一種玉米全株組分分離分級(jí)利用的生物煉制集成工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種玉米全株組分分離分級(jí)利用的生物煉制集成工藝，屬于生物質(zhì)煉 制工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 化石燃料資源的日益枯竭，環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，使得人類在急切尋找可替代的 能源品，既解決石化枯竭問題，又可緩解環(huán)境的壓力。而生物質(zhì)資源由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可 W作為一種新能源及新材料的原料，來逐步替代日益枯竭的能源，并且可W緩解尾氣排放 及廢棄物的燃燒帶給環(huán)境的壓力。我國是農(nóng)業(yè)大國，但是農(nóng)作物生物質(zhì)資源利用率很低，大 量的被用作柴薪或腐爛廢棄，玉米枯桿及玉米芯是一種重要的生物質(zhì)資源，但大量的枯桿 及玉米芯被閑置，不僅降低了農(nóng)民的收入，同時(shí)對(duì)環(huán)境也造成了一定的壓力。生物煉制是 利用農(nóng)業(yè)廢棄物、植物基淀粉和木質(zhì)纖維素材料為原料，生產(chǎn)各種化學(xué)品、燃料和生物基材 料。通過生物煉制循環(huán)經(jīng)濟(jì)工藝綜合利用玉米枯桿（芯）可大幅擴(kuò)展原材料的應(yīng)用。既能 使農(nóng)民增值增收、緩解環(huán)境壓力，又能使企業(yè)的利益最大化、變廢為寶，對(duì)于解決環(huán)保及能 源問題都會(huì)起到十分重要的戰(zhàn)略意義。
[0003] 玉米枯桿（芯）其主要成分為半纖維素、纖維素及木質(zhì)素。玉米枯桿（芯）的半纖 維素通過酸解或者酶解的方法制備功能糖系列產(chǎn)品包括低聚木糖、木糖、木糖醇、阿拉伯糖 等。低聚木糖可W促進(jìn)腸道雙歧桿菌的增殖活性，使雙歧桿菌大量增殖，其雙歧因子功能是 其它聚合糖類的10-20倍，幾乎不會(huì)被人體消化酶所分解，從而達(dá)到使益生菌成為腸道優(yōu) 勢菌種，排除有害菌，調(diào)節(jié)腸道平衡，糖尿病人、服胖病人和低血糖病人均可放也食用；木糖 醇它不易被胃酶分解而直接進(jìn)入腸道，是一種具有營養(yǎng)價(jià)值的特殊甜味劑，溶于水吸熱，食 用時(shí)口感清涼，且不致離齒，是最適合糖尿病患者食用的營養(yǎng)性的食糖代替品；阿拉伯糖， 一是能抑制水解雙糖的酶，因此抑制因攝入藏糖而導(dǎo)致的血糖升高，簡稱抑制雙糖水解的 降糖作用，二是因k阿拉伯糖對(duì)雙糖水解酶的抑制作用，使在小腸里沒被分解的藏糖在大 腸里被微生物分解產(chǎn)生出大量的有機(jī)酸，該種有機(jī)酸對(duì)肝臟合成脂肪有抑制作用，再加上 k阿拉伯糖在小腸里對(duì)吸收藏糖的抑制作用，從而減少體內(nèi)新脂肪的產(chǎn)生。功能糖產(chǎn)業(yè)迎 合人類對(duì)健康的需求，為人類的健康事業(yè)作出了積極的貢獻(xiàn)。
[0004] 木質(zhì)素是一種天然高分子材料，其結(jié)構(gòu)單元中含芳香環(huán)，是自然界中唯一能夠提 供芳香環(huán)的物質(zhì)，而一直W來苯、苯酷等含有芳香環(huán)的物質(zhì)均是石化資源裂解的產(chǎn)物，木質(zhì) 素含有類似的機(jī)構(gòu)，極有可能成為石化資源的替代品，緩解能源危機(jī)。所制備的木質(zhì)素衍生 品木質(zhì)素賴酸鹽包括木鹽減水劑，木質(zhì)素經(jīng)過賴化改性后可作為減水劑、外加劑替代蔡系 減水劑及價(jià)格昂貴的聚駿酸減水劑，減輕對(duì)傳統(tǒng)石化資源的依賴（90% W上傳統(tǒng)減水劑是 通過石油化工、煤化工制備的工業(yè)蔡、聚離、丙麗、苯酷、不飽和酸、硫酸、甲酵等化工原料制 成，能源消耗大、碳排放高）。
[0005] 纖維素為纖維己醇的主要原料，采用同步糖化發(fā)酵工藝可W有效降低酶解產(chǎn)物對(duì) 纖維素酶的抑制作用，同時(shí)還具有操作簡單、不易染菌和發(fā)酵周期短等優(yōu)點(diǎn)。纖維己醇具有 W下優(yōu)勢：1、辛焼值高、燃燒速度快，可W提高能量效率；2、含氧量高、燃燒充分，可有效降 低一氧化碳、硫化物及揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，有利于緩解霧靈天氣帶來的環(huán)境污染。所 W，將其用作汽車燃料可W保護(hù)環(huán)境和有效減少對(duì)石油的依賴。
[0006] 目前對(duì)玉米枯桿（芯）中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素提取及應(yīng)用研究的較多，但一 般只針對(duì)其中的某種或某幾種進(jìn)行單一研究（如W下幾個(gè)相關(guān)專利的研究），繁雜的分段 工藝所帶來的原料損失大、能耗高、各組分利用率低、副產(chǎn)物利用不徹底、副產(chǎn)物造成環(huán)境 壓力大等若干產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟(jì)效益不高等難題，沒有建立一種能夠?qū)⒂衩卓輻U（芯）各組分吃 干棒凈的應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)。
[0007] 專利CN101628920A公開了一種玉米芯綜合利用方法，該專利W玉米芯為原料，采 用脈沖式蒸汽爆破預(yù)處理后，固液分離，液體為低聚木糖水溶液，固體經(jīng)過有機(jī)溶劑或稀堿 水溶液蒸煮提取木質(zhì)素，殘?jiān)?jīng)過酶解制備生物己醇。該方法雖然將玉米芯中的H個(gè)組分 分別進(jìn)行了利用，但是該方法采用的蒸汽爆破為預(yù)處理，并得到低聚木糖水溶液。該方法不 僅能耗大，工業(yè)化生產(chǎn)存在很大難度，并且沒有提供任何關(guān)于低聚木糖及相關(guān)制品的制備 方法等，經(jīng)過該方法獲得的低聚木糖水溶液中，低聚木糖含量低、純度低，必定會(huì)給后續(xù)的 處理過程帶來很大的壓力，很難制備出品質(zhì)良好的低聚木糖。該專利W玉米芯綜合利用為 目的，并且意在提高玉米芯的綜合利用率，使半纖維素，木質(zhì)素和纖維素都得到有效利用， 降低綜合利用成本，但是卻忽略了對(duì)半纖維素的制品低聚木糖等的利用，該無疑在某種程 度上制約了玉米芯的綜合利用。
[0008] 專利CN103131018A公開了一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用工藝，該專利采用 甲酸己酸的混合有機(jī)酸，酸解木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，固液分離后固體為纖維素，液體進(jìn)行濃縮 后得到甲酸己酸蒸汽及濃縮液，濃縮液經(jīng)助劑稀釋后再次固液分離，固體為木質(zhì)素，液體為 戊糖溶液，該方法僅提供了一種各組分分離及提取率較好的綜合利用工藝，并沒有相應(yīng)的 平臺(tái)建設(shè)及相關(guān)應(yīng)用說明，產(chǎn)品也較為單一，為較好的理論研究，對(duì)于生物質(zhì)資源的實(shí)際工 業(yè)化應(yīng)用不足W起到指導(dǎo)作用。
[0009] 專利CN102776244A公開了一種綜合利用玉米芯等農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)多元糖醇及木 質(zhì)素的工藝，采用稀酸浸泡預(yù)處理或采用白腐真菌降解生物質(zhì)種的木質(zhì)素進(jìn)行生物法預(yù)處 理，然后采用高溫蒸煮或蒸汽爆破的方式進(jìn)行半纖維素的水解，固液分離，W固體為底物進(jìn) 行酶解，酶解后的固液混合物進(jìn)行分離，液體為木糖液，木糖液用于純化濃縮結(jié)晶制備木糖 晶體及木糖醇，固體進(jìn)行堿液脫木質(zhì)素或己醇抽提木質(zhì)素，處理后的纖維殘?jiān)糜诿附猱a(chǎn) 葡萄糖并發(fā)酵制備2, 3-下二醇。為一種簡單的綜合利用方法，雖然進(jìn)行了酶制劑的相關(guān)說 明，但是木質(zhì)素卻采用了白腐真菌的降解處理，既消耗了資源又浪費(fèi)了高分子材料木質(zhì)素， 并且半纖維素產(chǎn)品類型單一，對(duì)于產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)濟(jì)效益提升有所阻礙。
[0010] 專利CN102796768A公開了一種玉米枯桿高值化綜合利用的方法，該方法W玉米 枯桿為原料，通過稀糖汁與硫酸進(jìn)行第一次酸解，使果膠充分溶解到稀糖汁中，糖汁經(jīng)脫 色，己醇處理后獲得果膠及剩余糖液，渣料加入稀糖汁與硫酸進(jìn)行二次酸解，使渣料中的淀 粉半纖維素，多糖充分降解，剩余渣料用清水浸泡后渣液分離，所有富含降解糖的糖汁用于 己醇及膠液的制備，膠液經(jīng)過處理制備木糖結(jié)晶粉，廢棄物為液體廢料，再次剩余渣用己醇 及koh催化劑提取木質(zhì)素溶液，再用己醇萃取殘?jiān)械臍埩裟举|(zhì)素，得到纖維素。該方法的 工藝較為新穎，但是各個(gè)工序較為繁瑣，經(jīng)過多次的酸解工序，多次渣液分離工序，消耗的 人力及動(dòng)力消耗較大，產(chǎn)品又較為單一，成本會(huì)較高，實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種玉米全株組分分離分級(jí)利用的生物 煉制集成工藝。W玉米枯桿（芯）等生物質(zhì)為原料，構(gòu)建集生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)、生物催化劑 轉(zhuǎn)化技術(shù)、功能糖制備技術(shù)、液體燃料制備技術(shù)及新型高分子材料轉(zhuǎn)化技術(shù)為一體的工藝 技術(shù)路線，并聯(lián)產(chǎn)有機(jī)飼（服）料、食品級(jí)C〇2、沼氣發(fā)電等副產(chǎn)品。避免了繁雜的分段工藝 所帶來的原料損失大、能耗高、各組分利用率低、副產(chǎn)物利用不徹底、副產(chǎn)物造成環(huán)境壓力 大等若干產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟(jì)效益不高的難題，真正實(shí)現(xiàn)了玉米全株全組分包括半纖維素、纖維素、 木質(zhì)素、雜蛋白及生產(chǎn)過程中不可避免產(chǎn)生的0)2、預(yù)處理液、廢糖液等的一體化連續(xù)利用 工藝。有利于促進(jìn)生物質(zhì)行業(yè)的快速發(fā)展及高效循環(huán)經(jīng)濟(jì)的有益運(yùn)行，增加農(nóng)民的產(chǎn)值，提 升企業(yè)的競爭力，并且整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境友好，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，給企業(yè)及當(dāng) 地稅收均帶來了巨大的收益。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0013] 一種玉米全株組分分離分級(jí)利用的生物煉制集成工藝，包括W下步驟：
[0014] (1) W玉米枯桿或玉米芯為原料