专利名称：一种芭蕉芋茎秆综合利用方法芭蕉芋，学名蕉藕(Carma edulis Ker)属美人蕉科(Carmaeeae)旱藕、蕉藕、姜芋，多年生草本植物，原产于南美洲等地，具有适应性广、喜温光、抗逆性强、产量高、易栽培，用途广等特点，适于高温多雨地带生长，不择土壤。芭蕉芋的生产潜力很大，在我国西南省份其块茎产量可达4000_5000kg/亩，目前是已成为高价值淀粉的新的原料来源，也是酿造发酵、食品和饲料加工的好原料。另外，在收获块茎的同时收获的大量芭蕉芋茎秆，同样是一种重要的生物质资源。目前芭蕉芋的经济价值主要体现在块茎的利用上。芭蕉芋的块茎中含有60%以上的淀粉，因此大量被用于饲料和淀粉工业。淀粉提取后的废渣的利用也有报道，主要用来提取多酚、制备膳食纤维以及制备包装用纸。在对块茎进行充分利用的同时，对于茎杆的利用却远没有引起人们的重视。从化学成分上看芭蕉芋的茎杆富含纤维素、半纤维素、果胶、木质素等成分；从物理结构上看，芭蕉芋的茎杆中含有长短不同的纤维。由于组成成分和结构上的复杂性，这类资源往往难以降解和利用。目前，只有少量的芭蕉芋茎秆在收获块茎以后用作饲料，而多数都没有很好利用而废弃。要解决芭蕉芋茎秆利用问题，首先应该考虑使用适当手段使具有不同特征的组分或纤维成分进行分离，然后按照各自的特征进行相应的转化，从而得到高附加值的产品。同时，为了实现生态化利用，所开发的工艺应尽量减少三废的排放，实现对原料进行全利用。蒸汽爆破是一种木质纤维素利用上低能耗高效率的原料预处理方法。高温蒸汽和瞬间快速爆破的作用不仅可以使部分大分子降解，同时可以破坏原料致密的结构，使其中的成分更容易被分离和利用。将这种方法应用在芭蕉芋茎杆的利用上一方面可以降解其中的半纤维素使之变成寡糖，另一方面可以是的纤维之间的连接变得松散，方便进行不同长度纤维的分级分分离。因此以蒸汽爆破为基础，根据芭蕉芋原料的特性进行适当的分级可以实现对原料的生态化全利用。本发明即是在上述思路上开发的针对收获芭蕉芋块茎后剩余的茎秆所开发的一种综合利用工艺。
本发明的目的在于充分利用芭蕉芋块茎收获后剩余的大量茎秆，开发一种综合利用芭蕉芋茎杆的方法。本发明原料集中、产量大、价格低廉、收集方便，而综合利用实现了生物量全利用，因此是一种环境友好的生态化利用方法。本发明以以下技术路线实现芭蕉芋茎杆的综合利用，其工艺过程如下步骤一对芭蕉芋茎杆进行蒸汽爆破处理；步骤二 从汽爆处理的芭蕉芋茎杆中提取低聚糖；步骤三分离蒸汽爆破得到的物料中的长纤维和短纤维；步骤四分离得到的短纤维通过纤维素酶水解处理得到糖液；分离得到的长纤维制备通过碱处理得到纸浆和木质素。 本发明中，芭蕉芋指的是美人蕉科植物Carma edulis Ker收获后除去块茎剩余的部分。步骤一中，芭蕉芋的茎秆先被切碎到大约5 30cm长，投入汽爆罐中并密封，充入高温蒸汽，使汽爆罐压力达到1. 0 1. 5MPa，维持5 10分钟，快速打开汽爆罐的排气阀， 迅速卸掉压力，通过高温和爆破的撕裂作用达到破坏茎秆紧密结构的作用。步骤二中使用水提的方式提取木聚糖。将汽爆处理得到的芭蕉芋茎秆跟水按照 1 10 1 20的比例混合，控制60 80°C，并适当搅拌，然后挤压收集液体，如此重复三次，合并得到的液体，经真空浓缩、干燥得到低聚糖粗品。步骤三中，将提取低聚糖后得到的物料投入保尔筛分仪中，控制水流在每千克物料每分钟IOOOml的流量，使用20 80目的筛网进行筛分，分别得到长纤维和短纤维。步骤四中，使用市售的里氏木霉的纤维素酶酶解步骤三中得到的短纤维制备可发酵糖液，酶解条件为PH4 pH5，时间12 48小时。步骤四中，使用氢氧化钠处理步骤三中分离出来的长纤维，处理条件为pHIO 13,60 90°C。本发明具有以下特点1)实现了废物的高附加值利用。芭蕉芋茎秆的利用尚未收到人们足够的重视。目前只有少量用做饲料，大量的茎秆都被直接废弃。本专利提出的技术方案实现了芭蕉芋茎秆生产寡糖、纸浆、木质素和发酵用糖液的综合利用。2)实现了芭蕉芋茎秆的综合利用。单一组分的利用必然道是其它组分的丢弃，同时废弃的组分往往带来环保压力。本专利的技术方案实现了芭蕉芋茎秆的综合利用，没有废物排放，是一种节能环保的技术体系。3)开发了新的制浆原料。我国林木匮乏。芭蕉芋中含有大量的长纤维成分，将其分离出来并且开发成为制浆原料，可以节省林木资源的使用量。P
ΡΠ O3.长、短纤维分级
将提取低聚糖后的汽爆芭蕉芋杆IOOg(干重)投入保尔筛分仪中，维持每千克物料每分钟IOOOml的流量，使用20目的筛网进行筛分，分别得到长纤维和短纤维。4.短纤维酶解制糖液将筛分得到的短纤维跟自来水按照1 10(质量比)的比例混合，按照每克干底物10 μ加入市售纤维素酶，维持pH 4，50°C 36小时得到还原糖浓度为20g/L的糖液。所得糖液可以用于黄原胶发酵生产。向糖液中加入2g/L酵母粉、0. 25g/L硫酸镁、 0. lg/L磷酸氢二钠和3g/L碳酸钙，115°C，20分钟灭菌，灭菌结束并冷却后接入野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris CGMCC 1. 1781)，维持30°C发酵3天。结束后发酵液中加入三倍乙醇沉淀，过滤、干燥粉碎得到黄原胶产品。5.长纤维制备纸浆分级得到的长纤维按照1 20的比例与pH 11的氢氧化钠溶液混合，维持60°C， 5小时过滤、洗涤、漂白得到纸浆。碱处理液真空浓缩得到木质素固体。实施例21.蒸汽爆破将芭蕉芋茎秆切碎至大约30cm长，并取切好的物料投入汽爆罐中，充入高温蒸汽，使汽爆罐压力达到1. 5MPa，维持5分钟，快速打开汽爆罐的排气阀，迅速卸掉压力得到汽爆芭蕉芋杆。2.提取低聚糖将汽爆处理得到的芭蕉芋茎秆跟水按照1 20的比例混合，控制80°C，并适当搅拌，然后挤压收集液体，如此重复三次，合并得到的液体，经真空浓缩、干燥得到低聚糖粗
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ΡΠ O3.长、短纤维分级将提取低聚糖后的汽爆芭蕉芋杆IOOg(干重)投入保尔筛分仪中，维持每千克物料每分钟1500ml的流量，使用80目的筛网进行筛分，分别得到长纤维和短纤维。4.短纤维酶解制糖液将筛分得到的短纤维跟自来水按照1 20(质量比)的比例混合，按照每克干底物10 μ加入市售纤维素酶，维持pH 5，50°C 12小时得到还原糖浓度为18g/L的糖液。所得糖液可以用于丙酮丁醇发酵生产。向糖液中加入5g/L花生麸，121°C 20分钟灭菌，灭菌结束并冷却后接入丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum CICC8012)，维持35°C发酵4天。结束后通过蒸馏发酵液得到丙酮、丁醇产品。5.长纤维制备纸浆分级得到的长纤维按照1 20的比例与pH 11的氢氧化钠溶液混合，维持90°C， 2小时过滤、洗涤、漂白得到纸浆。碱处理液真空浓缩得到木质素固体。实施例31.蒸汽爆破将芭蕉芋茎秆切碎至大约20cm长，并取切好的物料投入汽爆罐中，充入高温蒸汽，使汽爆罐压力达到1. 2MPa,维持8分钟，快速打开汽爆罐的排气阀，迅速卸掉压力得到汽爆芭蕉芋杆。2.提取低聚糖
将汽爆处理得到的芭蕉芋茎秆跟水按照1 15的比例混合，控制70°C，并适当搅拌，然后挤压收集液体，如此重复三次，合并得到的液体，经真空浓缩、干燥得到低聚糖粗
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ΡΠ O3.长、短纤维分级将提取低聚糖后的汽爆芭蕉芋杆IOOg(干重)投入保尔筛分仪中，维持每千克物料每分钟1200ml的流量，使用50目的筛网进行筛分，分别得到长纤维和短纤维。4.短纤维酶解制糖液将筛分得到的短纤维跟自来水按照1 20(质量比)的比例混合，按照每克干底物10 μ加入市售纤维素酶，维持pH 4. 5，50°C 48小时得到还原糖浓度为^g/L的糖液。所得糖液可以用于柠檬酸发酵生产。向糖液中加入5g/L花生麸，121°C 20分钟灭菌，灭菌结束并冷却后接入黑曲霉(Aspergillus niger CICC 40430)，维持35°C发酵3天。 发酵结束后过滤得到清澈滤液，然后加入CaCO3沉淀难点柠檬酸，滤出柠檬酸钙沉淀，之后酸化、过滤、结晶得到柠檬酸。5.长纤维制备纸浆分级得到的长纤维按照1 15的比例与pH 12的氢氧化钠溶液混合，维持75°C， 3. 5小时过滤、洗涤、漂白得到纸浆。碱处理液真空浓缩得到木质素固体。实施例41.蒸汽爆破将芭蕉芋茎秆切碎至大约20cm长，并取切好的物料投入汽爆罐中，充入高温蒸汽，使汽爆罐压力达到1. 2MPa，维持8分钟，快速打开汽爆罐的排气阀，迅速卸掉压力得到汽爆芭蕉芋杆。2.提取低聚糖将汽爆处理得到的芭蕉芋茎秆跟水按照1 15的比例混合，控制70°C，并适当搅拌，然后挤压收集液体，如此重复三次，合并得到的液体，经真空浓缩、干燥得到低聚糖粗
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ΡΠ O3.长、短纤维分级将提取低聚糖后的汽爆芭蕉芋杆IOOg(干重)投入保尔筛分仪中，维持每千克物料每分钟1200ml的流量，使用50目的筛网进行筛分，分别得到长纤维和短纤维。4.短纤维酶解制糖液将筛分得到的短纤维跟自来水按照1 20(质量比)的比例混合，按照每克干底物10 μ加入市售纤维素酶，维持pH 4. 5，50°C 48小时得到还原糖浓度为^g/L的糖液。所得糖液可以用于酒精发酵生产。糖液121°C 20分钟灭菌，灭菌结束并冷却后接入酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae CICC 31136)，维持!35°C发酵1天。发酵结束通过蒸馏得到酒精。5.长纤维制备纸浆分级得到的长纤维按照1 15的比例与pH 12的氢氧化钠溶液混合，维持75°C， 3. 5小时过滤、洗涤、漂白得到纸浆。碱处理液真空浓缩得到木质素固体。实施例51.蒸汽爆破
将芭蕉芋茎秆切碎至大约20cm长，并取切好的物料投入汽爆罐中，充入高温蒸汽，使汽爆罐压力达到1. 2MPa，维持8分钟，快速打开汽爆罐的排气阀，迅速卸掉压力得到汽爆芭蕉芋杆。2.提取低聚糖将汽爆处理得到的芭蕉芋茎秆跟水按照1 15的比例混合，控制70°C，并适当搅拌，然后挤压收集液体，如此重复三次，合并得到的液体，经真空浓缩、干燥得到低聚糖粗
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3.长、短纤维分级将提取低聚糖后的汽爆芭蕉芋杆IOOg(干重)投入保尔筛分仪中，维持每千克物料每分钟1200ml的流量，使用50目的筛网进行筛分，分别得到长纤维和短纤维。4.短纤维酶解制糖液将筛分得到的短纤维跟自来水按照1 20(质量比)的比例混合，按照每克干底物10 μ加入市售纤维素酶，维持pH 4. 5，50°C 48小时得到还原糖浓度为^g/L的糖液。所得糖液可以用于乳酸发酵生产。糖液中加入IOg/酵母粉，8g/L碳酸钙，121°C 20 分钟灭菌，灭菌结束并冷却后接入鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus CICC 6003)， 维持37°C发酵2天。发酵结束后，过滤发酵液得到清液，浓缩清液得到乳酸钙结晶；再通过硫酸酸化过滤得到乳酸。5.长纤维制备纸浆分级得到的长纤维按照1 15的比例与pH 12的氢氧化钠溶液混合，维持75°C， 3. 5小时过滤、洗涤、漂白得到纸浆。碱处理液真空浓缩得到木质素固体。


本发明涉及一种芭蕉芋茎秆综合利用的方法，具体涉及一种通过蒸汽爆破法预处理原料、通过水提分离得到低聚糖，再通过水流筛分实现芭蕉芋茎秆中长、短纤维分级并在此基础上把短纤维酶解制备发酵糖液用做工业发酵碳源，长纤维用来造纸的生产工艺体系，其中短纤维制备的糖液可以用于黄原胶、柠檬酸、乙醇、丙酮丁醇、乳酸等工业化学品的发酵生产。本发明实现了芭蕉芋收获后废弃物的高值化利用，使之变废为宝；同时，实现了原料的综合利用，不仅具有经济价值也是一种环保节能的新工艺。