CN105316366A - 一种生物秸秆综合利用生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物秸秆综合利用生产方法，将生物秸秆先进行生物发酵制备乙醇，然后将馏出物二次发酵制备低聚木糖，最后将残渣用作纸浆工艺。该方法工艺简单，环境友好，成本低且半纤维素、纤维素、木质素分离彻底。本发明在国际上首次实现了纤维素与木质素环境友好的分离技术，为秸秆全元素、高附加值、综合利用奠定了基础。在此基础上，衍生或生成附加值更高的产品。本发明生产工艺中做到了对秸秆“吃干榨净”，做到了秸秆组分的综合利用，并且实现了零排放、零污染。

Description

一种生物秸秆综合利用生产方法

技术领域

本发明属于生物质能源与资源利用技术领域，具体涉及一种生物秸秆综合利用生产方法。

背景技术

我国是一个农业大国，全国种植玉米、甜高粱的面积达几亿亩。这样，每年就可产生几亿吨的秸秆。近年来，随着农村生活能源结构的变化与集约化生产的发展，秸秆逐步从传统的农业原料演变成一种无用的负担物，大部分成为种植户田间地头的焚烧物。秸秆焚烧会产生大量的二氧化碳，成为严重的空气污染源。由于秸秆焚烧带来的空气污染问题，有人提出，把秸秆直接还田作为治理秸秆焚烧的措施。但是将未经处理的干秸秆直接还田，没有发酵处理时间，没腐烂的秸秆不但起不到肥田作用，反而影响作物出苗率。目前，除了将秸秆直接还田，还提出将秸秆加工成饲料。但是由于技术原因，饲料产品的质量和稳定性都不能得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物秸秆综合利用生产方法，该方法能够全利用生物秸秆，零垃圾、环境友好、易于推广应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种生物秸秆综合利用生产方法，包括如下步骤：

（1）生物秸秆预处理：将刚收获的生物秸秆自然晾干至含水率不大于15%时，粉碎至粒度为0.1~10mm的秸秆粉状物，然后于105~120℃下灭菌20~30min备用；

（2）搅拌下，先向步骤（1）得到的秸秆粉状物中加入秸秆粉状物总重量5~20倍量无菌水，混合均匀，调节pH值6~7，温度为35~40℃，然后再加入复合酶A（纤维素酶、纤维素二糖酶及木聚糖酶）和菌A（酵母菌）进行发酵，发酵时间为12~24小时，发酵完成后停止搅拌并将乙醇进行精馏，馏出物为乙醇，馏余物备用；其中复合酶A的加入量为基于单位秸秆粉状物干基质量200～800个标准酶活；菌A的加入量为秸秆粉状物干基质量0.1~0.3%；

（3）搅拌下，向步骤（2）得到的馏余物中加入馏余物总重量5~20倍量无菌水，混合均匀，调节pH值4.5~5.5，温度为30~50℃，然后再加入复合酶B（内切β-木聚糖酶、外切β-木聚糖酶和β-木二糖苷酶、真菌木聚糖或细菌木聚糖）和菌B（厌氧菌）进行发酵，发酵时间为0.5~5小时，发酵完成后停止搅拌并用截留分子量为5000～50000的超滤膜浓缩至总固形物浓度为10～20％，再经过真空浓缩和冷冻干燥得到低聚木糖，过滤残渣备用；

（4）于温度30~45℃，压力为0.15~0.25MPa，向步骤（3）得到的残渣中加入残渣总干基质量0.1~0.2%菌C（蜡质芽孢杆菌和青霉菌）和残渣总干基质量2~4%吐温80进行蒸煮，常规制浆设备制得纸浆浆料。

所述生物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆或水稻秸秆。

所述步骤（1）灭菌条件为温度为110℃灭菌30min。

所述步骤（2）复合酶A中酶A1、酶A2和酶A3的浓度比例为1：（0.3~2）：（0.5~5）。

所述步骤（3）复合酶B中酶B1、酶B2和酶B3的浓度比例为1：（0.3~2）：（0.5~5）。

所述步骤（4）中菌C种C1与C2的质量比为1：（0.5~5）。

所述步骤（4）中常规制浆设备采用常规制浆工艺得到纸浆。

与现有技术相比：本发明的优点是：

(1)本发明方法能够充分利用生物秸秆，生产乙醇、低聚木糖和纸浆，环境友好、零排放。

(2)本发明生产工艺采用生物发酵，不会因为添加传统的酸碱而对环境产生二次污染，简单实用，生产成本底，便于产业化，具有较好的推广前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步的描述，但是并不限制本发明的内容。

实施例1

一种生物秸秆综合利用生产方法，包括如下步骤：

（1）生物秸秆预处理：将刚收获的生物秸秆自然晾干至含水率不大于15%时，粉碎至粒度为0.1~10mm的秸秆粉状物，然后于105~120℃下灭菌20~30min备用；

（2）搅拌下，先向步骤（1）得到的秸秆粉状物中加入秸秆粉状物总重量5~20倍量无菌水，混合均匀，调节pH值6~7，温度为35~40℃，然后再加入复合酶A（纤维素酶、纤维素二糖酶及木聚糖酶）和菌A（酵母菌）进行发酵，发酵时间为12~24小时，发酵完成后停止搅拌并将乙醇进行精馏，馏出物为乙醇，馏余物备用；其中复合酶A的加入量为基于单位秸秆粉状物干基质量200～800个标准酶活；菌A的加入量为秸秆粉状物干基质量0.1~0.3%；

（3）搅拌下，向步骤（2）得到的馏余物中加入馏余物总重量5~20倍量无菌水，混合均匀，调节pH值4.5~5.5，温度为30~50℃，然后再加入复合酶B（内切β-木聚糖酶、外切β-木聚糖酶和β-木二糖苷酶、真菌木聚糖或细菌木聚糖）和菌B（厌氧菌）进行发酵，发酵时间为0.5~5小时，发酵完成后停止搅拌并用截留分子量为5000～50000的超滤膜浓缩至总固形物浓度为10～20％，再经过真空浓缩和冷冻干燥得到低聚木糖，过滤残渣备用；

（4）于温度30~45℃，压力为0.15~0.25MPa，向步骤（3）得到的残渣中加入残渣总干基质量0.1~0.2%菌C（蜡质芽孢杆菌和青霉菌）和残渣总干基质量2~4%吐温80进行蒸煮，常规制浆设备制得纸浆浆料。

实施例2

本实施例的制备方法与实施例1相同部分不再重述，不同之处在于步骤（1）灭菌条件为温度为110℃灭菌30min。

实施例3

本实施例的制备方法与实施例1相同部分不再重述，不同之处在于步骤（2）复合酶A中酶A1、酶A2和酶A3的浓度比例为1：（0.3~2）：（0.5~5）。

实施例4

本实施例的制备方法与实施例1相同部分不再重述，不同之处在于步骤（3）复合酶B中酶B1、酶B2和酶B3的浓度比例为1：（0.3~2）：（0.5~5）。

实施例5

本实施例的制备方法与实施例1相同部分不再重述，不同之处在于步骤（4）中菌C种C1与C2的质量比为1：（0.5~5）。

Claims (7)

1.一种生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）生物秸秆预处理：将刚收获的生物秸秆自然晾干至含水率不大于15%时，粉碎至粒度为0.1~10mm的秸秆粉状物，然后于105~120℃下灭菌20~30min备用；

（2）搅拌下，先向步骤（1）得到的秸秆粉状物中加入秸秆粉状物总重量5~20倍量无菌水，混合均匀，调节pH值6~7，温度为35~40℃，然后再加入复合酶A（纤维素酶、纤维素二糖酶及木聚糖酶）和菌A（酵母菌）进行发酵，发酵时间为12~24小时，发酵完成后停止搅拌并将乙醇进行精馏，馏出物为乙醇，馏余物备用；其中复合酶A的加入量为基于单位秸秆粉状物干基质量200～800个标准酶活；菌A的加入量为秸秆粉状物干基质量0.1~0.3%；

（3）搅拌下，向步骤（2）得到的馏余物中加入馏余物总重量5~20倍量无菌水，混合均匀，调节pH值4.5~5.5，温度为30~50℃，然后再加入复合酶B（内切β-木聚糖酶、外切β-木聚糖酶和β-木二糖苷酶、真菌木聚糖或细菌木聚糖）和菌B（厌氧菌）进行发酵，发酵时间为0.5~5小时，发酵完成后停止搅拌并用截留分子量为5000～50000的超滤膜浓缩至总固形物浓度为10～20％，再经过真空浓缩和冷冻干燥得到低聚木糖，过滤残渣备用；

（4）于温度30~45℃，压力为0.15~0.25MPa，向步骤（3）得到的残渣中加入残渣总干基质量0.1~0.2%菌C（蜡质芽孢杆菌和青霉菌）和残渣总干基质量2~4%吐温80进行蒸煮，常规制浆设备制得纸浆浆料。

2.根据权利要求1所述的生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于：所述生物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆或水稻秸秆。

3.根据权利要求1所述的生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于：所述步骤（1）灭菌条件为温度为110℃灭菌30min。

4.根据权利要求1所述的生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于：所述步骤（2）复合酶A中酶A1、酶A2和酶A3的浓度比例为1：（0.3~2）：（0.5~5）。

5.根据权利要求1所述的生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于：所述步骤（3）复合酶B中酶B1、酶B2和酶B3的浓度比例为1：（0.3~2）：（0.5~5）。

6.根据权利要求1所述的生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于：所述步骤（4）中菌C种C1与C2的质量比为1：（0.5~5）。

7.根据权利要求1所述的生物秸秆综合利用生产方法，其特征在于：所述步骤（4）中常规制浆设备采用常规制浆工艺得到纸浆。