[发明专利]一种利用原生质物质制备还原糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备还原糖的方法，尤其是涉及一种用原生质物质天然玉米秸秆纤维制备还原糖的方法。

背景技术

天然玉米秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。到目前为止，将含纤维素和半纤维素的原生质物质进行酶水解和酸水解制备还原糖成为国内外研究的热点。虽然酶水解工艺条件温和，专一性很强，副产物少，污染少，但适宜的水解酶难于制备，且价格昂贵，水解反应周期长，大大制约了其产糖效率。

酸水解包括稀酸高温水解和低温二段式浓酸水解，稀酸高温水解存在还原性单糖得率低，由于后续处理造成环境污染等问题。而低温二段式浓酸水解分两步水解，即半纤维素水解和纤维素水解，能耗高，还原单糖制备周期长，也存在环境污染问题。玉米秸秆经物理和化学预处理产生还原糖后，再经酶发酵水解制备燃料乙醇，这方面的研究比较多。其还原糖产率的高低即天然秸秆的预处理直接影响燃料乙醇的产量。

为了获得较高的还原糖的产率，国内外文献对天然原生质物质的预处理方法进行了相关的报道。例如：液氨预处理法，蒸汽爆破法，稀酸预处理法，碱预处理法，湿氧化预处理法，控制pH值预处理方法等。但这些预处理方法存在能耗高，预处理条件要求高，后处理程序麻烦，还原糖产率低，副产物多等缺点。为了避免这些缺点，预处理方法的探索和研究一直是国内外研究者们的研究热点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种环保且还原糖产率高的制备还原糖的方法。

本发明所述制备还原糖的方法，以原生质物质为原料，其步骤为：

a.将原生质物质以固液比为1∶8～1∶12的比例溶于离子液体溶剂中，调节温度到70-100℃，惰性气体气氛下搅拌溶解30-90分钟；

b.冷却至室温，加入离子溶液体积比为1∶0.5～1∶1.5的酸溶液催化剂；

c.在氮气气氛下，压力在0.1～0.5MPa，温度至60～100℃，水解反应120-190分钟后，分离，提纯得还原糖。

本发明步骤a所述离子液体溶剂为：

其中，R′代表链烯基；

R″代表烷基；

X代表卤素。

上述的R′链烯基是具有3～4个碳原子的直链或支链的链烯基；上述的R″烷基是具有1～4个碳原子的直链或支链的烷基；上述的X卤素是卤素原子。

所述的R′链烯基为有3个碳原子的直链的链烯基。

所述的R″烷基是1～2个碳原子的烷基。

所述的X卤素原子是氯原子。

本发明所述的制备还原糖的方法，步骤a所使用的离子液体优选：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体([Bmim]Cl)和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体([Amim]Cl)中的一种。

为加快步骤a的溶解速度，可加入金属氯化盐做助溶剂，金属氯化盐为AlCl3。

步骤b所述的酸催化剂为硫酸、盐酸中的一种。

在本发明中所用的原生质物质指的是玉米秸秆。它主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。在本发明中将玉米秸秆切细，粉碎，干燥，过40目筛以备用。加入的离子液体起到溶剂介质的作用，溶解玉米秸秆纤维素，离子液体在受热时对纤维素有一定的溶解能力，所形成的纤维素-离子液体溶液在周围环境下性质稳定，并且在溶解纤维素的过程中，软化和破坏了纤维素的内部结构，而且使纤维素发生了一定程度的降解，如聚合度降低，伴有低聚糖和单糖产生。同时在后续的酸水解时，由于离子液体的中介作用，改变了相与相之间的反应，由原来的固液反应变成了液液反应，增加了酸与玉米秸秆纤维素的接触面积，从而提高了还原糖的产量。并可加入金属氯化盐作为助溶剂，之后续加入酸催化剂时，由原来的固液反应变成了液液反应，由于改变了相与相之间的反应，增加了硫酸与玉米秸秆纤维素的接触面积，提高了还原糖的产量。在离子液体溶解玉米秸秆纤维素的过程中，X^-特别是Cl^-是一种强氢键接受体，可与纤维素分子上的羟基形成氢键从而使纤维素分子间或分子内的氢键作用减弱，从而导致纤维素的溶解。并且此溶解过程中，也伴随玉米秸秆纤维素发生一定程度的降解。离子液体溶剂软化和破坏了玉米秸秆纤维素的内部结构，使得相比于在玉米秸秆纤维素中直接加入酸催化剂时更易发生水解反应，从而增加了其还原糖的产率。