專利名稱：綜合利用玉米芯等農林廢棄物生產多元糖醇及木質素的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物化工領域，特別涉及一種綜合利用玉米芯等農林廢棄物原料，生產多元糖醇及木質素化合物的新工藝。
背景技術：
木質纖維素是地球上資源量最大的可再生資源和最主要的生物質資源，每年僅陸生植物產纖維素約500億噸，木質纖維素占地球生物總量的60%-80%。如何綜合高效地利用這些生物質資源是一個關系到資源、環(huán)境、經濟、能源等的重要課題。為解決這個問題，近年來主要西方國家及部分發(fā)展中國家都投入了大量人力和物力對纖維素資源轉化進行了大 量的研究開發(fā)工作，尤其是我國。來源豐富、品種多、再生時間短等是木質纖維素類資源的優(yōu)點，這些植物纖維原料可望通過生物或者化學轉化，生產葡萄糖單體、木糖單體、燃料乙醇、多元醇類以及小分子木質素等化工原料，進而把儲量巨大的木質纖維素資源轉化為人類的食品倉庫、能源倉庫和有機化工原料倉庫。我國是一個農業(yè)大國，農林廢棄纖維素類資源異常豐富，僅玉米芯一項每年產量就達2億多噸，而且大部分被焚燒甚至掩埋而未被利用，造成巨大的資源浪費和環(huán)境污染問題。玉米芯等農林廢棄物的主要成分是半纖維素、纖維素和木質素等木質纖維素類資源。纖維素的分子排列規(guī)則，聚集成束，從而構成細胞壁的構架。在纖絲構架之間充滿了半纖維素和木質素。植物細胞壁的結構非常緊密，在纖維素、半纖維素和木質素分子之間存在著不同的結合力。纖維素和半纖維素或木質素分子之間的結合主要依賴于氫鍵；半纖維素和木質素之間除氫鍵外，還存在化學鍵的結合，因此，從木制纖維素原料中分離的木質素中含有少量的碳水化合物。半纖維素和木質素間的化學鍵結合主要在半纖維素分子支鏈上的半乳糖基和阿拉伯糖基與木質素之間。玉米芯中最容易被降解而且含量最多的的半纖維素目前最主要的應用是生產木糖以及木糖醇產品。雖然木糖是單糖的一種，但和人們日常食用的六碳糖葡萄糖及果糖不同，木糖不能為人體提供熱量，但有增加人體腸道雙歧桿菌等的某些特殊功能。另外木糖不被口腔內微生物所利用，具備膳食纖維的部分生理功能，可降低血清膽固醇的預防腸癌等，未來的應用前景廣泛。而木糖醇作為一種重要的工業(yè)用精細化學品、糖基化學品、食品及飼料添加劑，具備許多優(yōu)異特性，廣泛用于化工、醫(yī)藥、皮革、國防、涂料、食品及飼料等行業(yè)。木糖醇是所有食用糖醇中，生理活性最好的品種。作為一種高效的功能性營養(yǎng)添加劑。它味甜低熱，口感清涼，甜度與蔗糖相當，具有特殊的生理活性，易為人體吸收。在防齲齒、不增加血糖值、均顯示出比山梨醇、麥芽糖醇、甘露醇等更為明顯的優(yōu)越性，因而應用廣泛，尤其適用于糖尿病和肝炎患者的臨床營養(yǎng)劑和治療劑。采用高溫蒸煮或蒸汽爆破的手段處理玉米芯中的半纖維素，使其降解獲得木糖，發(fā)酵生產木糖醇，是一種對環(huán)境友好的生物煉制新工藝，具有良好的發(fā)展前景。玉米芯中半纖維素的含量較高，高溫蒸煮和蒸汽爆破后可以得到木糖液，木糖液可以結晶制木糖，也可以作為木糖醇發(fā)酵的直接底物。更難以被破壞的纖維素和木質素以固渣的形式被廢棄，如何綜合利用玉米芯，清潔和高效生產木糖和木糖醇的同時，科學與合理的處理和利用水解后的固渣，采取一定的生產工藝，以獲得木質纖維素產品或木質素降解產物以及以纖維素降解產物葡糖糖為原料得到的高附加值多元醇產品也是本發(fā)明需要解決的問題。目前，纖維素主要用于紡織造紙。此外，以分離純化的纖維素為原料，可以制造人造絲，賽璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯類衍生物和甲基纖維素、乙基纖維素、梭甲基纖維素等醚類衍生物，用于塑料、炸藥、電工及科研器材等方面。而在生物能源化工領域，以纖維素為原料，發(fā)酵生產燃料乙醇是比較熱門的應用方向，另外纖維素酶解葡萄糖進而發(fā)酵生產多元醇也是纖維素的一個重要應用方向。
多元醇是以農產品為原料，利用生物工程技術及物理化學方法聯合生產的生化產品。發(fā)酵生產多元醇主要以玉米淀粉、糖類為起始原料，經加工生成2個以上羥基的醇，如六元醇(山梨醇、甘露醇、麥芽糖醇、異麥芽酮糖醇、淀粉糖漿氫化物等)；五元醇(木糖醇、阿拉伯醇)；四元醇(赤蘚醇)；三元醇(丙三醇)；二元醇(乙二醇、丙二醇)等。大部分產品具有功能性，作為保健食品的配料廣泛用于食品、化工等工業(yè)。根據有關資料，目前我國多元醇主要產品有山梨醇、麥芽糖醇、低聚糖醇、低聚異麥芽糖醇、赤蘚糖醇、氫化淀粉糖漿、木糖醇、異麥芽酮糖醇、乳糖醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇、甘油、丁二醇等10余種。以玉米為原料生物發(fā)酵生產多元醇較化工法生產更具優(yōu)越性。(I )以淀粉、糖類為起始原料氫化還原生產多元醇，得率高于其他技術路線，比如，I噸多淀粉能生產I噸山梨醇或麥芽糖醇；
(2)生物合成的多元醇不僅安全衛(wèi)生，而且有可降解性，是今后發(fā)展綠色環(huán)保型表面活性劑和可降解材料的起始原料；(3 )玉米是可再生資源，較之以石油為原料化學合成多元醇更具競爭力。木質素是植物界中含量僅次于纖維素的第二豐富的天然高分子。相對于其它天然高分子，木質素具有更為復雜的組成及多級結構，是最難認識和應用的天然高分子之一。但是，木質素分子具有眾多不同種類的活性官能基，兼具可再生、可降解、無毒等優(yōu)點。目前，大多數類型的木質素因缺乏應用途徑而只能被燃燒或廢棄，因此急需通過適當的化學和物理方法，發(fā)現新的利用途徑，變廢為寶。在應用和研究較為活躍的木質素高分子材料領域，主要方法是通過化學反應如接枝共聚和物理共混將木質素與聚氨酯、聚烯烴、橡膠、聚酯、聚醚、纖維素、淀粉、大豆蛋白、聚乙烯醇等復合，改善木素與共混、共聚材料的相容性并提高材料的各種性能。木質素可以通過生物降解、化學降解、熱降解的方法生產有機化工原料。從理論上講，對木質素進行有控制的生物降解，可以由這一復雜的高聚物生產出目前從石油中制取的各種有用的苯酚類物質，如香草醛、丁香酸、苯酚等。這種辦法一旦成功,將為今后的化學品生產開辟新的原料來源。

發(fā)明內容
本工藝通過對原料進行化學或生物法進行預處理后，采用高溫蒸煮或蒸汽爆破的方式生產出木糖水解液，進而生產木糖產品，或者生物法生產木糖醇產品，同時充分利用原料中含有的纖維素和木質素成分，開發(fā)和生產出相應產品的工藝技術。綜合利用玉米芯農林廢棄物生產多元糖醇及木質素的工藝，其特征在于，包括以下步驟
I).粉碎至10目以下的農林廢棄物采用稀酸浸泡的方式進行預處理，或者采用白腐菌或褐腐菌通過降解生物質中木質素的方式進行生物法預處理；上述的浸泡方式所使用的浸泡液為稀硫酸、稀鹽酸或者稀草酸中的一種，稀酸的質量分數為O. 1-0. 5%，浸泡溫度為3(Γ100° C，浸泡時間為6 24 h;浸泡處理完成后，將玉米芯抽濾并沖洗至pH大于5 ；將濕度控制在50°/Γ80%的玉米芯中接入預先培養(yǎng)好的白腐菌或褐腐菌種子液，接種量為O. 5ml/g玉米芯干重，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)溫度為28°C，預處理時間為14 40天；以下固液比沒有特別說明，固體均以干重計；2).預處理后的玉米芯原料經過清洗，采用高溫蒸煮或者蒸汽爆破的方式進行半 纖維素的水解。每種方式按水解的劇烈程度又具體分為A、B兩種反應條件，高溫蒸煮A:固液比為1:5 20，蒸煮溫度為12(Tl50°C，蒸煮時間為O. 5 2h，攪拌轉速為80-150 rpm,水解完成后得到蒸煮混合物A ；高溫蒸煮B:固液比為1:5 20，蒸煮溫度為15(Tl80°C，蒸煮時間為O. 5 2h，攪拌轉速為80-150rpm,水解完成后得到蒸煮混合物B ；蒸汽爆破A:蒸汽壓力為l 2MPa，維持壓力時間為2 8min ；蒸汽爆破B:蒸汽壓力為0.5 110^，維持壓力時間為2 811^11;3). 2)中蒸汽爆破得到的固體以固液比例為Ig: I飛ml，水提溫度20°C 70°C，攪拌轉速為5(Tl00rpm，分三次水提，合并得到固液混合物，按照蒸汽爆破A、B兩種方式，不同分別記為固液混合物A、固液混合物B ；4).采取固態(tài)發(fā)酵的方法生產富含木聚糖酶系的自制酶液，產木聚糖酶的菌株為黑曲霉、綠色木霉、里氏木霉中的一種；以優(yōu)選黑曲霉為例，種子培養(yǎng)基采用查氏培養(yǎng)基，培養(yǎng)溫度30°C，振蕩轉速100-150rpm，培養(yǎng)時間72h，接入玉米芯固體培養(yǎng)基進行固態(tài)發(fā)酵產酶，其中固態(tài)培養(yǎng)基以玉米芯為碳源20°/Γ30%，尿素為氮源O. 59T2%，KH2PO4O. 1%，其余為水，調節(jié)初始ρΗ=5. 0，接種量為O. 05ml/g玉米芯(干重)，培養(yǎng)3-5天后，采用pH=5. O的乙酸-乙酸鈉緩沖液浸潤固態(tài)發(fā)酵體系，50°C振蕩提取，過濾提得自制酶液。5).以2)中蒸煮混合物B或者3)中固液混合物B為底物，采用4)中的自制酶液進行酶解，酶解條件如下，酶液與底物的體積比為1:5(Γ100，酶解反應初始ρΗ=5. 0，酶解溫度為45 50°C，攪拌轉速為30-60 rpm，酶解時間為8_10 h,得到固液混合物I ;6). 5)中固液混合物I經過抽濾后，得到固體I和木糖液I ;2)中蒸煮混合物A過濾后得到木糖液2和固體2 ；3)中固液混合物A過濾后得到木糖液3和固體3 ；7).合并6)中3種木糖液用于純化濃縮結晶制備木糖晶體；木糖液純化采用活性炭脫色、離子交換樹脂脫鹽、膜過濾等手段中的兩種或者三種；木糖液濃縮過程中，采用濃縮罐和旋轉薄膜蒸發(fā)器二級濃縮，第一次在濃縮罐中減壓條件下脫水至木糖濃度20%以上時送入旋轉薄膜蒸發(fā)器中第二次脫水至木糖濃度80%以上直接進入結晶罐中結晶；結晶過程中，將濃縮到809Γ85%的糖膏投入結晶機后加入糖膏中1%的無水乙醇，使無水乙醇奪取一定量的水分而使糖膏達到過飽和，攪拌轉速為3 4rpm，以每小時1°C的降溫速率降至4(T45°C，加入1%木糖粉末作為晶種，每小時2 3°C繼續(xù)降溫至10°C，離心，晶體真空干燥；8).合并6)中3種木糖液用于生物法制備木糖醇優(yōu)選采用熱帶假絲酵母Candidatropicalis As2. 1776，按照菌種活化、擴大培養(yǎng)、發(fā)酵產醇流程順序進行。得到的木糖醇發(fā)酵液經過濾后按順序先采用超濾膜選擇性的截留分子量在f 5 kDa的大分子色素和蛋白質，再用陰陽離子交換樹脂結合大孔吸附樹脂脫色和脫鹽；再應用NF-270進行納濾濃縮，納濾濃縮時的溫度范圍是30 50°C，操作壓強為3 5 Mpa，最后采用梯度程序降溫的方式結晶產木糖醇，采取初始溫度為6(T75°C，終止溫度為25 35°C，降溫采取每小時
I.(Γ2. (TC的方式，在45飛(TC時加入固含量質量分數為O. 1%的商品木糖醇和作為晶種，并在終止溫度下養(yǎng)晶1Γ22 h，過濾得到晶體真空干燥；9).合并6)中得到的三種固體進行堿液脫木素或采用乙醇抽提木質素的方式進行處理制得木質素，具體條件如下，堿液抽提氫氧化鈉的質量濃度為O. P/Γο. 5%，處理溫度為8(T10(TC，處理時間為l 2h，過濾后得到纖維素殘渣和木質素液，木質素液加入鹽酸調節(jié)PH至5飛，木質素開始析出，繼續(xù)加入鹽酸至木質素析出完全，最后經分離干燥得到木質素；乙醇抽提配制3(Γ90%體積濃度的乙醇溶液，固體I與乙醇溶液的固液比例為Ig: 5 15ml，反應溫度為180°C 240°C，反應時間為3 7小時，自然降溫至50°C，過濾分離纖 維素殘渣和木質素液。以乙醇溶液洗滌固體殘渣，收集洗滌液和木質素液，木質素液中加入蒸餾水，木質素自動析出，再次過濾收集木質素，室溫下真空干燥。以上兩種抽提方式獲得的纖維素殘渣用水洗至中性；10) . 9)處理后得到纖維素殘渣，加入纖維素酶酶液，體積質量比例為3飛L: IKg,酶液的酶活濃度為1000U/L，調節(jié)pH為4. 5 5. 5，酶解溫度為50°C，攪拌轉速為3(T80rpm，酶解l(T20h后獲得葡萄糖液；11). 10)中葡萄糖液可通過生物法制備多元醇。以產酸克雷伯氏菌KlebsiellaoxytocaZU-03作為發(fā)酵菌株，發(fā)酵體系組成如下纖維素酶解液葡萄糖濃度80，玉米漿60，K2HPO4 8，MgSO4 · 7H20 3，FeSO4 1，CaCO3 3，初始 pH 是 6. 0 6· 5，發(fā)酵 54 68h 得到 2-3 丁二醇；所述的農林廢棄物可以是玉米芯，棉籽殼，玉米秸桿，高粱秸桿、小麥秸桿，稻桿，甘蔗渣，樺木等，其中優(yōu)選為玉米芯。所述步驟I中酸法浸泡預處理，優(yōu)先采用操作容易，工藝簡單的浸泡法來處理，能顯著增大半纖維素的暴露程度，提高半纖維素的水解率，同時浸泡預處理過程能進一步清除中所含的部分膠質、色素等不可發(fā)酵物質?？梢杂糜诮莸娜芤河辛蛩崛芤?、草酸溶液，鹽酸等。本發(fā)明優(yōu)先采用濃度為O. 2%質量分數的稀硫酸溶液，浸泡溫度為30°C，浸泡時間為6tT24h，浸泡完成后，將玉米芯抽濾并沖洗至pH大于4，抽濾所得浸泡液可以反復利用于下一批次的預處理；所述步驟I中采用白腐菌降解木質素的預處理，白腐菌是自然界中最有效的選擇性降解木質素的高效菌株，它在含木質素的培養(yǎng)基上能夠胞內合成并胞外釋放以漆酶、賴錳過氧化物酶和木質素過氧化物酶為主的木質素降解酶系，從而降解玉米芯中和半纖維素以氫鍵結合的木質素，使半纖維素更容易被高溫水解而獲得木糖。根據權利要求書的方法，在濕度控制在60°/Γ90%的玉米芯中接入預先培養(yǎng)好的白腐菌種子液，接種量為O. 05ml/g玉米芯(干重)，靜置培養(yǎng)溫度為28°C，預處理時間為14-40天；所述步驟I中白腐菌種子液的制備，特征在于菌種為黃孢原毛平革菌40299，菌株購自中國工業(yè)微生物保藏中心，培養(yǎng)基配方為馬鈴薯提取液1L，葡萄糖20g，KH2P043g,MgSO4 ·7Η201· 5g，維生素BIO. 05g，瓊脂20g,自然pH。接種量控制在Γδ% (ν/ν)，設定轉速為20(T250rpm，防止白腐菌菌絲體成團，28°C培養(yǎng)3 4天后即可用于生物預處理的接種。所述步驟2中，經過前處理和預處理后的玉米芯或棉籽殼等農林廢棄物采取高溫蒸煮的方法獲得木糖，條件如下高溫蒸煮A:固液比為1:5 20，蒸煮溫度為12(Tl50°C，蒸煮時間為0.5 2h，攪拌轉速為80-150rpm高溫蒸煮B:固液比為1: 5 20，蒸煮溫度為15(Tl80°C,蒸煮時間為O. 5 2h,攪拌轉速為80_150rpm蒸煮水解完畢后，斷開電源,收集固液混合物分別記為蒸煮混合物A和蒸煮混合物B，緩慢打開排氣裝置使高溫蒸汽從高溫管路中排出至儲罐為下一步原料蒸煮提供熱能，并且蒸汽帶走了一部分揮發(fā)性雜質，起到了除雜的效果；所述步驟2中，經過前處理和預處理后的玉米芯或棉籽殼等農林廢棄物也可以采取蒸汽爆破的方法獲得木糖，條件如下，蒸汽爆破A:采用稀酸法浸泡預處理過的玉米芯，蒸汽壓力為O. 5 2MPa，維持壓力時間為2 8min，蒸汽爆破B:采用水浸泡過的玉米芯，蒸汽壓力為O. 5 2MPa，維持壓力時間為2 8min。未蒸汽爆破主要是利用高溫高壓水蒸汽處理纖維原料，并通過瞬間泄壓過程實現原料的組分分離和結構變化蒸汽爆破過程中，高壓熱蒸 汽進入纖維原料中，并滲入纖維內部的空隙。由于水蒸汽和熱的聯合作用產生纖維原料的類酸性降解以及熱降解，低分子物質溶出，纖維聚合度下降。采用水浸泡可以使半纖維素和纖維素充分溶脹，利于蒸汽滲透進入木質纖維素的結構內部，壓力瞬間釋放的過程中，蒸汽迅速從縫隙中膨脹，產生爆破效果，從而破壞掉半纖維素結構產生小分子低聚木糖甚至是木糖，而采用稀酸浸泡的玉米芯，半纖維素被初步破壞，在蒸汽爆破的過程中更容易被酸性降解成木糖。所述步驟3中對爆破后玉米芯進行水提，固液比例為lg:f5ml，水提溫度200C 70°C，攪拌轉速為5(Tl00rpm，分三次水提，合并得到固液混合物，根據蒸汽爆破條件不同分別記為固液混合物A、固液混合物B ;所述步驟4中固態(tài)發(fā)酵產酶，特征在于產木聚糖酶的菌株為黑曲霉、綠色木霉、里氏木霉中的一種，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基與氣體的接觸面積大，供氧充足能量消耗低，產物濃度高，沒有大量有機廢液產生。以優(yōu)選黑曲霉為例，種子培養(yǎng)基采用查氏培養(yǎng)基，培養(yǎng)溫度30°C，振蕩轉速100-150rpm，培養(yǎng)時間72h，接入玉米芯固體培養(yǎng)基進行固態(tài)發(fā)酵產酶，其中固態(tài)培養(yǎng)基以玉米芯為碳源20°/Γ30%，尿素為氮源O. 5°Γ2%, KH 2Ρ040. 1%，其余為水，調節(jié)初始ΡΗ=5. O,接種量為O. 05ml/g玉米芯(干重)，培養(yǎng)3_5天后，采用pH=5. O的乙酸-乙酸鈉緩沖液浸潤固態(tài)發(fā)酵體系，50°C振蕩提取，過濾提得酶液。所述步驟5中，特征在于，酶解底物是蒸煮混合物B或者固液混合物B，酶液中主要是以1，4-β-木聚糖酶和木糖苷酶為主的木聚糖酶系，可以將未完全降解的木聚糖、低聚木糖等酶解為木單糖，酶解條件如下，酶液與底物的體積比為1:50 100，調節(jié)？!1=5.0，酶解溫度為45 50°C，酶解時間為8-10h，攪拌轉速為30-60rpm酶解后得到固液混合物I。所述步驟6中，步驟5中固液混合物I經過抽濾后，得到固體I和木糖液I ;步驟2中蒸煮混合物A過濾后得到木糖液2和固體2 ;步驟3中固液混合物A過濾后得到木糖液3和固體3 ；所述步驟7中，木糖液純化過程中，采用活性炭脫色、離子交換樹脂脫鹽、膜過濾等手段中的兩種或者三種。其中活性炭處理的條件如下木糖液的純化過程中，首先活性炭脫色處理，采用粉狀活性炭，活性炭加入量為O. 8g/L，攪拌轉速為ISOrpm，處理溫度保持在50°C，處理半小時后，趁熱過濾，收取濾液；離子交換樹脂處理的條件如下經過活性炭初步脫色的木糖液由泵打入陰陽離子交換樹脂柱，采用陽離子交換樹脂732，陰離子交換樹脂D201串聯的方式進行脫色脫鹽處理，陽離子樹脂和陰離子樹脂的樹脂柱徑高比為I :4. 5，進料量為每小時f I. 5個柱體積，工作溫度為室溫，出料液的電導率控制在小于5 μ s/cm ；選用具有適宜截留量的膜，利用超濾技術，可較好地截留色素及膠質等雜質，提高木糖液的純度，有利于離子交換過程的進行，從而提高木糖純度。超濾是一種將溶液進行凈化、分離或濃縮的膜分離技術，20多年來發(fā)展迅速，已成為膜分離領域中最為廣泛應用的品種之一。超濾具有設備體積小、結構簡單、投資費用低和易于實施的特點。超濾膜膜過濾的條件如下壓力為20 30 kPa,流量為35 55 L/h,試驗溫度為25 50°C。所述步驟7中，木糖液濃縮過程中，采用濃縮罐和旋轉薄膜蒸發(fā)器二級濃縮，第一次在濃縮罐中減壓條件下脫水至木糖濃度20%以上時送入旋轉薄膜蒸發(fā)器中第二次脫水至木糖濃度80%以上直接進入結晶罐中結晶；結晶過程中，將濃縮到809Γ85%的糖膏投入結晶機后加入糖膏中1%的無水乙醇，使無水乙醇奪取一定量的水分而使糖膏達到過飽和，攪 拌轉速為3 4rpm，以每小時1°C的降溫速率降至4(T45°C，加入1%木糖粉末作為晶種，每小 時2 3°C繼續(xù)降溫至10°C，離心，晶體真空干燥；所述步驟8中，根據權利要求書所述，采用木糖醇發(fā)酵菌株對木糖液進行生物轉化，得到含有木糖醇的發(fā)酵液。本發(fā)明所述發(fā)酵產醇步驟包括以下內容(I)本發(fā)明所用的菌種主要來自 Candida tropicalis, Candida guilliermondii,Candida spandovensis, Candida fragi, Candida utilis 和 Candida intermedia 中的一種，優(yōu)選熱帶假絲酵母Candida tropicalis As2. 1776 (原始菌株購買自中科院微生物所)。(2)液體種子培養(yǎng)基的制備與菌種的活化。每升種子培養(yǎng)基成分包括木糖母液100^200 ml，酵母粉或蛋白胨5 10 g，磷酸二氫鉀或磷酸二氫鈉5 10 g，無水硫酸鎂0.5 5g，pH自然。將固體斜面保存的菌種挑去一環(huán)放入滅菌后的種子培養(yǎng)基中進行搖瓶培養(yǎng)。搖瓶裝液量在100 400 ml/1，搖床溫度25 35° C，搖床轉速100 300 rpm，培養(yǎng)時間10 30h0(3)菌種的擴大培養(yǎng)。將搖瓶震蕩培養(yǎng)好的種子按照5 20%的接種量接種到5 L滅菌后的種子罐中，培養(yǎng)基為液體種子培養(yǎng)基，通氣量為廣3 νΡπΓ1，攪拌轉速為20(Γ500rpm，培養(yǎng)溫度25 35° C，培養(yǎng)時間10 30 h。(4)發(fā)酵培養(yǎng)基的制備與發(fā)酵培養(yǎng)。每升發(fā)酵培養(yǎng)基成分包括木糖母液400 600ml，酵母膏或玉米漿Γ10 g，磷酸二氫鉀或磷酸二氫鈉:Γ8 g，磷酸氫二銨或磷酸氫二鈉2飛g，無水硫酸鎂0.Γ4 g，pH自然。將種子罐中培養(yǎng)好的種子按照5 10% (ν/ν)的接種量接種到50 L滅菌后的發(fā)酵罐中，培養(yǎng)基為發(fā)酵培養(yǎng)基，發(fā)酵溫度25 35° C，在發(fā)酵時間(Γ30h內調節(jié)通氣量為2 4 VV^iT1，攪拌轉速為500 1000 rpm，在發(fā)酵時間20 60 h內調節(jié)通氣量為O 2 W 1Hi \攬拌轉速為100 300 rpm ο所述步驟8中，根據權利要求書所述，木糖醇發(fā)酵液的固液分離，純化，濃縮，結晶方式以及條件如下(I)固液分離得到發(fā)酵液的方法為沉降法或者過濾的方法。沉降法可以采用靜置或離心沉降的方式，過濾可以采用板框過濾、或濾布抽濾的方式。(2)采用膜技術對發(fā)酵液進行預處理，能夠更有效地除去培養(yǎng)基中的大分子蛋白等有機物，還可以有效分離發(fā)酵液中的菌體等物質，分離過程中產品的損失率極低，而且分離過程清潔無污染，分離條件溫和，能很好的保護產品的性質。不同的膜有不同的截留分子量以及膜性質，對產品選擇性好，分離能耗低。按順序先采用超濾膜選擇性的截留分子量在kDa的大分子色素和蛋白質，再用陰陽離子交換樹脂結合大孔吸附樹脂脫色和脫鹽，樹脂選擇強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂001*7，大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂D072、D061、D001-CC，強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂201*4，大孔強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂D296、D201、D280，大孔弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂D301 R、D392等。優(yōu)選陽離子樹脂D072、陰離子樹脂D296、D301的3柱串聯離子交換樹脂對水解液進行脫鹽脫色處理。樹脂柱徑高比為I :4，樹脂柱的材質為玻璃鋼或碳鋼塑料，進料量為每小時I. 3 1. 5個柱體積，工作溫度為室溫，出料電導率〈5 μ s/cm。(3)采用的濃縮方式為納濾濃縮工藝。納濾濃縮是利用合適的納濾膜對蒸煮液進行選擇性濃縮同時還兼具部分脫鹽的效果，以減輕后序離子交換的負擔。從能耗方面考慮， 工藝上蒸發(fā)濃縮能耗很大，大量的能耗也帶來環(huán)境污染，納濾濃縮可以大大降低蒸發(fā)的能耗，縮短蒸發(fā)的時間，提聞廣品品質。針對本工藝的研究內容為富含木糖的聞溫蒸煮液的濃縮處理，通過考察納濾膜自身性質，包括膜的選擇性、膜的通量及截留率、膜的穩(wěn)定性，針對蒸煮液中主要物質木糖的分子量為150左右、離子的濃度〈10 μ s/cm、中性電價、溶液pH值在6. (Γ8. O等因素，選用了的納濾膜的截留分子量為20(T300 Da的三種水相納濾膜，分別為N廣200、Ν廣270和SPESI，并篩選出納濾膜N廣270為該工藝最佳的納濾膜。通過考察納濾濃縮的具體操作條件，包括操作壓力、操作溫度、操作時間、料液流速與料液回收率等最終得出納濾膜NF-270具有相對較大的通量為50. Γ52. 3 L m_2 h—1，截留率達到97. 0 97· 3%，回收率為96. 7^97. 0%。應用NF-270進行納濾濃縮，通過響應面實驗，確定納濾濃縮時的溫度范圍是30 50°C，操作壓強為3 5 Mpa。(4)采用梯度程序降溫的方式結晶產木糖醇，采取初始溫度為6(T75°C，終止溫度為25 35°C，降溫采取每小時I. (Γ2. (TC的方式，在45 50°C時加入固含量質量分數為O. 1%的商品木糖醇和作為晶種，并在終止溫度下養(yǎng)晶1Γ22 h，過濾得到晶體真空干燥。所述步驟9中，固體物料采用堿溶酸析的方法將木質素分離出來，主要是造紙制漿工業(yè)中的堿法制漿技術。即使用燒堿或者是含S的堿性化合物在高溫下蒸煮原料，木質素的化學鍵發(fā)生斷裂，逐漸降解后，形成親水的木質素鹽后進入液相，從而與固相的纖維素分離。此時木質素以小分子的木質素鹽形式存在于強堿性的“黑液”中，構成穩(wěn)定的親水性膠體溶液。通過加酸中和黑液，發(fā)生親電取代反應，即H+取代Na+，破壞了堿木質素的膠體，生成難溶于水的木質素，從黑液中分離出來。具體條件如下，氫氧化鈉的濃度為O. P/ΓΟ. 5%，處理溫度為8(T10(TC，處理時間為l 2h，過濾后得到纖維素和木質素液，木質素液加入稀鹽酸調節(jié)PH至析出木質素，最后經分離干燥得到木質素；纖維素殘渣水洗至近中性。所述步驟9中，固體部分也可以采用有機溶劑高溫高壓處理抽提木質素，這是一種新型的木質素分離方法，是以有機溶劑替代堿性溶液處理生物質。有機溶劑在一定的溫度和壓力等條件下，主要對木質素中的α-芳基醚和β_芳基醚鍵進行催化裂解，形成木質素小分子，并將其溶解從而與纖維素分離。對反應后的液體加入一定體積的水后，木質素的有機溶劑膠體溶液穩(wěn)定性被破壞，木質素形成沉淀析出。本方法得到的木質素保留了較多的酚羥基，反應活性高，易于改性利用。使用的溶劑主要為乙醇、甲醇、乙二醇、醋酸、甲酸等有機物，可以通過蒸餾等方法回收循環(huán)利用，對環(huán)境影響小。由于不使用堿性物質，纖維素的剝皮反應不明顯，纖維素的各項性質指標也比較高，而且可以改善纖維素的酶解性能。配制30 90%體積濃度的乙醇溶液，固液比例為Ig: 5 15ml，反應溫度為180°C 240°C，反應時間為:Γ7小時，自然降溫至約50°C，過濾分離纖維素殘渣和木質素液。以50°C的55%乙醇溶液洗滌固體殘渣，合并洗滌液和木質素液，加入5倍水解液體積的蒸餾水，木質素自動析出，再次過濾收集木質素，室溫下真空干燥。纖維素殘渣用水洗至中性。所述步驟10中，9中得到的纖維素殘渣用纖維素酶進行酶解，特征在于酶液與纖維素的體積質量比例為3 5L: lKg，控制酶液的酶活濃度為1000U/L，調節(jié)pH為4. 5^5. 5，酶解溫度為50°C，攪拌轉速為3(T80rpm，酶解l(T20h后獲得葡萄糖液。所述步驟11中，10中得到的葡萄糖液作為生產多元醇2，3-丁二醇的底物，發(fā)酵生產2，3-丁二醇的微生物有自然界中有很多細菌可以生產2，3-丁二醇，包括產氣氣桿菌、解 淀粉芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌、多鉆類芽抱桿菌、產氣腸桿菌、產酸克雷伯氏菌、肺炎克雷伯氏菌等。在這些細菌中，產酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)和多黏芽孢桿菌(Bacillus polymyxa)具有較好的應用前景,前者的優(yōu)勢在于可以利用廣泛的底物利用范圍，可以利用葡萄糖、木糖、糖蜜作為發(fā)酵的原料。優(yōu)選產酸克雷伯氏菌KlebsiellaoxytocaZU-03作為發(fā)酵菌株，發(fā)酵體系組成如下纖維素酶解液葡萄糖濃度80，玉米漿60，K2HPO4 8，MgSO4 · 7H20 3，FeSO4 1，CaCO3 3，初始 pH=6. O。發(fā)酵生產 2，3-丁二醇的適宜初始PH是6. (Γ6. 5，單批發(fā)酵適宜的初始糖濃度為80-100g/L，當初始總糖濃度為80g/L，發(fā)酵64h,糖的利用率可達99. 36%，2，3- 丁二醇產率可達O. 468。


圖I本發(fā)明流程圖。
具體實施例方式I.玉米芯預處理實例(I)選擇農林廢棄物玉米芯為原料，對玉米芯進行粉碎至10目前處理后，加入質量分數為O. 2%的稀硫酸溶液，固液比為1:4,浸泡溫度為30°C,浸泡時間為24小時,浸泡結束后，采用板框過濾的方式，對浸泡體系進行固液分離得到預處理后的原料與浸泡液，浸泡液可反復利用，固體原料水洗至接近中性。(2)在濕玉米芯中接入預先培養(yǎng)好的白腐菌種子液，保持75%的濕度，種子液與玉米芯的體積質量比為O. 05ml/g玉米芯(干重)，培養(yǎng)溫度為28°C，預處理時間為40天，其中木質素的含量減少了 40%，利于半纖維素的下一步降解；白腐菌種子液的培養(yǎng)基配方如下馬鈴薯提取液1L，葡萄糖20g, KH2P043g, MgSO4 · 7Η201· 5g，維生素BIO. 05g,瓊脂20g,自然 pH, 28 °C，200rpm 培養(yǎng) 3 天。2.木糖提取實例(DB條件高溫蒸煮，稀酸浸泡預處理后的固體原料玉米芯5kg (干重)加入高溫反應釜內，加入60L水，密閉高壓加熱，溫度設定為145°C，70rpm攪拌，維持此溫度2h。蒸煮液中木糖的得率為15. 5%，含有未被完全水解的木聚糖以及低聚木糖等，故不進行固液分離，直接進入酶解過程。(2) A條件高溫蒸煮，稀酸浸泡預處理后的固體原料玉米芯5kg (干重)加入高溫反應釜內，加入60L水，密閉高壓加熱，溫度設定為175°C，70rpm攪拌，維持此溫度2h。蒸煮水解完畢后，高溫蒸汽從高溫管路中排出至儲罐；蒸煮液中木糖的得率為25. 7%，蒸煮后混合物通過傳送管道運送到板框壓濾機中，適合的蒸煮混合物的顆粒濃度為10%，操作壓力為O. 5MPa，板框為圓形，濾框直徑為lm，過濾面積為50m2，板框壓緊后，由供料泵將蒸煮混合物壓入，在濾布上形成濾渣，直至充滿濾室。濾液穿過濾布并沿濾板溝槽流至板框邊角通道，集中排出，然后加入50°C水5L，對固體進行洗滌，重復洗滌2次，停機后卸除濾渣，清洗濾布，重新壓緊板框，開始下一工作循環(huán)。木糖液進入木糖純化結晶或者發(fā)酵產醇，濾渣水洗后進行木質素抽提過程。
(3)B條件蒸汽爆破，水浸泡預處理后的固體原料玉米芯Ikg (干重)，加入蒸汽缸，密封缸體后，通入蒸汽，升壓至O. 7MPa，維持壓力3min，開啟排氣閥，釋放壓力，瞬間蒸汽爆破，收集爆破后玉米芯及混合物并加入2倍體積水進入酶解過程。重復進行下一批次蒸汽爆破過程。(4)A條件蒸汽爆破，稀酸浸泡預處理后的固體原料玉米芯Ikg (干重)，加入蒸汽缸，密封缸體后，通入蒸汽，升壓至I. 5MPa，維持壓力6min，開啟排氣閥，釋放壓力，瞬間蒸汽爆破，收集爆破后玉米芯及混合物，在進行下一批次蒸汽爆破過程。所得固體進行水提，第一次水提固液比例為1: 2，水提溫度為40°C，攪拌轉速為50rpm，板框過濾后得到水提液，固渣進行第二次水提，固液比例為1:1，水提溫度為30°C，攪拌轉速為40rpm，板框過濾得到水提液，合并兩次水提液，木糖得率為23. 6%，進入木糖純化結晶或者發(fā)酵產醇過程。固渣部分水洗后進入木質素抽提過程。3，黑曲霉固態(tài)發(fā)酵酶液酶解實例(I)黑曲霉固態(tài)發(fā)酵，玉米芯25%,尿素含量I. 5%,磷酸二氫鉀O. 1%，初始含水量為70%，接種量為O. 05ml/g玉米芯干重，培養(yǎng)3-5天后，采用pH=5. O的乙酸-乙酸鈉緩沖液浸潤固態(tài)發(fā)酵體系，過濾提取酶液。(2)黑曲霉種子培養(yǎng)，查氏培養(yǎng)基121°C滅菌30min，培養(yǎng)溫度30°C，振蕩轉速150rpm，培養(yǎng)時間72h ；(3)酶液與底物的體積比為I: 100，調節(jié)pH=5.0，酶解溫度為50°C，酶解時間為8h,攪拌轉速為30rpm。(4)低壓過濾得到酶解液進入木糖液純化結晶或者發(fā)酵產醇過程。固渣清洗后進入木質素抽提過程。4，木質素抽提實例(I)堿抽提方法實例氫氧化鈉的濃度為O. 2%，處理溫度為100°C，處理時間為2h，過濾后得到纖維素和木質素液，木質素液加入稀鹽酸調節(jié)PH至析出木質素，最后經分離干燥得到木質素，木質素得率為19%(2)醇抽提方法實例根據乙醇溶液的密度，準確配制65%體積濃度的乙醇溶液備用。稱量一定質量的固體物料加入水解釜中，按1:10固液比例加入乙醇溶液，擰緊水解釜蓋，放入已經至200°C的鼓風干燥箱中，設定反應時間為5小時，開始計時至反應結束，取出水解釜自然降至約50°C，過濾分離殘渣和水解液。以50°C的55%乙醇溶液洗滌稻殼殘渣，收集洗滌液和水解后，加入5倍水解液體積的蒸餾水，木質素自動析出，再次過濾收集木質素，室溫下真空干燥。木質素得率為12%5，纖維素酶解實例抽提木質素后的固渣水洗至中性，使用購買的纖維素酶進行酶解，配制酶液與纖維素的體積質量比例為3L: lKg，控制酶液的酶活濃度為1000U/L，調節(jié)pH為5. 0，酶解溫度為50°C，攪拌轉速為80rpm，酶解15h后獲得葡萄糖液。6，葡萄糖液發(fā)酵產2-3 丁二醇實例
纖維素酶解液葡萄糖濃度80，玉米漿 60，K2HPO4 8，MgSO4 · 7H20 3，FeSO4 1，CaCO33，pH=6. O。以上培養(yǎng)基均在121°C下，滅菌30min。發(fā)酵生產2，3-丁二醇的適宜初始pH是6. 0-6. 5，單批發(fā)酵適宜的初始糖濃度為8(Tl00g/L，當初始總糖濃度為80g/L，發(fā)酵64h，糖的利用率可達99. 36%，2，3-丁二醇產率可達O. 468。7，木糖純化結晶實例( I)木糖液的純化過程中，首先活性炭脫色處理，采用粉狀活性炭，活性炭加入量為O. 8g/L，攪拌轉速為180rpm，處理溫度保持在50°C，處理半小時后，趁熱過濾，收取濾液；離子交換樹脂處理的條件如下經過活性炭初步脫色的木糖液由泵打入陰陽離子交換樹脂柱，采用陽離子交換樹脂732，陰離子交換樹脂D201串聯的方式進行脫色脫鹽處理，陽離子樹脂和陰離子樹脂的樹脂柱徑高比為I :4. 5，進料量為每小時I. 5個柱體積，工作溫度為室溫，出料液的電導率控制在小于5 μ s/cm ；(2)濃縮過程中，采用濃縮罐和旋轉薄膜蒸發(fā)器二級濃縮，第一次在濃縮罐中減壓條件下脫水至木糖濃度20%以上時送入旋轉薄膜蒸發(fā)器中第二次脫水至木糖濃度80%以上直接進入結晶罐中結晶；(3)結晶過程中，將濃縮到85%的糖膏投入結晶機后加入糖膏中1%的無水乙醇，使無水乙醇奪取一定量的水分而使糖膏達到過飽和，攪拌轉速為4轉每分，以每小時1°C的降溫速率降至44°C，加入1%木糖粉末作為晶種，每小時2 3°C繼續(xù)降溫至10°C，離心，晶體真空干燥整個結晶周期為60 h，然后經離心分離，晶體洗滌，干燥得到結晶木糖。木糖結晶的回收率為70%，木糖晶體純度為99%。；8，木糖液發(fā)酵產木糖醇實例(I)菌種采用購買于中科院微生物保藏中心的熱帶假絲酵母As2. 1776，按照常規(guī)制備方法由斜面種子轉接到含有木糖母液總糖5%，酵母粉1%，磷酸二氫鉀O. 5%，無水硫酸鎂O. 04%的液體種子培養(yǎng)基中，搖瓶裝液量50 ml/250 ml，在30° C，200 rpm的搖床里培養(yǎng)20 h后，按6%的接種量接入到5L滅菌后的種子罐液體種子培養(yǎng)基中，調節(jié)無菌空氣通氣量為2 VV^iT1，攪拌轉速為300 rpm，30° C培養(yǎng)22h。(2)發(fā)酵采用種子罐接種發(fā)酵罐的方式，通過蠕動泵將培養(yǎng)好的種子按6%的接種量接種含有木糖母液總糖26% (其中木糖占15%，葡萄糖占5%，L-阿拉伯糖占5%，其他雜糖占1%)，酵母膏O. 6%，磷酸二氫鉀O. 3%，磷酸氫二銨O. 2%，無水硫酸鎂O. 05%的發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵罐裝液量為30 L/50 L，發(fā)酵溫度30° C。自接種后，每隔5 h取一次樣，鏡檢觀察菌體細胞生長情況，有無染菌情況。發(fā)酵結束后，紫外分光光度計測定菌體濃度為25 30 g/L，HPLC測定其中木糖醇和木糖含量分別為11. 2%和O. 5% (質量濃度)。9，木糖醇純化濃縮結晶實例(I)發(fā)酵液在2. 5 bar的操作壓力下，通過截留分子量在30 KD陶瓷膜錯流過濾除菌裝置，去除菌體及大分子物質，再在8 bar的操作壓力下通過截留分子量在3 KD的超濾膜錯流過濾除菌裝置，去除小分子蛋白和部分色素。將膜透過液通過裝填有陽離子樹脂D072、陰離子樹脂D296、D301的3柱串聯離子交換樹脂，樹脂上樣流速為I L/h。定時收集樹脂流出液，測定電導值，當電導值大于200 us/cm，停止收集，得到發(fā)酵清液。樹脂用4%的鹽酸和氫氧化鈉溶液反沖再生。用HPLC測定發(fā)酵清液中木糖醇和木糖含量分別為11%和
0.2% (質量濃度)。(2)將上述所得的木糖醇相和L-阿拉伯糖相分別在50°C，壓強為5 Mpa下進行納濾濃縮。其中所用的納濾濃縮膜為親水性并能高效截留木糖醇的水相膜NF270 ;納濾濃縮 至木糖醇相的固形物含量在800 g/L左右。(3)將經濃縮后的木糖醇相升溫至70° C，使固形物充分溶解，再按照3°C /h的降溫速率降溫到40° C，加入相當于木糖醇質量1%的晶種育晶O. 5 h后，再以2V /h的降溫速度降到30°C，并在終止溫度下養(yǎng)晶18 h，結束結晶過程。離心將上清液與色譜系統(tǒng)分離出的木糖醇流分合并，重復濃縮結晶過程，離心得到的固體相用無水乙醇沖洗2次，然后在60°C烘箱內烘干，HPLC檢測產品木糖醇的純度大于99%，結晶收率大于90%。
權利要求
1.綜合利用玉米芯農林廢棄物生產多元糖醇及木質素的工藝，其特征在于，包括以下步驟 1).粉碎至10目以下的農林廢棄物采用稀酸浸泡的方式進行預處理，或者采用白腐菌或褐腐菌通過降解生物質中木質素的方式進行生物法預處理； 上述的浸泡方式所使用的浸泡液為稀硫酸、稀鹽酸或者稀草酸中的一種，稀酸的質量分數為O. 1-0. 5%，浸泡溫度為3(Γ100° C，浸泡時間為6 24h ;浸泡處理完成后，將玉米芯抽濾并沖洗至pH大于5 ； 將濕度控制在509Γ80%的玉米芯中接入預先培養(yǎng)好的白腐菌或褐腐菌種子液，接種量為O. 5ml/g玉米芯干重，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)溫度為28°C，預處理時間為14 40天； 以下固液比沒有特別說明，固體均以干重計； 2).預處理后的玉米芯原料經過清洗，采用高溫蒸煮或者蒸汽爆破的方式進行半纖維素的水解；每種方式按水解的劇烈程度又具體分為A、B兩種反應條件， 高溫蒸煮A:固液比為1:5 20，蒸煮溫度為12(Tl50°C，蒸煮時間為O. 5 2h，攪拌轉速為80-150rpm,水解完成后得到蒸煮混合物A ； 高溫蒸煮B:固液比為1:5 20，蒸煮溫度為15(Tl80°C，蒸煮時間為O. 5 2h，攪拌轉速為80-150rpm,水解完成后得到蒸煮混合物B ； 蒸汽爆破A:蒸汽壓力為l 2MPa，維持壓力時間為2 8min ； 蒸汽爆破B:蒸汽壓力為O. 5 IMPa，維持壓力時間為2 8min ； 3).2)中蒸汽爆破得到的固體以固液比例為lg: f 5ml，水提溫度20°C 70°C，攪拌轉速為5(Tl00rpm，分三次水提，合并得到固液混合物，按照蒸汽爆破A、B兩種方式，不同分別記為固液混合物A、固液混合物B ； 4).采取固態(tài)發(fā)酵的方法生產富含木聚糖酶系的酶液，產木聚糖酶的菌株為黑曲霉、綠色木霉、里氏木霉中的一種；其中黑曲霉種子培養(yǎng)基采用查氏培養(yǎng)基，培養(yǎng)溫度30°C，振蕩轉速100-150rpm，培養(yǎng)時間72h，接入玉米芯固體培養(yǎng)基進行固態(tài)發(fā)酵產酶，其中固態(tài)培養(yǎng)基以玉米芯為碳源20% 30%，尿素為氮源O. 5% 2%，KH2PO4O. 1%，其余為水，調節(jié)初始pH=5. 0，接種量為O. 05ml/g玉米芯干重，培養(yǎng)3-5天后，采用pH=5. O的乙酸-乙酸鈉緩沖液浸潤固態(tài)發(fā)酵體系，50°C振蕩提取，過濾提得酶液； 5).以2)中蒸煮混合物B或者3)中固液混合物B為底物，采用4)中的自制酶液進行酶解，酶解條件如下，酶液與底物的體積比為1:5(Γ100，酶解反應初始ρΗ=5. 0，酶解溫度為45 50°C，攪拌轉速為30-60rpm，酶解時間為8_10h，得到固液混合物I ; 6).5)中固液混合物I經過抽濾后，得到固體I和木糖液I ;2)中蒸煮混合物A過濾后得到木糖液2和固體2 ;3)中固液混合物A過濾后得到木糖液3和固體3 ; 7).合并6)中3種木糖液用于純化濃縮結晶制備木糖晶體；木糖液純化采用活性炭脫色、離子交換樹脂脫鹽、膜過濾的兩種或者三種；木糖液濃縮過程中，采用濃縮罐和旋轉薄膜蒸發(fā)器二級濃縮，第一次在濃縮罐中減壓條件下脫水至木糖濃度20%以上時送入旋轉薄膜蒸發(fā)器中第二次脫水至木糖濃度80%以上直接進入結晶罐中結晶；結晶過程中，將濃縮到809Γ85%的糖膏投入結晶機后加入糖膏中1%的無水乙醇，使無水乙醇奪取一定量的水分而使糖膏達到過飽和，攪拌轉速為3 4rpm，以每小時1°C的降溫速率降至4(T45°C，加入1%木糖粉末作為晶種，每小時2 3°C繼續(xù)降溫至10°C，離心，晶體真空干燥；8).合并6)中3種木糖液用于生物法制備木糖醇，采用熱帶假絲酵母Candidatropicalis As2. 1776，按照菌種活化、擴大培養(yǎng)、發(fā)酵產醇流程順序進行；得到的木糖醇發(fā)酵液經過濾后按順序先采用超濾膜選擇性的截留分子量在f 5kDa的大分子色素和蛋白質，再用陰陽離子交換樹脂結合大孔吸附樹脂脫色和脫鹽；再應用NF-270進行納濾濃縮，納濾濃縮時的溫度范圍是30 50°C，操作壓強為3 5Mpa，最后采用梯度程序降溫的方式結晶產木糖醇，采取初始溫度為6(T75°C，終止溫度為25 35°C，降溫采取每小時I. (Γ2. (TC的方式，在45飛(TC時加入固含量質量分數為O. 1%的商品木糖醇和作為晶種，并在終止溫度下養(yǎng)晶14 22h，過濾得到晶體真空干燥； 9).合并6)中得到的三種固體進行堿液脫木素或采用乙醇抽提木質素的方式進行處理制得木質素，具體條件如下，堿液抽提氫氧化鈉的質量濃度為O. P/Γο. 5%，處理溫度為8(T10(TC，處理時間為l 2h，過濾后得到纖維素殘渣和木質素液，木質素液加入鹽酸調節(jié)pH至5飛，木質素開始析出，繼續(xù)加入鹽酸至木質素析出完全，最后經分離干燥得到木質素；乙醇抽提配制3(Γ90%體積濃度的乙醇溶液，固體I與乙醇溶液的固液比例為Ig: 5 15ml，反應溫度為180°C 240°C，反應時間為3 7小時，自然降溫至50°C，過濾分離纖維素殘渣和木質素液；以乙醇溶液洗滌固體殘渣，收集洗滌液和木質素液，木質素液中加入蒸餾水，木質素自動析出，再次過濾收集木質素，室溫下真空干燥；以上兩種抽提方式獲得的纖維素殘渣用水洗至中性； 10). 9)處理后得到纖維素殘渣，加入纖維素酶酶液，體積質量比例為3飛L:lKg，酶液的酶活濃度為1000U/L，調節(jié)pH為4. 5 5. 5，酶解溫度為50°C，攪拌轉速為3(T80rpm，酶解l(T20h后獲得葡萄糖液； 11).10)中葡萄糖液通過生物法制備多元醇；以產酸克雷伯氏菌KlebsiellaoxytocaZU-03作為發(fā)酵菌株，發(fā)酵體系組成如下纖維素酶解液葡萄糖濃度80，玉米漿60，K2HPO4 8，MgSO4 · 7H20 3，FeSO4 1，CaCO3 3，初始 pH 是 6. 0 6· 5，發(fā)酵 54 68h 得到 2-3 丁二醇。
2.根據權利要求I所述的工藝，其中所述的農林廢棄物是玉米芯，棉籽殼，玉米秸桿，高粱秸桿、小麥秸桿，稻桿，甘蔗渣或樺木。
全文摘要
綜合利用玉米芯等農林廢棄物生產多元糖醇及木質素的工藝屬于生物化工領域，特別涉及一種綜合利用玉米芯等農林廢棄物原料，生產多元糖醇及木質素化合物的新工藝。本工藝通過對原料進行化學或生物法進行預處理后，采用高溫蒸煮或蒸汽爆破的方式生產出木糖水解液，進而生產木糖產品，或者生物法生產木糖醇產品，同時充分利用原料中含有的纖維素和木質素成分，開發(fā)和生產出相應產品的工藝技術。
文檔編號C12R1/74GK102776244SQ20121021258
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者朱新濤, 王樂, 袁其朋 申請人:北京化工大學