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1、玉米芯综合开发与利用的研究,玉米芯综合开发与利用的研究,摘要：对我国农业生产废弃物玉米芯及其经济重要性、产品用途、生产工艺等方面作了探讨，并较系统的介绍了玉米芯制取化工产品及其食品的工艺技术与方法。 关键词：玉米芯 综合开发 工艺方法 产品应用,引言,引言 我国是农业大国, 植物纤维资源丰富。玉米芯是玉米果穗脱去籽粒后的果轴。玉米产量每年在 1.1-1.3亿吨，可以副产2000万吨的玉米芯, 然而玉米芯作为一种农业废弃物，目前多用作燃料，造成很大的浪费。目前，国内外都围绕玉米芯深加工和综合利用开展研究，开发了一系列玉米芯综合加工的新途径。随着我国科技实力的不断增强，玉米芯的深加工领域不断扩大，
2、目前许多产品已经实现了工业化生产，使这一废弃物质得到充分利用。,一、玉米芯的组成 二、综合开发工艺路线 三、玉米芯的加工利用与工艺 四、结语,内容提要,内容提要,一、玉米芯的组成 玉米芯主要成分是纤维素、 半纤维素和木质素。其中纤维素占 32 % -36 %、 多缩戊糖占 35% -40%、木质素占 25% 。据测定，玉米芯含粗蛋白2%-6%，粗脂肪0.5%，可溶性无氮物52.9%，粗纤维33.1%，灰分3.2%，水分7.7%。纤维素和半纤维素都是用途广泛的可再生资源。,二、综合开发工艺路线 纤维素是以葡萄糖基为结构单元， 由苷链连接而成的线性大分子,半纤维素是以己糖和戊糖为主链,具有羟基或羟
3、酸衍生物侧基的一类多糖物质。在酸存在下 ,经过糖化 ,纤维素与半纤维素均可转化为很有价值的葡萄糖、木糖和糠醛，葡萄糖可用来进一步生产木糖醇。也可将原料直接发酵制取乙醇。木质素是以苯基丙烷为结构单元的芳香族天然高分子化合物 ,通过磺化、氧化 、热解等手段可以将它转化为木质素磺酸盐、香草醛、活性 炭、苯酚、等多种化工产品。,其可供开发工艺路线如图1：,三、玉米芯的加工利用与工艺,1.制取木糖 木糖是一种五碳糖, 是制取木糖醇及饲料酵母的原料,在化工、 医药、 皮革、 燃料等工业部门都有广泛的应用。木糖为白色结晶粉末,熔点为 145 ,在20 水中溶解度为 37.42 % , 甜度为蔗糖的67 %。
4、 生产工艺:玉米芯水解中和脱色离子交换蒸发二次脱色离子交换蒸发结晶离心干燥成品。,2.1制取木糖醇 木糖醇是一种易溶于水的白色粉晶状新糖料,分子式为C6H12O5。其甜度与蔗糖相当，可食用。 木糖醇除具有蔗糖、葡萄糖的共性外,还具有特殊的生化性能。它不需要通过胰岛素 ,就能透过细胞壁被人体吸收 ,并有降低血脂,抗酮体等功能。木糖醇还是轻工、化工等多种工业产品的重要原料。,2.2 “中和法” 生产木糖醇工艺路线： 玉米芯 粉碎 预处理 水解 中和 蒸发 离子交换 氢化 二次浓缩 结晶 离心分离 晶体木糖醇。,2.3发酵法生产木糖醇工艺流程： 微生物发酵玉米芯纤维生产木糖醇工艺流程如下： 富含多缩
5、戊糖植物纤维原料（玉米芯）一 (前处理) 催化剂(酸 )/ 水解 半纤维素水解液一(提纯 、脱毒) 木糖溶液 微生物发酵 木糖醇发酵液一(提取 、分 离、精制) 木糖醇产品。,3制取低聚木糖 低聚木糖是由27个木糖以-1,4糖苷键连接而成，以木二糖，木三塘为主。它的甜度比蔗糖和葡萄糖的均低，与麦芽糖差不多。玉米芯中的半纤维素主要是由 D-木糖为主链的木聚糖组成, 是生产低聚木糖的最佳原料之一。玉米芯酶法制备低聚木糖工艺过程一般由玉米芯粉( 60目)经过预处理、酸解反应以及分离、精制得到低聚木糖产品。,生产工艺: 玉米芯 木聚糖提取 精制 精制木聚糖液 酶降解 粗产品 精制 浓缩 普通产品 进一
6、步提纯 高纯产品。,4制备糠醛 糠醛学名呋喃甲醛, 它是一种重要的有机化工产品,在合成树脂、 石油炼制、 染料、 医药和轻工业上都有广泛的用途。糠醛的沸点161 .7 , 凝固点为- 36 .5 ,相对密度为 1. 16 , 是一种有杏仁气味的浅黄色油状液体。以其为原料的主要深加工产品有糠醇、 四氢呋喃、 呋喃树脂、 麦芽酚、 乙基麦芽酚、 呋喃基环缩醛类合成香料等。,生产工艺:玉米芯水解脱水蒸馏精制糠醛。在生产过程中 同时副产醋酸、 甲醇、 丙酮等产品,其总量接近糠醛产量。,玉米芯中含有大约 35% 一40%的多缩戊糖可作制造糠醛的原料。工业上制造糠醛主要有两种方法 一种是适于大规模生产的加
7、压法：将原料与稀硫酸或盐酸在加压下蒸煮 ,用高压或过热蒸汽带出反应产物,经分馏后得到糠醛成品。另一种是适用乡镇企业的常压法:将原料与食盐等无机盐及稀硫酸共煮并同时蒸出糠醛。常压法反应速度慢 ,生周期长 ,但设备要求低 。加压法则设备要求耐压要有中压锅炉,但反应速度快,周期短,玉米芯理论出醛率19% 一20% ,实际出醛率 10% 一14% 。,5制备糠醇 糠醇学名呋喃甲醇,糠醇的 80 % - 90 %用于生产呋喃树脂。糠醇在酸性催化剂存在下与甲醛、 尿素、 苯酚等发生缩聚反应制成各种牌号的呋喃树脂, 呋喃树脂可用作铸造用胶粘剂、浇铸用胶泥、 芯型和铸模。此外在玻璃纤维增强塑料、 硅填充塑料及
8、防腐灰浆中也配入一定量的呋喃树脂。少部分糠醇用于生产摩擦轮用耐高温酚醛树脂胶粘剂,此外糠醇还是生产香料、香味剂、 医药、 农药的中间体。 糠醇在常压下沸点为 171 , 熔点为- 14 .6 ,相对密度为 1.11296 ,与水的共沸点为 99.85 , 糠醇能与水、乙醇、乙醚等混溶。,生产工艺: 玉米芯水解脱水蒸馏精制糠醛加氢糠醇。加氢催化剂一般选择用铜铬钙。,6制备高比表面积活性炭 以玉米芯为原料, KOH为活化剂, 在炭化温度 400- 600 , KOH 与炭化后原料质量比为 3 ：1 - 5 ：1 , 活化温度 850 ,活化时间为 1.2 h 条件下,可制得比表面积大于2700m2
9、/g的活性炭。所得活性炭结构以微孔为主,孔径分布窄, 可被广泛用在食品加工、化工、 医药、军事等重要领域。,7制取饴糖 用100kg玉米芯加15kg大卖，大约可制的饴糖50kg。 生产工艺过程：（玉米芯）磨碎浸泡 汽蒸 拌麦芽乳 糖化 浓缩制饴。,磨碎浸泡。选用当年的玉米芯,碾磨成大小似豆粒的细屑 ,置于缸 中浸泡1-2h使之吸水膨胀 ,吸水量达40%左右 ,浸泡后将坯料捞出放在筐中,再用清水冲洗一下,沥水后即可上屉汽蒸 。 汽蒸。上屉时,先将浸泡过 的玉米芯屑铺好 ,上面盖一层鼓皮和谷糠 ,鼓皮或谷糠的用量约占坯料的20%。上汽后蒸20min，向蒸料中拌入10%的凉水拌匀后再40min并再拌
10、入10%凉水 ,目的是使坯料软化并蒸熟蒸透。,拌麦芽乳。待蒸 好的坯料摊晾至65-75时,即可拌入麦芽乳。胚料摊晾温度冬季取高限 ,夏季取低限。麦芽乳的制作 ：先将大 麦当年二棱大麦在清水 中浸泡,若水温过低 ,应适当延长浸泡时间。将浸过的麦粒,平铺在竹匾上 ,厚约1cm左右,上盖湿布,在25-30 中保温直至大麦发芽。当麦芽长到干麦粒的2.5倍 ,芽苞由白转绿时,加1倍水上磨磨成浆乳。,糖化 。伴入麦芽乳后 ,即可将坯料下缸保温糖化16-24h。温度须保持在 55左右,后期温度适 当提高。糖化结束后 ,放出底部糖液,浓缩制怡。糖渣可作何料 。 浓缩制怡。浓缩糖液尽量放出,立 即过滤,然后入锅
11、熬糖浓缩 。熬糖时,开头火力要猛,随着糖液浓缩 ,火力逐渐弱 ,并不停地搅拌,以防变焦炭化 ,最后用小火熬制,直至所需要的糖液浓度。,8酿酒 玉米芯也可以用开酿酒，产品的酒度为40-48度，最高可达50度，色白，气香，味醇。 生产工艺：玉米芯 粉碎 搅拌 蒸料 糖化 发酵 蒸馏,生产葡萄糖,9生产葡萄糖 利用玉米芯生产葡萄糖的方法是：先将粉碎后的玉米芯用2%的NaOH在30处理 6h，用木聚糖酶除去木聚糖,糖化后的残渣在50和pH4.2的条件下用纤维素酶或硫酸水解。这样 ,就可使72%的纤维素转变为葡萄糖。,10吸附重金属离子 天然玉米芯可吸附废水中的重金属离子，对其进行改性处理后，玉米芯对重
12、金属离子的吸附能力可得到明显提高，起到净化废水的作用。其改性方法包括物理改性方法和化学改性方法。,另外玉米芯可用来培养使用菌，培养饲料酵母、制备肥料、制备粘接剂、做某些工业器件的磨光剂等。,四、结语,我国是一个玉米生产大国，每年数千万吨的玉米芯被烧掉，既浪费资源又污染环境。玉米芯深加工项目的实验不但大大提高了玉米副产品的利用价值，又促进了与其深加工产品相关的食品、药品、保健品、饲料等行业的发展，具有较高的社会经济效益和广阔的发展前景。,参考文献： 1 王关斌,赵光辉,贺东海,李俊平. 玉米芯资源的综合利用.林产化工通讯,2005 2 石永峰,戴红霞. 玉米芯的综合利用.陕西粮油科技,1995 3 赵景联. 玉米芯综合利用技术.河南科技 4 宋肄业,宋艳. 玉米芯改性方法的研究进展.安全与环境工程,2008 5 宋国安. 植物纤维深加工产品及其应用.化工进展,1997,（4）：52 6 龚霄,贺稚非,陈盼,伍先绍. 发酵法生产木糖醇研究进展. 粮食与油脂,2008,（3）,
