一種玉米全株組分分離分級利用的生物煉制集成工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種玉米全株組分分離分級利用的生物煉制集成工藝，屬于生物質煉 制工程技術領域。
【背景技術】
[0002] 化石燃料資源的日益枯竭，環境污染的日益嚴重，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，又可緩解環境的壓力。而生物質資源由于其結構的特點，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境的壓力。我國是農業大國，但是農作物生物質資源利用率很低，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資源，但大量的枯桿 及玉米芯被閑置，不僅降低了農民的收入，同時對環境也造成了一定的壓力。生物煉制是 利用農業廢棄物、植物基淀粉和木質纖維素材料為原料，生產各種化學品、燃料和生物基材 料。通過生物煉制循環經濟工藝綜合利用玉米枯桿（芯）可大幅擴展原材料的應用。既能 使農民增值增收、緩解環境壓力，又能使企業的利益最大化、變廢為寶，對于解決環保及能 源問題都會起到十分重要的戰略意義。
[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，幾乎不會被人體消化酶所分解，從而達到使益生菌成為腸道優 勢菌種，排除有害菌，調節腸道平衡，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入腸道，是一種具有營養價值的特殊甜味劑，溶于水吸熱，食 用時口感清涼，且不致離齒，是最適合糖尿病患者食用的營養性的食糖代替品；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生出大量的有機酸，該種有機酸對肝臟合成脂肪有抑制作用，再加上 k阿拉伯糖在小腸里對吸收藏糖的抑制作用，從而減少體內新脂肪的產生。功能糖產業迎 合人類對健康的需求，為人類的健康事業作出了積極的貢獻。
[0004] 木質素是一種天然高分子材料，其結構單元中含芳香環，是自然界中唯一能夠提 供芳香環的物質，而一直W來苯、苯酷等含有芳香環的物質均是石化資源裂解的產物，木質 素含有類似的機構，極有可能成為石化資源的替代品，緩解能源危機。所制備的木質素衍生 品木質素賴酸鹽包括木鹽減水劑，木質素經過賴化改性后可作為減水劑、外加劑替代蔡系 減水劑及價格昂貴的聚駿酸減水劑，減輕對傳統石化資源的依賴（90% W上傳統減水劑是 通過石油化工、煤化工制備的工業蔡、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，采用同步糖化發酵工藝可W有效降低酶解產物對 纖維素酶的抑制作用，同時還具有操作簡單、不易染菌和發酵周期短等優點。纖維己醇具有 W下優勢：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、硫化物及揮發性有機化合物的排放，有利于緩解霧靈天氣帶來的環境污染。所 W，將其用作汽車燃料可W保護環境和有效減少對石油的依賴。
[0006] 目前對玉米枯桿（芯）中半纖維素、纖維素、木質素提取及應用研究的較多，但一 般只針對其中的某種或某幾種進行單一研究（如W下幾個相關專利的研究），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、副產物利用不徹底、副產物造成環境 壓力大等若干產業化經濟效益不高等難題，沒有建立一種能夠將玉米枯桿（芯）各組分吃 干棒凈的應用技術平臺。
[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處理后，固液分離，液體為低聚木糖水溶液，固體經過有機溶劑或稀堿 水溶液蒸煮提取木質素，殘渣經過酶解制備生物己醇。該方法雖然將玉米芯中的H個組分 分別進行了利用，但是該方法采用的蒸汽爆破為預處理，并得到低聚木糖水溶液。該方法不 僅能耗大，工業化生產存在很大難度，并且沒有提供任何關于低聚木糖及相關制品的制備 方法等，經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，必定會給后續的 處理過程帶來很大的壓力，很難制備出品質良好的低聚木糖。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公開了一種木質纖維素生物質的綜合利用工藝，該專利采用 甲酸己酸的混合有機酸，酸解木質纖維素生物質，固液分離后固體為纖維素，液體進行濃縮 后得到甲酸己酸蒸汽及濃縮液，濃縮液經助劑稀釋后再次固液分離，固體為木質素，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，并沒有相應的 平臺建設及相關應用說明，產品也較為單一，為較好的理論研究，對于生物質資源的實際工 業化應用不足W起到指導作用。
[0009] 專利CN102776244A公開了一種綜合利用玉米芯等農林廢棄物生產多元糖醇及木 質素的工藝，采用稀酸浸泡預處理或采用白腐真菌降解生物質種的木質素進行生物法預處 理，然后采用高溫蒸煮或蒸汽爆破的方式進行半纖維素的水解，固液分離，W固體為底物進 行酶解，酶解后的固液混合物進行分離，液體為木糖液，木糖液用于純化濃縮結晶制備木糖 晶體及木糖醇，固體進行堿液脫木質素或己醇抽提木質素，處理后的纖維殘渣用于酶解產 葡萄糖并發酵制備2, 3-下二醇。為一種簡單的綜合利用方法，雖然進行了酶制劑的相關說 明，但是木質素卻采用了白腐真菌的降解處理，既消耗了資源又浪費了高分子材料木質素， 并且半纖維素產品類型單一，對于產業化的經濟效益提升有所阻礙。
[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行第一次酸解，使果膠充分溶解到稀糖汁中，糖汁經脫 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，膠液經過處理制備木糖結晶粉，廢棄物為液體廢料，再次剩余渣用己醇 及koh催化劑提取木質素溶液，再用己醇萃取殘渣中的殘留木質素，得到纖維素。該方法的 工藝較為新穎，但是各個工序較為繁瑣，經過多次的酸解工序，多次渣液分離工序，消耗的 人力及動力消耗較大，產品又較為單一，成本會較高，實際工業化生產難度較大。

【發明內容】

[0011] 針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種玉米全株組分分離分級利用的生物 煉制集成工藝。W玉米枯桿（芯）等生物質為原料，構建集生物質預處理技術、生物催化劑 轉化技術、功能糖制備技術、液體燃料制備技術及新型高分子材料轉化技術為一體的工藝 技術路線，并聯產有機飼（服）料、食品級C〇2、沼氣發電等副產品。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、副產物利用不徹底、副產物造成環境壓力 大等若干產業化經濟效益不高的難題，真正實現了玉米全株全組分包括半纖維素、纖維素、 木質素、雜蛋白及生產過程中不可避免產生的0)2、預處理液、廢糖液等的一體化連續利用 工藝。有利于促進生物質行業的快速發展及高效循環經濟的有益運行，增加農民的產值，提 升企業的競爭力，并且整個產業鏈環境友好，具有良好的經濟效益及社會效益，給企業及當 地稅收均帶來了巨大的收益。
[0012] 為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：
[0013] 一種玉米全株組分分離分級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