69.利用植物秸秆发酵生产木糖醇技术

日期：2020-11-11 阅读量：964

发酵法生产木糖醇中使用的最多的原料是植物半纤维素的水解液，如玉米芯、硬木、秸秆、棉籽壳、甘蔗渣等的半纤维素水解物。除此以外，木糖、葡萄糖等也可用作微生物发酵的原料，但后者的成本较高。

植物纤维原料的组成

植物纤维原料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，草本植物与木本植物的三大组分的相对含量上有一定的差异，如表所示。

表：植物纤维原料主要成分的含量对比

纤维素 (cellulose)是由 D-毗喃葡萄糖基以 β-1、4 糖昔键连接而成的天然链状高分子化合物，在纤维素链之间存在氢键，分子式可表示为(C6H10O5)n，n 为纤维素聚合度。纤维素经预处理后纤维素的聚合度会下降，完全水解后得到葡萄糖。纤维素与淀粉在分子结构上的差别仅在于葡萄糖基连接的构型不同，淀粉是通过α 一 1、 4 糖昔键连接而成的。这一不同之处使得两者的水解难易程度相差悬殊。

半纤维素〔hemicellulose)是植物纤维原料的主要成分之一，它是带有支链的多聚糖的总称，其结构单元包括戊糖基、己糖基、糖酸基和乙酸基，其中戊糖主要为木糖和阿拉伯糖。玉米秸秆和玉米芯中半纤维素的主链是 D-毗喃木糖基以 β 一 1, 4 糖昔键连接而成的长链。

木质 素(lignin)是具有网状空间立体结构的高分子芳香族化合物，由苯丙烷基单元(C6-C3)通过醚键和碳一碳键连接而成的。 木质素有一定的塑性，不溶于水，一定浓度的酸或碱可使其部分溶解。木质素作为水解剩余物常用作燃料， 如在有催化剂存在下加氢裂解可得到多种酚类、甲醇、丙酮及燃气等。木糖醇生产是利用植物纤维原料中的半纤维素水解生成木糖。半纤维素是比较容易水解的物质，亦称易水解多糖，它主要成分是多缩戊糖(C5H804)。，n 指的是聚合度，一般半纤维素的聚合度是 60-150，多缩戊糖可看成是一个环戊糖分子的半缩醛基与另一环戊糖分子的第四个碳原子上的羥基经脱水缩合而成的多聚物。

结论

通过对酵母菌种的改造，有效构建了不利用阿拉伯糖但能高效催化木糖转化木糖醇的菌种，实验数据进一步表明：该菌种能利用木糖母液、玉米芯水解液并将木糖氢化成木糖醇，菌种培养条件简单，木糖转化率稳定，多批次平均转化率到达80-85%，发酵液组分简单清晰、稳定，为进一步纯化产品创造了有利条件。

发酵液中主要产物阿拉伯糖（2.5-3.0%）与木糖醇（8.5-9.0 %）组分构成稳定， 其他杂质少，有利于发酵液的分离提取，中试实验结果表明：阿拉伯糖、木糖醇晶体的提取收率到达 75-80%以上。

产品经国家相关权威机构检测，木糖醇产品质量优于国家标准 GB13905-92，符合 FCC 级(Food Chemicals Codex)、 国标食用级、药用级等相关标准的产品的质量要求。

生产成本分析结果表明：阿拉伯糖低于 12000 元/吨、木糖醇低于 9000 元/吨， 与现有生产技术水平相比有明显的竞争优势。

项目“三废”产生量少，特别是采用了先进的膜分离技术减少了废水总量（废水总量减少 70%）；采用了菌渣利用技术，废渣利用率 100%。