[发明专利]一种改进的碱法抽提制备植物木聚糖方法

说明书

一、技术领域

本发明属于化学工程和生物工程领域中植物多糖的生产和应用技术领域，特别涉及一种低化学品消耗、低水耗的碱法抽提制备植物木聚糖的方法。

二、背景技术

木聚糖作为植物纤维的主要组分之一在自然界的含量十分丰富，约占植物原料的15％～30％。木聚糖的化学结构是一种具有分枝结构的不均一性多聚糖，主链为50～400个吡喃型木聚糖残基通过β-D-(1，4)连接而成的糖苷链，侧链基团主要为阿拉伯糖基、乙酰基和葡萄糖醛酸基。

木聚糖作为一种可再生的植物多糖，可用于膳食纤维、功能性低聚糖、填充剂、增稠剂、粘接剂、乳化剂和成膜剂等食品、医药、日化产品生产的主料或辅料，降解生成的木糖和呋喃等产物又是重要的平台化合物，可作为化学工业的基础原料。

在天然植物纤维原料中，木聚糖与纤维素和木质素相互连接粘合形成紧密的交联结构，不溶于水和有机溶剂，但易溶于碱性溶液，因此可采用热碱溶液提取木聚糖，再经酸中和、分离提纯和精制后可制备得到木聚糖。

现有的木聚糖碱抽提工艺一般都采用6～12％(w/w)氢氧化钠或氢氧化钾溶液，在液比为5～10(w/v)和50～100℃的蒸煮条件下抽提植物纤维原料，然后采用无机酸中和抽提液至pH值中性得中和液，单位质量木聚糖的碱和酸的耗量均达到2～4左右，中和液的木聚糖含量仅为1％～2％(w/w)，还含有大量的碱溶性木质素、碱抽提物和无机盐等杂质，需要采用超滤分离等方法以去除。现有的超滤技术均采用中性pH值操作，在中性条件下，80％以上的木聚糖不溶于水形成悬浮液，提高浓度会导致其粘度迅速上升，对超滤膜的透水率影响严重，容易形成管道堵塞并造成膜组件的损坏，因此只能采用低浓度木聚糖液进行超滤分离，操作费时长，单位质量木聚糖的水耗量高达200～300，环保压力较大。为了提高碱抽提的效率，国内外先后开发出添加次氯酸或过氧化氢、微波或超声波等辅助抽提技术，如CN 1431231A《一种从木质纤维材料中提取木聚糖的方法》采用过氧化氢-氢氧化钠室温浸渍、微波加热抽提和乙醇沉淀的方法从蔗渣中抽提木聚糖；CN 1283649C《净化木聚糖的制备方法》则采用稀碱常温浸渍原料2天，再经2轮蒸煮、压榨分离得到的碱抽提液，然后酸中和及75％乙醇沉淀得到木聚糖。这些方法对传统的碱抽提工艺进行了有益的探索，但在工业化生产中仍然还存在着诸如工艺步骤较多、设备复杂、生产耗时较长、化学品消耗增多和水耗上升等矛盾。因此，进一步改进和优化木聚糖碱抽提的工艺和技术，简化工艺步骤和设备，直接减少和降低化学品、水、电的消耗具有重要的理论意义和实用价值。

三、发明内容

本发明的目的是针对植物木聚糖的理化性质，基于木聚糖的碱抽提和超滤分离技术原理，提供一种工艺简单、低化学品消耗和低水耗的制备植物木聚糖方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种改进的碱法抽提制备植物木聚糖方法，将植物纤维原料进行碱抽提，超滤分离后得到液体或粉状木聚糖产品，其特征是：

a.将植物纤维原料进行碱抽提，得到的抽提液补充氢氧化钠后作为下一轮原料的碱抽提液，共回用1～4轮；

b.在起始pH12.0和木聚糖浓度4.0～4.5％(w/w)的条件下，采用分子截留量为5000～20000道尔顿的中空纤维或卷式膜组件超滤分离碱抽提液，浓缩至原体积50～60％后补加软水至原体积后继续超滤分离，重复操作6～8轮。

如上所述，其特征是每轮碱抽提时均控制抽提液的氢氧化钠浓度为5.0～7.0％(w/w)，固液比1∶5～10(w/v)，温度为80～90℃，反应3h。

如上所述，其特征是碱抽提液的最佳回用轮数为2轮。

具体制取过程及工艺参数参见实施例。

四、附图说明

图1为碱抽提液回用轮次的效果图，反应条件是：氢氧化钠浓度为5.0～7.0％(w/w)，固液比为1∶5～10(w/v)，80～90℃反应3h后离心或过滤分离得碱抽提液。图中的横坐标为回用轮数，左侧的纵坐标分别为木聚糖浓度(g/L)和抽提得率(％)，右侧的纵坐标为单位碱耗(g NaOH/g木聚糖)，图中1为抽提液中木聚糖浓度与回用轮数的变化曲线，2为回用轮数与碱耗的变化曲线，3为抽提得率与回用轮数的变化曲线。

五、具体实施方式