专利摘要

本发明公开了一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法。步骤包括：将Hβ分子筛在马弗炉550℃下烘焙5~8h，同样对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到60~100目疏散的紫茎泽兰。疏散后的紫茎泽兰茎叶与Hβ分子筛、水溶液混合，在超声波微波组合反应器中，采用一定的固液比、超声波功率、微波辐射温度、微波功率、反应一定的时间，得到低聚糖溶液。采用此方法生产低聚糖，可大大缩短反应时间，降低能耗，使操作工艺更方便，且能达到很好的水解效果。

权利要求

1.一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）催化剂的调制：将Hβ分子筛置于马弗炉中烘焙，冷却备用；

（2）紫茎泽兰预处理：对紫茎泽兰茎叶依次进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥处理，得到60~100目疏散的紫茎泽兰茎叶粉末；

（3）超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰：将疏散的紫茎泽兰茎叶粉末、水和烘焙后的Hβ分子筛搅拌均匀，置于超声波功率、微波温度、微波功率，反应时间均预设好的微波腔内，反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用NaoH溶液中和至中性偏碱性，得水解液，制取低聚糖。

2.根据权利要求1所述的超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的Hβ分子筛在550℃下烘焙5—8小时。

3.根据权利要求1所述的超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，其特征在于，所述步骤（3）中疏散的紫茎泽兰茎叶粉末与Hβ分子筛的重量比为0.5：1~5：1，疏散的紫茎泽兰茎叶粉末和水所形成的溶液的固液比为6：1~16:1。

4.根据权利要求1所述的超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，其特征在于，所述步骤（3）中超声波功率为200~900w，微波温度30~95℃，微波功率为200~900W，反应时间为5~60min。

5.根据权利要求1所述的超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，其特征在于，所述步骤（3）中调PH至中性偏碱性所用的NaoH浓度为10%。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法，属于生物质纤维素资源化利用领域。

背景技术

紫茎泽兰（Ｅｕｐａｔｏｒｉｕｍａｄｅｎｏｐｈｏｒｕｍ）是一种世界性入侵杂草, 为菊科多年丛生型半灌木草本植物, 原产于南美洲墨西哥至哥斯达黎加一带, 现已广泛分布于世界热带、亚热带30多个国家和地区。该草约于20 世纪40 年代由缅甸、印度、越南等国传入我国云南边境临沧地区南部, 现已在西南地区的云南、贵州、四川、重庆、广西、西藏等省区广泛分布, 并仍以每年大约30 km 速度随西南风向东和向北传播蔓延, 给当地的农、林、畜牧业生产造成了严重的经济损失。近几年来,国内外学者对紫茎泽兰的利用进行了较为广泛的研究,包括作为生物有机肥源、沼气发酵、制杀虫剂、生产人造板、作染料、生产木糖醇等，但都存在一定的缺陷。如当用紫茎泽兰进行沼气发酵时，由于它中含有的伞形花酯、ß-蒎烯、柠檬烯、阿魏酸等具有杀菌、消毒的活性，可以使沼气发酵中的微生物群慢性中毒，从而抑制沼气发酵的正常运行。很多学者旨在研究紫茎泽兰的化学成分和对本地植物的化感作用。但在资源化利用将其水解为低聚糖方面的研究迄今报道甚少。紫茎泽兰茎秆的主要成分综纤维素、木质素、多戊糖总含量达到85.8%，所以如果能将其水解为低聚糖应用于工业乙醇生产和医药食品方面将对紫茎泽兰资源化利用的一大突破，为社会提高显著的经济及环保效益。

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。并且超声波在介质的传播过程中，存在一个正负压强的交变周期，在正压相位时，超声波对介质分子挤压，改变介质原来的密度，使其增大；在负压相位时，使介质分子稀疏，进一步离散，介质的密度减小，当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

微波是指波长很短，频率很高的电磁波，频率从300MHz到3THz，波长从1m到0.1mm，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频电磁场（微波）作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成水分子的自旋运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。将微波应用于生物质水解是生物质水解进一步探究。微波预处理是在微波辐照作用原料中的极性分子发生振动，剧烈的分子热运动过程中大量碰撞摩擦产生热量，纤维素晶体结构及木质纤维原料的分子结构被破坏，整体结晶度降低。

因此，利用超声波微波协助紫茎泽兰茎叶纤维素类开发简便、高效、环保的水解制备低聚糖的方法具有重要的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明提供一种超声波微波辅助紫茎泽兰茎叶水解制备低聚糖的方法，具体包括步骤：

（1）催化剂的调制：将分子筛Hβ置于马弗炉中烘焙，冷却备用；

（2）紫茎泽兰预处理：对紫茎泽兰茎叶依次进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥处理，得到60~100目疏散的紫茎泽兰；

（3）超声波微波组合辅助分子筛Hβ水解紫茎泽兰：将疏散的紫茎泽兰茎叶粉末、水和烘焙后的Hβ分子筛搅拌均匀，置于超声波功率、微波温度、微波功率，反应时间均预设好的微波腔内，反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用NaoH溶液中和至中性偏碱性，得水解液。

进一步的，步骤1中的Hβ分子筛在550℃下烘焙5—8小时。

进一步的，步骤3中疏散的紫茎泽兰茎叶粉末与Hβ分子筛的重量比为0.5：1~5：1，疏散的紫茎泽兰茎叶粉末和水所形成的溶液的固液比为6：1~16:1；超声波功率为200~900w，微波温度30~95℃，微波功率为200~900W，反应时间为5~60min；调PH至中性偏碱性所用的NaoH浓度为10%。

本发明的有益效果：本发明工艺简单，在工业生产中，产物中糖酸易分离，且固体催化剂Hβ可回收利用；采用超声波微波组合技术，预处理水解一步法不仅能达到很好的效果，而且操作简便，工作效率高；Hβ分子筛较无机酸水解对设备的防腐能力要求大大降低；Hβ分子筛在产物中可进行糖酸分离，催化剂达到重复利用，在工艺化生产中有利用大幅度降低成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：本实施例中采用如发明内容部分所述的方法进行紫茎泽兰的水解，其中原料为0.5g经过疏散处理后的紫茎泽兰茎叶粉末。

Hβ分子筛：在马弗炉中550℃烘焙5小时，目的使得木质纤维素中的纤维素更容易接触Hβ分子筛的活性位点，提高催化剂的催化性能。

切割、粉碎紫茎泽兰：对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到100目疏散的紫茎泽兰。

超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰：准确称量紫茎泽兰茎叶粉末0.5g，在容器内先加入60ml的水，再准确称量0.5gHβ分子筛搅拌均匀，置于微波腔内，预设定超声波功率400w、微波温度60℃、微波功率500w，反应10min。反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用10%（w/w）NaoH溶液中和至PH7~9，得水解液，制取低聚糖。经过上述工艺处理后，超声波微波组合辅助Hβ水解紫茎泽兰茎叶制备低聚糖的转化率为58%。

其中Hβ分子筛购于南开大学催化剂厂，超声波微波组合所用的超声波微波组合反应器（联用仪）产自南京先欧仪器制造有限公司。

实施例2：本实施例中原料为0.5g紫茎泽兰茎叶粉末；

Hβ分子筛：在马弗炉中550℃烘焙6小时。

切割、粉碎紫茎泽兰：对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到100目疏散的紫茎泽兰。

超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰：准确称量紫茎泽兰茎叶粉末0.5g，在容器内先加入70ml的水，再准确称量0.7gHβ分子筛搅拌均匀，置于超声波功率500w、微波温度70℃、微波功率600w，反应时间20min预设好参数的微波腔内。反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用10%（w/w）NaoH溶液中和至7~9，得水解液，制取低聚糖。

经过上述工艺处理后，超声波微波组合辅助Hβ水解紫茎泽兰茎叶制备低聚糖的转化率为69%。

实施例3：原料：0.5g紫茎泽兰茎叶粉末

Hβ分子筛：在马弗炉中550℃烘焙6小时。

切割、粉碎紫茎泽兰：对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到100目疏散的紫茎泽兰。

超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰：准确称量紫茎泽兰茎叶粉末0.5g，在容器内先加入80ml的水，再准确称量1gHβ分子筛，即原料与催化剂的比为0.5:1（g/g），固液比为6.25:1(g/l)，此处的固液比指的是紫茎泽兰原料(g)与蒸馏水(L)的比值,搅拌均匀，置于超声波功率500w、微波温度70℃、微波功率600w，反应时间20min预设好参数的微波腔内。反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用10%（w/w）NaoH溶液中和至7~9，得水解液，制取低聚糖。

经过上述工艺处理后，超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰茎叶制备低聚糖的转化率为56%。

实施例4原料：0.5g紫茎泽兰茎叶粉末

Hβ分子筛：在马弗炉中550℃烘焙6小时。

切割、粉碎紫茎泽兰：对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到100目疏散的紫茎泽兰。

超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰：准确称量紫茎泽兰茎叶粉末0.5g，在容器内先加入80ml的水，再准确称量0.1gHβ分子筛，即原料与催化剂的比为5:1（g/g）,固液比为6.25:1(g/l)，此处的固液比指的是紫茎泽兰原料(g)与蒸馏水(L)的比值,搅拌均匀，置于超声波功率450w、微波温度75℃、微波功率700w，反应时间20min预设好参数的微波腔内。反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用10%（w/w）NaoH溶液中和至7~9，得水解液，制取低聚糖。

经过上述工艺处理后，超声波微波组合辅助Hβ水解紫茎泽兰茎叶制备低聚糖的转化率为53%。

实施例5：原料：0.5g紫茎泽兰茎叶粉末

Hβ分子筛：在马弗炉中550℃烘焙6小时，目的使得木质纤维素中的纤维素更容易接触Hβ的活性位点，提高催化剂的催化性能。

切割、粉碎紫茎泽兰：对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到100目疏散的紫茎泽兰。

超声波微波组合辅助Hβ分子筛水解紫茎泽兰：准确称量紫茎泽兰茎叶粉末0.5g，在容器内先加入3 0ml的水，再准确称量0.1gHβ分子筛，即原料与催化剂的比为5:1（g/g），固液比为16.67:1(g/l)，此处的固液比指的是紫茎泽兰原料(g)与蒸馏水(L)的比值,搅拌均匀，置于超声波功率450w、微波温度75℃、微波功率700w，反应时间20min预设好参数的微波腔内。反应液经过4000r/min离心15min后取上清液，用10%（w/w）NaoH溶液中和至7~9，得水解液，制取低聚糖。

经过上述工艺处理后，超声波微波组合辅助Hβ水解紫茎泽兰茎叶制备低聚糖的转化率为51%。

实施例6：本实例中采用硫酸作催化剂来进行紫茎泽兰的水解，

1、原料：100g紫茎泽兰茎叶

2、硫酸调配：室温下将浓硫酸缓慢加入蒸馏水中，最终配成65%的硫酸溶液，冷却至室温备用。

3、切割、粉碎紫茎泽兰：对紫茎泽兰茎叶进行干燥、切割、粉碎、筛分、再干燥，得到80目疏散的紫茎泽兰。

4、超声波辅助预处理：疏散后的紫茎泽兰茎叶与65%硫酸溶液混合，按照1:4质量比混合，超声波功率220w，超声30min，在室温条件下，利用超声波的机械破碎和空化作用，改变纤维素的聚集状态。

5、微波辅助水解：将超声波预处理后的浆液在微波温度100℃、功率800w、辐射20min条件下进行水解反应，制备低聚糖。

经过上述工艺处理后，紫茎泽兰茎叶硫酸水解制备低聚糖的转化率为50%。

由上述实施例可以看出，采用Hβ分子筛催化紫茎泽兰制备低聚糖的转化率比采用硫酸作为催化剂所制备低聚糖的转化率高。

上面对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

一种超声波微波辅助紫茎泽兰水解制备低聚糖的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。