一种玉米全株组分分离分级利用的生物炼制集成工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玉米全株组分分离分级利用的生物炼制集成工艺，属于生物质炼 制工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 化石燃料资源的日益枯竭，环境污染的日益严重，使得人类在急切寻找可替代的 能源品，既解决石化枯竭问题，又可缓解环境的压力。而生物质资源由于其结构的特点，可 W作为一种新能源及新材料的原料，来逐步替代日益枯竭的能源，并且可W缓解尾气排放 及废弃物的燃烧带给环境的压力。我国是农业大国，但是农作物生物质资源利用率很低，大 量的被用作柴薪或腐烂废弃，玉米枯杆及玉米芯是一种重要的生物质资源，但大量的枯杆 及玉米芯被闲置，不仅降低了农民的收入，同时对环境也造成了一定的压力。生物炼制是 利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基材 料。通过生物炼制循环经济工艺综合利用玉米枯杆（芯）可大幅扩展原材料的应用。既能 使农民增值增收、缓解环境压力，又能使企业的利益最大化、变废为宝，对于解决环保及能 源问题都会起到十分重要的战略意义。
[0003] 玉米枯杆（芯）其主要成分为半纤维素、纤维素及木质素。玉米枯杆（芯）的半纤 维素通过酸解或者酶解的方法制备功能糖系列产品包括低聚木糖、木糖、木糖醇、阿拉伯糖 等。低聚木糖可W促进肠道双歧杆菌的增殖活性，使双歧杆菌大量增殖，其双歧因子功能是 其它聚合糖类的10-20倍，几乎不会被人体消化酶所分解，从而达到使益生菌成为肠道优 势菌种，排除有害菌，调节肠道平衡，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进入肠道，是一种具有营养价值的特殊甜味剂，溶于水吸热，食 用时口感清凉，且不致離齿，是最适合糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品；阿拉伯糖， 一是能抑制水解双糖的酶，因此抑制因摄入藏糖而导致的血糖升高，简称抑制双糖水解的 降糖作用，二是因k阿拉伯糖对双糖水解酶的抑制作用，使在小肠里没被分解的藏糖在大 肠里被微生物分解产生出大量的有机酸，该种有机酸对肝脏合成脂肪有抑制作用，再加上 k阿拉伯糖在小肠里对吸收藏糖的抑制作用，从而减少体内新脂肪的产生。功能糖产业迎 合人类对健康的需求，为人类的健康事业作出了积极的贡献。
[0004] 木质素是一种天然高分子材料，其结构单元中含芳香环，是自然界中唯一能够提 供芳香环的物质，而一直W来苯、苯酷等含有芳香环的物质均是石化资源裂解的产物，木质 素含有类似的机构，极有可能成为石化资源的替代品，缓解能源危机。所制备的木质素衍生 品木质素賴酸盐包括木盐减水剂，木质素经过賴化改性后可作为减水剂、外加剂替代蔡系 减水剂及价格昂贵的聚駿酸减水剂，减轻对传统石化资源的依赖（90% W上传统减水剂是 通过石油化工、煤化工制备的工业蔡、聚離、丙丽、苯酷、不饱和酸、硫酸、甲酵等化工原料制 成，能源消耗大、碳排放高）。
[0005] 纤维素为纤维己醇的主要原料，采用同步糖化发酵工艺可W有效降低酶解产物对 纤维素酶的抑制作用，同时还具有操作简单、不易染菌和发酵周期短等优点。纤维己醇具有 W下优势：1、辛焼值高、燃烧速度快，可W提高能量效率；2、含氧量高、燃烧充分，可有效降 低一氧化碳、硫化物及挥发性有机化合物的排放，有利于缓解雾靈天气带来的环境污染。所 W，将其用作汽车燃料可W保护环境和有效减少对石油的依赖。
[0006] 目前对玉米枯杆（芯）中半纤维素、纤维素、木质素提取及应用研究的较多，但一 般只针对其中的某种或某几种进行单一研究（如W下几个相关专利的研究），繁杂的分段 工艺所带来的原料损失大、能耗高、各组分利用率低、副产物利用不彻底、副产物造成环境 压力大等若干产业化经济效益不高等难题，没有建立一种能够将玉米枯杆（芯）各组分吃 干棒净的应用技术平台。
[0007] 专利CN101628920A公开了一种玉米芯综合利用方法，该专利W玉米芯为原料，采 用脉冲式蒸汽爆破预处理后，固液分离，液体为低聚木糖水溶液，固体经过有机溶剂或稀碱 水溶液蒸煮提取木质素，残渣经过酶解制备生物己醇。该方法虽然将玉米芯中的H个组分 分别进行了利用，但是该方法采用的蒸汽爆破为预处理，并得到低聚木糖水溶液。该方法不 仅能耗大，工业化生产存在很大难度，并且没有提供任何关于低聚木糖及相关制品的制备 方法等，经过该方法获得的低聚木糖水溶液中，低聚木糖含量低、纯度低，必定会给后续的 处理过程带来很大的压力，很难制备出品质良好的低聚木糖。该专利W玉米芯综合利用为 目的，并且意在提高玉米芯的综合利用率，使半纤维素，木质素和纤维素都得到有效利用， 降低综合利用成本，但是却忽略了对半纤维素的制品低聚木糖等的利用，该无疑在某种程 度上制约了玉米芯的综合利用。
[0008] 专利CN103131018A公开了一种木质纤维素生物质的综合利用工艺，该专利采用 甲酸己酸的混合有机酸，酸解木质纤维素生物质，固液分离后固体为纤维素，液体进行浓缩 后得到甲酸己酸蒸汽及浓缩液，浓缩液经助剂稀释后再次固液分离，固体为木质素，液体为 戊糖溶液，该方法仅提供了一种各组分分离及提取率较好的综合利用工艺，并没有相应的 平台建设及相关应用说明，产品也较为单一，为较好的理论研究，对于生物质资源的实际工 业化应用不足W起到指导作用。
[0009] 专利CN102776244A公开了一种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，采用稀酸浸泡预处理或采用白腐真菌降解生物质种的木质素进行生物法预处 理，然后采用高温蒸煮或蒸汽爆破的方式进行半纤维素的水解，固液分离，W固体为底物进 行酶解，酶解后的固液混合物进行分离，液体为木糖液，木糖液用于纯化浓缩结晶制备木糖 晶体及木糖醇，固体进行碱液脱木质素或己醇抽提木质素，处理后的纤维残渣用于酶解产 葡萄糖并发酵制备2, 3-下二醇。为一种简单的综合利用方法，虽然进行了酶制剂的相关说 明，但是木质素却采用了白腐真菌的降解处理，既消耗了资源又浪费了高分子材料木质素， 并且半纤维素产品类型单一，对于产业化的经济效益提升有所阻碍。
[0010] 专利CN102796768A公开了一种玉米枯杆高值化综合利用的方法，该方法W玉米 枯杆为原料，通过稀糖汁与硫酸进行第一次酸解，使果胶充分溶解到稀糖汁中，糖汁经脱 色，己醇处理后获得果胶及剩余糖液，渣料加入稀糖汁与硫酸进行二次酸解，使渣料中的淀 粉半纤维素，多糖充分降解，剩余渣料用清水浸泡后渣液分离，所有富含降解糖的糖汁用于 己醇及膠液的制备，膠液经过处理制备木糖结晶粉，废弃物为液体废料，再次剩余渣用己醇 及koh催化剂提取木质素溶液，再用己醇萃取残渣中的残留木质素，得到纤维素。该方法的 工艺较为新颖，但是各个工序较为繁琐，经过多次的酸解工序，多次渣液分离工序，消耗的 人力及动力消耗较大，产品又较为单一，成本会较高，实际工业化生产难度较大。
【发明内容】
[0011] 针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种玉米全株组分分离分级利用的生物 炼制集成工艺。W玉米枯杆（芯）等生物质为原料，构建集生物质预处理技术、生物催化剂 转化技术、功能糖制备技术、液体燃料制备技术及新型高分子材料转化技术为一体的工艺 技术路线，并联产有机饲（服）料、食品级C〇2、沼气发电等副产品。避免了繁杂的分段工艺 所带来的原料损失大、能耗高、各组分利用率低、副产物利用不彻底、副产物造成环境压力 大等若干产业化经济效益不高的难题，真正实现了玉米全株全组分包括半纤维素、纤维素、 木质素、杂蛋白及生产过程中不可避免产生的0)2、预处理液、废糖液等的一体化连续利用 工艺。有利于促进生物质行业的快速发展及高效循环经济的有益运行，增加农民的产值，提 升企业的竞争力，并且整个产业链环境友好，具有良好的经济效益及社会效益，给企业及当 地税收均带来了巨大的收益。
[0012] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0013] 一种玉米全株组分分离分级利用的生物炼制集成工艺，包括W下步骤：
[0014] (1) W玉米枯杆或玉米芯为原料