一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法与流程

1.本发明涉及功能性糖生产领域，具体涉及一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法。


背景技术：

2.阿米巴模式介绍：阿米巴，俗称变形虫，生命力强，可以随意分割。阿米巴技术模式介绍：以秸秆生产酒精为例，对于这项技术可以进行拆分。
3.按照前后顺序，可以拆成(1)预处理——包括粉碎，酸解、蒸煮等；(2)水解——单酶酶解或多酶酶解；(3)发酵——液体发酵或固态发酵；(4)蒸馏——分离和纯化乙醇。因此从技术上，将秸秆生产乙醇分为四个部分的加工方式。
4.将秸秆生产酒精的工艺进行拆分，(1)秸秆粉或酸性秸秆粉——经过预处理后，达到特定要求的秸秆料，特定要求包括：孔径，比表面积，酶解测试，水分等；(2)可酵解糖——以(1)为原料，使用酶解工艺得到的水解糖，特定要求为产品类型(固体或液体)，糖含量等；(3)发酵蒸馏——以(2)为原料，进行乙醇发酵，并且进行纯化和分离。
5.在上述相同的生产工艺中被拆分成两种模式，这两种在半成品、产品、质控点、生产安排等等多个环节上有着本质区别，最重要的区别就是(半)成品标准化包装。
6.本发明属于功能性糖生产领域，具体涉及一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法。其中木质纤维素原料包括所有植物，农作物没有被资源化利用的部分。功能性糖包括阿拉伯木聚糖，低聚木糖，阿拉伯糖。如何将木质纤维素原料资源化是目前生产的难点。


技术实现要素：

7.本发明为了解决目前农作物难以被资源化利用的技术问题，而提供的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法。
8.一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，具体按以下步骤进行：
9.一、粗阿拉伯木聚糖液生产：
10.将木质纤维素原料进行粉碎，获得粉碎料，将粉碎料投入到酸热池中，搅拌至完全浸泡在酸中，然后捞出，沥干后倒入加热罐中；待加热罐填充满后，闭紧加热罐，进行水热提取，反应结束后，完全排气，当罐体降至100℃，向罐内物料加入新鲜水浸泡，由排液口得到收集液；采用三层膜过滤系统过滤收集液，得到粗阿拉伯木聚糖糖液；
11.二、戊聚糖生产：
12.将步骤一获得的粗阿拉伯木聚糖糖液倒入树脂处理塔中，浸泡后，捞出树脂，用乙醇溶液清洗，得到洗脱液；洗脱液进行蒸馏结晶，获得结晶的戊聚糖；
13.三、阿拉伯糖生产：
14.将步骤二获得的戊聚糖溶解，加入阿拉伯糖酶，在恒温房内恒温放置，采用纳滤膜分离阿拉伯糖液和浓液，将阿拉伯糖液结晶，得到阿拉伯糖；
15.四、低聚木糖生产：
16.将步骤三中的浓液放出，加入木聚糖，在恒温房内恒温放置，采用两道纳滤膜分离得到的出水为低聚木糖液，然后结晶，得到低聚木糖。
17.进一步的，步骤一所述粉碎料直径为10-100目，优选20目；
18.所述酸热池为体积浓度0.01％-5％的稀酸溶液，优选的稀酸溶液为硫酸溶液，优选体积浓度为0.25％；
19.所述稀酸池的温度为20～50℃，优选为40℃；
20.所述水热提取的温度为130～180℃，时间为10～1000min，优选温度为140℃，时间为60min；
21.所述新鲜水的体积为物料重量的1-2倍；
22.所述新鲜水浸泡的时间为10～1200min，优选时间为45min；
23.所述三层膜过滤系统分别为一道微滤膜过滤系统、二道纳滤膜过滤系统和三道反渗透浓缩膜系统；
24.所述一道微滤膜过滤系统的膜孔径为1-5μm，优选膜孔径为为5μm；
25.所述二道纳滤膜过滤系统的膜孔径为100-400da，优选膜孔径为200da；
26.所述三道反渗透浓缩膜系统的浓缩倍数为5-100倍，优选倍数为40倍。
27.进一步的，步骤二所述树脂为极性树脂，优选大孔极性树脂；
28.所述乙醇溶液的体积浓度为10-80％，优选体积浓度为50％；
29.所述洗脱液为含有乙醇的溶液，乙醇溶液经过蒸馏后可以循环使用。
30.进一步的，步骤三所述戊聚糖溶解采用的溶解液为水，溶解后戊聚糖质量浓度为10-40％；
31.所述阿拉伯糖酶为阿拉伯糖呋喃苷酶，添加量为戊聚糖质量的0.01-1％；
32.所述恒温房温度为50-80℃；
33.所述恒温放置时间为1-24h；
34.所述纳滤膜孔径为200da；
35.所述结晶温度为40-60℃。
36.进一步的，步骤四所述木聚糖使用量为戊聚糖质量的0.01-1％；
37.所述恒温房温度为40-60℃；
38.所述放置时间为0.5-24h；
39.所述两道纳滤膜的孔径依次为2000-5000da和200-400da，优选孔径依次为2000da和200da。
40.本发明有益效果：
41.在本发明中提出了一个全新的整体工艺，但这条整体工艺又是建立在阿米巴模式下，可以实现每个生产过程独立运行的状态。与现有的技术相比，本发明的优势在于：将上述的产品生产集于一体，实现一套工艺生产多种功能性产品；本发明中工艺简单，从而降低人工使用；生产成本低，产品附加值高，经济性良好；本发明中的生产安排可以按照市场行情来调控，经济压力小；本发明中除了少量废气排放外，不存在常规的废液和废固，有机液体在浓缩后，可以作为乙酸梭菌发酵的原料，有机固体可以用于生物炼制行业制糖以及生物化工发酵等。
42.在生产过程中，所得到的阿拉伯木聚糖、阿拉伯糖和低聚木糖均达到销售水平。采用连续/半连续的方法可以将木质纤维素原料资源化，并生产出高经济性得到阿拉伯木聚糖、阿拉伯糖和低聚木糖。相比于国内单一的生产工艺，本发明的生产成本比现有产品低一倍。
43.本发明方法用于木质纤维素原料资源化领域。
附图说明
44.图1为实施方式一所述方法的工艺图。
具体实施方式
45.具体实施方式一：本实施方式一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，具体按以下步骤进行：
46.一、粗阿拉伯木聚糖液生产：
47.将木质纤维素原料进行粉碎，获得粉碎料，将粉碎料(物料粉)投入到酸热池中，搅拌至完全浸泡在酸中，然后捞出，沥干后倒入加热罐中；待加热罐填充满后，闭紧加热罐，进行水热提取，反应结束后，完全排气，当罐体降至100℃，向罐内物料加入新鲜水浸泡，由排液口得到收集液；采用三层膜过滤系统过滤收集液，得到粗阿拉伯木聚糖糖液；
48.二、戊聚糖生产：
49.将步骤一获得的粗阿拉伯木聚糖糖液倒入树脂处理塔中，浸泡后，捞出树脂，用乙醇溶液清洗，得到洗脱液；洗脱液进行蒸馏结晶，获得结晶的戊聚糖(阿拉伯木聚糖)；
50.三、阿拉伯糖生产：
51.将步骤二获得的戊聚糖溶解，加入阿拉伯糖酶，在恒温房内恒温放置，采用纳滤膜分离阿拉伯糖液和浓液，将阿拉伯糖液结晶，得到阿拉伯糖；
52.四、低聚木糖生产：
53.将步骤三中的浓液放出，加入木聚糖，在恒温房内恒温放置，采用两道纳滤膜分离得到的出水为低聚木糖液，然后结晶，得到低聚木糖。
54.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述粉碎料直径为10-100目；
55.所述酸热池为体积浓度0.01％-5％的稀酸溶液；
56.所述稀酸池的温度为20～50℃；
57.所述水热提取的温度为130～180℃，时间为10～1000min；
58.所述新鲜水的体积为物料重量的1-2倍；
59.所述新鲜水浸泡的时间为10～1200min。其它与具体实施方式一相同。
60.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述三层膜过滤系统分别为一道微滤膜过滤系统、二道纳滤膜过滤系统和三道反渗透浓缩膜系统。其它与具体实施方式一或二相同。
61.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述一道微滤膜过滤系统的膜孔径为1-5μm；
62.所述二道纳滤膜过滤系统的膜孔径为100-400da；
63.所述三道反渗透浓缩膜系统的浓缩倍数为5-100倍。其它与具体实施方式一至三之一相同。
64.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述树脂为极性树脂；
65.所述乙醇溶液的体积浓度为10-80％。其它与具体实施方式一至四之一相同。
66.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三所述戊聚糖溶解采用的溶解液为水，溶解后戊聚糖质量浓度为10-40％；
67.所述阿拉伯糖酶为阿拉伯糖呋喃苷酶，添加量为戊聚糖质量的0.01-1％。其它与具体实施方式一至五之一相同。
68.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三所述恒温房温度为50-80℃；
69.所述恒温放置时间为1-24h。其它与具体实施方式一至六之一相同。
70.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三所述纳滤膜孔径为200da；
71.所述结晶温度为40-60℃。其它与具体实施方式一至七之一相同。
72.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四所述木聚糖使用量为戊聚糖质量的0.01-1％；
73.所述恒温房温度为40-60℃；
74.所述放置时间为0.5-24h。其它与具体实施方式一至八之一相同。
75.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四所述两道纳滤膜的孔径依次为2000-5000da和200-400da。其它与具体实施方式一至九之一相同。
76.本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
77.实施例一：
78.在3m
×
3m
×
1.2m水池中加入9kg硫酸，配制体积浓度为0.1％的稀硫酸池；将秸秆粉碎至20目后，直接投入稀硫酸池内室温浸泡14h；然后从稀硫酸池中捞出秸秆粉，沥干，将秸秆粉输送到卧式高压灭菌锅(厂家：诸城日通机械有限公司)内，通入0.5mpa蒸汽，控制灭菌锅内温度为145-155℃，保温1h，开排气阀排气；待温度降至100℃，向罐内物料上喷洒水，用水量约为物料的1.2倍，控制罐内水浸没物料，浸泡1h；从排液口，排出液体，得到收集液；控制一批次投入秸秆粉约为10.6t(含水量85％)，经过处理后，得到12.40t收集液；采用三道膜连续处理系统(依次为5um微滤膜，200da纳滤膜和反渗透膜，生产厂家：厦门嘉戎技术股份有限公司)，最终得到420l粗阿拉伯木聚糖糖液；
79.将粗阿拉伯木聚糖糖液倒入装有xrk538树脂(生产厂家：上海逊尔化工科技有限公司)的反应池中，浸泡1h后，捞出树脂并将其倒入装有体积浓度为50％乙醇溶液的桶中，放置0.5h后，倒出乙醇溶液(洗脱液)，并将其转移到蒸馏器中，控制温度为95℃进行蒸馏，得到阿拉伯木聚糖结晶；共收获7.4kg的阿拉伯木聚糖(戊聚糖)。
80.将本实施例获得的阿拉伯木聚糖质检，结果如表1。
81.表1
[0082][0083][0084]
实施例二：
[0085]
称取20kg实施例一获得的的阿拉伯木聚糖，用水溶解为质量浓度20％的糖液，添加100g阿拉伯糖呋喃苷酶(添加量约为阿拉伯木聚糖质量的0.5％，生产厂家：山东腾望化工有限公司)，然后将糖液放入65℃恒温房中，放置4h；再用纳滤膜(200da纳滤膜，生产厂家：厦门嘉戎技术股份有限公司)进行分离，共得到42l阿拉伯糖液；将阿拉伯糖液放入55℃结晶设备中，结晶时间为10h，共得到1.7kg阿拉伯糖；
[0086]
将纳滤膜分离时产生的浓液重新倒入容器中，加入120g木聚糖(添加量约为阿拉伯木聚糖质量的0.6％，生产厂家：夏盛实业集团)，然后放入45℃恒温房中，放置16h再采用两道纳滤膜(依次为200da纳滤膜和2000da纳滤膜，生产厂家：厦门嘉戎技术股份有限公司)进行分离，共得到152l低聚木糖液；将低聚木糖液放入55℃结晶设备中，结晶时间为10h，共得到15.8kg低聚木糖。
[0087]
将本实施例获得的阿拉伯糖进行质检，结果如表2。
[0088]
表2
[0089]
项目含量％(质量计)qb/t 4321-2012标准阿拉伯糖99.2％99-102％水分0.3％≤0.5％硫酸盐0.001％≤0.005％
[0090]
将本实施例获得的低聚木糖进行质检，结果如表3。
[0091]
表3
[0092]
项目含量％(质量计)gb/t 35545-2017标准低聚木糖76.9％≥70％灰分0.2％≤0.3％水分3.7％≤5％木二糖、木三糖和木四糖含量54％≥50％
[0093]
经过试生产过程，所得到的阿拉伯木聚糖、阿拉伯糖和低聚木糖均达到销售水平。采用连续/半连续的方法可以将木质纤维素原料资源化，并生产出高经济性得到阿拉伯木聚糖、阿拉伯糖和低聚木糖。相比于国内单一的生产工艺，本发明的生产成本比现有产品低一倍。

技术特征：
1.一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、粗阿拉伯木聚糖液生产：将木质纤维素原料进行粉碎，获得粉碎料，将粉碎料投入到酸热池中，搅拌至完全浸泡在酸中，然后捞出，沥干后倒入加热罐中；待加热罐填充满后，闭紧加热罐，进行水热提取，反应结束后，完全排气，当罐体降至100℃，向罐内物料加入新鲜水浸泡，由排液口得到收集液；采用三层膜过滤系统过滤收集液，得到粗阿拉伯木聚糖糖液；二、戊聚糖生产：将步骤一获得的粗阿拉伯木聚糖糖液倒入树脂处理塔中，浸泡后，捞出树脂，用乙醇溶液清洗，得到洗脱液；洗脱液进行蒸馏结晶，获得结晶的戊聚糖；三、阿拉伯糖生产：将步骤二获得的戊聚糖溶解，加入阿拉伯糖酶，在恒温房内恒温放置，采用纳滤膜分离阿拉伯糖液和浓液，将阿拉伯糖液结晶，得到阿拉伯糖；四、低聚木糖生产：将步骤三中的浓液放出，加入木聚糖，在恒温房内恒温放置，采用两道纳滤膜分离得到的出水为低聚木糖液，然后结晶，得到低聚木糖。2.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤一所述粉碎料直径为10-100目；所述酸热池为体积浓度0.01％-5％的稀酸溶液；所述稀酸池的温度为20～50℃；所述水热提取的温度为130～180℃，时间为10～1000min；所述新鲜水的体积为物料重量的1-2倍；所述新鲜水浸泡的时间为10～1200min。3.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤一所述三层膜过滤系统分别为一道微滤膜过滤系统、二道纳滤膜过滤系统和三道反渗透浓缩膜系统。4.根据权利要求3所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于所述一道微滤膜过滤系统的膜孔径为1-5μm；所述二道纳滤膜过滤系统的膜孔径为100-400da；所述三道反渗透浓缩膜系统的浓缩倍数为5-100倍。5.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤二所述树脂为极性树脂；所述乙醇溶液的体积浓度为10-80％。6.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤三所述戊聚糖溶解采用的溶解液为水，溶解后戊聚糖质量浓度为10-40％；所述阿拉伯糖酶为阿拉伯糖呋喃苷酶，添加量为戊聚糖质量的0.01-1％。7.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤三所述恒温房温度为50-80℃；所述恒温放置时间为1-24h。
8.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤三所述纳滤膜孔径为200da；所述结晶温度为40-60℃。9.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤四所述木聚糖使用量为戊聚糖质量的0.01-1％；所述恒温房温度为40-60℃；所述放置时间为0.5-24h。10.根据权利要求1所述的一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，其特征在于步骤四所述两道纳滤膜的孔径依次为2000-5000da和200-400da。

技术总结
一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法，本发明涉及功能性糖生产领域，具体涉及一种基于阿米巴模式的木质纤维素原料资源化的方法。本发明为了解决目前农作物难以被资源化利用的技术问题。方法：一、粗阿拉伯木聚糖液生产：二、戊聚糖生产：三、阿拉伯糖生产：四、低聚木糖生产。本发明在生产过程中，所得到的阿拉伯木聚糖、阿拉伯糖和低聚木糖均达到销售水平。采用连续/半连续的方法可以将木质纤维素原料资源化，并生产出高经济性得到阿拉伯木聚糖、阿拉伯糖和低聚木糖。相比于国内单一的生产工艺，本发明的生产成本比现有产品低一倍。本发明方法用于木质纤维素原料资源化领域。域。域。


技术研发人员：张雷
受保护的技术使用者：泰州福克兴生物科技有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/20