[发明专利]一种秸秆全利用制备低聚木糖、木质素和微晶纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种秸秆全利用制备低聚木糖、木质素和微晶纤维素的方法，属于食品、化工技术领域。

背景技术

目前秸秆综合利用主要用于秸秆肥料化利用、发电、沼气、气化和碳化等能源化利用和应用于造纸、板材加工、编织、工艺品制作以及饲料化利用等。但现有一些关键性技术尚未突破或存在着不成熟，如秸秆发电存在锅炉腐蚀、结焦和机组效率低下等多方面问题；秸秆气化存在供气管网焦油清除，系统负荷率低等问题；秸秆固化与炭化存在生产设备可靠性差、耗能高，设备系统配套协调能力差，运行不稳定等问题，在一定程度上制约着秸秆综合利用的发展，有待于强化秸秆利用技术装备的研发与应用，加大科技支撑力度。

低聚木糖具有显著的双歧杆菌增殖效果，对调节动物肠道循环有着独特的生理功能，是抗生素的有效替代品，市场需求量巨大。地球上木质素的数量仅次于纤维素，为第二多天然高分子材料，由于木质素的结构复杂、物理化学性质的不均一性、分离提取困难，木质素一般作为低聚木糖生产废弃物而得不到充分利用，成为环境污染物。

本发明通过独特的闪爆解聚处理工艺，采用闪爆和复合酶解方法，条件温和、避免了使有毒试剂的化学法制备的的缺点，实现了秸秆半纤维素、纤维素和木质素各组分的完全利用。木质素可以被高效提取，进一步深加工成混凝土添加剂、染料分散剂、金属精炼助剂、石油钻井泥浆稀释剂、驱油剂、表面活性剂、粘合剂等高附加值产品。利用改性木质素与其他高分子化合物的交联接枝，可以制备酚醛树脂、脲密胺树脂、脲醛树脂、木质素-氨基酸树脂等。

发明内容

本发明提供了一种秸秆全利用制备低聚木糖、木质素和微晶纤维素的方法，通过独特的闪爆聚集处理工艺，采用闪爆和复合酶解方法，条件温和，不使用有毒试剂，实现了秸秆半纤维素、纤维素和木质素各组分的完全利用。

本发明的技术方案如下：

(1)将农业作物秸秆粉碎到10-100目，水浸泡1-6小时；

(2)将(1)步骤得到的秸秆进行闪爆处理，闪爆压力为0.5-1.2MPa，保压时间为5秒-10分钟；

(3)将(2)步骤得到的闪爆处理秸秆，进行木聚糖酶解处理，木聚糖用量为2U/mL-20000U/mL，温度为20-60℃，酶解时间为1-6小时，酶解后过滤，将滤液用微滤膜除杂、脱色，超滤膜分离和纳滤膜除盐，获得低聚木糖产品；

(4)将(3)步骤得到的酶解滤渣，再经闪爆处理，闪爆压力为1.5-4.0MPa，保压时间为5秒-3分钟；

(5)将(4)步骤得到的闪爆处理物，添加1U/mL-10000U/mL纤维素酶，酶解温度30-50℃，酶解时间1-6小时，添加5U/mL-3000U/mL漆酶，酶解温度30-50℃，酶解时间1-6小时过滤，滤液经高压均质、脱色、浓缩和干燥获得微晶纤维素；

(6)向(5)步骤得到的酶解滤渣加入质量比10％-300％的pH1-10的溶液，60-120℃反应20分钟-6小时，减压抽滤，固液分离，烘干即得精制的木质素；所述溶液优选盐酸或氢氧化钠。

所述农业作物秸秆为小麦、稻米、玉米秸秆。

所述木聚糖酶的用量优选100U/mL-2000U/mL，温度为40-60℃，酶解时间为1-6小时。

所述纤维素酶的用量优选500U/mL-5000U/mL，酶解温度30-50℃，酶解时间1-6小时。

所述漆酶的用量优选5U/mL-3000U/mL，酶解温度30-50℃，酶解时间1-6小时。

所述步骤(5)中滤液经60-100Mpa高压均质、H₂O₂脱色、70-80℃减压浓缩和90-120℃干燥获得微晶纤维素。

本发明提供了一个秸秆综合利用的方法，即秸秆—闪爆酶解-滤液制备低聚木糖—滤渣再次闪爆解聚-酶解-滤液制备微晶纤维素—滤渣制备木质素，实现了秸秆中半纤维素、纤维素和木质素组分的综合利用，实现了秸秆联产低聚木糖、微晶纤维素和木质素。

具体实施方式

低聚木聚糖测定方法：高效液相色谱法(HPLC)，Waters600。色谱条件：柱：Sugarpark1，6.5mmid×钙型阳离子交换柱；流动相：纯水；流速：0.4mL/min；检测器：示差折光检测器，Waters2410；检测器灵敏度：4；柱温：85℃；进样体积：10μL。