.0%，純度為 95.5%ο
[0076]實(shí)施例6、麥草預(yù)水解液中低聚糖的提取
[0077]麥草預(yù)水解液的各項(xiàng)指標(biāo)同實(shí)施例5，提取步驟同實(shí)施例5，不同的是選擇聚氯化鐵作為聚電解質(zhì)，添加量為4.2g/L，調(diào)pH為8.0 ;利用截留分子量為0.5kDa的聚砜超濾膜作為濾膜，過濾壓力為0.4MPa；
[0078]低聚糖的總收率為39.5%，純度為91.3%。
[0079]實(shí)施例7、玉米秸桿預(yù)水解中低聚糖的提取
[0080]原料預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，原料為長度2~4cm的玉米秸桿，原料與水的質(zhì)量比為1: 8，在60min內(nèi)升溫到160°C，然后保溫30min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料的混合，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為預(yù)水解液。
[0081]預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為85mg/mL，其中，低聚糖為80mg/mL，木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為5mg/mL。
[0082]提取步驟如下:
[0083](I)調(diào)節(jié)玉米秸桿預(yù)水解液的pH到9.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為3.8g/L，使玉米秸桿預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為35.2%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變；
[0084](2)利用截留分子量為IkDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.4MPa ；在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為93.1%，過濾得到低聚糖濃縮液；
[0085](3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；
[0086]低聚糖的總收率為42.1%，純度為95.4%。[0087]實(shí)施例8、玉米秸桿預(yù)水解液中低聚糖的提取
[0088]玉米秸桿預(yù)水解液的各項(xiàng)指標(biāo)同實(shí)施例7，提取步驟同實(shí)施例7，不同的是選擇聚硫酸鐵作為聚電解質(zhì)，添加量為3.4g/L,調(diào)pH為8.0 ;利用截留分子量為5kDa的聚砜超濾膜作為濾膜，過濾壓力為IMPa ；
[0089]低聚糖的總收率為40.5%，純度為93.7%。
【權(quán)利要求】
1.一種從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，步驟如下: (1)向植物原料預(yù)水解液中加入聚電解質(zhì)，所述的聚電解質(zhì)為聚氯化鋁、聚硫酸鋁、聚氯化招鐵、聚硫酸招鐵、聚娃酸招鐵、聚氯化鐵、聚硫酸鐵之一或組合，聚電解質(zhì)加入量為0.01-10g/L，攪拌5-20分鐘，靜置80-150分鐘，分離得到上層清液； (2)用膜分離的方法過濾上層清液，得低聚糖濃縮液； (3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，步驟(I)中聚電解質(zhì)的加入量為2-6g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，步驟(I)加入聚電解質(zhì)之前，先調(diào)節(jié)植物原料預(yù)水解液的pH為7.0-12.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，步驟(I)中攪拌的速度為300-400轉(zhuǎn)/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的膜分離為超濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，采用錯(cuò)流過濾的超濾方式，過 濾壓力為0.05-1.0MPa0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，過濾壓力為0.3-0.5MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的從植物原料預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，其特征在于，超濾所用的超濾膜為再生纖維素膜或聚砜超濾膜，超濾膜的截留分子量為0.5-5kDa。
9.一種從楊木預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，步驟如下: 楊木原料的預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，楊木原料粉碎至片狀，楊木片的長度和寬度2.0~4.0厘米，厚度0.5~1.0厘米，楊木片與水的質(zhì)量比為1:6，在60min內(nèi)升溫到170°C，然后保溫60min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料混合均勻，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為楊木預(yù)水解液。 楊木預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為56.8mg/mL ;其中，低聚糖為37.4mg/mL,木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為6.7mg/mL。 提取步驟如下: (1)調(diào)節(jié)楊木預(yù)水解液的PH到9.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為4.8g/L，使楊木預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為25.1%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變； (2)利用截留分子量為3kDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.3MPa ;在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為91.6%，過濾得到低聚糖濃縮液； (3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；低聚糖的總收率為29.6%，純度為95.6%。
10.一種從竹子預(yù)水解液中提取低聚糖的方法，步驟如下:原料預(yù)水解在常規(guī)蒸煮器中進(jìn)行，所用原料為竹片，其尺寸規(guī)格與實(shí)例I中的楊木片相同，竹片與水的質(zhì)量比為1:6，在60min內(nèi)升溫到170°C，然后保溫60min，整個(gè)過程中蒸煮器以2rpm的速度旋轉(zhuǎn)以保證物料的混合，預(yù)水解結(jié)束后減壓并排料，利用濾紙或?yàn)V篩對(duì)所得物料進(jìn)行固液分離，所得固態(tài)物料用于后續(xù)的制漿造紙，所得液態(tài)物料即為竹子預(yù)水解液。 竹子預(yù)水解液的各項(xiàng)主要指標(biāo):固形物含量為50.3mg/mL ;其中，低聚糖為35.6mg/mL,,木質(zhì)素和其他降解產(chǎn)物為6.2mg/mL。 提取步驟如下: (1)調(diào)節(jié)竹子預(yù)水解液的PH到8.0，加入聚氯化鋁作為選擇性沉淀木質(zhì)素大分子的聚電解質(zhì)，添加量為4.3g/L，使竹子預(yù)水解液中木質(zhì)素等膠體顆粒的電動(dòng)電位(Zeta電位)為零，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間10分鐘，然后靜置120分鐘；木質(zhì)素大分子發(fā)生絮凝沉淀，其沉淀去除率為28.4%，而上層清液中的低聚糖組分濃度基本保持不變； (2)利用截留分子量為IkDa的再生纖維素膜過濾上層清液，過濾壓力為0.3MPa ;在過濾過程中，小分子的木質(zhì)素和雜質(zhì)透過再生纖維素膜而轉(zhuǎn)移到濾除液中，其中木質(zhì)素組分的去除率為92.5%，過濾得到低聚糖濃縮液； (3)蒸發(fā)結(jié)晶低聚糖濃縮液，經(jīng)干燥后得低聚糖；低聚糖的總收率為37.6%，純度為.94.1%。
【文檔編號(hào)】C07H1/08GK103554192SQ201310554290
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】王兆江, 秦夢華, 李宗全 申請(qǐng)人:齊魯工業(yè)大學(xué)