[发明专利]利用农林废弃物制备木糖醇的清洁生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用农林废弃物制备木糖醇的清洁生产方法，尤其利用高温蒸煮新型工艺制备玉米芯等农林废弃物半纤维素水解液来发酵生产木糖醇的方法。

背景技术

木糖醇分子式为C₅H₁₂O₅，分子量152.15。极易溶于水，溶解度1.6kg/L，微溶于乙醇和甲醇，熔点92-96℃且热稳定性较高，常压下沸点为216℃。木糖醇成品为白色结晶或结晶性粉末，味甜，甜度相当于蔗糖。1克木糖醇全部代谢产生为4.06卡的热量，与葡萄糖相当。溶解热为-145.6J/g，故以固体形式食用时在口中会产生愉快的清凉感。10％的木糖醇水溶液pH值5.0-7.0。酸稳定的pH范围较宽，玻璃化温度较低，适宜长时间储藏和保存。

农林废弃物如玉米芯是生产木糖醇的原料，利用农业废弃物制备半纤维素水解液发酵生产木糖醇已经成为一个较新的生产工艺。我国的农林资源非常丰富，在生物法生产木糖醇中，使用的最多的是原料植物半纤维素的水解液，如玉米芯、硬木、秸秆、棉籽壳、甘蔗渣等的半纤维素制得的水解物。我国每年产的玉米芯达到1000多万吨，尤其适合作为生产木糖醇的原料。但目前我国的农林废弃物利用率却十分低，基本被焚烧或扔掉，造成资源极大的浪费。利用农林废弃物如玉米芯资源开发木糖醇深加工项目，通过深加工增值，把农林副产品的深度开发引入市场经济的良性循环轨道，促进市场的繁荣和发展。它不仅有较高的直接经济效益，而且具有非常可观的社会效益。

目前，传统的木糖醇工业化生产均采用传统的化学法，由于化学法需要利用纯净的木糖为底物，在高温高压下，利用对纯度要求很高的镊催化剂以及易燃易爆的高压氢气下进行的，其过程工艺复杂、安全性差、成本高、环境污染严重，每生产1吨木糖醇，废水排放量为300-500吨，且处理难度大。该行业与我国发展可持续、可循环、节能减排的工业目标不相符，成为目前国家严格限制发展的行业。鉴于化学法生产木糖醇高耗电、高耗气、高耗水、高排污的情况。自1966年，Onishi和Suzuki首次报道了酵母菌能够将D-木糖转化为木糖醇后，国际上许多学者开展了发酵法生产木糖醇的研究，利用生物法生产木糖醇已成为未来木糖醇工业发展的必然趋势，在一定范围内降低了化学法生产木糖醇的污染和能耗。但该生产工艺中木糖的生产过程，国内外工业生产主要采用酸或碱水解半纤维素原料的方法来制备，每生产1吨木糖要排放超过300吨的废水，废水排放量未见显著降低，所以利用该生产工艺生产木糖醇仍然受到国家环保指标的严格限制。并且该工艺结晶制备木糖过程中，木糖收率约为50％，木糖损失量较大，采用发酵法省去了木糖结晶工序，提高了木糖利用度。

发明内容

为了解决目前木糖醇制备方法中存在的上述问题，本发明采用高温蒸煮法降解玉米芯等农林废弃物中的半纤维素原料来生产木糖液，进而通过微生物产酶催化加氢将粗木糖液直接转化为木糖醇，极大的提高农产品的附加值，增加农民收入，把农林资源优势转化为商品经济优势。该方法能高效地利用玉米芯或棉籽壳等农林废弃物来生产木糖醇，同时也能有效解决现有木糖醇工业生产中存在的高污染，高能耗，回收率不高等问题。

本发明玉米芯蒸煮液发酵生产木糖醇的方法包括以下步骤：

(1)对农林废弃物原料进行粉碎、除尘、水洗预处理；

(2)对(1)得到的农林废弃物颗粒进行浸泡处理；

(3)对(2)处理过的农林废弃物颗粒进行高温蒸煮处理；

(4)对(3)处理后得到的体系进行中和或过中和处理；对处理后得到的体系进行固液分离，得到的液体成分进行活性炭或离子交换树脂的脱色脱毒处理；

(5)对(4)处理后的液体成分进行浓缩处理，得到较高浓度的蒸煮液用于木糖醇发酵；

(6)筛选和选育出以(6)为底物发酵生产木糖醇的高产菌株；

(7)发酵生产木糖醇

将(6)获得的菌株以(5)为底物进行多批次的木糖醇发酵生产。

其中所述的农林废弃物可以是玉米芯，玉米秸秆，小麦秸秆，高粱秸秆，棉籽壳，稻杆，甘蔗渣，桦木等，其中优选为玉米芯。

1.将农林废弃物在粉碎机内进行粉碎并筛至目数为5-50目的固体颗粒，之后将农林废弃物颗粒中的杂质及表面层泥沙尘土等进行除尘处理，以减轻后工序负担。将除尘处理后的农林废弃物颗粒进行水洗除去其纤维中部分的蛋白质、色素、果胶质、灰份，单宁茶类等杂质。预处理的三步工序是提高后期产品的质量，降低成本的重要措施。