本發(fā)明涉及木糖的生產技術領域，具體地說是一種改進的清潔生產木糖工藝。

背景技術：

傳統(tǒng)的木糖生產工藝為酸水解工藝，具體是將富含半纖維素的農林廢棄物（如玉米芯、甘蔗渣、竹子、樺樹皮、稻草）經(jīng)過酸水解后進行脫色、脫鹽、濃縮等步驟的精制提純后結晶、離心得到晶體木糖。此工藝中硫酸根離子含量較高，脫鹽工序酸堿耗量大，用水量大，是木糖生產中污水的主要來源，同時硫酸能夠抑制活性污泥中的厭氧菌的活性。

專利號為201410701716.4的專利《一種清潔生產木糖的工藝》中提到了類似酶法制備木糖的生產工藝，本發(fā)明是在該專利的基礎上做出了如下改進：1、采用連續(xù)汽爆技術，實現(xiàn)連續(xù)化投料；2、降低蒸爆溫度，減少纖維素的降解，提高了木糖純度；3、濃縮后進行色譜分離，提高效率降低水耗；4、酶解采用多種酶組成的酶系，提高酶解效率；5、色譜分離前加入預脫色步驟，保護色譜分離樹脂。6、色譜分離采用三相分離，將阿拉伯糖分離出來。

專利號為200610040383.0的專利《木糖的酶法制備方法》中介紹了類似方法，但存在以下不足：1、該方法所說的預處理是指堿提取或汽爆，并未詳細說明具體工藝參數(shù)，不同的汽爆設備、條件所得到的糖液組分不同直接影響酶的添加量，因此屬于公開不充分；2、酶解不充分，由專利中附圖說明2-6中可以看出，酶解后的糖液中含有大量的木聚糖及其他未標明的雜糖，木糖純度不到50%，眾所周知木糖的結晶純度需要達到75%以上。3、采用乙醇沉淀雜質，乙醇成本較高，操作環(huán)境差，去除雜質效果并不明顯，工業(yè)化生產不合算。

專利號為200510045325.2的專利《一種酶法生產木糖的方法》中提到了類似工藝，但存在以下不足：1、該方法所說的預處理是指高壓蒸煮或汽爆，并給出了高壓蒸煮條件，然而高壓蒸煮后的植物纖維半纖維素未剝離出來，不利于酶的滲入，效率低下；該專利并未提到汽爆具體的工藝參數(shù)和設備類型，屬于公開不充分；2、所說的酶是指外切型木聚糖酶，而技術上來說單一的外切型木聚糖酶效率低，需要與其他酶共同作用；3、專利中提到的木聚糖轉化木糖的轉化率達到80%以上，并不具備先進性，傳統(tǒng)的硫酸水解法轉化率在85%以上。

專利號為201110162361.2《一種清潔高效的制備木糖與L-阿拉伯糖的生產工藝》的專利提到類似工藝，但存在以下不足：1、所述酶解用酶為黑曲霉粗酶液，成分復雜效率低，精制成本高，專一性不高；2、該方法所說的高溫蒸煮給出了高壓蒸煮條件，但反應時間較長，副反應多，高溫蒸煮后的植物纖維中半纖維素未經(jīng)汽爆分離，不利于酶或微生物的滲入，酶解效率低下。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術任務是提供一種改進的清潔生產木糖工藝。

本發(fā)明的技術任務是按以下方式實現(xiàn)的，該木糖生產工藝步驟如下：

1）原料預處理：將汽爆設備預先升溫至120℃-160℃，然后將農林廢棄物投入汽爆設備中，農林廢棄物在汽爆設備中滯留時間為5min-60min，汽爆溫度120℃-160℃，每2s噴放一次物料至旋風分離器，利用機械式蒸汽再壓縮裝置將分離出的蒸汽回收，并循環(huán)通入汽爆設備蒸汽入口，經(jīng)汽爆后的農林廢棄物導入酶解罐；

2）酶解：用純水調節(jié)酶解罐中的物料干物含量至質量百分比10%-30%，并調pH值至3.0-5.7，控制體系溫度40℃-57℃，按原料干物質量的1‰-5‰加入酶系，保溫10-30h；

3）固液分離：將酶解后的物料用板框過濾，得到過濾液，并淋洗酶解渣2-3次，得到淋洗液，將淋洗液與過濾液混合后得到酶解液；

4）濃縮：將酶解液濃縮至干物質量含量30%-50%，得到濃縮液；

5）預脫色：濃縮液中按干物質量含量加入1%-2%的活性炭，在60-80℃下保溫30-60min，過濾得到脫色液；

6）色譜分離精制：采用三相色譜分離技術，通過色譜分離樹脂將脫色液分離成雜液、木糖液、阿拉伯糖液三個組分；

7）木糖的精制及結晶：將色譜分離得到的木糖液過陽陰離子交換樹脂，去除剩余雜質離子，得到木糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到木糖晶體；

8）阿拉伯糖的精制及結晶：將色譜分離得到的阿拉伯糖液過陽陰離子交換樹脂，去除剩余雜質離子，得到阿拉伯糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到阿拉伯糖晶體

所述的農林廢棄物為玉米芯、甘蔗渣、樺樹皮中的一種。

所述的步驟2）中酶系由β-1,4-內切木聚糖酶，β-木糖苷酶，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶，α-葡萄糖醛酸苷酶，酚醛酯酶組成，各組成成分的重量份配比如下：β-1,4-內切木聚糖酶1-2份，β-木糖苷酶0.5-1份，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶0.5-1份，α-葡萄糖醛酸苷酶0.5-1份，酚醛酯酶0.3-0.5份。

所述的色譜分離樹脂為鈉型、鉀型、鈣型和氫型色譜分離樹脂中的一種。

所述的步驟1）中將農林廢棄物投入汽爆設備中之前，需要經(jīng)過水清洗后連續(xù)投入汽爆設備中或將農林廢棄物放入汽爆設備進料槽并用稀硫酸浸濕后投入汽爆設備中。

所述的稀硫酸的質量百分比濃度為0.1%-0.5%。

本發(fā)明的一種改進的清潔生產木糖工藝和現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：

1）汽爆溫度較低，汽爆工藝實現(xiàn)連續(xù)化生產；農林廢棄物中的半纖維素經(jīng)汽爆后大部分降解為單糖和低聚糖，纖維素降解較少，因此可溶性糖中葡萄糖及葡聚糖含量較低，約為5%左右，原料中的木聚糖轉化為木糖的轉化率達到95%以上；

2）汽爆前用水將農林廢棄物清洗一遍可有效減少雜質的附著，進一步使得糖液中的雜質減少。

3）與傳統(tǒng)的木糖水解方式相比，汽爆時間大大縮短，半纖維素、纖維素及木質素剝離程度較大，有利于酶解的進行。

4）采用多種酶組合而成的酶系，酶解效率較高，聚糖完全降解成單糖，殘留的聚糖含量低于1%。

5）色譜分離步驟前先進行濃縮和預脫色，提高料液中糖的濃度，使色譜分離效率提高，水耗減少，保護了色譜分離樹脂，延長樹脂的使用壽命。同時采用三相分離技術，將雜質、木糖、阿拉伯糖分離開，減少糖液中的雜質含量并分別得到木糖和阿拉伯糖。

6）使用機械式蒸汽再壓縮裝置將分離出的蒸汽回收，有效的節(jié)約了蒸汽，降低汽爆成本。

具體實施方式

配置酶系備用：酶系組成成分重量份配比為β-1,4-內切木聚糖酶1-2份，β-木糖苷酶0.5-1份，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶0.5-1份，α-葡萄糖醛酸苷酶0.5-1份，酚醛酯酶0.3-0.5份；

優(yōu)選的β-1,4-內切木聚糖酶1份，β-木糖苷酶0.5份，α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶0.5份，α-葡萄糖醛酸苷酶0.5份，酚醛酯酶0.3份。

實施例1：

1）原料預處理：汽爆設備預先升溫至120℃，將甘蔗渣經(jīng)過水清洗后連續(xù)投入汽爆設備中，物料滯留時間為60min，汽爆溫度120℃，每2s噴放物料至旋風分離器，利用機械式蒸汽再壓縮裝置將分離出的蒸汽回收，并循環(huán)通入汽爆設備蒸汽入口，經(jīng)汽爆后的農林廢棄物導入酶解罐；

2）酶解：用純水調節(jié)酶解罐中的物料干物含量至30%，并調pH值至5.7，控制體系溫度57℃，按原料干物質量的5‰加入酶系，保溫10h；

3）固液分離：將酶解后的物料用板框過濾，得到過濾液，并淋洗酶解渣3次，使絕大多數(shù)的糖分溶解出來，得到淋洗液，將淋洗液與過濾液混合后得到酶解液；此時酶解液中的葡萄糖純度為4.8%,原料中的木聚糖轉化為木糖的轉化率為95.4%。

4）濃縮：用蒸發(fā)器將酶解液濃縮至干物含量50%，得到濃縮液；

5）預脫色：濃縮液中按干物含量加入2%的活性炭，在80℃下保溫60min，過濾得到脫色液；

6）色譜分離精制：采用三相色譜分離技術，采用鈣型分離樹脂，將脫色液分離成雜液、木糖液、阿拉伯糖液三個組分；

7）木糖的精制及結晶：將色譜分離得到的木糖液過陽陰離交樹脂，去除剩余雜質離子，得到木糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到木糖晶體；

8）阿拉伯糖的精制及結晶：將色譜分離得到的阿拉伯糖液過陽陰離交樹脂，去除剩余雜質離子，得到阿拉伯糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到阿拉伯糖晶體。

實施例2：

1）原料預處理：汽爆設備預先升溫至160℃，將玉米芯用質量百分比濃度0.5%的稀硫酸溶液浸泡5h后連續(xù)投入汽爆設備中，物料滯留時間為5min，汽爆溫度160℃，每2s噴放物料至旋風分離器，利用機械式蒸汽再壓縮裝置將分離出的蒸汽回收，并循環(huán)通入汽爆設備蒸汽入口，經(jīng)汽爆后的農林廢棄物導入酶解罐；

2）酶解：用純水調節(jié)酶解罐中的物料干物含量至10%，并調pH值至3.0，控制體系溫度40℃，按原料干物質量的1‰加入酶系，保溫30h；

3）固液分離：將酶解后的物料用板框過濾，得到過濾液，并淋洗酶解渣2次，使絕大多數(shù)的糖分溶解出來，得到淋洗液，將淋洗液與過濾液混合后得到酶解液；此時酶解液中的葡萄糖純度為3.4%,原料中的木聚糖轉化為木糖的轉化率為98.3%；

4）濃縮：用蒸發(fā)器將酶解液濃縮至干物含量30%，得到濃縮液；

5）預脫色：濃縮液中按干物含量加入1%的活性炭，在60℃下保溫30min，過濾得到脫色液；

6）色譜分離精制：采用三相色譜分離技術，采用鈉型分離樹脂，將脫色液分離成雜液、木糖液、阿拉伯糖液三個組分；

7）木糖的精制及結晶：將色譜分離得到的木糖液過陽陰離交樹脂，去除剩余雜質離子，得到木糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到木糖晶體；

8）阿拉伯糖的精制及結晶：將色譜分離得到的阿拉伯糖液過陽陰離交樹脂，去除剩余雜質離子，得到阿拉伯糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到阿拉伯糖晶體。

實施例3

1）原料預處理：汽爆設備預先升溫至140℃，將樺樹皮用0.2%的稀硫酸溶液浸泡5h后連續(xù)投入汽爆設備中，物料滯留時間為8min，汽爆溫度140℃，每2s噴放物料至旋風分離器，利用機械式蒸汽再壓縮裝置將分離出的蒸汽回收，并循環(huán)通入汽爆設備蒸汽入口，經(jīng)汽爆后的農林廢棄物導入酶解罐；

2）酶解：用純水調節(jié)酶解罐中的物料干物含量至20%，并調pH值至5.5，控制體系溫度50℃，按原料干物質量的2‰加入酶系，保溫24h；

3）固液分離：將酶解后的物料用板框過濾，得到過濾液，并淋洗酶解渣3次，使絕大多數(shù)的糖分溶解出來，得到淋洗液，將淋洗液與過濾液混合后得到酶解液；此時酶解液中的葡萄糖純度為1.9%,原料中的木聚糖轉化為木糖的轉化率為97.1%；

4）濃縮：用蒸發(fā)器將酶解液濃縮至干物含量45%，得到濃縮液；

5）預脫色：濃縮液中按干物含量加入1%的活性炭，在75℃下保溫40min，過濾得到脫色液；

6）色譜分離精制：采用三相色譜分離技術，采用氫型分離樹脂，將脫色液分離成雜液、木糖液、阿拉伯糖液三個組分；

7）木糖的精制及結晶：將色譜分離得到的木糖液過陽陰離交樹脂，去除剩余雜質離子，得到木糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到木糖晶體；

8）阿拉伯糖的精制及結晶：將色譜分離得到的阿拉伯糖液過陽陰離交樹脂，去除剩余雜質離子，得到阿拉伯糖精制液，經(jīng)濃縮、結晶、離心得到阿拉伯糖晶體。

通過上面具體實施方式，所述技術領域的技術人員可容易的實現(xiàn)本發(fā)明。但是應當理解，本發(fā)明并不限于上述的幾種具體實施方式。在公開的實施方式的基礎上，所述技術領域的技術人員可任意組合不同的技術特征，從而實現(xiàn)不同的技術方案。