利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法

《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》是安徽豐原發酵技術工程研究有限公司於2007年1月8日申請的發明專利，該專利申請號為200710063303，公布號為CN101220381A，專利公布日為2008年7月16日，發明人是李榮傑、薛培儉、鄧遠德。

該發明提供了一種利用玉米芯或農林廢棄物如秸稈作為原料來生產木糖醇的方法。該方法包括對原料預處理；原料的稀酸處理；固液分離；所獲得的液相成分經脫色、過濾、脫酸以及RO濃縮後，利用酵母發酵來獲得木糖醇。發酵液經過除菌、濃縮、色譜分離後，得到較純木糖醇液體，然後進行脫色、脫灰、濃縮、結晶、分離、烘乾，得到固體成品木糖醇，結晶母液返回色譜分離。另外，該發明將酸解後固液分離得到的固相組分調漿，然後經酶解後用於乙醇發酵；而酶解產物過濾後獲得的木質素渣可作為燃料來使用，或用於開發木質素的深加工產品。該發明的木糖醇生產方法大大降低了木糖醇工業化生產的成本，並使得原料的所有成分均得到了有效的利用。

2010年11月15日，《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法
• 公布號：CN101220381A
• 公布日：2008年7月16日
• 申請號：200710063303
• 申請日：2007年1月8日
• 申請人：安徽豐原發酵技術工程研究有限公司
• 地址：安徽省蚌埠市勝利西路777號
• 發明人：李榮傑、薛培儉、鄧遠德
• 代理機構：北京路浩智慧財產權代理有限公司
• 代理人：王朋飛
• Int.Cl.：C12P7/18（2006.01）I
• 類別：發明專利

專利背景

木糖醇屬於多元醇，是一種具有營養價值的甜味物質，分子式為C5H12O5，白色晶體，易溶於水及乙醇中，其甜度高於蔗糖，也是人體糖類代謝的正常中間體。木糖醇廣泛地存在於自然界的各種水果、蔬菜中，但其含量很低。商品木糖醇發熱量、甜度跟蔗糖相仿，食用後不消耗胰島素，另具有特殊的防齲功能，可作糖尿病人的營養劑、治療劑及兒童防齲食品，木糖醇還具備類似甘油和其他多元醇的許多優異特性，因而廣泛用於國防、醫藥、化工、皮革、塗料及食品等行業。

傳統生產木糖醇的方法是用富含多縮戊糖的棉子殼、甘蔗渣、樺木片等農林和工業廢料經水解、氫化而製成木糖醇。由於化學法需純淨木糖、高溫（115～135℃）、高壓（約6.5×106帕）、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，污染較嚴重。自從1966年Onishi和Suzuki報導了許多酵母菌能夠用於由D-木糖生產木糖醇以來，人們對玉米特別是玉米芯或秸稈發酵生產木糖醇的研究產生了極大的興趣。

中國是農業大國，玉米分布區域非常廣，南到海南島、北至黑龍江，東至台灣，西至新疆，均有玉米種植，玉米年產量達1.23億噸，按穀草比1:1計算，玉米秸稈每年也約產1.23億噸，中國總的秸稈量每年約在6～7億噸。玉米秸稈是大宗的農作物廢料，也是具有巨大潛力的再生資源，尤其是作為再生能源和化工產品的原材料受到廣泛 的重視，但2007年1月之前除一部分用作反芻動物的飼料外，大部分未被利用。因此，將玉米或其秸桿或其它農林廢棄物，優選玉米芯用於生產木糖醇具有重大的意義和廣闊的前景。

專利文獻CN1446784A公開了一種用玉米苞葉生產木糖醇的方法，其通過利用玉米苞葉進行水解製取木糖，木糖再經處理進行氫化製取木糖醇，水解所用的催化劑為鹽酸，該方法依序包括以下步驟：（1）將玉米苞葉進行粉碎，並在粉碎前後將其中的雜質除去；（2）將粉碎後的玉米苞葉進水-酸-水處理；（3）將處理過的玉米苞葉進行水解製取木糖，所用的催化劑為鹽酸；（4）利用陰離子交換樹脂除去木糖液中的酸；（5）利用活性炭去除木糖溶液中的色素及一部分含氮物質；（6）蒸發去除木糖液中的水份；（7）用離子樹脂對蒸發後的木糖進行淨化提純；（8）木糖氫化製取木糖醇。木糖氫化製備木糖醇的反應式為：

這種採用木糖加氫生產木糖醇的方法，生產成本昂貴，且其中使用的鎳催化劑會污染環境。

另一種方法是採用生物發酵生產木糖醇的方法，在整個發酵法生產木糖醇的工藝中，發酵半纖維素水解液生產木糖醇的影響因素主要包括：通氣量、碳氮比、水解液的濃縮倍數、pH、溫度、種子齡及接種量、水解液中的其它單糖等。其中，溶氧水平可以影響木糖代謝中的生化途徑。過量供氧利於生長大量菌體；厭氧條件下，木糖不能 被利用；只有在微好氧條件下才能大量積累木糖醇。另外，木糖醇的溶解性質決定了結晶過程是最複雜、最難控制的；同時，發酵液中較低的木糖醇濃度以及複雜的物質組成又進一步加大了操作難度。發酵玉米芯或秸稈法生產木糖醇時，由於採用的原料含有一定量的棕色色素；而且，酵母在發酵過程中也會產生少量色素、雜蛋白質以及其它化合物，從而降低了產品的回收率及純度。因此，發酵液的脫色與純化是結晶前的重要任務。2007年1月之前的工藝採用活性炭、離子交換樹脂等對木糖醇發酵液進行了脫色及純化，但都仍然存在木糖醇回收率不高的問題。

發明內容

專利目的

《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》的目的是提供一種利用玉米芯（秸稈等農林廢棄物）發酵法生產木糖醇的方法。該方法高效地利用玉米芯或秸稈等農林廢棄物來生產木糖醇並聯產乙醇，充分利用了玉米芯或秸稈等農林廢棄物中的各種成分。

技術方案

《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》包括以下步驟：

（1）對玉米芯或農林廢棄物進行預處理；

（2）對（1）得到的固體進行稀酸處理；

（3）對（2）處理過的組分進行固液分離；

（4）過濾由步驟（3）所獲得的液體成分；

（5）進行脫色、過濾、電驅動膜脫酸以及RO濃縮；

（6）將步驟（5）獲得的木糖液進行發酵來獲得木糖醇；

還可以進一步包括以下步驟：

（7）發酵液除菌、濃縮；

（8）將步驟（7）獲得的含木糖醇液進行色譜分離；

（9）將步驟（8）獲得的木糖醇液脫色、脫灰、濃縮、結晶、分離、烘乾，得到固體成品木糖醇，結晶母液返回（8）。

其中所述的農林廢棄物可以是玉米秸稈、小麥秸稈、高梁秸稈、棉子殼、甘蔗渣、樺木片等，其中優選為玉米秸稈。

作物秸稈主要由植物細胞壁組成，主要成分是纖維素、半纖維素、木質素及粗蛋白和水等，其中兩種主要糖源是半纖維素和纖維素。半纖維素占秸稈總重量的20％～25％，而纖維素占秸稈總重量的35％～40％。纖維素結構單元是由β-D-葡萄糖基β-1，4-糖苷鍵聯結而成的線性葡萄糖高分子聚合物，每個纖維分子由800-1200個葡萄糖分子組成，由於其結晶結構，很難被降解。半纖維素主要是木糖，以及少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等組成的複雜分子聚合物，半纖維素較易酸水解為單糖。而木質素是以苯丙烷及其衍生物為基本單位構成的高分子芳香族化合物，是一種酚類聚合物，起膠質的作用，將纖維素和半纖維素連線在一起。因此，如果要獲得足以工業化發酵獲取糖醇的木糖，首先要對原料進行處理，以獲得發酵生產木糖醇的糖源。

在該發明的方法中，對玉米芯或秸稈進行了預處理和酸處理，包括將聚合物半纖維素轉化成可發酵性糖，並去除不可發酵性物質-膠質、色素和大部分灰份，預處理的方法可包括：機械清理、去鐵、水洗、水煮、稀酸煮如HCl或0.05-0.2％濃度的H₂SO₄等。

該發明可採用一定濃度例如0.5-2％優選0.8％濃度的稀硫酸在95～125℃下處理秸稈或玉米芯，使其中的半纖維素水解成含有木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖等的混合糖液。稀硫酸處理後，剩下的固體中主要含有纖維素和木質素，秸稈或玉米芯的結構被破壞，可以大大提高纖維素的水解性。

在該發明的方法中，將預處理過的玉米芯或秸稈優選玉米芯進行水解製取木糖，在進行水解時，把預處理過的玉米芯或秸稈優選玉米芯放在水解罐內，加入4-10倍重量的0.5-2％硫酸，用蒸汽加熱，當溫度達95～125℃時保溫攪拌水解1～3h，水解結束，水解液降溫至50℃以下，過濾。水解時的溫度優選95～125℃溫度，110℃為最佳溫度；時間為1～3小時；催化劑為HCl或H₂SO₄優選為硫酸（H₂SO₄），壓力為常壓或0.2兆帕。

水解原理是玉米芯或秸稈中含有具有下述結構式的多縮戊糖：

上式可視為一個環戊糖分子的半縮醒基與另一環戊糖分子的四個碳原子上的羥基經脫水縮合而成的多聚物，即半纖維素，多縮戊糖不溶於水也沒有甜味，在有酸的水溶液中加熱會溶解進一步水解，即在催化劑的作用下，加水分解成為很多單個分子的戊糖即木糖，其反應式如下：

根據該發明的方法，生成的液體水解液總糖濃度為4.5％～7％，水解結束，將液體從排液管中排出，然後打開水解罐底閥，將水解渣排入一級螺旋擠乾機中，進行固液分離、液體收集，匯集到從排液管排出的原糖液中；固體通過攪籠（攪籠上部噴從三級攪籠來的洗液），輸送到二級螺旋擠乾機中進行固液分離，固體進入三級螺旋擠乾機，液體去下批酸解作為配酸水。三級固體分離的洗水為程水，如蒸發冷凝水或自來水，三級擠幹得到的固體渣，即為木糖渣，去調漿，酶解，生產葡萄糖發酵乙醇。

然後將分離獲得的木糖液，按液體體積加入0.2-0.4％粉末活性炭，在75～80℃的條件下，保溫30分鐘。經過板框架過濾濾去活性碳顆粒，糖液再經過0.2微米的精密液體過濾器過濾。糖液得到進一步的澄清。脫色進入電驅動膜分離器脫酸。將電驅動膜分離器多台串聯，物料從第一台進，最後一台出；濃水從最後一台進，第一台出。糖液的電導率由初始的30000～34000微秒/厘米，降至1000微秒/厘米以下，操作條件：常溫、常壓。脫酸後所獲得的糖液，進入RO膜濃縮，濃縮後的濃度為15～20％。濃縮膜為有機膜，操作壓力為3.3～3.8兆帕。

下表1為玉米芯酸解後的主要成分含量。

對玉米芯的酸解液經固液分離、脫色過濾、電驅動膜分離器脫酸以及RO膜濃縮後的液相進行HPLC測定，測得水解液含有木糖、葡萄糖、阿拉伯糖，它們占總還原糖的質量分數分別為：83％，3.8％和11.8％。

種子發酵：將以上經RO膜濃縮的木糖溶液，補入適量的玉米葡萄糖漿，加入適量的營養鹽和營養物，在110℃的條件下，滅菌5分鐘。待種子罐糖液溫度降至31℃時，接入種子，維持31℃，按種子發酵液體積:淨化空氣量＝1:0.5的通風量，進行通風培養24～36小時，當酵母密度達到4～5億/毫升時，種子發酵即結束。該發明的木糖醇發酵可採用單一菌種或混合發酵。可用於該發明發酵木糖液方法的微生物可以是所有能將木糖轉化成木糖醇的微生物，包括：細菌，如EnterobacterLiquaefaciens，Myobactenumsmegmatis，棒狀桿菌（Corymebacterumsp.）等種屬；絲狀真菌，如青黴、麴黴、根霉、膠桿菌、Byssochlamys、漆斑紅菌或Neurosporaspp；酵母菌，如具有較為優越的轉化木糖生產木糖醇的性能的假絲酵母（Candida），畢氏酵母（Pichia），Candida屬酵母的轉化能力最強的，優選如C.guilliermondii，C.tropicalis，C.mogii，C.parasilosis。其它轉化能力較強的酵母為：

①Debaryomyces屬，如D.hansenii；

②帕chysolen屬，如P.tannophilus；

③Saccharomyces屬；

④Schyzosaccharomyces屬。

該發明優選使用假絲酵母菌單一菌種發酵，特別是熱帶假絲酵母。

木糖醇發酵：將RO膜濃縮後的木糖液泵入發酵罐內，加入必需的營養鹽和營養物，用NaOH將培養基的PH調到5.8～6.0，用蒸汽將糖液加熱到121℃，維持25分鐘滅菌，得冷卻至31℃，接入種子罐中的種子，按每立方米發酵液每分鐘通往0.5立方米的無菌空氣，進行酵母增殖培養，經過約8～12小時的通風培養，當酵母數達到4～5億/毫升後，將風量降到0.1立方米/分鐘·M3發酵液，經過48～60小時的通風培養，待發酵液中木糖含量降到0.3％以下時，發酵結束。

進入發酵的總糖濃度為15～20％，其中木糖濃度為12.5～16.7％，通過前期的通風培養，總糖中的絕大部分葡萄糖作為酵母生長。發酵結束，發酵液中主要含有木糧醇以及少量阿拉伯糖，甘露、木糖和葡萄糖等雜糖。

在該發明的木糖轉化木糖醇發酵中，可採用熱帶假絲酵母發酵，將木糖生物轉化來生產木糖醇，其反應式如下：

該發明優選採用熱帶假絲酵母進行高密度發酵，發酵液在經膜分離後獲得木糖醇溶液與酵母飼料。發酵液經過板式膜或陶瓷膜、金屬膜，膜孔徑為通過分子量3～5萬。過濾壓為2～3千克/cm2，溫度30～40℃ 的條件下，進行錯流過濾分離，透過液為粗木糖醇溶液，而酵母被膜截留。隨著原液中的木糖醇總量的減少，酵母的濃度越來越高，為將木糖醇與酵母的徹底分離，再向濃縮了的發酵中加入一定量的水，使木糖醇和水進一步透過膜，進入透過液中。

所用膜可以是板式膜，或是金屬膜，也可以是陶瓷膜。

其中將獲得的木糖醇溶液，其木糖醇濃度為9～12.5％（W/V），與結晶母液起混合進入色譜分離系統，進行木糖醇與雜糖雜質的分離，以提高木糖醇的純度。

色譜分離的條件：進料木糖醇濃度12～15％（W/V），流動相為水，溫度為60℃。所用樹脂肪酸為陽離子型。色譜分離收集的木糖醇細分去下一工序，雜糖細分去濃縮，烘乾作為飼料或出售生產焦糖色素，雜質細分去廢水處理。

色譜分離收集的木糖醇組分，經粉末活性碳脫色，離子交換樹脂脫鹽，濃縮、結晶、分離、烘乾得到合格的木糖的產品。母液返回色譜分離系統。

粉碳脫色：在75～80℃條件下，加入糖和糖醇專用粉碳，加量為每立方米液體加入3～5千克，在攪拌的情況下保溫30分鐘。

離子交換脫鹽：交換樹脂為強酸性強陽離子交換樹指和弱鹼性陰離子交換樹脂，樹脂柱徑高比為1:3～5，樹脂柱材質為玻璃鋼或碳鋼襯膠，進料量為每小時1～2個柱體積。工作溫度≤50℃。出料電導率≤5微秒/厘米。

濃縮：用板式蒸發器或列管蒸發器，四效，真空度0.9～0.5兆帕，最高溫度為85℃，濃縮出料時含固量為90％。

結晶：將濃縮好的物料，放入立式或臥式結晶罐中，降溫至58～60℃，使整個物料溫度均勻一致時，按糖液總重量的10％加入木糖醇晶種，養晶10～12小時後，開始降溫，降溫速度為0.7℃/1小時，當溫度降到30～32℃時，結晶結束。降溫用水為自來水或冰水，要求水與物料溫度差≤5℃。結晶罐中攪拌轉速8～10轉/小時。

分離：結晶結束，將糖膏放入分離離心機中，離心為上懸式全自 動分離離心機，加入糖膏前，離心機用0～80℃熱水或乾淨蒸汽對離心機進行預熱。按離心機的額定負荷加入糖膏後，將離心轉速慢慢高至3000轉/分鐘，維持10分鐘，再將轉速降到1250轉/分鐘，打開自動洗水閥3～5秒，再將轉速升高至3000轉/分鐘，如此反覆三次。離心結束，放出晶體。

烘乾：晶體採用烘乾機、流化床、氣流或真空固定盤式烘乾，烘乾溫度不高於60℃。乾燥失重含量≤0.5％時，即烘乾結束。烘乾結束，檢驗合格，得到成品。成品為白色結晶和晶狀粉末，味甜，無異味。

木糖醇從發酵液到成品，總收率為75-80％。

另外，如圖1所示，在該發明方法的快速固液分離中獲得的固相成分用水進行洗滌三級螺旋擠乾串聯，中間用攪籠輸送濾渣，並在攪籠上加水噴淋裝置，洗水從量後一級攪籠加入，在最後一級螺旋擠乾機收集，泵入第二級攪籠，從第二級螺旋擠乾機收集洗水，該洗水中含有1～2％的總糖，該洗水去酸解配酸。而第一級螺旋擠乾機出來的液相即為木糖液。在該發明方法中，最後一級攪籠所用的水可以是經前述RO濃縮所回收穫得的水，如此反重複使用，可大大降低預處理的成本，也使終端產品的生產成本進一步降低。然後對獲得的木糖渣調漿進行酶解將木糖渣調漿，調漿濃度為10～12％，用稀NaOH調整為4.8～5.0。溫度50℃的條件下，按纖維重量計，纖維素酶和纖維素二糖酶加量：30FPIU纖維素酶活/克絕乾纖維素，15IU纖維二糖酶/克絕乾纖維素。酶解時間40-50小時，纖維酶解生成葡萄糖的收率為90％。所用設備為帶攪拌的反應器，設備應具良好保溫，攪拌葉為漿式葉，轉速為50～80轉/分鐘，轉速可調。所用的酶為纖維素酶和纖維素二糖酶。所獲得酶解產物的成分為葡萄糖。該發明將所述酶解產物成分經過濾後，置於發酵罐中進行乙醇發酵將酶解過濾後的葡萄糖，經過超濾、RO膜濃縮和勢力蒸發濃縮使葡萄糖濃度提高至20～22％，加入乙醇發酵罐中，加入微量的N、P等無機營養源，按10％的接種酵母。前期通風培養4～6小時使酵母增殖，當酵母密度達到2～3億時，停風，進入厭氧乙代謝。發酵溫度34～36℃，發酵周期28～30小時，發酵菌種為 普通醇酒酵母，自絮凝酵母或乙醇高產酵母。另外，經過濾所獲得的木質素渣可用於燃料或開發生產木質素深加工產品。

改善效果

《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》的木糖醇製備方法採用微生物發酵來將玉米芯或秸稈酸解獲得的木糖轉化為木糖醇。發酵法對木糖的純度要求不高，脫酸只需要電驅動膜分離器即可，與氫化工藝相比，不僅省去大量的離交樹脂，而且省去了酸鹼消耗，避免了大量的廢水產生。同時，採用發酵法，省去了木糖結晶工序，提高了木糖的利用率。該方法省去木糖純化的離交、濃縮、結晶等步驟。通過發酵，使木糖中的雜糖——葡萄糖在發酵中被酵母消耗，提高了木糖醇的純度。通過色譜分離技術對發酵液進行分離提純，使發酵液中木糖醇到成品木糖醇的總收率達到80％。另外，利用微生物直接發酵經初步處理的木糖水解液生產木糖醇，具有工藝條件溫和、能耗低、無需繁瑣的純化木糖漿，環境污染程度低、產品質量更加安全可靠等優點。另外，該發明還將固相成分木糖渣轉化成可作為燃料使用的以及用於乙醇發酵的糖源，從而使得秸稈中的各成分均得到了充分的利用，可大幅度降低木糖醇的生產成本。

附圖說明

圖1為《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》的流程示意圖。

權利要求

1.一種生產木糖醇的方法，該方法包括以下步驟：

（1）對玉米芯或農林廢棄物進行預處理；

（2）對（1）得到的固體進行稀酸處理；

（3）對（2）處理過的組分進行固液分離；

（4）過濾由步驟（3）所獲得的液體成分；

（5）進行脫色、過濾、電驅動膜脫酸以及RO濃縮；

（6）將步驟（5）獲得的木糖液進行發酵來獲得木糖醇。

2.根據權利要求1的方法，其進一步包括以下步驟：

（7）發酵液除菌、濃縮；

（8）將步驟（7）獲得的含木糖醇液進行色譜分離；

（9）將步驟（8）獲得的木糖醇液脫色、脫灰、濃縮、結晶、分離、烘乾，得到固體成品木糖醇，結晶母液返回（8）。

3.根據權利要求1或2的方法，其中所述的農林廢棄物為玉米秸稈、小麥秸稈、高梁秸稈、棉子殼、甘蔗渣、樺木片等。

4.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述的稀酸處理為用硫酸溶液酸解玉米芯或秸稈。

5.根據權利要求4的方法，其中所述的酸液為0.5％～2.0％濃度的硫酸溶液，且玉米芯或農林廢棄物與所用酸液的重量比為1∶4～10。

6.根據權利要求1～2或5之任一所述的方法，該方法還包括在對玉米芯或農林廢棄物進行酸處理前的清理、水洗和稀酸煮。

7.根據權利要求1或5的方法，其中所述的發酵為普通醇酒酵母、自絮凝酵母或熱帶假絲酵母單一菌種純種發酵。

8.根據權利要求1或5的方法，其中所述的發酵為混合發酵，發酵菌種選自下述菌種中的兩種或多種：EnterobacterLiquaefaciens，Myobactenumsmegmatis，棒狀桿菌 （Corymebacterumsp.）、青黴、麴黴、根霉、膠桿菌、Byssochlamys、漆斑紅菌或Neurosporaspp、假絲酵母（Candida），畢氏酵母（Pichia）、C.guilliermondii，C.tropicalis，C.mogii，C.parasilosis。

9.根據權利要求1～2或4的方法，該方法還包括發酵後對發酵液進行膜過濾、脫灰、RO膜濃縮、蒸發以及結晶的步驟。

10.根據權利要求1的方法，該方法還包括如下步驟：用通過RO膜濃縮獲得的水洗滌由步驟（3）所獲得的固相成分，然後經調漿、酶解與過濾後，獲得的糖源用於乙醇發酵。

11.根據權利要求10的方法，其包括將過濾獲得的木質素渣用作燃料或生產其深加工產品的步驟。

12.根據權利要求10或11的方法，其中所述的酶為纖維素酶和纖維素二糖酶。

實施方式

• 實施例1.玉米芯的預處理

取100千克玉米芯，手工挑撿去大雜、小雜，加入自來水，手工翻動，清洗玉米芯表面的泥土及灰塵。然後瀝去污水，再測玉米芯水分含量。將玉米芯加入1000升糖反應釜中，然後按玉米芯∶稀酸液＝1∶6重量比的比例，加入0.1％的H₂SO₄溶液600千克，600千克的稀酸液中，0.1％硫酸為0.61千克，水為599.39千克（還應扣除玉米芯水洗時吸入的 水分），在攪拌的情況下加熱至80℃，停留1小時，放出稀酸水。

搪瓷釜（淄博工業搪瓷廠生產）錨式攪拌，轉速60轉/分，夾套加熱、冷卻。

• 實施例2.玉米芯的酸解

然後按玉米芯:稀酸液＝1:6的重量比例，加入0.8％的H₂SO₄溶液600千克，600千克的稀酸液中，98％硫酸為4.9千克，水為595.1千克（注意應扣除0.1稀酸洗後比商品玉米芯所含的水分多出的總水量），在攪拌的情況下加熱至110℃，保持2小時，酸解結束。

搪瓷釜的條件同實施例1

• 實施例3.玉米秸稈的酸解

將玉米秸稈粉碎（通過3毫米篩孔），按玉米秸稈:稀酸液＝1:6的重量比例，加入0.8％的H₂SO₄溶液600千克，600千克的稀酸液中，98％硫酸為4.9千克，水為595.1千克，在攪拌的情況下加熱至110℃，保持2小時，酸解結束。

搪瓷釜的條件同實施例1

• 實施例4.固液分離

酸解結束，將酸解混合物降溫至50℃以下，通過50升塑膠桶轉入分離離心機中，離心機轉鼓中安裝有濾袋。離心機為遼陽友信製藥機械科技有限公司生產，最高轉速為2000轉/分，且變頻可調，轉速直徑毫米，最大裝液量30千克。在離心機轉速為500轉/分時，開始緩慢加料，讓糖液分出，木糖渣在轉鼓中頒布均勻，以免引起離心機振動。當50升料全部加入後，蓋上離心機蓋，慢慢調至最高轉速2000轉/分，維持10分鐘，直到沒有液體排出為止，然後從洗水口加入50℃水3L，對固體進行洗滌，重複洗滌二次，直到排液中無水排出為止，停機，卸渣。

• 實施例5.液相成分的處理

將分離獲得的木糖液，按100升液體體積加入0.2-0.4％（W/V）粉末活性炭，在75～80℃的條件下，保溫30℃。經過板框架過濾濾去活性碳顆粒，糖液再經過0.2um的精密液體過濾器過濾。糖液得到進 一步的澄清。

脫色進入電驅動膜分離器脫酸。電驅動膜分離器規格400×600，共80對陰陽膜的實驗裝置。物料進行循環流動脫酸，酸根以離子狀態進入濃水中。糖液的電導率由初始的32000微秒/厘米，降至1000微秒/厘米以下。操作條件：常溫、常壓。脫酸後所獲得的糖液，進入RO膜濃縮，RO膜面積為7m。濃縮後的濃度為15～20％。濃縮膜為有機膜，操作壓力為3.3～3.8兆帕。

• 實施例6.種子發酵的製備

種子製備流程是：從菌種斜面到搖瓶培養，然後接入種子罐，種子罐培養基組成為上述濃縮後的木糖液、酵母粉、玉米漿，通無菌空氣通風培養。

菌種：熱帶假絲酵母

斜面培養基：葡萄糖1％、木糖1％、酵母粉0.3％、蛋白腖0.5％、玉米芯水解液3％、瓊脂2％。

搖瓶培養基：葡萄糖1％、木糖2％、酵母粉0.5％、蛋白腖0.8％。

種子罐培養基：玉米芯水解液3％、酵母粉0.5％、玉米漿0.8％、葡萄糖1％。

種子罐培養條件：通風風量1:0.5；溫度：28-31℃；pH6.0。

• 實施例7.木糖發酵製備木糖醇

將實施例4處理濃縮後的糖液，加入發酵罐中，補加0.1％的硫酸銨和0.3％的玉米漿，蒸汽加熱到121℃，維持25分鐘，然後冷卻到32℃，接入實施例5培養好的種子液，接種量10％。

發酵工藝條件：初始pH6.0；風量採用兩段通風法：前10小時1:0.4，然後降為1:0.15，直到發酵結束。發酵溫度：30-32℃；發酵周期：＜72小時。

發酵結束，發酵液狀態為：外觀：深褐色液體，比重1.06，濕酵母含量：4-6％；木糖醇濃度8-10％；木糖醇對木糖轉化率為75％-80％。

• 實施例8.發酵液的處理

發酵液先經過板式膜過濾，分離發酵液中的酵母。膜孔徑為5萬分子量，過濾面積為1m的中試設備。操作壓力：進口0.32兆帕，出口0.30兆帕，操作溫度35℃。收集透過液，當酵母濃度達到20％時，加入3L自來水，進行稀釋透析，如此重複三次，共加透析水9L，使濃縮液中木糖醇含量低於1％時，酵母膜分離結束。

收集的透過液澄清，色澤較深，透光率為15％。

除去酵母的木糖醇液進入色譜分離。色譜分離的條件：進料木糖醇濃度12～15％（W/V），流動相為水，溫度為60℃。所用樹脂肪酸為陽離子型。色譜分離收集的木糖醇細分去下一工序，雜糖細分去濃縮，烘乾作為飼料或出售生產焦糖色素，雜質細分去廢水處理。

色譜分離收集的木糖醇組分，經粉末活性碳脫色，離子交換樹脂脫鹽，濃縮、結晶、分離、烘乾得到合格的木糖的產品。母液返回色譜分離系統。

粉碳脫色：在75～80℃條件下，加入糖和糖醇專用粉碳，加量為每立方米液體加入3～5千克，在攪拌的情況下保溫30分鐘。

離子交換脫鹽：交換樹脂為強酸性強陽離子交換樹指和弱鹼性陰離子交換樹脂，樹脂柱徑高比為1∶3～5，樹脂柱材質為玻璃鋼或碳鋼襯膠，進料量為每小時1～2個柱體積。工作溫度≤50℃。出料電導率≤5微秒/厘米。

濃縮：用板式蒸發器或列管蒸發器，四效，真空度0.9～0.5兆帕，最高溫度為85℃，濃縮出料時含固量為90％。

結晶：將濃縮好的物料，放入立式或臥式結晶罐中，降溫至58～60℃，使整個物料溫度均勻一致時，按糖液總重量的10％加入木糖醇晶種，養晶10～12小時後，開始降溫，降溫速度為0.7℃/1小時，當溫度降到30～32℃時，結晶結束。降溫用水為自來水或冰水，要求水與物料溫度差≤5℃。結晶罐中攪拌轉速8～10轉/小時。

分離：結晶結束，將糖膏放入分離離心機中，離心為上懸式全自動分離離心機，加入糖膏前，離心機用0～80℃熱水或乾淨蒸汽對離心 機進行預熱。按離心機的額定負荷加入糖膏後，將離心轉速慢慢高至3000轉/分鐘，維持10分鐘，再將轉速降到1250轉/分鐘，打開自動洗水閥3～5秒，再將轉速升高至3000轉/分鐘，如此反覆三次。離心結束，放出晶體。

烘乾：晶體採用烘乾機、流化床、氣流或真空固定盤式烘乾，烘乾溫度不高於60℃。乾燥失重含量≤0.5％時，即烘乾結束。烘乾結束，檢驗合格，得到成品。成品為白色結晶和晶狀粉末，味甜，無異味。木糖醇從發酵液到成品，總收率為80％。

• 實施例9.固相成分的處理

對獲得的木糖渣調漿進行酶解將木糖渣調漿，調漿濃度為10～12％，用稀NaOH調整為4.8～5.0。溫度50℃的條件下，按纖維重量計，纖維素酶和纖維素二糖酶加量：30FPIU纖維素酶活/克絕乾纖維素，15IU纖維二糖酶/克絕乾纖維素。酶解時間48小時，纖維酶解生成葡萄糖的收率為90％。所用設備為帶攪拌的反應器，設備應具良好保溫，攪拌葉為漿式葉，轉速為50～80轉/分鐘，轉速可調。所用的酶為纖維素酶和纖維素二糖酶。所獲得酶解產物的成分為葡萄糖。

酶解產物成分經過濾後，置於發酵罐中進行乙醇發酵將酶解過濾後的葡萄糖，經過超濾、RO膜濃縮和勢力蒸發濃縮使葡萄糖濃度提高至20～22％，加入乙醇發酵罐中，加入微量的N、P等無機營養源，按10％的接種酵母。前期通風培養4～6小時使酵母增殖，當酵母密度達到2～3億時，停風，進入厭氧代謝。發酵溫度34～36℃，發酵周期28～30小時，發酵菌種為普通醇酒酵母，自絮凝酵母或乙醇高產酵母。另外，經過濾所獲得的木質素渣可用於燃料或開發生產木質素深加工產品。

榮譽表彰

2010年11月15日，《利用玉米芯或農林廢棄物製備木糖醇的方法》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。