專利名稱：一種植物秸稈降解制備可溶性糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)、可再生能源技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種植物秸稈降解制備
可溶性糖的方法。
背景技術(shù)：
植物秸稈具有分布廣、產(chǎn)量高的特點(diǎn)，其高值化利用是解決人類能源危機(jī)的重 要途徑。目前，植物秸稈的降解與利用的研究主要集中在酸法、酶法和微生物降解法三 個(gè)方面。酸法包括稀酸法和濃酸法。稀酸法需高溫高壓，設(shè)備要求高，能耗大。濃酸 法需用大量的濃硫酸，易腐蝕設(shè)備，難以回收，污染環(huán)境。酶法的反應(yīng)條件苛刻，針對(duì) 底物的范圍窄，而且不宜回收，成本高。微生物降解法的反應(yīng)周期長(zhǎng)，難以降解多種植 物秸稈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本較低，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染 的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，將粉碎后的植物秸稈與固體酸催化劑
按i 100 : i的重量比混合，在水體系中加熱，沸點(diǎn)回流下反應(yīng)i 50小時(shí)，然后濾
出液體減壓脫水得可溶性糖。 其中，所述的固體酸催化劑為沸石分子篩、介空分子篩、雜多酸化合物和高分 子酸性催化劑中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。所述的沸石分子篩為X型、 Y型、或ZSM型；所述的雜多酸化合物為H4SiW1202/活性炭、HPA/Si02 、 HPA/活性 炭、HPA/MCM-41、 HPA/碳化樹(shù)脂、HPA/硅膠、HPA/A1203、 HPA/Ti02、 HPA/膨潤(rùn)土 或HPA/活性炭纖維；所述的高分子酸性催化劑為聚苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或Nafion-H 樹(shù)脂。 優(yōu)選的是，所述的固體酸催化劑為負(fù)載型雜多酸和高分子酸性催化劑中的任意 一種或兩種的混合物。 更優(yōu)選的是，所述的固體酸催化劑為H^iW^(V活性炭、D002陽(yáng)離子樹(shù)脂。
其中，所述的植物秸稈為稻草秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈、甜菜秸稈和水葫蘆 秸稈中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。 其中，所述的植物秸稈粉碎至50目以上。優(yōu)選100目 300目。 其中，所述的可溶性糖為單糖、寡糖或多糖。通過(guò)本發(fā)明方法生產(chǎn)出的可溶性
糖可以用于發(fā)酵產(chǎn)燃?xì)?、工業(yè)發(fā)酵原料及飼料添加劑等。 其中，植物秸稈與固體酸催化劑優(yōu)選按1 20 : l的重量比混合。更優(yōu)選的是
按i 5:i的重量比混合。 其中，所述的水體系，水的加入重量為植物秸稈與固體酸催化劑總重量的5 20倍。 其中，常壓沸點(diǎn)回流下反應(yīng)優(yōu)選10 30小時(shí)。更優(yōu)選20 30小時(shí)。
本發(fā)明的反應(yīng)方法適用于間歇反應(yīng)或連續(xù)反應(yīng)。 本發(fā)明方法對(duì)反應(yīng)器不會(huì)產(chǎn)生較大腐蝕，所需要的反應(yīng)器，其材質(zhì)可以為玻 璃、有機(jī)玻璃或不銹鋼。 在反應(yīng)過(guò)程中，磨碎的植物秸稈首先與催化劑表面的催化基團(tuán)碰撞，降解成高 分子的多糖。高分子的多糖隨機(jī)的進(jìn)入催化劑的內(nèi)部孔隙，被降解成較小分子的多糖， 較小分子的多糖又可被進(jìn)一步降解，最終得到較小分子量的可溶性的糖。經(jīng)液相色譜測(cè) 定，產(chǎn)物中所含成分為葡糖糖、阿拉伯糖、戊糖、葡萄糖多聚體、戊糖阿拉伯糖多聚 體，以及其他的糖類。 有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、克服了酸法對(duì)設(shè)備的腐蝕的問(wèn)題，并減少了酸堿中和與除鹽工藝流程。
2、克服了酶法對(duì)酶純度和活性要求高、針對(duì)底物的范圍窄、操作控制難、回收 難的問(wèn)題。 3、克服了微生物降解法的反應(yīng)周期長(zhǎng)，難以降解多種植物秸稈的混合的問(wèn)題。
4、本綠色新工藝生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，無(wú)污染，能耗少，生產(chǎn)成本低。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理 解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng) 也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
實(shí)施例1 : 將稻草秸稈粉碎至200目，與D002大孔強(qiáng)酸性聚苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂按照
質(zhì)量比i : i混勻，裝入反應(yīng)器中。然后以固液比i : 5的重量比加水，加熱至沸騰，蒸
汽冷凝回流。反應(yīng)20h，然后過(guò)濾，濾液減壓脫水，所得固體為可溶性糖。在7(TC下， 將可溶性糖烘干至恒重稱量。 可溶性糖得率=可溶性糖的質(zhì)量/秸稈的質(zhì)量X 100% 。
經(jīng)計(jì)算，可溶性糖得率為31.35%。
實(shí)施例2 : 將稻草秸稈粉碎至300目，與D002大孔強(qiáng)酸性聚苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂按照
質(zhì)量比i : 20混勻，裝入反應(yīng)器中。然后以固液比i : io的重量比加水，加熱至沸騰，
蒸汽冷凝回流。反應(yīng)40h，然后過(guò)濾，濾液減壓脫水，所得固體為可溶性糖。在7(TC 下，將可溶性糖烘干至恒重稱量。 可溶性糖得率=可溶性糖的質(zhì)量/秸稈的質(zhì)量。
經(jīng)計(jì)算，可溶性糖得率為40.36%。
實(shí)施例3 : 將稻草秸稈粉碎至300目，與H4SiW^(V活性炭按照重量比l : 5混勻，裝入反 應(yīng)器中。然后以固液比l : l的重量比加水，加熱至沸騰，蒸汽冷凝回流。反應(yīng)50h， 然后過(guò)濾，濾液減壓脫水，所得固體為可溶性糖。在7(TC下，將可溶性糖烘干至恒重稱
可溶性糖得率=可溶性糖的質(zhì)量/稻草秸稈的質(zhì)量。 經(jīng)計(jì)算，可溶性糖得率為38.17%。 實(shí)施例4 : 將水葫蘆秸稈粉碎至300目，與H4SiW^(V活性炭按照重量比1 : l混勻，裝
入反應(yīng)器中。然后以固液比i : io的重量比加水，加熱至沸騰，蒸汽冷凝回流。反應(yīng)
20h，然后過(guò)濾，濾液減壓脫水，所得固體為可溶性糖。在7(TC下，將可溶性糖烘干至恒 重稱量。 可溶性糖得率=可溶性糖的質(zhì)量/秸稈的質(zhì)量。
經(jīng)計(jì)算，可溶性糖得率為60.84%。
實(shí)施例5 : 將水葫蘆秸稈粉碎至300目，將玉米秸稈粉碎至300目，與D001大孔強(qiáng)酸性聚
苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和x型沸石分子篩按照重量比i :i:i: i混勻，裝入反應(yīng)器 中。然后以固液比i : 12的重量比加水，加熱至沸騰，蒸汽冷凝回流。反應(yīng)50h，然后 過(guò)濾，濾液減壓脫水，所得固體為可溶性糖。在7(TC下，將可溶性糖烘干至恒重稱量。
可溶性糖得率=可溶性糖的質(zhì)量/秸稈的質(zhì)量。
經(jīng)計(jì)算，可溶性糖得率為41.23%。
權(quán)利要求
一種植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于將粉碎后的植物秸稈與固體酸催化劑按1～100∶1的重量比混合，在水體系中加熱，沸點(diǎn)回流下反應(yīng)1～50小時(shí)，然后濾出液體減壓脫水得可溶性糖；其中，所述的固體酸催化劑為沸石分子篩、負(fù)載型雜多酸和高分子酸性催化劑中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的植物 秸稈為稻草秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈、甜菜秸稈和水葫蘆秸稈中的任意一種或兩種以 上任意比例的混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的 植物秸稈粉碎至50目以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的可溶 性糖為單糖、寡糖或多糖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于植物秸稈與 固體酸催化劑按1 20 : l的重量比混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的沸石 分子篩為X型、Y型或ZSM型；所述的負(fù)載型雜多酸為H^iW^(V活性炭、HPA/Si02、 HPA/活性炭、HPA/MCM-41、 HPA/碳化樹(shù)脂、HPA/硅膠、HPA/A1203、 HPA/Ti02、 HPA/ 膨潤(rùn)土或HPA/活性炭纖維；所述的高分子酸性催化劑為聚苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或 Nafion-H樹(shù)脂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的固體 酸催化劑為負(fù)載型雜多酸和高分子酸性催化劑中的任意一種或兩種的混合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的固體 酸催化劑為H4SiW1202/活性炭、D002陽(yáng)離子樹(shù)脂。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于所述的水體 系，水的加入重量為植物秸稈與固體酸催化劑總重量的5 20倍。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物秸稈降解制備可溶性糖的方法，其特征在于常壓沸點(diǎn) 回流下反應(yīng)10 30小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種植物秸稈降解制備可溶性糖的綠色新工藝技術(shù)，將粉碎后的植物秸稈與固體酸催化劑按1～100∶1的重量比混合，在水體系中加熱，常壓沸點(diǎn)回流下反應(yīng)1～50小時(shí)，然后濾出液體，減壓脫水得可溶性糖。其中，所述的固體酸催化劑為沸石分子篩、負(fù)載型雜多酸和高分子酸性催化劑中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。與現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)克服了酸法對(duì)設(shè)備的腐蝕的問(wèn)題，并減少了酸堿中和與除鹽工藝流程；克服了酶法對(duì)酶純度和活性要求高、針對(duì)底物的范圍窄、操作控制難、回收難的問(wèn)題；克服了微生物降解法的反應(yīng)周期長(zhǎng)，難以降解多種植物秸稈的混合的問(wèn)題；本綠色工藝生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，無(wú)污染，能耗少，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C13K1/00GK101691617SQ200910034900
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者凌吉廷, 朱建良, 楊曉瑞, 歐陽(yáng)平凱, 蔣朱克, 陳曉曄 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)