[发明专利]一种玉米秸秆的高效组合加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及玉米秸秆的加工方法，尤其涉及玉米秸秆的高效超微粉碎及生物酶酶解组合加工方法，属于农作物秸秆的综合加工利用领域。 

背景技术

我国年产农作物秸秆6亿多吨，其中玉米秸秆产量达2.7亿吨，在所有秸秆种类中居首位。与其他农作物秸秆相比，玉米秸秆具有结构特殊、木质化程度高、可利用营养成分高、易于采集等优势，然而，目前每年所产玉米秸秆中42%被直接还田或过腹还田（制备青储饲料），30%用于农用燃料，高附加值的加工利用形式比例不足10%，造成严重的浪费和环境污染。在化学成分上，玉米秸秆主要由纤维素（30~50%）、半纤维素（25~30%）和木质素（约10%）组成，木质素和半纤维素以共价键形式结合，并将纤维素分子包埋其中，形成结构致密、柔韧性极大的细胞壁结构，对微生物及其代谢酶类具有很强的空间阻碍作用，不经预处理或降解很难进行有效的生物转化利用。 

目前玉米秸秆的加工包括氨化、酸碱水解、蒸汽爆破、机械粉碎等方法。氨化和酸碱水解法或者需添加化学试剂，或者会产生对人体有害的副产物糠醛，不仅威胁人类健康，还会导致环境污染；蒸汽爆破（汽爆）相对清洁，可在一定程度上熔化木质素、降解半纤维素，松散和软化纤维素，增加秸秆的孔隙度和生物可及性，但总体对细胞壁屏障结构的破坏并不彻底，且能耗高、噪声大；现有机械粉碎粒度（最细可达50μm）尚不能达到有效破坏细胞壁致密屏蔽层的程度，鉴于玉米秸秆的超强柔韧性，直接将其粉碎至较细粒度十分困难，且粉碎中因纤维表面电荷增加，表面电荷增大而发生结块、发热等问题，粉碎效率低，因此，秸秆柔性物质超微粉碎是迄今未能解决的一大技术难题。 

发明内容

针对现有秸秆加工技术存在的上述缺陷，本申请人经过研究改进，提供一种玉米秸秆的高效超微粉碎和酶解组合加工方法。该方法创造性地解决了玉米秸秆柔性屏障超微粉碎这一大技术难题，实现了玉米秸秆的高效处理转化，清洁、环保、零排放。 

本发明的技术方案如下： 

一种玉米秸秆的高效组合加工方法，步骤如下：先用微粉碎机将玉米秸秆粉碎成50~100μm的秸秆粉末；再用球磨机将上述桔梗粉末研磨至10~20μm，得超微秸秆粉末；最后向该超微秸秆粉末中加入650~750U/g复合纤维素酶，于50℃酶解5~7h，得玉米秸秆高效加工终产物，优选的，所述复合纤维素酶加酶量为700U/g，酶解时间6h。

其进一步的技术方案如下： 

通过调控所述球磨机的研磨时间和球磨转速来控制研磨粒度，粉碎粒度最低可至10μm。

在进行所述微粉碎机粉碎前，先将玉米秸秆切成长1~3厘米、宽0.5~1.5厘米、厚0.1~1.0厘米的片状碎片。 

与现有玉米秸秆加工方法相比，本发明具有如下有益效果： 

本发明采用了有序的两步粉碎研磨技术，创造性地解决了玉米秸秆柔性屏障超微粉碎这一大技术难题，同时有效克服了直接一步粉碎至较细粒度过程中产生结块、发热、粉碎效率低的问题；申请人经过摸索和筛选发现，先采用微粉碎机将秸秆粉碎至50~100μm，纤维可从柔性片段变成具有一定刚性的颗粒（秸秆粉末），大大降低了物料韧性，为后续超微粉碎创造了必要条件；然后采用球磨法，通过调控研磨时间和电机电流控制粒度大小，最终可将秸秆粉末研磨成10μm级超微粒度；此时秸秆细胞壁屏障结构完全破坏，纤维素、半纤维素等有效成分充分暴露，阳离子交换能力和反应性显著增强，持水力、膨胀力显著降低，达到生物可及，为秸秆的后续高效转化和利用清除了结构上的障碍。

本发明在上述超微粉碎基础上协同复合纤维素酶解，于适宜酶解条件下，复合纤维素酶可将秸秆纤维高效转化成可溶性糖，经检测，最适条件下，酶解终产物可溶性还原糖含量可达36.89%，总糖转化率可达87.0%。 

本发明不需添加酸、碱等化学试剂，不产生有害副产物糠醛，清洁、环保、零排放，成功克服了玉米秸秆难以高效转化利用的技术门槛，具有重要的推广应用价值。 

具体实施方式

以下结合实施例，说明本发明的具体实施方式。 

如无特殊说明，以下实施例所涉及各生产设备和复合纤维素酶均为市售商品。其中，微粉碎机购自青岛捷怡纳机械科技有限公司（型号：JYNU75-75），球磨机购自启东宏宏仪器设备厂（型号：KEQ）；复合纤维素酶购自无锡联合恒洲化工有限公司。 

超微秸秆粉末制备实施例（实施例1~实施例6）

实施例1