一種粘膠纖維壓榨堿液制備飼料級低聚木糖的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及低聚木糖制備領域，具體涉及一種粘膠纖維壓榨堿液制備飼料級低聚木糖的方法。
【背景技術】
[0002]低聚木糖以富含木聚糖的植物為原料，通過生物化學的方法生產(chǎn)。目前低聚木糖的生產(chǎn)多以玉米芯為原料，生產(chǎn)工藝復雜，成本較高。而在化學漿(木漿、棉漿、草漿、蘆葦漿等植物纖維素)為原料的粘膠纖維生產(chǎn)過程中，采用堿液對纖維素進行處理(浸漬、壓榨)是制造粘膠纖維的第一步。半纖維素濃度高，對粘膠纖維生產(chǎn)工藝和成品質(zhì)量產(chǎn)生極其不利的影響，因此必須在浸漬工藝中用堿液將半纖維素溶出，才能獲得高強度的纖維素，所以在上述過程中會產(chǎn)生大量的富含半纖維素的高濃度堿壓榨液。
[0003]堿壓榨液中的主要成分為氫氧化鈉和半纖維素?，F(xiàn)有的壓榨堿液的處理方法多采用納濾技術將半纖維素從中分離出來，得到較為純凈的堿液。半纖維素進入廢水處理，或者采用灼燒回收氫氧化鈉，半纖維素被燃燒，半纖維素并沒有得到充分利用。
[0004]201410622157.8，名稱為“一種粘膠纖維生產(chǎn)壓榨液制備飼料級低聚木糖的膜濃縮工藝”的發(fā)明專利申請，具體工藝步驟如下:粘膠纖維生產(chǎn)的壓榨液先經(jīng)預過濾除去大顆粒雜質(zhì)，透過液經(jīng)納濾膜循環(huán)濃縮2-4次，將最后一次的濃縮液加水稀釋后送入陶瓷膜過濾，所得濃縮液即為壓榨堿液的濃縮液；將濃縮液加酸中和，得到半纖液體；在半纖液體中加入復合酶，發(fā)生酶解反應得到酶解液；酶解液經(jīng)陶瓷膜過濾，透過液進入納濾膜脫鹽，所得濃縮液經(jīng)活性炭脫色，樹脂離子交換后得到低聚木糖的純化液，再經(jīng)蒸發(fā)、烘干得到飼料級低聚木糖。該專利采用的酶解方法，為了提高低聚木糖的質(zhì)量，需要純化木聚糖酶系，純化過程需要消耗大量的化學藥品，增加設備投資，生產(chǎn)成本高；同時，由于木聚糖在堿壓榨過程中有相當部分與木質(zhì)素以復合體結(jié)構被壓榨出來，包裹和纏繞木聚糖的木質(zhì)素結(jié)構阻礙了木聚糖酶對木聚糖的作用，存在酶解反應的低聚木糖得率低，木聚糖的利用率低的問題。
[0005]201410570771.4，名稱為“一種利用粘膠纖維壓榨廢堿液制備低聚木糖的方法”的發(fā)明專利申請，以粘膠纖維廠壓榨廢堿液為原料，先進行超濾膜分離，透過液回用，濃縮液再進行中和、木聚糖酶解、活性炭脫色、離子交換樹脂脫鹽以及冷凍干燥，最終制得低聚木糖。該專利同樣存在生產(chǎn)成本高和低聚木糖得率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種粘膠纖維壓榨堿液制備飼料級低聚木糖的方法。本方法采用高溫預熱和定向酶解相結(jié)合的方法大副度提高了木聚糖的利用率，減少生產(chǎn)廢料，降低了生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用以下技術方案:
一種粘膠纖維壓榨堿液制備飼料級低聚木糖的方法，其特征在于:具體操作如下: A、膜濃縮
粘膠纖維生產(chǎn)的壓榨液經(jīng)膜過濾，取濃縮液加酸中和，得到木聚糖溶液；
B、酶解
木聚糖溶液與復合酶發(fā)生酶解反應，得到酶解液和酶解渣，所述酶解渣經(jīng)加水稀釋、預熱后離心分離，取上清液即木聚糖溶液，在復合酶的作用下得到二次酶解液；
C、提純
將B步驟得到的酶解液合并，進入納濾膜脫鹽，所得濃縮液即為低聚木糖的純化液，再經(jīng)蒸發(fā)、烘干得到飼料級低聚木糖。
[0008]由于一次酶解后的酶解渣中存在大量木質(zhì)素和木聚糖的高聚合度復合體，本發(fā)明對酶解渣先進行預熱，使高聚合度的酶解渣降解，釋放出游離的聚合度低的木聚糖分子，對后續(xù)的再次酶解非常有利。
[0009]本發(fā)明所述B步驟的酶解反應在陶瓷膜反應器中進行，可獲得高于常規(guī)反應器的轉(zhuǎn)化率，省去木聚糖酶的純化過程，降低生產(chǎn)成本。
[0010]優(yōu)選地，所述陶瓷膜的截留分子量為800-1500，有效分離低聚木糖和未降解的木聚糖，保證產(chǎn)品純度。
[0011]優(yōu)選地，所述的酶解反應條件為:操作壓力10-20kPa，進料速度20_30m3/h，酶解溫度40-45°C，pH值4-5。陶瓷膜反應器的稀釋率為lh ^在木聚糖酶降解木聚糖產(chǎn)生低聚木糖的同時，能使低聚木糖分子及時通過陶瓷膜離開反應體系，而未酶解的木聚糖和木聚糖酶仍然返回到反應體系中，從而減少原酶液中木糖苷酶與低聚木糖的接觸機會，減少了低聚木糖進一步被降解成木糖的可能性。因此，木聚糖在陶瓷膜反應器中酶解時，低聚木糖得率和純度都較高。
[0012]優(yōu)選地，所述酶解反應的酶用量為0.02-0.05%，酶解時間2_5h，保證酶解反應完全。
[0013]本發(fā)明所述A步驟的酸為鹽酸，形成的鹽分子量較低，有利于后期的脫鹽。
[0014]本發(fā)明所述B步驟的復合酶為木聚糖酶、纖維素酶和果膠酶，比例為3:2:1。在木聚糖酶中加入適量的纖維素酶和果膠后能提高糖結(jié)合鍵對酶水解的敏感性。
[0015]進一步優(yōu)選地，所述的木聚糖酶為經(jīng)NH4C1沉淀處理后的沉淀酶。通過在木聚糖酶液中添加nh4ci的方法可以去除一部分的β -木糖苷酶，達到純化木聚糖酶的目的，有助于提高木聚糖的酶解效率；同時，nh4ci能在后面的提純步驟中被納濾膜脫鹽除去。
[0016]本發(fā)明所述A步驟的膜過濾是指截留分子量為800-1500的納濾膜循環(huán)過濾2_4次。使堿從透過液分離出去，逐步減低堿濃，提升木聚糖濃度。最終透過液含堿200-300g/1，含半纖40-50 g/Ι，經(jīng)納濾膜循環(huán)濃縮后，得到濃縮液含堿2-4g/l，含半纖40-50g/l。將濃縮液的堿濃降至最低，有效地實現(xiàn)了堿與木聚糖的分離。
[0017]本發(fā)明所述A步驟的木聚糖溶液濃度為40_50g/l。糖濃過高，會因為原料粘度較大而引起傳質(zhì)困難，同時會因為原料發(fā)生局部過度水解及焦化而引起傳質(zhì)困難，導致低聚木糖得率降低。在該濃度下的酶解反應，低聚木糖的得率最高。
[0018]本發(fā)明所述的B步驟進行了兩次預熱，即酶解渣經(jīng)加水稀釋、預熱后，將離心分離得到的酶解渣再次加水稀釋，離心分離，取兩次得到的上清液。多次預熱可以使酶解渣中的木聚糖充分降解，同時其空間結(jié)構發(fā)生改變，有利于提高其水解性能，使原來不溶性的木聚糖進一步得以降解而進入上清液，提高木聚糖的得率，同時也提高了低聚木糖的得率。從而提高原料的利用率和產(chǎn)品得率。
[0019]優(yōu)選地，所述的酶解渣加水稀釋至木聚糖濃度為40-50 g/Ι。該濃度范圍在上清液中的木聚糖得率和酶解渣中的木聚糖殘留率中聚得平衡，有利于提高木聚糖的利用率；另一方面，糖濃過高，會因為原料粘度較大而引起傳質(zhì)困難，同時會因為原料發(fā)生局部過度水解及焦化而引起傳質(zhì)困難，導致低聚木糖得率降低。
[0020]進一步優(yōu)選地，所述的預熱是指，在170_200°C下反應20_40min。酶解渣中的木聚糖在高溫條件下熱解，有利于原料的充分利用。
[0021]本發(fā)明所述B步驟的酶解反應，先加入一半的木聚糖溶液，當酶解反應進行到40-60min，再加入余下的木聚糖溶液。由于相對于低聚木糖而言，木糖的生成有滯后現(xiàn)象，采用分兩次加料的方式，能有效提高低聚木糖的得率，降低木糖的得率，從而保證低聚木糖的純度。
[0022]本發(fā)明所述的C步驟，納濾膜的截留分子量為100-200。由于采用鹽酸中和，生成的鹽是氯化鈉，氯化鈉的分子量比較小，遠低于100，而低聚木糖分子量遠大于100，可以有效地實現(xiàn)鹽和低聚木糖的分離。
[0023]優(yōu)選地，所述納濾膜濃縮前的料液體積為濃縮液體積的10-15倍，有利于降低低聚木糖中的鹽分含量。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:
1、由于木聚糖經(jīng)過一次酶解后，僅有約40%的木聚糖被降解成低聚木糖，酶解渣中還存在大量木質(zhì)素和木聚糖的高聚合度復合體，本發(fā)明采用高溫預熱和定向酶解相結(jié)合的方法，對