酶解木質素的分離提取方法
2023-09-15 09:26:00 1
專利名稱：酶解木質素的分離提取方法
技術領域：
本發明涉及從微生物酶解玉米秸杆的殘渣中分離提取酶解木質素的工藝和配方。
背景技術：
地球上的石油資源日益枯竭，替代能源的開發迫在眉睫。能源酒精是目前各國都在開發的一種汽油的替代產品，採用澱粉轉化法製備能源酒精，每生產1噸酒精需要3.3-3.5噸澱粉。從成本核算來看，這種方法製備酒精是虧本的。玉米是一種主要糧食作物，世界各國玉米的種植面積頗為廣闊，每年都會產生6-7億噸玉米秸稈。我國每年有2-3億噸玉米秸稈，除了少部分用作飼料或製備沼氣外，大部分被焚燒為草木灰，既浪費資源又汙染環境。玉米秸稈含有大量的多糖組分，為了節約糧食並降低能源酒精的製造成本，國內外學者正在探索利用微生物、酶催化等生物技術讓玉米秸稈中的多糖轉化成能源酒精。美國能源部和瑞典政府都投入巨資支持開發這一重要資源，國際上瑞典、美國的生物技術公司在微生物培養、糖化酒精的菌種篩選方面做了大量工作，設計了一套試驗生產工藝，但是他們對微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的殘渣沒有進一步開發，僅把殘渣作為燃料燒掉，因此經濟效益不高，無法推廣應用。國內南京林業大學餘世袁教授也進行了成功的試驗，利用微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精，用6.5噸玉米秸杆可以得到1噸能源酒精和1噸殘渣，同樣因為沒有綜合利用殘渣中的木質素，該項目的中試因經濟效益不佳而停止。微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的殘渣中含有40-50％的酶解木質素，酶解玉米秸杆的過程比較溫和，酶解木質素較好地保留了天然木質素的化學活性，採用適當的方法分離、提取酶解木質素可以有效地利用廢棄物資源，提高微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的經濟效益，有利於這項綠色環保項目的推廣應用，有利於可持續發展。
發明內容
本發明解決了現有微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精技術所存在的問題，提供兩種生產成本低、工藝方法簡便、又能較好地保留其化學活性的酶解木質素分離提取的方法。
本發明的技術方案有兩種。一是有機溶劑萃取法，二是無機物提取法。
具體其步驟包括1有機溶劑萃取法利用有機溶劑萃取酶解玉米秸杆的殘渣，酶解木質素溶解在有機溶劑中進行萃取，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶有機溶劑的雜質分離，溶液經減壓蒸餾脫去溶劑後得到酶解木質素。
2無機物提取法利用木質素能夠溶於無機鹼性物質的水相體系的特點，使酶解玉米秸杆的殘渣中的酶解木質素溶於無機鹼性溶液中，通過過濾與其他組分分離，酶解木質素溶液經過酸液中和後，酶解木質素以沉澱析出，再經過離心分離、水洗後乾燥得到酶解木質素。
本發明具有如下優點1、本發明採用的有機溶劑萃取法在一定溫度、壓力條件下，用一種或多種混合有機溶劑萃取微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的殘渣，使酶解木質素溶解於有機溶劑之中，令它與殘渣中的其他組分分離。有機溶劑萃取過程除溶劑外沒有添加其他化學藥劑，得到的酶解木質素純度高，灰分含量比原料降低幾十倍。有機溶劑萃取法得到的酶解木質素容易溶解於有機溶劑，有利於在有機相體系進行化學改性。根據使用溶劑的類型和萃取條件的不同，可得到原料量20-43％的酶解木質素。
2.本發明採用的無機物提取法在一定溫度、壓力條件下，用無機鹼性水溶液萃取微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的殘渣，使酶解木質素溶解於無機鹼性水溶液之中，通過過濾令它與殘渣中的其他組分分離後，加酸中和鹼性，酶解木質素以沉澱析出，根據提取條件的不同，可得到原料量30-48％的酶解木質素。
3、酶解木質素灰分含量低，化學活性高，適合對它進行化學改性，製備酶解木質素衍生物，酶解木質素及其衍生物比傳統的木質素磺酸鹽保留更多活性基團，因而有更好的改性效果。
4、本發明所採用的有機溶劑萃取法和無機物提取法製得的酶解木質素的紅外光譜和紫外光譜的測試結果表明它們的分子結構基本相同，較好地保留了天然木質素的活性基團，其化學性能沒有受製備方法的影響，可以用於製備相應的木質素衍生物。
5、本發明製得得酶解木質素及其衍生物可用於橡膠、塑料等工程材料，膠粘劑，塗料或複合材料的改性劑，應用範圍很廣，具有較高的經濟價值。本發明的推廣應用大大提高了微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的經濟效益，有利於這項綠色環保項目的推廣應用，有利於可持續發展。
6、利用酶解玉米秸杆的殘渣分離提取酶解木質素，既可以採用有機溶劑萃取法，也可以採用無機物提取法，任何一種方法既可以單獨進行、也可以反覆進行或兩種方法交替進行，對同一批殘渣多次提取比單獨進行一次提取所獲得酶解木質素的得率可以提高1-6％。
圖1為不同方法製得的酶解木質素的紫外光譜4h、Na和nh分別表示用四氫呋喃，氫氧化鈉和氨水處理酶解玉米秸杆的殘渣所得到的酶解木質素。
圖2為不同方法製得的酶解木質素的紅外光譜4h、Na和nh分別表示用四氫呋喃，氫氧化鈉和氨水處理酶解玉米秸杆的殘渣所得到的酶解木質素。
具體實施例方式1.有機溶劑萃取法(1)工藝步驟將酶解玉米秸杆的殘渣與有機溶劑混合進行萃取，萃取過程的溫度為30-100℃，壓力為0-1.0MPa，時間為0.5-6小時，使酶解玉米秸杆的殘渣與有機溶劑充分反應溶解，過濾分離，並將濾液蒸發，即可得到酶解木質素。
(2)原料組成及總量份數比酶解玉米秸杆的殘渣100份有機溶劑 200-1000份所述的有機溶劑為二氧六環、四氫呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷、二甲基甲醯胺、環己酮、乙醇、異丙醇和丙酮中的一種或一種以上2.無機物提取法(1)工藝步驟將酶解玉米秸杆的殘渣與無機鹼性溶液混合，經過一定時間的加熱、加壓，使酶解玉米秸杆的殘渣與無機鹼性溶液充分反應溶解，過濾分離，在濾液中加入弱(或稀)酸進行中和，並加水使酶解木質素沉澱析出；將析出的酶解木質素水洗、過濾、烘乾，即可得到酶解木質素。
(2)原料組成及總量份數比酶解玉米秸杆的殘渣 100份濃度為1-35％的無機鹼性溶液 200-1000份所述的無機鹼性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水等等。
製備酶解木質素的原料為微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精的殘渣，其中酶解木質素的含量為40-50％。有機溶劑和鹼性無機物均可在化工產品市場購買。
具體工藝步驟和條件1.有機溶劑萃取法把100份酶解玉米秸杆的殘渣，溶解在200-1000份有機溶劑中，攪拌促進酶解木質素溶解到有機溶劑中，將混合物加熱到30-100℃、並加壓到0-1.0MPa、經過0.5-6.0小時，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶有機溶劑的雜質分離，溶液經蒸餾脫去溶劑後得到酶解木質素。
2.無機物提取法把100份酶解玉米秸杆的殘渣，溶解在200-1000份濃度為1-35％氫氧化物或濃度為1-35％氨水中，攪拌促進酶解木質素溶解到鹼性水溶液中，將混合物加熱到30-100℃、並加壓到壓力0-1.0MPa、經過0.5-6.0小時，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶鹼性水溶液的雜質分離，溶液經濃度為1-35％鹽酸中和至中性(PH＝7)後，一邊攪拌，一邊加入該溶液3-8倍體積的水，靜置10-60分鐘，酶解木質素沉澱析出，水洗、過濾分離並把沉澱烘乾得到酶解木質素。
實施例1.
稱取100克酶解玉米秸杆的殘渣，放入1500毫升的三口燒瓶中，加入600毫升四氫呋喃、二氧六環的混合溶液(四氫呋喃和二氧六環的體積比為2∶1)，攪拌15分鐘促進酶解木質素溶解到有機溶劑中，然後加熱至90℃、壓力0.3MPa，保持1.5小時，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶有機溶劑的雜質分離，溶液經蒸餾脫去溶劑後得到酶解木質素40.20克。
實施例2.
稱取100份酶解玉米秸杆的殘渣，放入1500毫升的三口燒瓶中，加入500毫升濃度為10％氫氧化鈉溶液中，攪拌15分鐘促進酶解木質素溶解到鹼水溶液中，然後加熱至95℃並加壓至0.3MPa，維持1.0小時，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶的雜質分離，向溶液加入152毫升30％鹽酸中和至中性(PH＝7)後，一邊攪拌，一邊加入該溶液4倍體積的水，靜置30分鐘，酶解木質素沉澱析出，過濾分離、水洗沉澱並把沉澱烘乾得到酶解木質素45.31克。
實施例3稱取100份酶解玉米秸杆的殘渣，放入1500毫升的三口燒瓶中，加入350毫升濃度為15％氨水中，攪拌15分鐘促進酶解木質素溶解到氨水溶液中，然後加熱至95℃並加壓至0.3MPa，維持1.0小時，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶的雜質分離，向溶液加入370毫升30％鹽酸中和至中性(PH＝7)後，一邊攪拌，一邊加入該溶液4倍體積的水，靜置30分鐘，酶解木質素沉澱析出，過濾分離，水洗沉澱並把沉澱烘乾得到酶解木質素42.52克。
表1.酶解木質素灰分測定結果
權利要求
1.一種酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於將酶解木質素溶解在有機溶劑中進行萃取，通過過濾把酶解木質素溶液與其他不溶於有機溶劑的雜質分離，溶液經減壓蒸餾脫去溶劑後得到酶解木質素。
2.根據權利要求1所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於將酶解玉米秸杆的殘渣與有機溶劑混合，經過加熱、加壓，使酶解玉米秸杆的殘渣與有機溶劑充分反應溶解，在過濾分離後將濾液蒸發。
3.根據權利要求2所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於萃取過程的加熱溫度為30-100℃，壓力為0-1.0MPa，時間為0.5-6小時。
4.根據權利要求3所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於其原料組成及重量份數比為酶解玉米秸杆的殘渣 100份有機溶劑200-1000份。
5.根據權利要求1或2或4所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於所述的有機溶劑為二氧六環、四氫呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷、二甲基甲醯胺、環己酮、乙醇、異丙醇和丙酮中的一種或一種以上。
6.一種酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於將酶解木質素溶於無機鹼性溶液中，通過過濾與其他不溶的組分分離，酶解木質素溶液經過酸液中和後，加水使酶解木質素以沉澱析出，再經過離心分離、水洗、乾燥得到酶解木質素。
7.根據權利要求6所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於將酶解玉米秸杆的殘渣與無機鹼性溶液混合，經過加熱、加壓，使酶解玉米秸杆的殘渣與無機鹼性溶液充分反應溶解。
8.根據權利要求7所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於將熱的溫度為30-100℃、加壓的壓力為0-1.0MPa、並經過0.5-6.0小時。
9.根據權利要求8所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於其原料組成及重量份數比為酶解玉米秸杆的殘渣 100份濃度為1-35％的無機鹼性溶液 200-1000份。
10.根據權利要求6或7或9所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於所述的無機鹼性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水中的一種或一種以上。
11.根據權利要求6所述的酶解木質素的分離提取方法，其特徵在於所述的酸液為弱酸或稀酸。
全文摘要
本發明公開了兩種酶解木質素的分離提取方法。利用微生物酶解玉米秸杆中的糖分製備能源酒精是克服石油短缺所造成的能源危機的有效途徑之一。本發明分別採用有機溶劑萃取和無機化學品處理的方法從微生物酶解玉米秸杆的殘渣中分離提取獲得酶解木質素。在製備能源酒精的微生物發酵和從殘渣分離的過程中酶解木質素都處在相對溫和的狀態下，因此酶解木質素較好地保留了木質素的活性基團，適於製備木質素的改性產品，有良好的經濟價值。從微生物酶解玉米秸杆的殘渣中分離提取酶解木質素可以解決微生物酶解玉米秸杆製備能源酒精工藝的虧損問題，將有利於推廣這種綠色環保的新工藝，有利於可持續發展。
文檔編號C08H7/00GK1763208SQ20051009974
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月5日 優先權日2004年12月22日
發明者程賢甦 申請人:福州大學