CN113881714A - 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 - Google Patents

一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 Download PDF

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Abstract

一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,属于生物工程技术,生物质能源,碳减排,碳中和,农业种植,食品,新材料,发酵,环保,饲料等技术领域。本发明利用农林废弃物‑‑‑秸秆,稻壳,椰壳,锯末等生物质原料,经水洗,水解后,通过生物工程技术发酵生产木糖醇,阿拉伯糖醇,甘露醇等,从而达到综合利用农林废弃物,生产生物基的产品和生物基的能源,改善环境,提高土壤有机质,为以秸秆为原料的生物炼制,综合利用秸秆等废弃物,提供了基于现代生物工程科技的一系列技术,进行可持续的,低碳的清洁生产,进而达到修复土壤,减少化肥的使用,保护环境的目的。

Description

一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综 合利用方法
技术领域
本发明属于生物工程技术,生物质能源,碳减排,碳中和,农业种植,食品,新材料,发酵,环保,饲料等技术领域,具体涉及一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法。
背景技术
由于木质纤维素生物质,如农作物秸秆,稻壳,椰壳,竹子,锯末等农林废弃物的组分和结构复杂,回收利用这些农林废弃物,是个技术上难解的问题。
例如,玉米秸秆中约含有35%的半纤维素,30%纤维素,25%的木质素,10%的水溶物,包含多种单糖,蛋白,无机盐(N,P,K,S)等,如果先把秸秆中的水溶物中的果糖,葡萄糖分离出来,发酵成甘露醇及乳酸,醋酸;无机盐(N,P,K,S)等还田,然后再把半纤维素中的五元糖(木糖/阿拉伯糖)转化成高附加值的木糖醇,阿拉伯糖醇等产品,并把剩下的高热值,低硫和氮含量的渣子,制成清洁的黑颗粒燃料,或者进一步的把纤维素,木质素分离出来作为纤维素,木质素产品,将大大的提高秸秆的价值。
木糖醇是白色晶体,外表和蔗糖相似,是多元醇中最甜的甜味剂,味凉、甜度相当于蔗糖,热量是蔗糖的60%,是未来的甜味剂,是蔗糖和葡萄糖替代品。木糖醇从60年代开始应用于食品中,在一些国家它是很受糖尿病人欢迎的一种甜味剂。在美国,为了某些特殊目的可以作为食品添加剂,不受用量限制的加入食品中。
目前国内外木糖醇采用的都是化学合成法,即两步法,第一步是经过一系列的精制提取手段,得到高纯度的结晶木糖(>98%),第二步是对高纯木糖高压加氢合成木糖醇;国外是利用白桦树提取木糖(北欧),但目前的原料受限制,产能无法提高;国内是利用玉米芯提取木糖,然后都要经高压催化加氢,生产木糖醇。由于加氢催化剂对杂质非常敏感,微量的杂质都会使催化剂中毒失效,提取的木糖必需要经过一系列的精制/提纯工艺得到纯的木糖晶体,例如,需要经过多次离子交换,脱盐,脱色,浓缩,结晶,得到纯度大于98%的晶体木糖,这个过程中,总的木糖产率低于40%,排污量大,木糖的成本高,每吨结晶木糖,伴生一吨的母液,其中含大量的木糖,阿拉伯糖,葡萄糖和半乳糖,无法回收,只能作为废物排放,增加了污水处理成本。目前,木糖晶体的成本占木糖醇的成本的70%以上,由此可以看到,木糖醇生产的主要成本是原料木糖,由于生产结晶木糖的工艺复杂,成本很高,很难降下来,使木糖醇的价格高,大大限制了产品的使用。市场上急需一种新的工艺,来降低木糖醇的成本,使更多的糖尿病患者可使用这个产品,改善他(她)们的健康。
秸秆中的六碳糖还可以经生物炼制的手段转化为甘露醇,乳酸,醋酸,乙醇等产品。甘露醇是一种己六醇,广泛用于医药,食品,化工等工业中,由于其在体内的代谢不受胰岛素控制,不会引起血糖上升,并且热值低,可做为糖尿病人及肥胖病人的良好甜味剂,它的甜度与蔗糖相同,但热量只有蔗糖的40%(4.0对1.6kcal/kg);甘露醇因溶解时吸热,有甜味,对口腔有舒服感,故更广泛用于醒酒药、口中清凉剂等咀嚼片的制造,其颗粒型专作直接压片的赋形剂。甘露醇是一种高渗性的组织脱水剂,临床上广泛应用于治疗脑水肿,预防急性肾衰,治疗青光眼,加速毒物及药物从肾脏的排泄。
甘露醇传统的生产方法有:1:海带提取法,海带提取法是我国目前生产甘露醇的主要方法,是在海带提取碘及海藻酸钠后的废水中提取甘露醇,约10t海带可得1t甘露醇。该法可得到单一的甘露醇,免去了与山梨醇分离这一工序,精制纯度高,但该法收率低,精制手续麻烦,同时生产成本高,原料来源受地区、季节限制。目前已没有厂家用这个方法。2:以蔗糖为原料的催化氢化法,蔗糖水溶液加酸水解成葡萄糖和果糖,在金属镍的催化下,120-160度,100-150大气压下,与氢气进行催化加氢还原反应,葡萄糖转化为山梨醇,果糖转化为大致等量的山梨醇和甘露醇。实际产物中,山梨醇占80%,甘露醇占20%。一般5.2t白糖可得到1t甘露醇。
目前市场上生产甘露醇通用的是蔗糖,在金属镍的高压加氢催化下,该法的催化加氢,需要高压特殊设备,操作危险,产品纯度低,残留重金属,三废量大,副产的山梨醇用途有限,限制了甘露醇产能的提高,使其生产成本难以下降,大大限制了甘露醇在甜味剂方面的应用增长,同时,需要使用高纯度的蔗糖原料,成本高。
由于传统方法存在高能耗,高污染及高成本的缺陷,大大限制了它的应用,市场上急需一种绿色、低成本的新技术,而生物发酵工程技术为此提供了可能。
发明内容
本发明的目的是为了解决秸秆利用率低、木糖醇和甘露醇制备过程成本高、污染大、效率低,直接燃烧秸秆回报率低等问题,提供一种基于生物工程技术的,以农林废弃物生物质为原料的生物炼制的综合利用方法。
生物发酵有一系列优点,在绿色的条件下,可以生产出多种高纯度的纯天然的食品,以木糖,葡萄糖,果糖做起始物,利用微生物、对原料进行酶转化,生产木糖醇,甘露醇,乳酸,蛋白饲料。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,所述方法具体步骤为:
步骤一:秸秆或其它生物质,经热水洗,过滤,滤出秸秆,滤液经膜浓缩,得到含水溶的葡萄糖,果糖,蛋白质,氨基酸,磷,钾,硫的液体,经浓缩,微生物发酵,得到甘露醇,乳酸,醋酸;分离出甘露醇,乳酸,醋酸后的菌体和残液作有机肥;
步骤二:将步骤一过滤得到的秸秆经生物酶或酸水解,其中的半纤维素水解成木糖,阿拉伯糖,葡萄糖,醋酸,经过滤后,得到秸秆残渣和液体部分,然后液体部分再进行浓缩,得到醋酸和粗木糖液,粗木糖液经纳滤膜过滤得到聚合度2-7的低聚木糖产品;
步骤三:将步骤二得到的粗木糖液经纳滤膜浓缩,滤出的水中含硫酸,粗木糖液中70%的硫酸可以回收,循环使用;
步骤四:将步骤三经纳滤膜浓缩的粗木糖液用碳酸钠中和后,发酵生产木糖醇。
本发明相对于现有技术的有益效果为:本发明投产后,将是世界上第一家直接利用秸秆,稻壳,竹子,椰壳,锯末等农业废弃物,经水洗,水解后,不需经过精制结晶,利用微生物发酵生产甘露醇,木糖醇,乳酸,醋酸。由于生产过程中没有对环境有害的三废,可以做到零排放,并且生产过程中没有使用任何有害物质,是一个全绿色项目,并且产品二氧化碳的排放量都低于传统的工艺,符合低碳的要求。秸秆中全部的物质都高效的转化为高附加值的产品。
本发明根据木质纤维素的特点和组分,利用现代生物科技,开发了一整套的以秸秆,稻壳,椰壳,锯末为原料的综合利用的方法。可以把其中的全部物质,根据其不同的组成和特点,分步的,高效的转化足足为高附加值的系列产品,使它们变废为宝,变成了一系列高价值的生物基原料和生物基能源产品,解决了秸秆的难处理、回收产值低问题,同时为木糖醇,甘露醇,乳酸,糠醛等产品提供一个新的原料来源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明利用农林废弃物---秸秆(包括,玉米,水稻,小麦,高粱等),稻壳,椰壳,锯末或陆地上的木本,草本植物,如:竹子,王草,等生物质原料,经水洗,水解后,通过生物工程技术发酵生产木糖醇,阿拉伯糖醇,甘露醇,乳酸,醋酸并联产,有机/无机肥(N,P,K),医用绷带等,从而达到综合利用农林废弃物,生产生物基的产品和生物基的能源,改善环境,提高土壤有机质,为以秸秆为原料的生物炼制,综合利用秸秆等废弃物,提供了基于现代生物工程科技的一系列技术,进行可持续的,低碳的清洁生产,进而达到修复土壤,减少化肥的使用,保护环境的目的。
生物炼制,是把可再生的(木质)生物质经过复杂的绿色环保的生物工程工艺过程转化为能量和许多有益的基本原料/化学品,产品包括:食品,饲料,化学品,建材等等。本发明就是以秸秆及农业废弃物为原料,利用生物工程技术,经过生物炼化,转化为一系列的生物基的产品和生物基的能源的过程。
本发明中,玉米秸秆水洗分离出水溶物,水溶物含葡萄糖,果糖,NPK,蛋白质/氨基酸,是一个理想的发酵原料,经浓缩可以做直接利用双歧杆菌发酵生产甘露醇,联产乳酸,醋酸,产品提取后剩下的菌体及母液是理想的含NPK的液体肥或无土种植的营养液。制备玉米秸秆水解液的工艺具体为:玉米秸秆加入水解釜,加入0.2%硫酸,升温到100-120度,保温2小时,经过过滤去除不溶物,得到水解液,不溶物经漂洗烘干,得到的渣子含40%的木质素,60%的纤维素,可以进一步处理。
得到的液体水解液加入CaCO3中和,经过过滤去除不溶物,然后蒸发浓缩至15wt%的粗木糖液。经过HPLC分析,含固量如下:
名称 木糖 阿拉伯糖 葡萄糖 半乳糖 其他
含量,wt% 65% 10% 15% 5% 5%
本发明以秸秆残渣为原料的黑颗粒燃料。秸秆渣经脱水干燥后(水分<15%),经挤压机,压成颗粒,热量大于4500大卡/公斤,硫和氮的含量大大地低于秸秆。可以代替煤炭。纤维素木质素的分离:秸秆渣的主要组分是纤维素和木质素,纤维素和木质素的分离。以秸秆渣为原料,经4%的碱液在90度煮3小时,过滤,得到的不溶物是纤维素。滤液经调酸,木质素析出,过滤得到木质素,木质素可以进一步的处理,得到磺酸纤维素。纤维素可以直接用作纸浆原料,或纺织行业的可溶性纤维素。纤维素也可以经纤维素酶水解成葡萄糖,经葡萄糖异构酶转化为果糖,乳酸菌发酵得到甘露醇,乳酸,醋酸。玉米秸秆水解液制备糠醛:含木糖的水解液加热到160-180度,保温2小时后,木糖脱水变成糠醛。精制后得到98%的糠醛。秸秆渣的主要组分是木质素和纤维素,C:H比例高,N,S及灰分含量低,是一个理想的制氢气的原料,比煤炭好,同时减少CO2排放。
具体实施方式一:本实施方式记载的是一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,生物质泛指含木质纤维素的生物质,可以包括,但不限于秸秆,稻壳、椰壳、锯末,竹子等,陆地上的所有的,草本,木本植物的根,茎,叶,皮,果实,都是含有木质纤维素的,木质纤维素含水溶物,半纤维素,木质素,纤维素。所述方法具体步骤为:
步骤一:秸秆或其它生物质,经热水洗,过滤,滤出秸秆,滤液经膜浓缩,得到含水溶的葡萄糖,果糖,蛋白质,氨基酸,磷,钾,硫的液体,经浓缩,微生物发酵,得到甘露醇,乳酸,醋酸;分离出甘露醇,乳酸,醋酸后的菌体和残液作有机肥;
步骤二:将步骤一过滤得到的秸秆经生物酶或酸水解,其中的半纤维素水解成木糖,阿拉伯糖,葡萄糖,醋酸,经过滤后,得到秸秆残渣和液体部分,然后液体部分再进行浓缩,得到醋酸和粗木糖液,水解过程中,可以分离出部分水解液(即生产低聚木糖产品),粗木糖液经纳滤膜过滤得到聚合度2-7的低聚木糖产品;
步骤三:将步骤二得到的粗木糖液经纳滤膜浓缩,滤出的水中含硫酸,水解过程中加入的硫酸约70%在滤出的水中,可以回收,循环使用,节省成本;
步骤四:将步骤三经纳滤膜浓缩的粗木糖液用碳酸钠中和后,发酵生产木糖醇。
具体实施方式二:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤一中,将秸秆替换为稻壳、竹子、椰壳或锯末中的一种。
具体实施方式三:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以粗木糖液为培养基,接入细菌发酵,并流加粗木糖液,发酵结束后,得到可供提取木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液,经发酵,浓缩,脱色,脱盐,结晶,离心,干燥,得到木糖醇和阿拉伯糖醇。
具体实施方式四:具体实施方式一或三所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,所述步骤四具体为:
(1)一级种子培养
将大肠杆菌(ZUC-220,Zuchem CO。USA)或其它的细菌(如酵母菌)的冷冻(-70℃)细胞,接种培养在含有2000ml LB培养基,在种子罐中36~38℃,220~260rpm,培养12~16小时,然后将该种子培养物转移到5000L种子罐中发酵培养,其中,种子罐培养的培养基包括2~5w/v%的粗木糖,0.2~2.0w/v%的酵母提取物,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~2.0w/v%的K2PO4、0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
(2)发酵罐培养
然后将该种子培养物转移到80000L发酵罐中,以在主培养物中生产木糖醇,为了减小原料对菌体活性的抑制,决定采补料有连续发酵的方式,提高产率;
发酵罐中包括5~10w/v%的木糖,0.2~2.0w/v酵母膏,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~1.0w/v%的NaCl,0.2~2.0w/v%的K2PO4,0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
其中,发酵罐的发酵条件为:温度在36~38℃,pH 6.5~7.5,搅拌速度为80~100rpm,培养基中溶解氧浓度为空气饱和度的20~40%;
接种后12-14小时开始补料,补料速度在200-600L/分钟,最终体积为70000L,加入20000L木糖和葡萄糖的混合溶液;
(3)通过配备Sugar-Pak I柱的高效液相色谱(HPLC)测量木糖醇,葡萄糖,其他糖的量,直至木糖在培养基中完全消耗,其他糖被全部消耗掉,结束发酵,时间在36-48小时,发酵液中含木糖醇80-150克/升,少量的阿拉伯糖醇;
(4)发酵液的后处理和产品回收
将发酵液分离除去细胞和其他残留物,得到清液:利用高速离心机离心分离除去细胞;初步浓缩,利用多效蒸发器蒸发浓缩得到干重45-55wt%的木糖醇液;脱色,利用活性炭脱色,前步的木糖醇液体中加入重量比5-30wt%的活性炭,在50-65℃温度,搅拌45~120分钟,过滤除去活性炭;得到的木糖醇液体进行回收木糖醇,进一步浓缩至80-85wt%放入结晶机中,从85℃开始慢慢降温到62℃时,加入分散于乙醇中的晶种,加入量在0.0001-0.001wt%之间,继续降温至15℃,利用过滤式离心机,回收木糖醇晶体,漂洗后,干燥得到合格的产品。
具体实施方式五:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以酸性的粗木糖液为原料(前述水解是在酸性的条件下进行),经过热脱水,转化为糠醛,蒸馏后得到糠醛和酸性的残液,残液循环回秸秆水解使用。
具体实施方式六:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤二中,秸秆残渣的四种处理方式为:
部分玉米秸秆残渣经烘干造粒,得到热值大于5000大千卡/公斤的可以替代煤炭的燃料;
部分玉米秸秆残渣经合成气生产氢气,由于玉米秸秆经过水洗,水解,去除了秸秆中的N,P,S和盐分,及半纤维素,残渣的C的含量和纯度高,制造氢气的效率高、成本低于直接使用秸秆;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的悬浮液,经过滤,烘干,得到纤维素,纤维素有以下三种处理方式:(1)加工成甲基纤维素纺织;(2)水解成葡萄糖,发酵成酒精;(3)经葡萄糖异构酶,转化成果糖,经细菌发酵,转化为甘露醇,乳酸,醋酸,乙醇;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的洗液,经酸化,絮凝,过滤,烘干,得到高纯度的木质素,进一步加工成甲磺酸木质素。

Claims (6)

1.一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:所述方法具体步骤为:
步骤一:秸秆或其它生物质,经热水洗,过滤,滤出秸秆,滤液经膜浓缩,得到含水溶的葡萄糖,果糖,蛋白质,氨基酸,磷,钾,硫的液体,经浓缩,微生物发酵,得到甘露醇,乳酸,醋酸;分离出甘露醇,乳酸,醋酸后的菌体和残液作有机肥;
步骤二:将步骤一过滤得到的秸秆经生物酶或酸水解,其中的半纤维素水解成木糖,阿拉伯糖,葡萄糖,醋酸,经过滤后,得到秸秆残渣和液体部分,然后液体部分再进行浓缩,得到醋酸和粗木糖液,粗木糖液经纳滤膜过滤得到聚合度2-7的低聚木糖产品;
步骤三:将步骤二得到的粗木糖液经纳滤膜浓缩;
步骤四:将步骤三经纳滤膜浓缩的粗木糖液用碳酸钠中和后,发酵生产木糖醇。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤一中,将秸秆替换为稻壳、竹子、椰壳或锯末中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以粗木糖液为培养基,接入细菌发酵,并流加粗木糖液,发酵结束后,得到可供提取木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液,经发酵,浓缩,脱色,脱盐,结晶,离心,干燥,得到木糖醇和阿拉伯糖醇。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:所述步骤四具体为:
(1)一级种子培养
将大肠杆菌或其它的细菌的冷冻细胞,接种培养在含有2000ml LB培养基,在种子罐中36~38℃,220~260rpm,培养12~16小时,然后将该种子培养物转移到5000L种子罐中发酵培养,其中,种子罐培养的培养基包括2~5w/v%的粗木糖,0.2~2.0w/v%的酵母提取物,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~2.0w/v%的K2PO4、0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
(2)发酵罐培养
然后将该种子培养物转移到80000L发酵罐中,以在主培养物中生产木糖醇,为了减小原料对菌体活性的抑制,决定采补料有连续发酵的方式,提高产率;
发酵罐中包括5~10w/v%的木糖,0.2~2.0w/v酵母膏,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~1.0w/v%的NaCl,0.2~2.0w/v%的K2PO4,0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
其中,发酵罐的发酵条件为:温度在36~38℃,pH 6.5~7.5,搅拌速度为80~100rpm,培养基中溶解氧浓度为空气饱和度的20~40%;
接种后12-14小时开始补料,补料速度在200-600L/分钟,最终体积为70000L,加入20000L木糖和葡萄糖的混合溶液;
(3)通过配备Sugar-Pak I柱的高效液相色谱测量木糖醇,葡萄糖,其他糖的量,直至木糖在培养基中完全消耗,其他糖被全部消耗掉,结束发酵,时间在36-48小时,发酵液中含木糖醇80-150克/升,少量的阿拉伯糖醇;
(4)发酵液的后处理和产品回收
将发酵液分离除去细胞和其他残留物,得到清液:利用高速离心机离心分离除去细胞;初步浓缩,利用多效蒸发器蒸发浓缩得到干重45-55wt%的木糖醇液;脱色,利用活性炭脱色,前步的木糖醇液体中加入重量比5-30wt%的活性炭,在50-65℃温度,搅拌45~120分钟,过滤除去活性炭;得到的木糖醇液体进行回收木糖醇,进一步浓缩至80-85wt%放入结晶机中,从85℃开始慢慢降温到62℃时,加入分散于乙醇中的晶种,加入量在0.0001-0.001wt%之间,继续降温至15℃,利用过滤式离心机,回收木糖醇晶体,漂洗后,干燥得到合格的产品。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以酸性的粗木糖液为原料,经过热脱水,转化为糠醛,蒸馏后得到糠醛和酸性的残液,残液循环回秸秆水解使用。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤二中,秸秆残渣的四种处理方式为:
部分玉米秸秆残渣经烘干造粒,得到热值大于5000大千卡/公斤的可以替代煤炭的燃料;
部分玉米秸秆残渣经合成气生产氢气,由于玉米秸秆经过水洗,水解,去除了秸秆中的N,P,S和盐分,及半纤维素,残渣的C的含量和纯度高,制造氢气的效率高、成本低于直接使用秸秆;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的悬浮液,经过滤,烘干,得到纤维素,纤维素有以下三种处理方式:(1)加工成甲基纤维素纺织;(2)水解成葡萄糖,发酵成酒精;(3)经葡萄糖异构酶,转化成果糖,经细菌发酵,转化为甘露醇,乳酸,醋酸,乙醇;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的洗液,经酸化,絮凝,过滤,烘干,得到高纯度的木质素,进一步加工成甲磺酸木质素。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115477553A (zh) * 2022-10-28 2022-12-16 于立群 一种利用生物法生产糖醇有机肥料的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101220381A (zh) * 2007-01-08 2008-07-16 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法
CN102776244A (zh) * 2012-06-21 2012-11-14 北京化工大学 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺
CN108949839A (zh) * 2018-08-17 2018-12-07 哈尔滨依镁生物工程科技有限公司 一种高纯度木糖醇及其制备方法
CN113337547A (zh) * 2021-06-25 2021-09-03 于立群 一种酒糟综合再利用的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101220381A (zh) * 2007-01-08 2008-07-16 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法
CN102776244A (zh) * 2012-06-21 2012-11-14 北京化工大学 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺
CN108949839A (zh) * 2018-08-17 2018-12-07 哈尔滨依镁生物工程科技有限公司 一种高纯度木糖醇及其制备方法
CN113337547A (zh) * 2021-06-25 2021-09-03 于立群 一种酒糟综合再利用的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115477553A (zh) * 2022-10-28 2022-12-16 于立群 一种利用生物法生产糖醇有机肥料的方法

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