湿法堆垛在保持秸秆中具有大分子结构特征的半纤维素中的应用及秸秆的储存方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种秸杆的储存方法，具体涉及湿法堆垛在保持秸杆中具有大分子结 构特征的半纤维素中的应用及秸杆的储存方法。
【背景技术】
[0002] 秸杆是禾本作物的残余物，是伴随人类生存资料生产而产生的一类最丰富可再生 资源，在石化资源趋向短缺的今天，开发这一类资源的高价值利用是当今世界正在积极探 索的课题。
[0003] 秸杆包含的有机物主要有纤维素、半纤维素和木质素，这三大有机物具有各自独 有的结构和性质，并且通过化学键相互连接成一个致密的有机整体。尽管作为一个整体可 以以燃料等低值方式进行利用，但实现三大有机组分的相互分离，使其按性质各尽其用是 资源利用最充分的模式。
[0004] 现有生物质组分利用的模式包括制浆造纸（甘蔗渣）、半纤维素水解产木糖与糠 醛（玉米芯），前者是通过破坏木质素和半纤维素来获得相对纯净的纤维素，后者在将半纤 维素降解为小分子的剧烈反应中也破坏了其余组分的结构，二者的共同特点是获得一组分 的同时破坏了另一组分的功能，均不是最为经济和环保的利用方式。
[0005] 秸杆中的半纤维素主要是指木聚糖，是以五碳木糖为主要的结构单元，通过糖苷 键连接而成的多聚糖。木聚糖是三大有机物中结构相对疏松的组分，在碱性介质中，在比较 温和的条件下就可以以大分子形态将其从原料中提取出来，不仅能耗低、产物易于纯化，而 且依然保留了其余组分的结构和物理性能。木聚糖是自然界五碳糖的主要存在形式，大分 子形态木聚糖具有淀粉等六碳糖所不具备的独有物化性质和生理功能，是人类膳食纤维的 必要成分，在食品、医药和化工上均具有广阔的应用前景。提高秸杆的利用价值关键在于大 分子木聚糖的分离与应用。
[0006] 秸杆的产出具有季节性特征，作为大规模生产的原料，必须能够满足全年生产的 要求，因此原料有质量的储藏成为稳定生产的必要条件。
[0007] 自然堆垛的秸杆由于包含有相当的水分与空隙，容易出现霉变或者存在火灾隐 患。尽管湿法堆垛在蔗渣造纸方面有所报道，但已有报道均是以保护纤维素为目的，没有报 道考察过是否对木聚糖存在影响，尤其是是否对大分子结构特征的木聚糖存在影响。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种湿法堆垛的新用途，即湿法堆垛在保持秸杆 中具有大分子结构特征的半纤维素中的应用及秸杆的储存方法。采用本方法对秸杆进行储 存，可以较为完好地保存秸杆中具有大分子结构特征的半纤维素。
[0009] 本发明的技术方案为：湿法堆垛在保持秸杆中具有大分子结构特征的半纤维素中 的应用。
[0010] 本申请中，所述的大分子结构特征是指保持有醇沉，不溶于水的特征。木聚糖是木 糖等残基的聚合物，在聚合度< 10时，称为低聚木糖，在水中呈现溶解状态。当分子量和 聚合度增加，木聚糖在水溶液中呈乳浊状，并且加入3倍体积的95v/v%乙醇后即有沉淀析 出，析出的沉淀即为具有大分子结构特征的半纤维素。本发明所述方法即是保护具有上述 大分子结构特征的木聚糖。
[0011] 上述技术方案中，所述的秸杆为禾本作物籽、实之外的茎、叶或穗部分。具体的， 可以是选自稻草、麦杆、玉米杆、高粱杆、玉米芯、甘蔗渣和甘蔗叶中的一种或两种以上的组 合。当秸杆的选择为上述任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。
[0012] 本发明还包括以保护原料中半纤维素不被破坏为目的的秸杆的储存方法，具体 为：秸杆经破碎处理，然后进行堆垛，堆垛完成后向垛体喷淋水，使垛体中物料的含水量达 到50%至吸水饱和态，并在堆放过程中保持垛体中物料的含水量为50%至吸水饱和态。
[0013] 上述储存方法中，所述的秸杆为禾本作物籽、实之外的茎、叶或穗部分。具体的， 可以是选自稻草、麦杆、玉米杆、高粱杆、玉米芯、甘蔗渣和甘蔗叶中的一种或两种以上的组 合。当秸杆的选择为上述任意两种以上的组合时，它们之间的配比可以为任意配比。
[0014] 上述储存方法中，所述的破碎处理可以是使秸杆呈丝状或粗粒状的处理，如通过 揉丝机进行揉丝处理、通过破碎机进行破碎得到较粗粒径的颗粒的处理，或者是通过压榨 机进行压榨处理等现有技术中可以实现破碎的常规处理方式。将秸杆经破碎后再进行堆 垛，能在有效减少垛体中空隙的同时有适当空隙保证水淋洗，达到隔绝空气、形成厌氧态的 目的。
[0015] 上述储存方法中，优选是在堆垛的同时进行逐层压实，这样不仅更节省空间，还能 实现更大尺寸垛体的堆置。
[0016] 上述储存方法中，通常是从垛体的上方向垛体喷淋水；优选是使垛体中物料的含 水量达到60%至吸水饱和态，同时在后续的堆放过程中也保持上述范围的含水量。
[0017] 与现有技术相比，本发明提供了湿法堆垛的新用途，采用本发明所述方法储存秸 杆，能够完好地保存秸杆中半纤维素的大分子态（乙醇沉淀即为大分子），与新鲜蔗渣相 比，保存1年以上的蔗渣中木聚糖的含量为新鲜蔗渣的95%以上，为大规模木聚糖生产原 料的安全存放提供了可靠的解决方案；而且杜绝了干法存放的火灾隐患。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但 本发明并不限于以下实施例。
[0019] 实施例1 :采用下述方法测定各实施中秸杆中半纤维素等的含量及纯度。
[0020] (1)酸水解法测定秸杆半纤维素含量
[0021] 将秸杆中的半纤维素酸催化水解为木糖，通过高效液相法（HPLC)测定木糖的量， 换算成半纤维素的量（根据下述公式（a)进行换算），方法如下：
[0022] 样品测定：将秸杆60°C烘24h，再用水分仪测定含水量以换算成绝干量，取绝干秸 杆IOg置于250ml的三角瓶中，加入80ml的I. 8% (WZV)H2SO4溶液，121°C水解90min，过滤 残渣并离心，取上清液Iml稀释至10ml，加入树脂脱盐至电导率< 5 μ s/cm，微孔滤膜过滤， 进样至高效液相色谱仪（HPLC)测定糖含量，以木糖标准品作为对照。
[0023] 木糖标准品测定：以0. 18% (w/v) &504溶液配制2g/L木糖标准品100ml，取IOml 加入与样品同量的树脂脱盐至电导率< 5 μ s/cm，微孔滤膜过滤，进样至高效液相色谱仪 (HPLC)，作为标准品计算样品木糖浓度。
[0024] HPLC测定条件：岛津色谱仪，控制器CBM-20A，在线脱气器D⑶-20A5，泵LC-20AT， RID-10A示差检测器，手动进样器7255 !，Transgenomic Ca++柱，柱温85°C，流动相超纯水， 进样量20 μ 1，流速0· 5ml/min，LCsolution色谱工作站。
[0025] 半纤维素含量（％ )=木糖含量（％ ) X0. 9 (a)
[0026] (2)碱性提取法测定秸杆中大分子态半纤维素含量
[0027] 将秸杆中的半纤维素在强碱溶液中溶解出来，然后用乙醇将其从碱溶液中沉淀析 出，沉淀物烘干后再用酸水解法测其纯度，即可计算出大分子态半纤维素在物料中的含量。 具体方法如下：
[0028] 半纤维素提取：100g秸杆，加入8% (w/v)NaOH溶液800ml，60°C提取24h，过滤并 洗涤一次滤渣，得到滤液1000 ml，在磁力搅拌的情况下滴入95%的乙醇3000ml，离心，沉淀 物继续用75 %洗涤至pHll. 0,加入乙酸中和至pH5. 0,继续用乙醇洗涤沉淀2次，干燥，恒 重，得到提取物粉末。根据下述公式（b)计算提取物对干料的收率。
[0029] 提取物收率％ =粉末干重XlOO/干料 （b)
[0030] 纯度测定：取绝干粉末lg，加入IOml I. 8% (WZV)H2SO4溶液，121°C水解90min，水 解后制样，HPLC法测定木糖量，方法同上（1)，根据下述公式（c)计算粉末中半纤维素的纯 度，根据公式（d)计算大分子态半纤维素收率。
[0031] 半纤维素纯度％ =粉末半纤维素实际含量X100/干粉重量 （C)
[0032] 大分子半纤维素收率％ =提取物收率（％) X半纤维素纯度（％) XlOO (d)
[0033] 实施例2
[0034] 将榨糖车间出厂已经破碎的新鲜甘蔗渣按现有常规方法进行堆垛（即用皮带运 输至高空，卸落，压实，喷淋），存储3年以上，整个堆放过程中保护垛体物料的含水量达到 50 %至吸水饱和态。
[0035] 按实施例1方法比较新鲜甘蔗渣与存储蔗渣（存储3年时的样品）在半纤维素含 量和大分子态，提取收率结果分别如下述表1和表2所示。
[0036] 表1 :新旧甘蔗渣酸水解结果比较
[0037]
【主权项】
1. 湿法堆垛在保持秸杆中具有大分子结构特征的半纤维素中的应用。
2. 根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的秸杆为禾本作物籽、实之外的茎、 叶或穗部分。
3. 根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述的秸杆为选自稻草、麦杆、玉米 杆、高粱杆、玉米芯、甘蔗渣和甘蔗叶中的一种或两种以上的组合。
4. 一种以保持秸杆中大分子结构特征的半纤维素为目的的秸杆的储存方法，其特征在 于：秸杆经破碎处理，然后进行堆垛，堆垛完成后向垛体喷淋水，使垛体中物料的含水量达 到50%至吸水饱和态，并在堆放过程中保持垛体中物料的含水量为50%至吸水饱和态。
5. 根据权利要求4所述的储存方法，其特征在于：所述的秸杆为禾本作物籽、实之外的 茎、叶或穗部分。
6. 根据权利要求4或5所述的储存方法，其特征在于：所述的秸杆为选自稻草、麦杆、 玉米杆、高粱杆、玉米芯、甘蔗渣和甘蔗叶中的一种或两种以上的组合。
7. 根据权利要求4或5所述的储存方法，其特征在于：所述的破碎处理是使秸杆呈丝 状或粗粒状的处理。
【专利摘要】本发明公开了湿法堆垛在保持秸秆中具有大分子结构特征的半纤维素中的应用及秸秆的储存方法。所述的储存方法为：秸秆经破碎处理，然后进行堆垛，堆垛完成后向垛体喷淋水，使垛体中物料的含水量达到50％至吸水饱和态，并在堆放过程中保持垛体中物料的含水量为50％至吸水饱和态。与现有技术相比，本发明提供了湿法堆垛的新用途，采用本发明所述方法储存秸秆，能够完好地保存秸秆中半纤维素的大分子态(乙醇沉淀即为大分子)，与新鲜蔗渣相比，保存1年后的蔗渣中半纤维素的含量为新鲜蔗渣的95％以上，为大规模木聚糖生产原料的安全存放提供了可靠的解决方案；而且杜绝了干法存放的火灾隐患。
【IPC分类】D21B1-00, C12P19-04
【公开号】CN104631168
【申请号】CN201510043026
【发明人】周玉恒, 覃香香, 代兴华, 陈海珊
【申请人】广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日