[发明专利]一种高效利用木质纤维原料制备高附加值糖醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及利用蒸汽爆破结合生物转化技术将可再生的木质纤维资源转化成高附加值糖醇的方法。 

背景技术

木质纤维原料是自然界中极为丰富的廉价可再生资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素这三种高分子聚合物组成，也含有少量的果胶、树胶等成分，结构非常复杂。其中纤维素是植物细胞壁的主要组成成分，主要由1000-10000个β-D-吡喃型葡萄糖通过β-1,4-糖苷键交联而成的直链多糖，具有多个分子层平行排列构成的丝状不溶性微纤维结构，基本组成单位为纤维二糖。半纤维素则一般作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，是由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖或甘露糖等结构单元组成的80-200聚合度的支链多糖，是植物中含量仅次于纤维素的多聚糖。木质素是由苯丙烷及其衍生物组成的网状聚合物，包裹在纤维素和半纤维素的表面，在水解过程中起着屏障作用。 

目前对于木质纤维原料的利用主要集中在纤维素的水解和微生物转化制备乙醇、丁醇等生物燃料方面。虽然已经取得了很大的进展，但仍未能大规模工业化生产，主要有两个问题：一是纤维原料预处理的成本较高；二是纤维素酶解成本较高。由于上述纤维原料预处理的目的是去除木质素和半纤维素对纤维素的保护作用和破坏纤维素大分子之间的晶体结构，以提高纤维素的酶解转化率，半纤维素往往得不到有效的利用。针对上述问题，本发明采用木质纤维原料不同组分分级利用的理念，针对半纤维素较纤维素容易降解的特点，设计不同的蒸汽爆破条件，依次降解木质纤维原料中的半纤维素和纤维素得到可发酵糖，从而提高了原料的利用程度，降低了糖化工艺的生产成本。 

蒸汽爆破（简称“汽爆”）是近年来发展迅速的一种木质纤维素处理方法。原料用蒸汽加热至180-240°C，维压一段时间，在突然释压喷放时，产生二次蒸汽，体积猛增，在机械力的作用下，将固体物料结构破坏。中国科学院过程工程所应用物理原理制备低聚木糖（CN1233614）：汽爆处理后的原料经水抽提可以得到可溶性半纤维素，其主要成分即为低聚木糖，半纤维素转化率达到80%以上。本发明在上述发明的基础上，在汽爆之前加入有机酸浸泡预处理工艺，降低原料中各组分之间的交联度，增加汽爆过程中半纤维素的降解程度，经水抽提可以直接得到木糖溶液，半纤维素降解率达到85%以上，同时纤维素降解很少。对于剩余的固渣，采用化学处理结合蒸汽爆破技术降解其中的纤维素得到葡萄糖 溶液，纤维素降解率达到80%以上。 

木糖醇是一种重要的工业用精细化学品、糖基化学品、食品及饲料添加剂，具备许多优异特性。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，许多成果申报了专利(中国专利ZL200710063303.8、ZL200510040133.0；美国专利US2011/0003356A1)。但现有专利中的发酵底物木糖仍主要通过高浓度硫酸水解半纤维素的方法得到，在发酵前需要碱中和、脱色、脱盐处理，过程工艺复杂、酸碱用量大。本专利采用有机酸预处理结合蒸汽爆破技术降解半纤维素获得木糖液，其酸度和离子强度都远远低于硫酸水解法，通过简单的活性炭脱色和氨水调节即可用于后续的发酵过程，在优化的发酵条件下，木糖到木糖醇的转化率大于70%。 

赤藓糖醇是分子量最小，热量值最低（≤1.66kJ/g）的糖醇，在人体中的耐受量（50g/天）也远高于山梨糖醇、木糖醇等其他糖醇，且甜味纯正与蔗糖相似，无后苦味。目前工业上赤藓糖醇的生产主要是利用葡萄糖发酵。中国专利ZL200510102929.6报道了以精制葡萄糖为碳源，利用解脂假丝酵母发酵得到赤藓糖醇的方法；专利ZL201010611106.7报道了以玉米粉为原料，经过酶水解得到葡萄糖液，再利用解脂假丝酵母发酵得到赤藓糖醇的方法。与现有专利相比，本专利采用化学处理结合蒸汽爆破技术降解可再生的木质纤维原料中的纤维素组分得到葡萄糖溶液，再通过纯化处理，微生物转化得到赤藓糖醇,从而避免了粮食资源的消耗，提高了纤维素资源的利用价值。 

发明内容

一种高效利用木质纤维原料制备高附加值糖醇的方法其特征在于，包括如下步骤：

（1）将木质纤维原料粉碎至能过10-20目筛，用质量分数为0.2%-2%的有机酸常温浸泡1-6h。