一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法与流程

本发明涉及生物质资源化利用，具体涉及一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法。

背景技术：

1、以秸秆为代表的农林生物质原料来源广泛、价格低廉，在很多方面有着巨大的潜在利用价值，秸秆高值化利用是近几年来的热门话题。现阶段秸秆主要用于肥料化利用、饲料化利用、燃料化利用、基料化利用和原料化利用，简称“五料化”利用。目前秸秆多用于肥料化利用，原料化利用最低。原料化利用对提升秸秆的附加值具有重要意义。秸秆含有丰富的半纤维素，其结构主要由木糖组成，木糖是一种重要的无热量食品甜味剂，具有较大的商业开发价值和应用前景。特别值得关注的是，在生物化工领域，秸秆中的半纤维素通过水解得到的木糖，不仅是生产木糖醇的关键原料，同时也是制备其他高附加值产品的重要基础，如1,2,4-丁三醇、乙二醇和乙醇酸等。

2、在目前大多数以秸秆为原料制备木糖工艺中，由于原料干秸秆的结构紧密，不易打开释放木质纤维素。常用手段是额外增加预处理工艺，以便更充分打开纤维素、半纤维素和木质素三素相互缠绕结构。目前常使用的预处理手段有蒸汽爆破法、超声法和酸碱处理法等。其中酸处理法是公认的成本最低，处理方法最简便，被认为是半纤维素转化为木糖的最有效方法。但所用酸主要为无机酸硫酸，存在用量大，环境污染强等的不利因素。

3、秸秆黄贮是秸秆饲料化利用的主力军，在原料化利用方面，秸秆黄贮的使用很大程度上解决了干秸秆“收运贮”难题，最大特点是经过处理得到的秸秆黄贮内部空间结构松散，更易于结构打开释放纤维素、半纤维素和木质素等。同时，秸秆黄贮内含有乳酸和乙酸，总占比约2％。乳酸和乙酸的酸性温和，可以打开三素缠绕结构，增加结构空间，并保持纤维素和半纤维素整体结构不被破坏。综上所述，利用秸秆黄贮具有更为松散的结构和预处理无需额外引入酸的优势，是高效制备木糖的关键。因此，针对现有以秸秆为原料制备木糖研究技术中的缺点与不足，本发明提出了一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，以解决现有的以秸秆为原料制备木糖时“收贮运”、预处理困难、设备生产成本高等问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，包括以下步骤：

3、s1、将秸秆黄贮粉碎，封闭保存备用；

4、s2、制备乳酸预处理剂；

5、s3、将s1粉碎后的秸秆黄贮添加到反应釜中，并采用s2制备的乳酸预处理剂对反应釜中的秸秆黄贮进行预处理；

6、s4、向s3预处理后的秸秆黄贮中添加水解液进行物料体系的置换；

7、s5、向s4物料体系置换完毕后的秸秆黄贮中添加水解液并进行反应，反应结束后排出液体，所得液体即为木糖糖浆。

8、进一步地，所述的s1中，秸秆黄贮包括但不限于玉米秸秆黄贮以及稻麦秸秆黄贮；粉碎设备包括但不限于立轴式破碎机、双级粉碎机以及锤式粉碎机；粉碎后秸秆黄贮的长度为1～7cm。

9、进一步地，所述的s2中，乳酸预处理剂的制备包括以下步骤：

10、s21、将s1粉碎后的秸秆黄贮添加至反应釜中，直通蒸汽进行预处理；

11、s22、预处理结束后，待反应釜内温度冷却至100℃以下时，向反应釜中添加自来水，混合均匀后排出溶液，得到第一批次预处理液；

12、s23、将得到的第一批次预处理液加入到下一批次物料中，再次直通蒸汽进行预处理，预处理结束后，待反应釜内温度冷却至100℃以下时，排出溶液得到第二批次预处理液；多次重复此步骤，得到乳酸预处理剂。

13、进一步地，所述的自来水与粉碎后秸秆黄贮的固液质量比为1:1～6；重复操作的次数为2～12次，所得乳酸预处理剂中乳酸的含量为1.5～9.0％。

14、进一步地，所述的s3中，预处理包括以下步骤：

15、s31、将s1粉碎后的秸秆黄贮添加至反应釜中，在s24制备的乳酸预处理剂条件下，向反应釜中直通蒸汽对秸秆黄贮进行预处理，预处理完成后，待反应釜内温度冷却至100℃以下时，排出乳酸预处理剂，得到预处理后的秸秆黄贮；

16、s32、将s31得到的乳酸预处理剂定量排放，剩余的乳酸预处理剂添加至下一批次的反应釜内，再补加定量自来水保证ph在稳定的范围内，用作下一批次粉碎后秸秆黄贮的预处理。

17、进一步地，所述的定量排放的乳酸预处理剂为乳酸预处理剂总体积的10～80％，自来水添加量为乳酸预处理剂总体积的0.1～1.2倍，ph稳定的范围在1.0～4.5。

18、进一步地，所述的预处理的时间为20～100min，温度为110～180℃，压力为0.15～0.7mpa。

19、进一步地，所述的s4-s5中，水解液为甲酸-氯化铝混合溶液，其中，甲酸的浓度为0.25～2.5g/l，氯化铝的浓度为0.5～3g/l，氯化铝与甲酸的混合比为1:1～6。

20、进一步地，所述的s4中，预处理后的秸秆黄贮与水解液的固液质量比为1:1～6；置换次数为1～6次。

21、进一步地，所述的s5中，置换完毕后的秸秆黄贮与水解液的固液质量比为1:1～10；反应时间为40～200min，反应温度为120～180℃，反应压力为0.2～1.2mpa。

22、本发明的有益效果：

23、1、本发明方法采用秸秆黄贮为原料，相对于现有的以秸秆为原料，解决了干秸秆原料化综合利用“收贮运”的首要难题，同时秸秆黄贮具有来源稳定、结构松散易处理、预处理简单环保、水解反应条件温和，生产设备要求低，木糖得率高等特点，对后续发酵无抑制作用，加强了秸秆“五料化”利用之间的联系，提高综合利用能力，实现了秸秆在生物化工领域的新突破；

24、2、利用秸秆黄贮自身所含的乳酸和结构松散的特点，无需额外引入预处理剂即可打开木质纤维素缠绕结构，很大程度降低了预处理时的能耗，预处理废水反复套用，定期排放部分进行冷凝回收，冷凝液只含有乙酸，可回收处理，浓浆经配制后用于农业返田灌溉，实现了零废水排放，提高了秸秆的综合利用；

25、3、预处理和水解反应在同一反应釜进行，无须额外增加设备进行操作，生产成本大大降低，水解阶段使用甲酸和氯化铝混合液除了更充分打开木质纤维素的结构，将半纤维素转化为单糖的同时，还可限制糠醛的生成和木质素的溶解，得到高纯度的木糖，本发明方法可完全应用于环境友好型产业化生产，成本低廉；

26、4、路易斯酸氯化铝具有很强的催化性能，相对于无机酸，不仅酸性相当，而且腐蚀性低，可回收，因而具有较高的应用价值，甲酸酸性温和，且与无机酸相比，具有降低糠醛的生成量和木质素的溶解量的特点，两者的结合，实现对木糖绿色、高效的制备，对于实现农业生物质全组分高值化利用具有重要意义。

技术特征：

1.一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的s1中，秸秆黄贮包括但不限于玉米秸秆黄贮以及稻麦秸秆黄贮；粉碎设备包括但不限于立轴式破碎机、双级粉碎机以及锤式粉碎机；粉碎后秸秆黄贮的长度为1～7cm。

3.根据权利要求1所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于，所述的s2中，乳酸预处理剂的制备包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的自来水与粉碎后秸秆黄贮的固液质量比为1:1～6；重复操作的次数为2～12次，所得乳酸预处理剂中乳酸的含量为1.5～9.0％。

5.根据权利要求4所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于，所述的s3中，预处理包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的定量排放的乳酸预处理剂为乳酸预处理剂总体积的10～80％，自来水添加量为乳酸预处理剂总体积的0.1～1.2倍，ph稳定的范围在1.0～4.5。

7.根据权利要求3-6任意一项所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的预处理的时间为20～100min，温度为110～180℃，压力为0.15～0.7mpa。

8.根据权利要求1所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的s4-s5中，水解液为甲酸-氯化铝混合溶液，其中，甲酸的浓度为0.25～2.5g/l，氯化铝的浓度为0.5～3g/l，氯化铝与甲酸的混合比为1:1～6。

9.根据权利要求8所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的s4中，预处理后的秸秆黄贮与水解液的固液质量比为1:1～6；置换次数为1～6次。

10.根据权利要求8所述的一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法，其特征在于：所述的s5中，置换完毕后的秸秆黄贮与水解液的固液质量比为1:1～10；反应时间为40～200min，反应温度为120～180℃，反应压力为0.2～1.2mpa。

技术总结本发明涉及生物质资源化利用技术领域，具体涉及一种秸秆黄贮高效制备木糖的方法。本发明方法以秸秆黄贮为原料，通过预处理的方法回收秸秆黄贮中的乳酸，从而制得预处理剂，并通过该预处理剂对秸秆黄贮进行预处理，预处理完毕后，在同一个反应釜中采用水解液进行物料体系的置换，置换完毕后添加水解液进行水解，即可制得木糖糖浆。本发明方法以秸秆黄贮为原料，解决了以秸秆为原料预处理困难的问题，同时还可直接回收秸秆黄贮中的乳酸，避免了额外添加酸，此外，在同一个反应釜中进行，也有效的降低了生产成本，对资源回收利用以及环境保护都有着积极的作用。技术研发人员：秦天苍,杨涛,张建国,曹琳青,娄月月,崔凤霞,刘宁宇,陈亚军,石明卫,柴登杰,周川,陈宏胜,杜永斌,丁钢辉,陈海明受保护的技术使用者：新拓洋生物工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4