一种玉米秸秆高价值综合利用的方法技术

本发明专利技术提供一种玉米秸秆的综合利用方法，是以玉米秆为原料，通过连续的成套工艺联产乙醇、纤维、木质素、果胶、木糖和酵母的方法；具体讲，是先将玉米秆利用酸解法将其中的多糖、果胶、淀粉等可降解物降解为可溶性物质水溶液，实现渣料与可降解物的分离，然后将得到的可溶性物质水溶液用于发酵提取燃料乙醇、果胶、木糖，分离得到的渣料再用有机溶剂法生产纤维和木质素。本发明专利技术所述的方法通过综合利用玉米秸秆资源，联合生产乙醇、纤维、木质素、果胶、木糖和酵母，从而分摊玉米秸秆的综合利用成本，实现生产过程污染物零排放，提高玉米秸秆资源利用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种玉米秸杆的处理方法，具体涉及一种利用玉米秸杆联合生产乙醇、木质素、纤维、果胶、木糖和酵母的方法。
技术介绍
我国黄河以北是玉米主产区，玉米总面积达到2400hm2左右，玉米秸杆总产量大约为I. 6亿吨。当前玉米秸杆的利用，主要为反刍动物的饲草料、成型燃料或粉碎还田，利用价值不高。有些地区则丢弃在地头腐烂或者放火焚烧。造成资源浪费，还严重污染环境。玉米秸杆干物质约含纤维素33%，木质素15%，半纤维素20%，果胶9%，粗蛋白3. 5%,总糖含量10%，粗脂肪、矿物质等其它8. 5%左右。玉米秸杆经酸法水解，果胶、半纤维素、淀 粉等多糖可降解，还原糖可提高至20%左右。其中半纤维可降解为木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖。以上物质中，纤维素、木质素、果胶、木糖、还原糖都是十分宝贵的物资。还原糖可发酵生产燃料乙醇。乙醇发酵液产出大量酵母，可回收利用。最低级的利用是用于动物饲料。而高级的利用则是开发成营养食品。乙醇蒸馏后的醪液，富含氨基酸、蛋白质和营养盐，可用于植物营养液。纤维素是葡萄糖长链聚合物，用途十分广泛，应用领域包括造纸、建材、化工、化妆品、食品、医药、陶瓷、耐火材料、皮革、烟草等等。仅造纸材料而言，我国人口多，土地少，森林有限，木材资源紧缺，纸浆严重缺乏。每年纸浆缺口 3700万吨，需花170亿美元从国外进口纸浆，以满足国内需求。木质素是芳香醇类聚合物，存在于玉米秸杆的木质组织中，形成交织网硬化细胞壁。木质素及其衍生物具有多种功能性，可作分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、浙青乳化剂。木质素与煤混合液化可产液体燃料。木质素还被广泛应用于高速路面、机场跑道中，称为路面木质素纤维。其质量标准为木质素含量75-80%，PH7. 5左右，最大长度llOOum，平均长度45um，体积密度25_30g/L。市场前景看好，价格2800至4500元/吨。果胶是良好的乳化、增稠、稳定和胶凝剂，广泛应用于食品、纺织、印染、烟草、冶金等领域。果胶还有抗菌、止血、消肿、解毒、止泻、降血脂、抗辐射等作用，是一种优良的药物制剂基质。果胶也是水溶性膳食纤维，越来越受到研究与加工行业的重视。全球果胶的主要产量来自欧美国家，亚洲产量极少。目前，提取果胶的主要原料是柑桔皮、柠檬皮和苹果渣。这些原料资源量十分有限，造成价格长期高达12万元/吨不下。木糖的主要用途用于制备木糖醇，木糖醇的用途更加广泛；作为无热量甜味剂用于食品、饮料，适用于肥胖及糖尿病患者；作为双歧杆菌活化剂、钙吸收促进剂，用于提高人体免疫力的保健食品；应用于宠物饲料；用作烤制品；用作高档酱油色；用于轻工、化工等方面。因此，玉米秸杆全身皆是宝。但是，现今玉米秸杆的利用技术和工艺，主要是为某单一产品利用目的设计的。单一产品的利用方法，如玉米秸杆生产纸浆或乙醇或木糖，必然有把其它有用成分废弃，即造成大量废弃物排放，又增加单一产品的成本。由于产出少，效益低，玉米秸杆原料价格不可能提高，势必会抑制农户收集玉米秸杆的积极性，严重制约玉米秸杆深加工产业化发展。因此，必须考虑一种高效简便加工方案，提取以上多种有用物质，提高玉米秸杆的综合利用水平和效率，实现以玉米秸杆为原料，一套工艺联产乙醇、纤维、木质素、果胶、木糖和酵母 ，实现玉米主产区农业增效、农民增收，促进玉米种植业和相关加工业可持续发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种方法，通过综合利用玉米秸杆资源，联合生产乙醇、纤维、木质素、果胶、木糖和酵母，从而分摊玉米秸杆的综合利用成本，实现生产过程污染物零排放，提高玉米秸杆资源利用效率。为了达到本专利技术的上述目的，本专利技术提出以下技术方法提供一种玉米秸杆的综合利用方法，是以玉米杆为原料，通过连续的成套工艺联产乙醇、纤维、木质素、果胶、木糖和酵母的方法；具体讲，是先将玉米杆利用酸解法将其中的多糖、果胶、淀粉等可降解物降解为可溶性物质水溶液，实现渣料与可降解物的分离，然后将得到的可溶性物质水溶液用于发酵提取燃料乙醇、果胶、木糖，分离得到的渣料再用有机溶剂法生产纤维和木质素。本专利技术所述的方法，具体包括以下步骤a)将采收到的玉米秸杆去叶后粉碎成长度小于2厘米的丝状，加入质量浓度为4-10%的稀糖汁，稀糖汁中含有5%。质量浓度的硫酸，加入的稀糖汁与秸杆体积比为2 5 I，将得到的混合物料制成超过80目的浆料，并控制浆料中的水含量在85%以下，将浆料温度升至7(TlO(rC，保持25 40分钟，完成玉米秸杆第一次酸解，使玉米秸杆中的果胶充分溶解进入稀糖汁；将浆料分离成含水50%的渣料I和富含果胶和糖汁的水溶液I ;b)在步骤a)得到的渣料I中加入其体积2飞倍的质量浓度为4-10%的稀糖汁，稀糖汁中含有5%。质量浓度的硫酸，浸泡15 30分钟，然后使渣料温度升至115 125°C，保持6(T90分钟，完成二次酸解，使渣料中的淀粉、半纤维素、多糖充分降解；待渣料温度降至IOO0C以下时，将处理后的浆料分离成渣料2和富含降解糖的水溶液2 ；c)将步骤b)得到的渣料2按体积I : I加入清水浸泡，待渣料中糖汁充分浸出后，进行渣液分离，获得糖汁酸液I和渣料3 ；d)将步骤c)得到的渣料3加入其体积5 7倍的30%浓度的乙醇，再按lg/L的比例向渣料3和乙醇的混合物中添加KOH催化剂，混匀后，使物料温度上升至100°C，保持6(T90分钟，完成渣料3的醇解过程，使渣料3中的木质素充分降解；待物料温度降至50°C以下，分离得到渣料4和木质素溶液；e)将步骤d)得到的渣料4用30%乙醇萃取残留木质素，得到萃取液和纤维素；去除并回收步骤d)获得的木质素溶液中的乙醇，得到析出有木质素的水溶液，再经常规处理获得木质素；f)在步骤a)获得的富含果胶和糖汁的水溶液I中加入活性炭进行脱色，活性炭加入的比例占步骤a)所述的玉米秸杆干物质重量的4 7%，脱色后过滤获得活性炭渣I和滤液，滤液中按滤液体积的I. 5倍加入95%乙醇，使果胶变成絮状物析出，完成果胶醇析,得到富含果胶絮状物的浆液，再经固液分离得到溶液3和果胶固形物；溶液3经蒸馏后回收乙醇，剩余为糖汁酸液2 ;g)将步骤b)获得的富含降解糖的水溶液2和步骤f)获得的糖汁酸液2混合得到混合糖汁，控制其中糖浓度为16 20%，在每升混合糖汁中加入生成0. 5^1. 5g的(NH4)2SO4所需的氨水、8 12g的MgS04、2飞g的KH2PO4和2飞g的CaCl2,再加入熟石灰调节糖汁pH至4 5 ；h)取步骤g)调制好的糖汁溶液的少部分，稀释成糖度为2%的水溶液，加入糖质酒精安琪酵母，加入的糖质酒精安琪酵母是步骤g)得到的糖汁溶液总重量的I/万，无菌风增氧条件下进行酵母扩繁r3小时；然后将扩繁后的酵母加入步骤g)调配好的剩余糖汁中，充分混合，厌氧发酵2(T48小时，检测残余还原糖含量，当还原糖含量小于0. 5%并连续3次检测维持不变时，酒精发酵结束，得到活酵母沉淀物和清液1，清液I经蒸馏得到40%v/v的粗酒和醪液；i)步骤h)蒸馏后得到的醪液，按其中干物质重量的4 7%加入活性炭，完成醪液的脱色，过滤获得清液2和活性炭渣2 ;去除清液2中的带电盐分离子，然后经浓缩、降温、力口晶核、结晶、干燥，获得木糖结晶粉；将步骤f)得到的活性炭渣I与本步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玉米秸秆的综合利用方法，是以玉米秆为原料，通过连续的成套工艺联产乙醇、纤维、木质素、果胶、木糖和酵母的方法；具体讲，是先将玉米秆利用酸解法将其中的多糖、果胶、淀粉等可降解物降解为可溶性物质水溶液，实现渣料与可降解物的分离，然后将得到的可溶性物质水溶液用于发酵提取燃料乙醇、果胶、木糖，分离得到的渣料再用有机溶剂法生产纤维和木质素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张永北，张爱诚，罗靖，陈武，
申请(专利权)人：张爱诚，
类型：发明
国别省市：