一种粘胶纤维压榨碱液制备饲料级低聚木糖的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低聚木糖制备领域，具体涉及一种粘胶纤维压榨碱液制备饲料级低聚木糖的方法。
【背景技术】
[0002]低聚木糖以富含木聚糖的植物为原料，通过生物化学的方法生产。目前低聚木糖的生产多以玉米芯为原料，生产工艺复杂，成本较高。而在化学浆(木浆、棉浆、草浆、芦苇浆等植物纤维素)为原料的粘胶纤维生产过程中，采用碱液对纤维素进行处理(浸渍、压榨)是制造粘胶纤维的第一步。半纤维素浓度高，对粘胶纤维生产工艺和成品质量产生极其不利的影响，因此必须在浸渍工艺中用碱液将半纤维素溶出，才能获得高强度的纤维素，所以在上述过程中会产生大量的富含半纤维素的高浓度碱压榨液。
[0003]碱压榨液中的主要成分为氢氧化钠和半纤维素。现有的压榨碱液的处理方法多采用纳滤技术将半纤维素从中分离出来，得到较为纯净的碱液。半纤维素进入废水处理，或者采用灼烧回收氢氧化钠，半纤维素被燃烧，半纤维素并没有得到充分利用。
[0004]201410622157.8，名称为“一种粘胶纤维生产压榨液制备饲料级低聚木糖的膜浓缩工艺”的发明专利申请，具体工艺步骤如下:粘胶纤维生产的压榨液先经预过滤除去大颗粒杂质，透过液经纳滤膜循环浓缩2-4次，将最后一次的浓缩液加水稀释后送入陶瓷膜过滤，所得浓缩液即为压榨碱液的浓缩液；将浓缩液加酸中和，得到半纤液体；在半纤液体中加入复合酶，发生酶解反应得到酶解液；酶解液经陶瓷膜过滤，透过液进入纳滤膜脱盐，所得浓缩液经活性炭脱色，树脂离子交换后得到低聚木糖的纯化液，再经蒸发、烘干得到饲料级低聚木糖。该专利采用的酶解方法，为了提高低聚木糖的质量，需要纯化木聚糖酶系，纯化过程需要消耗大量的化学药品，增加设备投资，生产成本高；同时，由于木聚糖在碱压榨过程中有相当部分与木质素以复合体结构被压榨出来，包裹和缠绕木聚糖的木质素结构阻碍了木聚糖酶对木聚糖的作用，存在酶解反应的低聚木糖得率低，木聚糖的利用率低的问题。
[0005]201410570771.4，名称为“一种利用粘胶纤维压榨废碱液制备低聚木糖的方法”的发明专利申请，以粘胶纤维厂压榨废碱液为原料，先进行超滤膜分离，透过液回用，浓缩液再进行中和、木聚糖酶解、活性炭脱色、离子交换树脂脱盐以及冷冻干燥，最终制得低聚木糖。该专利同样存在生产成本高和低聚木糖得率低的问题。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种粘胶纤维压榨碱液制备饲料级低聚木糖的方法。本方法采用高温预热和定向酶解相结合的方法大副度提高了木聚糖的利用率，减少生产废料，降低了生产成本。
[0007]本发明为了实现上述发明目的，采用以下技术方案:
一种粘胶纤维压榨碱液制备饲料级低聚木糖的方法，其特征在于:具体操作如下: A、膜浓缩
粘胶纤维生产的压榨液经膜过滤，取浓缩液加酸中和，得到木聚糖溶液；
B、酶解
木聚糖溶液与复合酶发生酶解反应，得到酶解液和酶解渣，所述酶解渣经加水稀释、预热后离心分离，取上清液即木聚糖溶液，在复合酶的作用下得到二次酶解液；
C、提纯
将B步骤得到的酶解液合并，进入纳滤膜脱盐，所得浓缩液即为低聚木糖的纯化液，再经蒸发、烘干得到饲料级低聚木糖。
[0008]由于一次酶解后的酶解渣中存在大量木质素和木聚糖的高聚合度复合体，本发明对酶解渣先进行预热，使高聚合度的酶解渣降解，释放出游离的聚合度低的木聚糖分子，对后续的再次酶解非常有利。
[0009]本发明所述B步骤的酶解反应在陶瓷膜反应器中进行，可获得高于常规反应器的转化率，省去木聚糖酶的纯化过程，降低生产成本。
[0010]优选地，所述陶瓷膜的截留分子量为800-1500，有效分离低聚木糖和未降解的木聚糖，保证产品纯度。
[0011]优选地，所述的酶解反应条件为:操作压力10-20kPa，进料速度20_30m3/h，酶解温度40-45°C，pH值4-5。陶瓷膜反应器的稀释率为lh ^在木聚糖酶降解木聚糖产生低聚木糖的同时，能使低聚木糖分子及时通过陶瓷膜离开反应体系，而未酶解的木聚糖和木聚糖酶仍然返回到反应体系中，从而减少原酶液中木糖苷酶与低聚木糖的接触机会，减少了低聚木糖进一步被降解成木糖的可能性。因此，木聚糖在陶瓷膜反应器中酶解时，低聚木糖得率和纯度都较高。
[0012]优选地，所述酶解反应的酶用量为0.02-0.05%，酶解时间2_5h，保证酶解反应完全。
[0013]本发明所述A步骤的酸为盐酸，形成的盐分子量较低，有利于后期的脱盐。
[0014]本发明所述B步骤的复合酶为木聚糖酶、纤维素酶和果胶酶，比例为3:2:1。在木聚糖酶中加入适量的纤维素酶和果胶后能提高糖结合键对酶水解的敏感性。
[0015]进一步优选地，所述的木聚糖酶为经NH4C1沉淀处理后的沉淀酶。通过在木聚糖酶液中添加nh4ci的方法可以去除一部分的β -木糖苷酶，达到纯化木聚糖酶的目的，有助于提高木聚糖的酶解效率；同时，nh4ci能在后面的提纯步骤中被纳滤膜脱盐除去。
[0016]本发明所述A步骤的膜过滤是指截留分子量为800-1500的纳滤膜循环过滤2_4次。使碱从透过液分离出去，逐步减低碱浓，提升木聚糖浓度。最终透过液含碱200-300g/1，含半纤40-50 g/Ι，经纳滤膜循环浓缩后，得到浓缩液含碱2-4g/l，含半纤40-50g/l。将浓缩液的碱浓降至最低，有效地实现了碱与木聚糖的分离。
[0017]本发明所述A步骤的木聚糖溶液浓度为40_50g/l。糖浓过高，会因为原料粘度较大而引起传质困难，同时会因为原料发生局部过度水解及焦化而引起传质困难，导致低聚木糖得率降低。在该浓度下的酶解反应，低聚木糖的得率最高。
[0018]本发明所述的B步骤进行了两次预热，即酶解渣经加水稀释、预热后，将离心分离得到的酶解渣再次加水稀释，离心分离，取两次得到的上清液。多次预热可以使酶解渣中的木聚糖充分降解，同时其空间结构发生改变，有利于提高其水解性能，使原来不溶性的木聚糖进一步得以降解而进入上清液，提高木聚糖的得率，同时也提高了低聚木糖的得率。从而提高原料的利用率和产品得率。
[0019]优选地，所述的酶解渣加水稀释至木聚糖浓度为40-50 g/Ι。该浓度范围在上清液中的木聚糖得率和酶解渣中的木聚糖残留率中聚得平衡，有利于提高木聚糖的利用率；另一方面，糖浓过高，会因为原料粘度较大而引起传质困难，同时会因为原料发生局部过度水解及焦化而引起传质困难，导致低聚木糖得率降低。
[0020]进一步优选地，所述的预热是指，在170_200°C下反应20_40min。酶解渣中的木聚糖在高温条件下热解，有利于原料的充分利用。
[0021]本发明所述B步骤的酶解反应，先加入一半的木聚糖溶液，当酶解反应进行到40-60min，再加入余下的木聚糖溶液。由于相对于低聚木糖而言，木糖的生成有滞后现象，采用分两次加料的方式，能有效提高低聚木糖的得率，降低木糖的得率，从而保证低聚木糖的纯度。
[0022]本发明所述的C步骤，纳滤膜的截留分子量为100-200。由于采用盐酸中和，生成的盐是氯化钠，氯化钠的分子量比较小，远低于100，而低聚木糖分子量远大于100，可以有效地实现盐和低聚木糖的分离。
[0023]优选地，所述纳滤膜浓缩前的料液体积为浓缩液体积的10-15倍，有利于降低低聚木糖中的盐分含量。
[0024]本发明的有益效果在于:
1、由于木聚糖经过一次酶解后，仅有约40%的木聚糖被降解成低聚木糖，酶解渣中还存在大量木质素和木聚糖的高聚合度复合体，本发明采用高温预热和定向酶解相结合的方法，对