一種甜高粱秸稈綜合利用的方法

2023-09-16 12:13:20 1

一種甜高粱秸稈綜合利用的方法
【專利摘要】本發明提供一種甜高粱秸稈綜合利用的方法。它是將鮮甜高粱秸稈去葉粉碎後，研磨成漿料，再加入萃取劑，提取出單寧；然後再製備果膠、乙醇、纖維素和木質素，從而使甜高粱秸稈得到充分的運用。本發明實現了甜高粱秸稈加工環境友好和集約高效的目標，充分利用了甜高粱秸稈中的有用物質，增加了甜高粱秸稈加工附加值，提高了資源利用效率，實現了生產過程汙染物零排放。有利於提高農戶種植甜高粱的積極性，並將有力地促進甜高粱的原料基地建設。
【專利說明】一種甜高粱秸稈綜合利用的方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於生物質材料與能源【技術領域】，具體地說，涉及一種甜高粱秸杆綜合利 用的方法。

【背景技術】
[0002] 甜高粱是生物學產量最高的農作物之一，在我國有悠久的栽培歷史，南方和北方 均有大面積種植。新鮮的甜高粱秸杆乾物質約含纖維素20?22%，木質素10?12%，半纖 維素16?19%，果膠10?13 %，粗蛋白3?4%，總糖含量35?41 %，單寧0· 4?2. 5%， 粗脂肪、礦物質等其它3?5%。
[0003] 目前，甜高粱秸杆利用主要用於製備乙醇，經中試經濟核算，成本偏高，效益偏低， 始終無法產業化推廣應用。現甜高粱秸杆的綜合利用，最多只是"乙醇-紙板"、"乙醇-酒 糟飼料"、"乙醇-木糖"聯產，對甜高粱秸杆有用物質的利用還不徹底，經濟效益未能充分發 揮；如，製得的紙板纖維僅僅達到製作紙板或紙箱的水平，酒糟飼料的附加值較低，即使是 提取木糖，經濟效益也有待於提高。這樣，既造成資源浪費，又產生大量排放，原料價格得不 到提高，嚴重影響農戶種植甜高粱的積極性，甜高粱原料基地的規模無法擴大發展，從而也 制約了燃料乙醇產業發展。
[0004] 甜高粱是為數不多的植株含單寧較高的C4作物。單寧亦稱栲膠，在醫藥、印染、化 工、臺金、釀酒、文具等行業廣泛應用。傳統的單寧生產是從青柿子和五倍子中提取，每生產 1萬噸的單寧大約需要上10萬畝的柿子或五倍子林種植面積。由於土地資源有限，傳統單 寧提取方法無法滿足市場需求。近些年有利用松針及一些野生植物提取，但仍無法滿足市 場需求。如能利用甜高粱秸杆提取單寧，既可增加甜高粱秸杆加工的附加值，也可補充單寧 市場不足。此外，乙醇、果膠、纖維、木質素、飼料均為我國緊缺物資。"十二五"規劃我國推 廣燃料乙醇500萬噸，現有產能不足300萬噸。果膠、纖維和木質素近10年來長期依賴進 口滿足國內市場需求。我國雖是農業大國，糧食供給卻很緊張，也是飼料缺乏國家，蛋白飼 料尤其缺乏。以此拉動內需，大量發展以上緊缺物資生產，正是甜高粱秸杆加工業發展的良 好契機。
[0005] 因此，甜高粱秸杆全身皆寶。充分提取甜高粱秸杆有用成分，不僅其經濟價值將成 數倍增長，提升甜高粱秸杆原料價格，提高農戶種植甜高粱的積極性，帶動甜高粱種植業和 相關加工業可持續發展，而且促進了燃料乙醇產業化發展，同時，避免了資源浪費和大量廢 物排放。


【發明內容】

[0006] 為克服現有技術的不足之處，本發明提供一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，聯合 生產乙醇、單寧、果膠、纖維、木質素，從而降低甜高粱秸杆的綜合利用成本，增加甜高粱秸 杆加工附加值，提高資源利用效率，實現生產過程汙染物零排放。
[0007] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是，甜高粱秸杆綜合利用的方法，包含 以下步驟：
[0008] (1)製備秸杆漿料：將鮮甜高粱秸杆去除葉子，粉碎後，磨製成80目以上的甜高粱 結杆楽料；
[0009] (2)萃取製備單寧：將甜高粱秸杆漿料投入分餾塔中，加入萃取劑，充分攪拌後， 靜置分層；將上層萃取液泵入蒸餾器，蒸餾回收萃取劑，萃取劑蒸發後，製得單寧；
[0010] (3)榨取糖汁：對步驟（2)中分餾塔下層的漿料進行壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的 糖汁，再將壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣用清水浸泡後，進行二次壓榨，並將兩次壓榨出的糖 汁混合備用；
[0011] (4)製備果膠：將經二次壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣放入反應罐，並加入稀硫酸； 然後通蒸汽加熱至80?100°C，並保溫20?40min，使甜高粱秸杆漿料渣中的果膠充分溶 解，再進行壓榨，使果膠溶液與甜高粱秸杆漿料渣分離；在壓榨出的果膠溶液中加入活性 炭，對果膠溶液脫色，過濾後獲得的果膠液，在果膠液中加入乙醇，使果膠析出；然後用離心 機脫除溶液，提取果膠；果膠經清洗，乾燥，粉碎，製得果膠成品；將分離出的溶液泵入蒸餾 器，回收乙醇；殘留的酸液，用於後續加壓酸解溶液；
[0012] (5)製備乙醇：將步驟（4)中榨取果膠溶液後的甜高粱秸杆漿料渣與殘留的酸液 混合均勻，並將混合物料的硫酸濃度調節至3?8%。，泵入反應罐，通入蒸汽加熱至115? 125°C，保持50?90min，完成加壓酸解過程，使半纖維素充分降解於酸液中，然後通冷水使 反應罐降溫至l〇〇°C以下，榨出糖汁；將榨出的糖汁與步驟（3)所榨取的糖汁混合，在混合 後的糖汁中加入氨水，使溏汁中（冊1 4)2504的含量為1?1. 5g / L ;再加入營養鹽，然後加入 熟石灰，將糖汁的PH值調整至4?5 ;
[0013] 取調製後糖汁質量的1 / 1100?1 / 900,稀釋成糖度為2%的糖水溶液，投入酵 母罐中，再投入調製後的糖汁質量2 / 11000?2 / 9000的糖質酒精安琪酵母和產朊假絲 酵母，糖質酒精安琪酵母和產朊假絲酵母按5?8 :2?5的比例混合，並用無菌風給酵母罐 中稀糖液增氧，進行酵母擴繁，100?150min擴繁結束；
[0014] 將調製後的糖汁和擴繁後的酵母液送入發酵袋，然後封閉發酵袋進行厭氧發酵 30?48h，檢測殘餘還原糖含量，還原糖含量小於0. 5%，酒精發酵結束；將發酵成熟後的酒 液，送入蒸餾釜，經過蒸餾提取粗酒，再精餾、脫水，製得燃料乙醇；發酵袋內殘留沉澱的活 酵母泥，用於下次糖液發酵，重複利用5?6次後，酵母活性下降，回收酵母，清洗，乾燥，制 備酵母蛋白飼料；
[0015] (6)製備纖維素和木質素：步驟（5)中榨取糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣，經清水 浸泡後，榨取出稀糖汁；將壓榨出稀糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣投入料渣質量4?6倍的 30%乙醇中，並加入Κ0Η作為催化劑，混合均勻後，送入搪瓷反應罐中，密閉，通入蒸汽加 熱，使溫度上升至95?105°C，保持55?65min，完成渣料的加壓醇解過程，使渣料的木質 素充分降解；然後，通冷水冷卻反應罐，溫度降至50°C以下，壓榨出纖維素料渣與木質素溶 液；纖維素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗淨，漂白，製得纖維素；對木質素溶液進行 蒸餾，回收酒液；將析出木質素過濾，洗淨，乾燥，製得木質素；回收酒液繼續用於醇析，或 用於蒸餾燃料乙醇。
[0016] 上述步驟（1)中，加工甜高粱秸杆漿料時，將萃取劑與粉碎後的甜高粱秸杆一起 送入磨漿機內，使萃取劑與甜高粱秸杆漿料的混合更為充分。
[0017] 上述步驟（2)中加入的萃取劑為醚類；甜高粱秸杆漿料與萃取劑的質量比為1 : 0· 7 ?1. 1。
[0018] 上述步驟⑶中，壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣與清水的質量比為1 :1?1. 5。
[0019] 上述步驟⑷中的稀硫酸濃度為3?8%。，甜高粱秸杆漿料渣與稀硫酸的質量比 為1 :2. 04?3. 84 ;果膠溶液乾物質與活性炭的質量比為1 :0. 05?0. 08 ;乙醇的濃度為 95%，果膠液與乙醇的質量比為1 :0. 7?1. 5。
[0020] 將步驟（4)中過濾出果膠液後得到的活性碳渣，與步驟（5)中對酒液蒸餾出粗酒 後得到的醪液合併，製備液體肥料。
[0021] 上述步驟（5)中營養鹽為MgS04、腿#04和CaCl 2 ;每升調製好的糖汁中，MgS04、 ΚΗ2Ρ04和CaCl2的加入量分別為8?12g、4?6g和4?6g。
[0022] 上述步驟（5)中榨取的糖汁，或者經過脫色、離子交換、納米超濾、濃縮結晶工序， 提取附加值更高的木糖；這是由於榨出的糖汁主要成分為木糖，另外還含阿拉伯糖、半乳 糖、甘露糖。
[0023] 上述步驟（6)中作為催化劑的Κ0Η，與壓榨出稀糖汁後加入30%乙醇的甜高粱秸 杆漿料質量比為1 :900?1100。
[0024] 上述步驟￠)中製得的纖維素，採用纖維素酶降解，再發酵，生產纖維素乙醇。
[0025] 上述步驟（6)中榨出的稀糖汁，或者用於下一批次的步驟（4)中代替稀硫酸，甜高 粱秸杆漿料渣與稀糖汁的質量比為1 :4?6。
[0026] 本發明所述的甜高粱秸杆綜合利用的方法，使秸杆中的單寧、果膠、乙醇、纖維和 木質素得到了充分地利用，且回收了酵母，同現有甜高粱秸杆加工技術相比，有如下優勢 ：
[0027] 與現有的"固體發酵法"、"榨汁發酵法"相比，本發明不僅利用甜高粱秸杆的葡萄 糖、果糖、蔗糖，還利用了半纖維降解的木糖、甘露糖發酵乙醇，乙醇產率大幅度提高。
[0028] 與現有的"打漿法"相比，本發明在繼承和發揚"打漿法"優越性的基礎上，集成了 "萃取技術"、"酸解技術"和"醇解技術"，進一步挖掘甜高粱秸杆資源的利用價值，充分提取 了甜高粱秸杆的有用成分，使甜高粱秸杆開發利用從煉製乙醇單一產品，轉變為開發多種 廣品，大幅度提商了甜商梁等結杆深加工的經濟效益。
[0029] 與現有的"乙醇-紙板"、"乙醇-酒糟飼料"、"乙醇-木糖"綜合利用法相比，本發 明在集成多項技術的基礎上，從甜高粱秸杆中提取了單寧、乙醇、果膠、纖維、木質素，並回 收酵母等多種產品。同時，本發明充分考慮了甜高粱秸杆加工與生態環境保護的統一，在生 產過程中使用了能夠轉化為肥料的藥劑和溶劑，做到了所有廢液、廢渣均轉化為肥料。
[0030] 因此，本發明實現了甜高粱秸杆加工環境友好和集約高效的目標，充分利用了甜 高粱秸杆中的有用物質，增加了甜高粱秸杆加工附加值，提高了資源利用效率，實現了生產 過程汙染物零排放。有利於提高農戶種植甜高粱的積極性，並將有力地促進甜高粱的原料 基地建設。

【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例對本發明作進一步詳述。
[0032] 實施例1 :
[0033] (1)製備秸杆漿料：將採集的鮮甜高粱秸杆除葉後，送入粉碎機將其粉碎成菸絲 狀的甜高粱秸杆絲，取1000千克秸杆絲，測定其水分含量為75%，即乾物質含量為25%;幹 物質中可溶性總糖含量為48%，約120千克；其它渣料佔52%，約130千克；再將甜高粱秸 杆絲送入磨漿機同時泵入1100千克丙醚，研磨成100目的甜高粱秸杆混合漿料；
[0034] (2)萃取製備單寧：將甜高粱秸杆混合漿料投入分餾塔中，攪拌20min，再靜置 60min，萃取液與漿料充分分層後，將分餾罐上部的萃取液抽入蒸餾器，回收萃取劑，獲得粗 單寧2. 3千克；
[0035] (3)榨取糖汁：對步驟（2)中分餾塔下層的漿料進行壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的 糖汁740千克和甜高粱秸杆漿料渣260千克，再將壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣用260千克 清水浸泡後，進行二次壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的糖汁275千克和甜高粱秸杆漿料渣245 千克，並將兩次壓榨出的糖汁混合，共得到1015千克糖汁，備用；
[0036] (4)製備果膠：將經二次壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣，放入搪瓷反應罐，並加入 500L濃度為0. 8%的稀硫酸；然後通蒸汽加熱至100°C，並保溫20min，使甜高粱秸杆漿料渣 中的果膠充分溶解，再進行壓榨，使果膠溶液與甜高粱秸杆漿料渣分離，得到450L的果膠 溶液和210千克的甜高粱秸杆漿料渣；在壓榨出的果膠溶液中加入3040g活性炭，對果膠溶 液脫色，過濾後獲得的果膠液，在果膠液中加入675L、濃度為95%的乙醇，使果膠析出；然 後用離心機脫除溶液，提取果膠；果膠經清洗，乾燥，粉碎，製得38千克果膠成品；將分離出 的溶液泵入蒸餾器，回收75%的乙醇850L ;殘留的酸液270L，用於後續加壓酸解溶液；
[0037] (5)製備乙醇：將步驟（4)中榨取果膠溶液後的甜高粱秸杆漿料渣210千克與殘 留的酸液（270L)混合均勻，並將混合物料的硫酸濃度調節至8%。，泵入反應罐，通入蒸汽加 熱至125°C，保持50min，完成加壓酸解過程，使半纖維素充分溶於酸液中，然後通冷水使反 應罐降溫至l〇〇°C以下，榨出糖汁320L，渣料176千克；將榨出的糖汁與步驟（3)所榨取的 糖汁混合，在混合後的糖汁中加入氨水，使溏汁中（冊1 4)2504的含量為1. 5g / L ;再加入作為 營養鹽的MgS04、腿#04和CaCl2，分別為11850g、5900g和5900g ;然後加入熟石灰，將糖汁 的PH值調至5 ;得到調製好的糖汁1335L ;
[0038] 取1 / 900調製後的糖汁14. 83L，加水稀釋成糖度為2%的糖水溶液，投入酵母罐 中，再投入調製後的糖汁質量2 / 11000的酵母240克，其中糖質酒精安琪酵母和產朊假絲 酵母分別為192克和48克，並用無菌風給罐中稀糖液增氧，進行酵母擴繁，約150min擴繁 結束；
[0039] 將調製後的糖汁和擴繁後的酵母液送入發酵袋，然後封閉發酵袋進行厭氧發酵 48h，檢測殘餘還原糖含量，小於0. 5 %，酒精發酵結束；將發酵成熟後的酒液，送入蒸餾釜， 經過蒸餾提取40% (v / v)粗酒，再精餾、脫水提取99.2% (v / v)的燃料乙醇72千克； 回收發酵袋內殘留沉澱的活酵母泥97千克，用於下一批次糖液發酵（在重複利用6次後， 酵母活性下降，回收酵母，清洗，乾燥，用於製作乾酵母蛋白飼料）；
[0040] (6)製備纖維素和木質素：步驟（5)中榨取糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣176千克， 放入100L的清水浸泡後，榨取出稀糖汁；將壓榨出稀糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣投入料渣 質量5倍的30%乙醇中，並加入978克Κ0Η作為催化劑，混合均勻後，送入搪瓷反應罐中， 通入蒸汽加熱，使溫度上升至l〇5°C，保持55min，完成渣料的加壓醇解過程，使渣料的木質 素充分降解；然後，通冷水冷卻反應罐，溫度降至50°C以下，壓榨出纖維素料渣與木質素溶 液；纖維素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗淨，漂白，製得63千克的纖維素；對木質素 溶液進行蒸餾，回收酒液；將析出木質素過濾，洗淨，乾燥，製得木質素25千克；回收的酒液 用於下一生產批次的醇析，或用於蒸餾燃料乙醇；
[0041] (7)製備液體肥料：將步驟（4)中過濾出果膠液後得到的活性碳渣，與步驟（5)中 對酒液蒸餾出粗酒後得到的醪液合併，並將PH值調節到7,得到液體肥料432千克。
[0042] 本實施例，製得粗單寧2. 3千克、果膠38千克、纖維素63千克、木質素25千克、乙 醇72千克和液體肥料432千克，回收活酵母泥97千克。經核算，加工1噸鮮甜高粱秸杆， 可獲得2642元利潤。
[0043] 實施例2 :
[0044] (1)製備秸杆漿料：採集的鮮甜高粱秸杆除葉後，送入粉碎機將其粉碎成菸絲狀 的甜高粱秸杆絲；取1000千克的甜高粱秸杆絲送入磨漿機磨漿機研磨成100目的甜高粱秸 杆漿料；
[0045] (2)萃取製備單寧：將甜高粱秸杆漿料投入分餾塔中，加入900L的烯丙基乙基醚 作為萃取劑，攪拌l〇min，再靜置30min，萃取液與漿料充分分層後，將分餾罐上部的萃取液 抽入蒸餾器，回收萃取劑，獲得粗單寧2. 1千克；
[0046] (3)榨取糖汁：對步驟（2)中分餾塔下層的漿料進行壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的 糖汁735千克和甜高粱秸杆漿料渣265千克，再將壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣用300千克 清水浸泡後，進行二次壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的糖汁320千克和甜高粱秸杆漿料渣260 千克，並將兩次壓榨出的糖汁混合，共得到1055千克糖汁，備用；
[0047] (4)製備果膠：將經二次壓榨後的甜高粱秸杆漿料漁，放入搪瓷反應罐，並加入 1000L濃度為5%的稀硫酸；然後通蒸汽加熱至90°C，並保溫30min，使甜高粱秸杆漿料渣中 的果膠充分溶解，再進行壓榨，使果膠溶液與甜高粱秸杆漿料渣分離，得到810L的果膠溶 液和215千克的甜高粱秸杆漿料渣；在壓榨出的果膠溶液中加入2535g活性炭，對果膠溶液 脫色，過濾後獲得的果膠液，在果膠液中加入891L濃度為95%的乙醇，使果膠析出；然後用 離心機脫除溶液，提取果膠；果膠經清洗，乾燥，粉碎，製得39千克果膠成品；將分離出的溶 液泵入蒸餾器，回收75%的乙醇1131L;殘留的酸液570L，用於後續加壓酸解溶液；
[0048] (5)製備乙醇：將步驟（4)中榨取果膠溶液後的甜高粱秸杆漿料渣215千克與殘 留的酸液570L混合均勻，並將混合物料的硫酸濃度調節至5%。，泵入反應罐，通入蒸汽加熱 至120°C，保持70min，完成加壓酸解過程，使半纖維素充分溶於酸液中，然後通冷水使反應 罐降溫至l〇〇°C以下，榨出糖汁530L;將榨出的糖汁與步驟（3)所榨取的糖汁混合，在混合 後的糖汁中加入氨水，使溏汁中（順 4)#04的含量為1. 25g / L ;再加入作為營養鹽的MgS04、 ΚΗ2Ρ04和CaCl2，分別為15850g、7900g和7900g ;然後加入熟石灰，將糖汁的PH值調整至 4. 5 ;得到調製好的糖汁1585L ;
[0049] 取1 / 1000調整好的糖汁，將糖濃度調至2% ;加調製後糖汁2 / 10000的酵母 288克，其中，安琪酵母和產朊假絲菌分別為144克和144克。並用無菌風給酵母菌增氧，進 行酵母擴繁，120min擴繁結束。
[0050] 將擴繁後的酵母和調製後的糖汁充分混合後，送入發酵袋，然後封閉發酵袋進行 厭氧發酵39h，檢測殘餘還原糖含量，還原糖含量小於0. 5%，酒精發酵結束；將發酵成熟後 的酒液，送入蒸餾釜，經過蒸餾提取40% (v / v)粗酒，再精餾、脫水提取99.2% (v / v)的 燃料乙醇72千克；回收發酵袋內殘留沉澱的活酵母泥107千克，用於下一批次糖液發酵；
[0051] (6)製備纖維素和木質素：步驟（5)中榨取糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣180千克， 放入100L的清水浸泡後，榨取出稀糖汁；將壓榨出稀糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣投入料渣 質量5倍的30%乙醇中，並加入900克Κ0Η作為催化劑，混合均勻後，送入搪瓷反應罐中， 通入蒸汽加熱，使溫度上升至l〇〇°C，保持60min，完成渣料的加壓醇解過程，使渣料的木質 素充分降解；然後，通冷水冷卻反應罐，溫度降至50°C以下，壓榨出纖維素料渣與木質素溶 液；纖維素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗淨，漂白，製得65千克的纖維素；對木質素 溶液進行蒸餾，回收酒液；將析出木質素過濾，洗淨，乾燥，製得木質素27千克；回收的酒液 繼續用於醇析，或用於蒸餾燃料乙醇；
[0052] 將上述製得的65千克的纖維素，採用酶解發酵法生產乙醇，製得99. 2%乙醇9千 克，剩餘47千克纖維；
[0053] (7)製備液體肥料：將步驟（4)中過濾出果膠液後得到的活性碳渣，與步驟（5)中 對酒液蒸餾出粗酒後得到的醪液合併，並將PH值調節到7,得到液體肥料655幹克。
[0054] 本實施例，製得粗單寧2. 3千克、果膠38千克、纖維素47千克、木質素27千克、乙 醇81千克和液體肥料655千克，回收活酵母泥107千克。經核算，可獲得2741元利潤。
[0055] 實施例3 :
[0056] (1)製備秸杆絲：採集的鮮甜高粱秸杆除葉後，送入粉碎機將其粉碎成菸絲狀的 甜1?梁結杆絲；
[0057] (2)萃取製備單寧：將1000千克的甜高粱秸杆絲與700L的作為萃取劑的甲基丁 基醚一併送入磨漿機中，並保證甜高粱秸杆絲與萃取劑均勻、同步添加，研磨成100目的甜 1?梁結杆菜料；
[0058] 將甜高粱秸杆漿料投入分餾塔中，攪拌15min，再靜置45min，萃取液與漿料充分 分層後，將分餾罐上部的萃取液抽入蒸餾器，回收萃取劑，獲得粗單寧2. 3千克；
[0059] (3)榨取糖汁：對步驟（2)中分餾塔下層的漿料進行壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料 的糖汁740千克和甜高粱秸杆漿料渣260千克，再將壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣用390千 克清水浸泡後，進行二次壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的糖汁405千克和甜高粱秸杆漿料渣 245,並將兩次壓榨出的糖汁混合，共得到1145千克糖汁，備用；
[0060] (4)製備果膠：將經二次壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣，放入搪瓷反應罐，並加入 750L濃度為5%的稀硫酸；然後通蒸汽加熱至80°C，並保溫40min，使甜高粱秸杆漿料渣中 的果膠充分溶解，再進行壓榨，使果膠溶液與甜高粱秸杆漿料渣分離，得到770L的果膠溶 液和220千克的甜高粱秸杆漿料渣；在壓榨出的果膠溶液中加入1900g活性炭，對果膠溶液 脫色，過濾後獲得的果膠液，在果膠液中加入539L、濃度為95%的乙醇，使果膠析出；然後 用離心機脫除溶液，提取果膠；果膠經清洗，乾燥，粉碎，製得38千克果膠成品；將分離出的 溶液泵入蒸餾器，回收75%的乙醇889L ;殘留的酸液428L，用於後續加壓酸解溶液；
[0061] (5)製備木糖：將步驟⑷中榨取果膠溶液後的甜高粱秸杆漿料渣（220kg)與殘 留的酸液（428L)混合均勻，並將混合物料的硫酸濃度調節至3%。，泵入反應罐，通入蒸汽加 熱至115°C，保持90min，完成加壓酸解過程，使半纖維素充分降解於酸液中，然後通冷水使 反應罐降溫至l〇〇°C以下，榨出糖汁；將榨出的糖汁經過加活性炭脫色、離子交換、納米超 濾、濃縮結晶工序，製得9千克的木糖；收集結晶剩餘殘糖汁110L備用；
[0062] (6)製備纖維素和木質素：步驟（5)中榨取糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣（125kg)， 放入100L的清水浸泡後，榨取出稀糖汁（112L);將壓榨出稀糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣投 入料渣質量6倍的30%乙醇中，並加入556克K0H作為催化劑，混合均勻後，送入搪瓷反應 罐中，通入蒸汽加熱，使溫度上升至95°C，保持55min，完成渣料的加壓醇解過程，使渣料的 木質素充分降解；然後，通冷水冷卻反應罐，溫度降至50°C以下，壓榨出纖維素料渣與木質 素溶液；纖維素渣料，先用30 %乙醇清洗，再用清水洗淨，漂白，製得62千克的纖維素；對木 質素溶液進行蒸餾，回收酒液；將析出木質素過濾，洗淨，乾燥，製得木質素26千克；回收的 酒液繼續用於醇析，或用於蒸餾燃料乙醇；
[0063] (7)製備乙醇：將步驟（3)、步驟（5)和步驟（6)獲得的糖汁混合，得糖汁1367L。 在混合後的糖汁中加入氨水，使溏汁中（冊1 4)2504的含量為lg / L;再加入作為營養鹽的 MgS04、腿#04和CaCl2，分別為14670g、7335g和7335g ;然後加入熟石灰，將糖汁的PH值調 整至4. 0 ;得到調製好的糖汁1370L ;實施例2回收的活酵母泥88千克，直接與步驟（3)的 糖汁混合，送入發酵袋進行厭氧發酵36h，檢測殘餘還原糖，還原糖含量小於0. 5 %，酒精發 酵結束；將發酵成熟後的酒液，送入蒸餾釜，經過蒸餾提取40% (v / v)粗酒，再精餾、脫水 提取99.2% (v / v)的燃料乙醇59千克；發酵袋內殘留沉澱的活酵母泥90千克，用於下 次糖液發酵；
[0064] (8)製備液體肥料：將步驟（4)、步驟（5)中過濾出果膠液後得到的活性碳渣，與步 驟（7)中對酒液蒸餾出粗酒後得到的醪液合併，並將PH值調節到7,得到液體肥料632千 克。
[0065] 本實施例，製得粗單寧2. 3千克、果膠38千克、纖維素63千克、木質素25千克、乙 醇59千克、木糖9千克和液體肥料632千克，回收活酵母泥90千克。經核算，加工1噸鮮 甜高粱秸杆，可獲得2866元利潤。
[0066] 實施例4 :
[0067] (1)製備秸杆絲：採集的鮮甜高粱秸杆除葉後，送入粉碎機將其粉碎成菸絲狀的 甜1?梁結杆絲；
[0068] (2)萃取製備單寧：取1000千克的甜高粱秸杆絲與1000L的作為萃取劑的異丙醚 一併送入磨漿機中，並保證甜高粱秸杆絲與萃取劑均勻、同步添加，研磨成100目的甜高粱 結杆楽料；
[0069] 將甜高粱秸杆漿料投入分餾塔中，攪拌150min，再靜置35min，萃取液與漿料充分 分層後，將分餾罐上部的萃取液抽入蒸餾器，回收萃取劑，獲得粗單寧2. 3千克；
[0070] (3)榨取糖汁：對步驟（2)中分餾塔下層的漿料進行壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的 糖汁738千克和甜高粱秸杆漿料渣262千克，再將壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣用315千克 清水浸泡後，進行二次壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的糖汁332千克和甜高粱秸杆漿料渣245 千克，並將兩次壓榨出的糖汁混合，共得到1070千克糖汁，備用；
[0071] (4)製備果膠：將經二次壓榨後的甜高粱秸杆漿料漁，放入搪瓷反應罐，並加入 500L之前其它批次步驟（6)中榨取出的稀糖汁；然後通蒸汽加熱至KKTC，並保溫20min， 使甜高粱秸杆漿料渣中的果膠充分溶解，再進行壓榨，使果膠溶液與甜高粱秸杆漿料渣分 離，得到540L的果膠溶液和210千克的甜高粱秸杆漿料渣；在壓榨出的果膠溶液中加入 2470g活性炭，對果膠溶液脫色，過濾後獲得的果膠液，在果膠液中加入500L濃度為95%的 乙醇，使果膠析出；然後用離心機脫除溶液，提取果膠；果膠經清洗，乾燥，粉碎，製得38千
【權利要求】
1. 一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，包含以下步驟： (1) 製備秸杆漿料：將鮮甜高粱秸杆去除葉子，粉碎後，磨製成80目以上的甜高粱秸杆 漿料； (2) 萃取製備單寧：將甜高粱秸杆漿料投入分餾塔中，加入萃取劑，充分攪拌後，靜置 分層；將上層萃取液泵入蒸餾器，蒸餾回收萃取劑，萃取劑蒸發後，製得單寧； (3) 榨取糖汁：對步驟（2)中分餾塔下層的漿料進行壓榨，榨出甜高粱秸杆漿料的糖 汁，再將壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣用清水浸泡後，進行二次壓榨，並將兩次壓榨出的糖汁 混合備用； (4) 製備果膠：將經二次壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣放入反應罐，並加入稀硫酸；然後 通蒸汽加熱至80?100°C，並保溫20?40min，使甜高粱秸杆漿料渣中的果膠充分溶解，再 進行壓榨，使果膠溶液與甜高粱秸杆漿料渣分離；在壓榨出的果膠溶液中加入活性炭，對果 膠溶液脫色，過濾後獲得的果膠液，在果膠液中加入乙醇，使果膠析出；然後用離心機脫除 溶液，提取果膠；果膠經清洗，乾燥，粉碎，製得果膠成品；將分離出的溶液泵入蒸餾器，回 收乙醇；殘留的酸液，用於後續加壓酸解溶液； (5) 製備乙醇：將步驟（4)中榨取果膠溶液後的甜高粱秸杆漿料渣與殘留的酸液混 合均勻，並將混合物料的硫酸濃度調節至3?8%。，泵入反應罐，通入蒸汽加熱至115? 125°C，保持50?90min，完成加壓酸解過程，使半纖維素充分降解於酸液中，然後通冷水使 反應罐降溫至l〇〇°C以下，榨出糖汁；將榨出的糖汁與步驟（3)所榨取的糖汁混合，在混合 後的糖汁中加入氨水，使溏汁中（NH4)2S04的含量為1?1. 5g / L ;再加入營養鹽，然後加 入熟石灰，將糖汁的PH值調整至4?5 ; 取調製後糖汁質量的1 / 1100?1 / 900,稀釋成糖度為2%的糖水溶液，投入酵母罐 中，再投入調製後的糖汁質量2 / 11000?2 / 9000的糖質酒精安琪酵母和產朊假絲酵母， 糖質酒精安琪酵母和產朊假絲酵母按5?8 :2?5的比例混合，並用無菌風給酵母罐中稀 糖液增氧，進行酵母擴繁，100?150min擴繁結束； 將調製後的糖汁和擴繁後的酵母液送入發酵袋，然後封閉發酵袋進行厭氧發酵30? 48h，檢測殘餘還原糖含量，還原糖含量小於0. 5%，酒精發酵結束；將發酵成熟後的酒液， 送入蒸餾釜，經過蒸餾提取粗酒，再精餾、脫水，製得燃料乙醇；發酵袋內殘留沉澱的活酵母 泥，用於下次糖液發酵，重複利用5?6次後，酵母活性下降，回收酵母，清洗，乾燥，製備酵 母蛋白飼料； (6) 製備纖維素和木質素：步驟（5)中榨取糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣，經清水浸泡 後，榨取出稀糖汁；將壓榨出稀糖汁後的甜高粱秸杆漿料渣投入料渣質量4?6倍的30% 乙醇中，並加入KOH作為催化劑，混合均勻後，送入搪瓷反應罐中，密閉，通入蒸汽加熱，使 溫度上升至95?105°C，保持55?65min，完成渣料的加壓醇解過程，使渣料的木質素充分 降解；然後，通冷水冷卻反應罐，溫度降至50°C以下，壓榨出纖維素料渣與木質素溶液；纖 維素渣料，先用30%乙醇清洗，再用清水洗淨，漂白，製得纖維素；對木質素溶液進行蒸餾， 回收酒液；將析出木質素過濾，洗淨，乾燥，製得木質素；回收酒液繼續用於醇析，或用於蒸 餾燃料乙醇。
2. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟（1) 中，加工甜高粱秸杆漿料時，將萃取劑與粉碎後的甜高粱秸杆一起送入磨漿機內，使萃取劑 與甜高粱秸杆漿料的混合更為充分。
3. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟（2) 中加入的萃取劑為醚類；甜高粱秸杆漿料與萃取劑的質量比為1 :〇. 7?1. 1。
4. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟（3) 中，壓榨後的甜高粱秸杆漿料渣與清水的質量比為1 :1?1. 5。
5. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟（4) 中的稀硫酸濃度為3?8%。，甜商梁結杆楽料漁與稀硫酸的質量比為1 :2. 04?3. 84 ;果月父 溶液乾物質與活性炭的質量比為1 :〇. 05?0. 08 ;乙醇的濃度為95%，果膠液與乙醇的質 量比為1 :〇· 7?1. 5。
6. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，將步驟（4)中 過濾出果膠液後得到的活性碳渣，與步驟（5)中對酒液蒸餾出粗酒後得到的醪液合併，制 備液體肥料。
7. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟（5) 中營養鹽為MgS04、KH2P04和CaC12 ;每升調製好的糖汁中，MgS04、KH2P04和CaC12的加入 量分別為8?12g、4?6g和4?6g。
8. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟（5) 中榨取的糖汁，或者經過脫色、離子交換、納米超濾、濃縮結晶工序，提取附加值更高的木 糖；這是由於榨出的糖汁主要成分為木糖，另外還含阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖。
9. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟 (6)中作為催化劑的KOH，與壓榨出稀糖汁後加入30%乙醇的甜高粱秸杆漿料質量比為1 : 900 ?1100。
10. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟 (6)中製得的纖維素，採用纖維素酶降解，再發酵，生產纖維素乙醇。
11. 根據權利要求1所述的一種甜高粱秸杆綜合利用的方法，其特徵在於，上述步驟 (6)中榨出的稀糖汁，或者用於下一批次的步驟（4)中代替稀硫酸，甜高粱秸杆漿料渣與稀 糖汁的質量比為1 :4?6。
【文檔編號】C07H13/08GK104109694SQ201310660654
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】張永北, 周汝琴, 何衝霄, 商中水, 嚴國紅, 鄭海東, 孫明法, 姚立生, 羅靖, 賴世巖, 張愛誠 申請人:鹽城市北鷗生化能源科技有限公司, 江蘇沿海地區農業科學研究所