一种芦蒿秸秆全组分利用的方法与流程

本发明涉及一种芦蒿秸秆全组分利用的方法，属于废弃生物质资源化利用技术领域。

背景技术：

芦篙在北魏《齐民要术》及明代《本草纲目》中均有记载，除可作为食物外，还具有很强药理活性。芦篙可全草入药，性平、味甘，有止血消炎、镇咳化痰、开胃健脾、散寒除湿等功效。可治疗胃气虚弱、纳呆、浮肿及河豚中毒等病症。《本草纲目》中记载其具有“补中益气，利隔开胃，疗心悬，久服轻身，耳目聪明，长毛发令黑”等功效。芦篙为南京特色蔬菜，仅在南京八卦洲地区种植面积近万亩，每年产生木质化的秸秆达4-5万吨，因目前秸秆禁烧，当地用户一般运走填埋或随意丢弃，处理成本较高，极易给环境带来污染。

芦篙生长后期木质化的部分-秸秆，由于生长的积累，其中所含有的活性物质明显增加。经过对芦蒿秸秆的分析，发现其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素类物质(约占70％，干物质计)，另外含有生物碱、黄酮、酚类、糖类、挥发油、氨基酸、香豆素、有机酸等化学活性物质。其中黄酮、酚类物质具有强的抗氧化活性，可作为医药原料及保健品。如果能合理利用此部分资源，既可以增加对芦篙资源的合理利用，而且减轻其对环境的污染，又可以带动种植地区其它农业项目的发展。文献报道关于芦蒿秸秆的利用多为单独提取其中某些活性物质，对其进行综合利用的报告相对较少。

公开号为CN 103211183 A的专利报道了一种芦蒿秸秆提取物及其制备方法和应用，以芦蒿秸秆为原料，主要的工艺是采用乙醇提取，过滤，浓缩，然后用石油醚萃取脱色，大孔树脂纯化后干燥得到固体粉末。该工艺操作繁琐，费时，工业化利用效果欠佳。且没有考虑提取后的残渣的利用途径，易产生二次污染。

公开号为CN 101085767A的专利报道了一种模拟移动床色谱法从芦蒿中分离纯化黄酮的方法，首先称取0.7-1.0kg干燥粉碎的芦蒿于85-95℃恒温下加入10-15kg的80％乙醇进行水浴回流提取，过滤、合并滤液；反复提取两次，洗涤残渣，合并洗涤液，并以石油醚脱脂，减压浓缩，得芦蒿黄酮粗提物；再将芦蒿黄酮粗提物制成进样液到模拟移动床分离纯化，甲醇溶解芦蒿黄酮粗提物，0.45μm有机系滤膜过滤得浓度100-300mg/ml的模拟移动床的进料液；洗脱液为甲醇与水的混合物，甲醇与水的体积比为40∶60；将模拟移动床的萃取液浓缩至饱和后，逐渐降温至零下4-10℃，结晶5-6小时，过滤，水洗晶体，结晶两次，真空烘干得芦蒿黄酮纯品。其后，公开号为CN 103788045 A的专利报道了一种从芦蒿中分离纯化黄酮的方法，采用半制备型高效液相色谱法从芦蒿中分离纯化黄酮，将芦蒿黄酮粗提物制成进样液，用半制备型高效液相色谱系统分离纯化，填料为反相C18，以甲醇和水为流动相，从粗体物中纯化出黄酮。该方法偏重分离纯化的方法，对提取的报道较少。

赵呈雷等报道了芦蒿秸秆提取物抗氧化作用及其制剂学初步研究，采用水蒸气蒸馏法、超临界萃取法提取芦篙秸秆中的挥发性成分。采用常规的溶剂提取法水提、不同浓度的乙醇提取芦篙秸秆中的抗氧化活性物质。结果表明，芦篙秸秆提取物萃取物中，总酚酸类对抗氧化清除自由基能力的贡献高于总黄酮。该报道侧重于活性物质的药用作用研究，提取工艺研究不够全面，且没有考虑提取后残渣的利用，易产生二次污染。

综上所述，现有芦蒿秸秆中有效成分提取及秸秆资源化利用的方法中，大多数关注其中某一类单体化合物，同时考虑酚酸类和总黄酮的较少，另外现有工艺使用的有机溶剂的量大，工艺操作繁琐，收率低，且对提取后的残渣的资源化利用没有考虑，造成资源严重浪费，同时给环境带来了压力。

技术实现要素：

为实现芦蒿秸秆的全组分高值化利用，本发明提供了一种芦蒿秸秆全组分利用的方法，能够快速高效地提取芦蒿秸秆中活性成分，并对提取后的残渣厌氧发酵制备沼气，沼气发酵后的残余物做成有机肥，实现芦蒿秸秆的全组分高值化利用，易于工业化推广。

为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种芦蒿秸秆全组分利用的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

1)、将粉碎的芦蒿秸秆与甲醇溶液混合，加热提取1-4小时，重复提取1-3次，过滤，滤液减压浓缩至干，得芦蒿秸秆提取物浸膏；

2)、将步骤1)得到的芦蒿秸秆提取物浸膏用去离子水再次溶解后，加入到大孔树脂柱中，当达到吸附平衡以后，用去离子水冲柱，用乙醇溶液进行洗脱，收集乙醇洗脱液，将洗脱液减压浓缩至无醇味，得浓缩洗脱液；

3)、将步骤2)得到的浓缩洗脱液与等体积的乙酸乙酯混合，萃取1-3次，分出水相和乙酸乙酯相；

4)、将步骤3)得到的乙酸乙酯相减压浓缩，得到黄酮类物质；

5)、将步骤3)得到的水相与等体积的苯混合，萃取1-3次，分出苯相；得到的苯相减压浓缩，得到酚酸类物质；

6)、将步骤1)提取后的固体残余物经干燥后，进行厌氧发酵制备沼气，发酵物料质量浓度为5％-8％，发酵温度为35-39℃，厌氧微生物接种比例为20％，调节发酵物的C/N为25-30：1；

7)、将步骤6)发酵后的残余物经过固液分离后，沼液循环至步骤6)再次利用，沼渣经添加畜禽粪便及调理剂调节至含水率55-65％，C/N比调至25-30∶1，进行堆肥发酵，然后将物料进行静态条垛式发酵，直至发酵物料的发酵温度降至环境温度不再变化，含水率降至30％以下，得到完全腐熟的物料。

所述的方法中，步骤1)中甲醇溶液的体积分数为50％-90％。

所述的方法中，步骤1)中芦蒿秸秆与甲醇溶液的固液比为1∶8-12(g/mL)。

所述的方法中，步骤1)中加热提取温度为60-90℃。

所述的方法中，步骤2)中大孔树脂优选为HPD-600或AB-8。

所述的方法中，步骤2)中吸附温度为0-25℃，吸附流速为1-5BV/h。

所述的方法中，步骤2)中洗脱采用等度洗脱或梯度洗脱，洗脱用乙醇溶液的体积分数为10-100％。

本发明所述的方法，利用提取后的固体残余物进行厌氧发酵制备沼气。扫描电镜显示，经干燥后的残渣结构变得松散，表层开始脱落，原料内部纤维成分暴露出来，这一变化有助于生化转化的进行。步骤6)沼气产量达到180-220m³/吨干物质。

本发明所述的方法，进一步利用沼气发酵后的残余物做成有机肥。所述的步骤7)中，所述的调理剂可以是秸秆、稻壳、麸皮、蘑菇渣、药渣、木屑和粉煤灰等其中的一种或几种的混合物。

本发明的有益效果：本发明的一种芦蒿秸秆全组分利用的方法，以芦蒿的废弃秸秆为原料，通过溶剂萃取结合吸附树脂精制，得到高纯度的酚酸类和黄酮类物质，同时对提取后的残渣进行厌氧发酵制备沼气，对产沼气后的沼渣做成有机肥，提高了芦蒿秸秆的利用价值，易于工业化推广。

1)本发明的方法首先从废弃的芦蒿秸秆中分离、提取了酚酸类和黄酮类物质，该固形物可以直接作为医药原料，或进一步分离纯化后作为药物或保健品。

2)本发明方法将提取后的残渣厌氧发酵制备沼气，对产沼气后的沼渣做成有机肥，变废为宝，实现了芦蒿秸秆的全组分利用，提高了芦蒿秸秆的利用价值，易于工业化推广。

附图说明

图1本发明的芦蒿秸秆全组分利用的方法的工艺流程图。

图2芦蒿秸秆提取前(图2A)和提取后(图2B)的表面扫描电镜图谱。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。

实施例1

取500g(绝干)的芦蒿秸秆，经粉碎过40目筛后放置一反应器中，加入90％(体积分数)的甲醇水溶液4000mL，水浴60℃加热1h，过滤收集提取液，滤液经减压浓缩至干，得到提取物浸膏；将得到的芦蒿秸秆提取物浸膏用去离子水复溶作为上样液，加入到大孔树脂柱(HPD-600或AB-8)中，当达到吸附平衡以后(温度为20℃下)，用2BV去离子水冲柱，再用体积分数30％的乙醇溶液进行等度洗脱，收集乙醇洗脱液，将洗脱液减压浓缩至无醇味，得浓缩洗脱液；得到的浓缩洗脱液与等体积的乙酸乙酯混合，萃取3次，分出水相和乙酸乙酯相；然后将得到的乙酸乙酯相减压浓缩，得到黄酮类物质；上述得到的水相，与等体积的苯混合，萃取3次，分出苯相，再将得到的苯相减压浓缩，得到酚酸类物质。

将上述提取后的芦蒿秸秆固体残余物经干燥后，扫描电镜图谱如图2，结构变得松散，表层开始脱落，原料内部纤维成分暴露出来。这一变化有助于生化转化的进行。利用该残渣进行厌氧发酵制备沼气，设置反应器的体积为1L，发酵物料浓度为5wt％，发酵温度为39℃，厌氧微生物接种比例为体积百分比20％，调节发酵物的C/N(wt)为30∶1，沼气产量达到220mL/g干物质。

实施例2

按照如附图1所示工艺流程，取1吨风干后的芦蒿秸秆，经粉碎过40目筛后放置一反应器中，按照液固比12∶1(m³/吨)加入体积分数50％的甲醇溶液，水浴90℃加热4h，过滤收集提取液，滤液经减压浓缩至干，得到提取物浸膏；将得到的芦蒿秸秆提取物浸膏用去离子水复溶作为上样液，加入到大孔树脂柱(HPD-600或AB-8)中，当达到吸附平衡以后(温度为20℃下)，用5BV去离子水冲柱，用体积分数为50％的乙醇溶液进行等度洗脱，收集乙醇洗脱液，将洗脱液减压浓缩至无醇味，得浓缩洗脱液；得到的浓缩洗脱液与等体积的乙酸乙酯混合，萃取1次，分出水相和乙酸乙酯相；然后将得到的乙酸乙酯相减压浓缩，得到黄酮类物质；上述得到的水相，与等体积的苯混合，萃取1次，分出苯相，再将得到的苯相减压浓缩，得到酚酸类物质。

将上述提取后的芦蒿秸秆固体残余物经干燥后，利用该残渣进行厌氧发酵制备沼气。残余物经调配池配料后进入厌氧发酵罐，设置反应器的体积为100L，发酵物料浓度为8wt％，发酵温度为35℃，厌氧微生物接种比例为体积百分比20％，调节发酵物的C/N(wt)为25∶1，沼气产量达到180m³/吨干物质。

沼气发酵后的残余物经过固液分离后，沼液回流至调配池与新鲜的原料配比后再次利用。沼渣经添加一定量的畜禽粪便及麸皮，调至含水60wt％左右、C/N比(wt)至30∶1，然后在通风发酵车间中体积为50L的堆肥反应器中进行堆肥发酵，定时翻堆并取样测定相关指标，发酵周期20天左右。然后将物料转入二次发酵车间进行静态条垛式发酵，直至发酵物料的发酵温度降至环境温度不再变化，含水率进一步降至30％以下，得到完全腐熟的物料。