一種富含木糖適用于發酵生產木糖醇的培養基質的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種富含木糖適用于發酵生產木糖醇的培養基質的制備方法，由富含纖維素和半纖維素的有機質經過干燥、用酸洗滌、酸解、脫色、電滲析、濃縮等步驟進行水解脫毒得到。本發明專利技術在酸解前經稀酸洗滌，可以減少有機質中雜質的含量，能提高酸解液的質量；酸解液后采用電滲析的辦法，可去除其中的大量酸根離子和一些有害離子，并能使后面的反滲透膜濃縮保持高的通量；采用反滲透膜濃縮可以有效的減少成本，而且處理量很大，克服了傳統蒸汽加熱濃縮需消耗大量蒸汽和能源的缺點，適合工業生產；反滲透膜濃縮后，進一步進行真空熱力濃縮，可以將揮發性的有害物質除去，有利于生物發酵，生產木糖醇。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微生物發酵領域，具體涉及一種由廉價的農副產品得到的富含木糖的適用于發酵生產木糖醇的培養基質的制備方法。
技術介紹
木糖醇(分子式C5H12O5)是一種天然甜味劑，化學名為“戊五糖”，系一種五碳糖，是人體糖類代謝的正常中間體。木糖醇集甜味劑、營養劑、治療劑于一體，廣泛用于國防、醫藥、化工、日化、涂料及食品等行業。現在工業化規模生產主要采用木糖加氫的化學合成法，需高溫、高壓、易燃易爆的高壓氫氣及對溶液純度要求很高的鎳催化劑。基本建設投資及操作費用高，污染較為嚴重，且使用高壓氫氣對安全控制要求很高。木糖醇微生物發酵法與化學合成法相比，具有條件溫和、操作簡便、副產物少、環境污染低等特點，利用生物技術由可再生資源生產木糖醇已逐漸成為研究熱點。玉米芯、秸稈、蔗渣、棉籽殼等富含纖維素和半纖維素的物質，經過酸解后，要經過脫毒處理才能用于酵母的木糖醇發酵。文獻資料報道，玉米芯經過硫酸酸解后，采用石灰乳中和水解液去除其中的單寧、重金屬離子以及硫酸根離子。調節pH10左右，能較徹底地去除乙酸以及小分子的酚，中和以后用磷酸回調至發酵所需的pH值(4～6)可以生成磷酸鈣沉淀，絮凝物可以進一步去除水解液中的有害物質，并能提供菌體生長和發酵所必需的磷元素。中和脫毒的方法，使用比較普遍。但要調節pH到10左右，會破壞水解的木糖，產生很多固體廢棄物。而且由于采用石灰乳中和水解液中的無機酸，易生成大量石膏沉淀，尤其是當第一次濃縮時，在加熱器中結垢嚴重，這種結垢只能用機械方法除去，為此設備運行數日后，就得停下來除垢，降低了設備利用率和使用壽命，蒸汽消耗也高，提高了生產成本。-->離子交換樹脂可以有效地去除水解液中的有害離子，是一種很好的水解液后處理方法，但由于它的成本較高，人們一直在設法綜合采用前述幾種方法來替代它。另外還有人嘗試了石灰乳中和以后用乙醚萃取的方法，這種方法成本較高，未見其他報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是在現有木糖醇微生物發酵技術的基礎上，采用化學和物理方法對富含纖維素和半纖維素的物質進行處理，制備適用于發酵生產木糖醇的培養基質的方法。本專利技術的目的可以通過以下措施達到：一種富含木糖適用于發酵生產木糖醇的培養基質的制備方法，包括如下步驟：A、富含纖維素和半纖維素的有機質經過干燥后用酸洗滌；B、將酸洗滌后的有機質進行酸解，酸解后過濾，得到一步水解液；C、將一步水解液脫色得到脫色液；D、脫色液經過電滲析處理，得到二步水解液；E、二步水解液經過濃縮得到富含木糖的水解液。其中富含纖維素和半纖維素的有機質優選為玉米芯、秸稈、蔗渣或棉籽殼。干燥的方法有多種，優選的為經過自然風干或烘干處理，控制水分小于10％。有機質不需要進行粉碎處理，這樣可減少勞動強度。有機質酸解前需要用酸進行洗滌，具體的酸洗滌方法為所用酸的體積濃度為0.02～0.5％，固液比為1∶6～15，洗滌溫度為60～120℃，洗滌時間為0.5～2小時。有機質進行酸解時，具體的方法為所用酸的體積濃度為1.0～1.8％，固液比為1∶6～10，酸解溫度為80～130℃，酸解時間為1～3小時。酸解后過濾可采用多種方式，如離心過濾或真空過濾等。本專利技術中洗滌用的酸或酸解用的酸優選為無機酸，最優選為硫酸、鹽酸或磷酸。-->一步水解液的脫色可采用常規脫色手段，例如先加熱再使用活性炭脫色處理等。通過電滲析處理，可以去除酸根離子和其它有害離子，二步水解液的電導率≤2000μS/cm。二步水解液濃縮時，較佳的方法為先經過反滲透膜濃縮，濃縮液再經過真空薄膜濃縮。其中反滲透膜濃縮時，反滲透膜分子量為100～150MD，使用反滲透膜進行濃縮可以有效的減少生產成本，而且處理量很大，適合工業化生產需求；真空熱力濃縮可以去除酸解過程中產生的糠醛、乙酸等抑制酵母發酵的物質，使最后的水解液有利于酵母生物發酵，其真空度可以在-0.07MPa以上，濃縮后的水解液中糠醛濃度＜400mg/L，酸根離子濃度＜800mg/L，濃縮溫度為60～90℃。一種具體的制備方法為：玉米芯等富含纖維素和半纖維素的物質，經過自然風干和烘干后，用含0.02～0.5％(V/V)濃度的稀酸洗滌，控制固液比為1∶6～1∶15，控制溫度在60～120℃，控制洗滌時間在0.5～2小時。洗滌完畢后，過濾掉廢水，用含1.0～1.8％(V/V)濃度的酸進行酸解，固液比為1∶6～1∶10，溫度80～130℃，酸解1～3小時。降溫過濾或離心，除去固型物。酸解液用0.5％左右的活性炭脫色處理，過濾后，用電滲析槽進行處理，使出料電導率小于2000μS/cm。再用反滲透膜進行濃縮，使出料木糖濃度達到8～20％(DNS糖)。然后進入真空薄膜濃縮，控制濃縮溫度在60～90℃左右，使濃縮液木糖濃度達到發酵配料要求的濃度，約10～25％(DNS糖)。本專利技術的優勢在于：①、采用富含纖維素和半纖維素的有機質酸解前經稀酸洗滌，以減少有機質中雜質的含量，能提高酸解液的質量。②、酸解液離心或過濾后，采用電滲析的辦法，使出料的電導率小于2000μS/cm，可去除其中的大量酸根離子和一些有害離子，并能使后面的反滲透膜濃縮保持高的通量。③、采用反滲透膜濃縮可以有效的減少成本，而且處理量很大，克服了傳統蒸汽加熱濃縮需消耗大量蒸汽和能源的缺點，適合工業生產。④、反-->滲透膜濃縮后，進一步進行真空熱力濃縮，可以將揮發性的有害物質除去，有利于生物發酵。具體實施方式實施例11000公斤經風干的玉米芯，水分小于10％。在反應釜中，加入10000公斤水，5公斤的硫酸，加熱到100℃，保持1小時，過濾掉廢水。加入6000公斤水，60公斤硫酸，加熱到130℃，酸解2.5小時，降溫，過濾。酸解液加30公斤活性炭60℃脫色1小時，過濾。濾液經過電滲析槽，使出料電導率小于2000μS/cm。再進入反滲透膜(分子量100MD)濃縮，使出料木糖控制在18％左右，然后進入真空薄膜濃縮，溫度75℃，使濃縮液木糖濃度達到25％左右，糠醛濃度＜400mg/L，酸根離子濃度＜800mg/L，進入發酵罐配料。然后用酵母菌發酵生產木糖醇。經過60小時的發酵，可得到15％左右的木糖醇，轉化速率高，達到2.5g/h·l。實施例21000公斤經風干的秸稈，水分小于10％。在反應釜中，加入6000公斤水，1.2公斤的鹽酸，加熱到120℃，保持2小時，過濾掉廢水。加入6000公斤水，90公斤鹽酸，加熱到125℃，酸解2小時，降溫，過濾。酸解液加30公斤活性炭60℃脫色1小時，過濾。濾液經過電滲析槽，使出料電導率小于2000μS/cm。再進入反滲透膜(分子量200MD)濃縮，使出料木糖控制在12％左右，然后進入真空薄膜濃縮，溫度75℃，使濃縮液木糖濃度達到15％左右，糠醛濃度＜400mg/L，酸根離子濃度＜800mg/L，進入發酵罐配料。然后用酵母菌發酵生產木糖醇。經過55小時的發酵，可得到12％左右的木糖醇，轉化速率高，達到2.2g/h·l。實施例31000公斤經風干的棉籽殼，水分小于10％。在反應釜中，加入15000公斤水，75公斤的硫酸，加熱到60℃，保持0.5小時，過濾掉廢水。加入10000公斤水，180公斤硫酸，加熱到80℃，酸解3小時，降溫，過濾。酸解液加50公-->斤活性炭本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種富含木糖適用于發酵生產木糖醇的培養基質的制備方法，其特征在于包括如下步驟：Ａ、富含纖維素和半纖維素的有機質經過干燥后用酸洗滌；Ｂ、將酸洗滌后的有機質進行酸解，酸解后過濾，得到一步水解液；Ｃ、將一步水解液脫色得到脫色液；Ｄ、脫色液經過電滲析處理，得到二步水解液；Ｅ、二步水解液經過濃縮得到富含木糖的水解液。

【技術特征摘要】
1.一種富含木糖適用于發酵生產木糖醇的培養基質的制備方法，其特征在于包括如下步驟：A、富含纖維素和半纖維素的有機質經過干燥后用酸洗滌；B、將酸洗滌后的有機質進行酸解，酸解后過濾，得到一步水解液；C、將一步水解液脫色得到脫色液；D、脫色液經過電滲析處理，得到二步水解液；E、二步水解液經過濃縮得到富含木糖的水解液。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的富含纖維素和半纖維素的有機質為玉米芯、秸稈、蔗渣或棉籽殼。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于有機質用酸洗滌時，所用酸的體積濃度為0.02～0.5％，固液比為1∶6～15，洗滌溫度為60～120℃，洗滌時間為0.5～2小時。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于有機質進行酸解時，所用酸的體積濃度為1.0～1.8％，固...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余永柱，鄭珩，朱俊卿，張彥，方畢生，畢賢，
申請(專利權)人：南京伊貝加科技有限公司，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]