分離秸稈纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法
2023-04-27 18:17:36 1
分離秸稈纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法
【專利摘要】本發明涉及的是分離秸稈纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法，這種分離秸稈纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下：a）、進料糖漿的調配：將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸稈纖維酶解液調配到濃度為40-60%；b）、過濾：將步驟a）得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見的液體；c）、順序式模擬移動床色譜分離：將上述得到的糖漿經順序式模擬移動床色譜設備分離，洗脫劑為去離子水，吸附劑為強酸性陽離子交換型樹脂，分離溫度為60-70℃，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口2個，出料口2個；d）、濃縮：將得到的組分A溶液濃縮，至70%～75%，將得到的組分B進行混合，再進行濃縮至70%～75%。本發明運行成本低，分離得到的產品純度、濃度和收率高，可實現連續化、工業化生產。
【專利說明】分離秸稈纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法
[0001]一、【技術領域】
本發明涉及的是順序式模擬移動色譜分離技術，具體涉及的是分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法。
[0002]二、【背景技術】
據不完全統計，我國每年產生農作物秸杆6-8億噸，約有2/3以上沒有得到有效的利用而被白白浪費掉。這些未被利用的農作物秸杆大部分被直接燃燒，這樣處理農作物秸杆不僅造成資源的大量浪費和造成環境汙染，還會導致火災事故，另一方面也導致了農作物秸杆利用的低效率和低經濟效益。秸杆中含有大量的纖維素和半纖維素，是製糖的很好原料。隨著生物技術的發展，目前秸杆酶解製糖技術基本成熟，3-4噸秸杆經酶解後可以生產出I噸70%糖漿，可見其應用前景廣闊。但是，秸杆酶解液中的主要成分是葡萄糖和木糖，然而葡萄糖和木糖的理化性質非常相似很難分離，因此，秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的分離技術成為了農作物秸杆能否高效利用的關鍵。
[0003]模擬移動色譜床(SMB)是一種先進高效的分離技術，對現代功能糖與功能糖醇、葡萄糖、蔗糖以及中草藥的發展具有重要作用。目前國際上最先進的模擬移動床色譜是順序式模擬移動床色譜(SSMB)。SSMB比傳統SMB先進了許多，其特點是分離柱數量減少，比傳統的色譜分離設備減少 運行成本30%-50%，溶劑用量降低20%-40%。在保證高純度的基礎上，具有高分離性、高回收率、高效率、低成本、高穩定性等性能。
[0004]中國專利200910039185.6公開了一種製備植物半纖維素水解液及提取木糖和提取阿拉伯糖的方法；中國專利201010000196.6公開了一種玉米芯酸解渣與秸杆鹼煮渣混合酶解方法；中國專利201210518298.6公開了一種提高秸杆還原糖含量的方法。由上可以看出，目前我國現有秸杆製糖方面的專利主要集中在秸杆製糖的前處理方面，在秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的分離方面沒有研究成果。
[0005]中國專利200710014175.8公開一種利用順序式模擬移動床提純木糖母液的方法，它是利用順序式模擬移動床對葡萄糖、木糖和阿拉伯糖組分同時分離，其中葡萄糖純度和濃度為5%和75.6%、木糖純度和濃度為90.2%和31.5%、阿拉伯糖純度和濃度為85.8%和
7.5%，結果顯示木糖和阿拉伯糖純度和濃度都不高，順序式模擬移動床的優勢沒有發揮完全，葡萄糖組分的抽出又損失了一部分木糖和阿拉伯糖，導致這兩個組分的收率降低，整體經濟效益存在一定幅度的下降；中國專利200720141139.3公開了一種順序式模擬移動床色譜裝置；中國專利200920274899.0公開了一種順序式模擬移動床色譜提純裝置。由上可以看出，目前我國現有順序式模擬移動床色譜方面的專利主要集中在裝置的研發製造方面，在糖醇方面的應用也不是很成熟，而利用順序式模擬移動床色譜分離秸杆纖維酶解液中的葡萄糖和木糖沒有研究成果。
[0006]三、
【發明內容】
本發明的目的是提供分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法，這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法用於解決現有技術中秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖無法高效分離的難題。[0007]本發明採用的技術方案是:這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下:
a)、進料糖漿的調配:將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸杆纖維酶解液調配到濃度為40-60% ；
b)、過濾:將步驟a)得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見的液體；
C)、順序式模擬移動床色譜分離:將上述得到的糖漿經順序式模擬移動床色譜設備分離，洗脫劑為去離子水，吸附劑為強酸性陽離子交換型樹脂，分離溫度為60-70 °C，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口 2個，出料口2個，其中I號柱位置時分為以下三步:
第一步:物料不進不出、進行大循環，液流方向為由I號柱至9號柱流動，循環量為色譜柱體積的50%~70% ；
第二步:這一步為小循環，只進洗脫劑去離子水，I號柱進洗脫劑，8號柱下端出一部分組分B，組分B為葡萄糖組分，進洗脫劑量為色譜柱體積的3%~15% ；
第三步:同時進物料、進洗脫劑、出料，這一步又稱全進全出，I號柱進洗脫劑，I號柱下端出組分A，組分A為木糖組分；9號柱進原料，8號柱下端出另一部分的組分B，進洗脫劑量為色譜柱體積的3%~15%，進料量為色譜柱體積的5%~10% ；
I號柱運行結束後按順序重複以上三步，其中，在重複第二步和第三步時，每重複一次，進、出料位置由I號柱至9號柱方向移至下一柱；
d)、濃縮:將所有第三步驟製得的組分A溶液進行濃縮，組分A溶液濃度濃縮至70%~75%,將所有第二步、第三步驟製得的組分B進行混合，再進行濃縮，組分B溶液濃度縮至70% ~75%。
[0008]上述方案中強酸性陽離子交換型樹脂是ZG_106Na+、UBK530 Na+、UBK550 Na+,99Na+-310或99 Na+-320中的任意一種。
[0009] 有益效果:
1、本發明採用順序式模擬移動床色譜分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖，分離得到組分A溶液和組分B溶液，組分A濃度為30%~40%、木糖純度80%~90%，收率80~90%，組分B濃度為30%~40%、葡萄糖純度80%~90%，收率75~85%，工藝運行成本低，分離得到的產品純度、濃度和收率高，可實現連續化、工業化生產。
[0010]2、本發明降低了後續濃縮成本，簡化了操作步驟，降低了生產損耗。
[0011]四、【專利附圖】
【附圖說明】
圖1是本發明的生產方法流程框圖；
圖2是本發明順序式模擬移動床色譜分離中第一步的示意圖；
圖3是本發明順序式模擬移動床色譜分離中第二步的示意圖；
圖4是本發明順序式模擬移動床色譜分離中第三步的示意圖；
圖5是秸杆酶解液液相色譜分析圖譜；
圖6是實施例3順序式模擬移動床色譜分離後的葡萄糖組份液相色譜分析圖譜；
圖7是實施例3順序式模擬移動床色譜分離後的木糖組份液相色譜分析圖譜。
[0012]五、【具體實施方式】下面結合附圖對本發明做進一步的說明:
實施例1
如圖1所示，這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下:
a)、進料糖漿的調配:將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸杆纖維酶解液調配到濃度為60%；
b)、過濾:將步驟a)得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見雜質的液體；
C)、順序式模擬移動床色譜分離:將上述得到的糖漿經順序式模擬移動色譜設備分離。洗脫劑為水，吸附劑為樹脂ZG-106 Na+，分離溫度為60-70 °C，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口 2個，出料口 2個，其中I號柱位置時分為以下三步:
第一步:物料不進不出、進行大循環，液流方向為由I號柱至9號柱流動，循環量為色譜柱體積的60%，參閱圖2 ；
第二步:這一步為小循環，只進洗脫劑去離子水，I號柱進洗脫劑，8號柱下端出一部分組分B (葡萄糖組分)，進洗脫劑量為色譜柱體積的5%，參閱圖3，圖中D為水；
第三步:同時進物料、進洗脫劑、出料，這一步又稱全進全出。I號柱進洗脫劑，I號柱下端出組分A (木糖組分)；6號柱進原料，8號柱下端出另一部分的組分B (葡萄糖組分)。進洗脫劑量為色譜柱體積的5%，進料量為色譜柱體積的5%，參閱圖4，圖中D為水；
I號柱運行結束後按2號柱-9號柱的順序依次重複以上三步，其中，在重複第二步和第三步時，每重複一次，進、出料位置由I號柱至9號柱方向移至下一柱。
[0013]d)、濃縮:濃縮:將所有第三步驟製得的組分A溶液進行濃縮，組分A溶液濃度濃縮至70%~75%，將所有第二步、第三步驟製得的組分B進行混合，再進行濃縮，組分B溶液濃度縮至70%~75%。
[0014]本實施例分離得到組分A溶液和組分B溶液，組分A濃度為36.5%、木糖純度85.3%，收率82.1%，組分B濃度為32.0%、葡萄糖純度86.7%，收率79.4%。
[0015]實施例2
這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下:
a)、進料糖漿的調配:將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸杆纖維酶解液調配到濃度為60%；
b)、過濾:將步驟a)得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見的液體；
C)、順序式模擬移動床色譜分離:將上述得到的糖漿經順序式模擬移動色譜設備分離。洗脫劑為水，吸附劑為樹脂99 Na+-310,分離溫度為60-70 V，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口 2個，出料口 2個，其中I號柱位置時分為以下三步:
第一步:物料不進不出、進行大循環，液流方向為由I號柱至9號柱流動，循環量為色譜柱體積的55% ； 第二步:這一步為小循環，只進洗脫劑去離子水，I號柱進洗脫劑，8號柱下端出一部分組分B (葡萄糖組分)，進洗脫劑量為色譜柱體積的7.5% ；
第三步:同時進物料、進洗脫劑、出料，這一步又稱全進全出。I號柱進洗脫劑，I號柱下端出組分A (木糖組分)；6號柱進原料，8號柱下端出另一部分的組分B (葡萄糖組分)。進洗脫劑量為色譜柱體積的7.5%，進料量為色譜柱體積的10% ；
1號柱運行結束後按2號柱-9號柱的順序依次重複以上三步，其中，在重複第二步和第三步時，每重複一次，進、出料位置由I號柱至9號柱方向移至下一柱。
[0016]d)、濃縮:將所有第三步驟製得的組分A溶液進行濃縮，組分A溶液濃度濃縮至70%~75%，將所有第二步、第三步驟製得的組分B進行混合，再進行濃縮，組分B溶液濃度縮至70%~75%。
[0017]本實施例分離得到組分A溶液和組分B溶液，組分A濃度為39.5%、木糖純度82.6%，收率88.2%，組分B濃度為35.0%、葡萄糖純度83.5%，收率75.8%。
[0018]實施例3
這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下:
a)、進料糖漿的調配:將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸杆纖維酶解液調配到濃度為40%；
b)、過濾:將步驟a)得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見的液體；
C)、順序式模擬移動床色譜分離:將上述得到的糖漿經順序式模擬移動色譜設備分離。洗脫劑為水，吸附劑為樹脂99 Na+-310,分離溫度為60-70 V，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口 2個，出料口 2個，其中I號柱位置時分為以下三步:
第一步:物料不進不出、進行大循環，液流方向為由I號柱至9號柱流動，循環量為色譜柱體積的55% ；
第二步:這一步為小循環，只進洗脫劑去離子水，I號柱進洗脫劑，8號柱下端出一部分組分B (葡萄糖組分)，進洗脫劑量為色譜柱體積的5% ；
第三步:同時進物料、進洗脫劑、出料，這一步又稱全進全出。I號柱進洗脫劑，I號柱下端出組分A (木糖組分)；6號柱進原料，8號柱下端出另一部分的組分B (葡萄糖組分)。進洗脫劑量為色譜柱體積的5%，進料量為色譜柱體積的10% ；
1號柱運行結束後按2號柱-9號柱的順序依次重複以上三步，其中，在重複第二步和第三步時，每重複一次，進、出料位置由I號柱至9號柱方向移至下一柱。
[0019]d)、濃縮:將所有第三步驟製得的組分A溶液進行濃縮，組分A溶液濃度濃縮至70%~75%，將所有第二步、第三步驟製得的組分B進行混合，再進行濃縮，組分B溶液濃度縮至70%~75%。
[0020]本實施例分離得到組分A溶液和組分B溶液，組分A濃度為38.2%、木糖純度88.7%，收率85.4%，組分B濃度為30.4%、葡萄糖純度82.6%，收率83.7%。
[0021]實施例4
這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下:
a)、進料糖漿的調配:將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸杆纖維酶解液調配到濃度為50%；
b)、過濾:將步驟a)得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見的液體；
C)、順序式模擬移動床色譜分離:將上述得到的糖漿經順序式模擬移動色譜設備分離。洗脫劑為水，吸附劑為樹脂99 Na+-310,分離溫度為60-70 V，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口 2個，出料口 2個，其中I號柱位置時分為以下三步:
第一步:物料不進不出、進行大循環，液流方向為由I號柱至9號柱流動，循環量為色譜柱體積的60% ；
第二步:這一步為小循環，只進洗脫劑去離子水，I號柱進洗脫劑，8號柱下端出一部分組分B (葡萄糖組分)，進洗脫劑量為色譜柱體積的5% ；
第三步:同時進物料、進洗脫劑、出料，這一步又稱全進全出。I號柱進洗脫劑，I號柱下端出組分A (木糖組分)；6號柱進原料，8號柱下端出另一部分的組分B (葡萄糖組分)。進洗脫劑量為色譜柱體積的5%，進料量為色譜柱體積的5% ；
I號柱運行結束後按2號柱-9號柱的順序依次重複以上三步，其中，在重複第二步和第三步時，每重複一次，進、出料位置由I號柱至9號柱方向移至下一柱。
[0022]d)、濃縮:將所有第三步驟製得的組分A溶液進行濃縮，組分A溶液濃度濃縮至70%~75%，將所有第二步、第三步驟製得的組分B進行混合，再進行濃縮，組分B溶液濃度縮至70%~75%。
[0023]本實施例分離得到組分A溶液和組分B溶液，組分A濃度為34.8%、木糖純度89.5%，收率81.3%， 組分B濃度為30.3%、葡萄糖純度80.5%，收率82.3%。
[0024]本發明的核心技術為順序式模擬移動床色譜分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖技術，得到純度和收率均較高的葡萄糖糖漿和木糖糖漿，本工藝不僅保證了葡萄糖和木糖的高純度和高收率，還在整個工藝的成本節約，工序步驟簡便等方面具有鮮明的特色。
【權利要求】
1.一種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法，其特徵在於:這種分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法如下: a)、進料糖漿的調配:將經脫鹽、脫色、濃縮後的秸杆纖維酶解液調配到濃度為40-60% ； b)、過濾:將步驟a)得到的糖漿溶液用微米級濾器進行過濾，製得澄清的無肉眼可見的液體； C)、順序式模擬移動床色譜分離:將上述得到的糖漿經順序式模擬移動床色譜設備分離，洗脫劑為去離子水，吸附劑為強酸性陽離子交換型樹脂，分離溫度為60-70 °C，順序式模擬移動床色譜分離設備包含9根順次排列的色譜柱，具有順序變換的進料口 2個，出料口2個，其中1號柱位置時分為以下三步: 第一步:物料不進不出、進行大循環，液流方向為由1號柱至9號柱流動，循環量為色譜柱體積的50%~70% ； 第二步:這一步為小循環，只進洗脫劑去離子水，1號柱進洗脫劑，8號柱下端出一部分組分B，組分B為葡萄糖組分，進洗脫劑量為色譜柱體積的3%~15% ； 第三步:同時進物料、進洗脫劑、出料，這一步又稱全進全出，I號柱進洗脫劑，1號柱下端出組分A，組分A為木糖組分；9號柱進原料，8號柱下端出另一部分的組分B，進洗脫劑量為色譜柱體積的3%~15%，進料量為色譜柱體積的5%~10% ； I號柱運行結束後按順序重複以上三步，其中，在重複第二步和第三步時，每重複一次，進、出料位置由I號柱至9號柱方向移至下一柱； d)、濃縮:將所有第三步驟製得的組分A溶液進行濃縮，組分A溶液濃度濃縮至70%~75%,將所有第二步、第三步驟製得的組分B進行混合，再進行濃縮，組分B溶液濃度縮至70% ~75%。
2.根據權利要求1所述的分離秸杆纖維酶解液中葡萄糖和木糖的方法，其特徵在於:所述的強酸性陽離子交換型樹脂是ZG-106Na+、UBK530 Na+、UBK550 Na+,99 Na+_310或99Na+-320中的任意一種。
【文檔編號】C07H3/02GK103923130SQ201410156958
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】曹龍奎, 李良玉, 張學娟, 李洪飛 申請人:黑龍江八一農墾大學