專利名稱：：一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種蘆葦生物質(zhì)的活性成分提取、纖維素乙醇生產(chǎn)、秸稈蛋白飼料生產(chǎn)的技術(shù)方法。
背景技術(shù)：
：蘆葦(Phragmitescommunis.)，多年生未本科蘆葦屬植物，具極強(qiáng)的抗逆性和生存競(jìng)爭(zhēng)能力，廣泛分布于全國(guó)各地，在水資源豐富的地區(qū)，如河邊灘涂，蘆葦生長(zhǎng)旺盛，具有"第二森林"的美譽(yù)，自然條件下蘆葦也很少受到病蟲害的侵襲，因此推測(cè)其體內(nèi)含有并釋放出高活性的他感物質(zhì)，可以控制侵襲它的病菌、害蟲，并能抑制其他植物對(duì)其生存空間等的爭(zhēng)奪。蘆葦?shù)目焖偕L(zhǎng)已成為制約相應(yīng)地區(qū)發(fā)展的一大難題，無法使它變?yōu)榫哂懈吒郊又怠⒏呖萍己康墓I(yè)原料。除用作編織和造紙材料外，大多被直接燒掉，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。而蘆葦全身都是寶，產(chǎn)根、戸頸、蘆薈、戸須含有大量的高蛋白、高纖維、多種氨基酸。基于上述實(shí)際現(xiàn)象的考察，對(duì)產(chǎn)葦有效成分的提取是一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的深加工產(chǎn)業(yè)。對(duì)蘆葦莖葉中生物活性物質(zhì)的提取工藝進(jìn)行研究，對(duì)提取液進(jìn)行成分分析，并觀測(cè)提取液對(duì)油脂的抗氧化性，對(duì)微生物的活性抑制性，為蘆葦作為純天然"綠色藥品源"的研究奠定基礎(chǔ)；對(duì)富含纖維素生物質(zhì)的蘆葦莖葉殘?jiān)M(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理后，用于生物燃料乙醇的研制，以蘆葦代替糧食進(jìn)行乙醇的生產(chǎn)，符合中國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)要遵循"不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地"的原則，乙醇作為清潔能源，在將蘆葦變廢為寶的同時(shí)，也美化了我們的生活環(huán)境；經(jīng)酵母菌發(fā)酵后的產(chǎn)葦殘?jiān)缓瑔渭?xì)胞蛋白(SCP)，易于吸收利用，將其作為奶牛的飼料，研究了其飼用價(jià)值，同時(shí)也解決了發(fā)酵廢物所引起的環(huán)境污染問題；為蘆葦莖葉的綜合生物利用提供了依據(jù)。李時(shí)珍在《本草綱目》中記載蘆葦葉具有一定的醫(yī)藥功能，謝玉如等譯的《黃酮類化合物》中揭示蘆葦葉的食品保鮮、抗氧化作用，與其中含有一定量的黃酮類化合物有密切關(guān)系。戴軍應(yīng)用高效液相色譜法(HPLC)，在苯基柱上，成功地分離出蘆葦葉的乙醇浸提液中10余種化合物，通過二極管陣列檢測(cè)器檢測(cè)和采集光譜，初步定性出其中有9種化合物為黃酮類；并用苯基柱制備得到其中8種黃酮純品，經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定，有6種已確證為結(jié)構(gòu)相近的黃酮貳類物質(zhì)。以其中之一蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定出了9種黃酮化合物在蘆葉中的近似含量。郭慶彬以蘆葦葉為材料，分別探討了超聲波輔助提取和酶解輔助提取兩種方法對(duì)蘆葦葉中總黃酮的提取效果，并與索氏提取法進(jìn)行了對(duì)比，最終得到了對(duì)蘆葦葉中黃酮類化合物進(jìn)行提取的最佳工藝。從植物中尋找新的農(nóng)藥生物活性物質(zhì)，是當(dāng)今新農(nóng)藥研制開發(fā)的熱點(diǎn)之一。馮俊濤等在對(duì)56種植物抑菌活性篩選試驗(yàn)中，也證實(shí)產(chǎn)葦具有抑菌活性。楊從軍對(duì)蘆葦水提取液的農(nóng)藥活性進(jìn)行了初步研究，希望為進(jìn)一步以戸葦為原料開發(fā)植物源殺菌劑、除草劑等提供依據(jù)。鄭曦為探明是否可以把蘆葦葉粉碎后直接施入農(nóng)田以及蘆葦葉施入農(nóng)田后對(duì)作物的生長(zhǎng)又會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，在實(shí)驗(yàn)室條件下觀測(cè)分析了蘆葦葉水提物對(duì)幾種農(nóng)作物種子發(fā)芽及生長(zhǎng)的影響。我國(guó)生態(tài)學(xué)工作者對(duì)蘆葦資源分布、生態(tài)型、種群生態(tài)學(xué)等開展了研究，取得了不少研究成果。對(duì)蘆葦?shù)难芯恐饕w現(xiàn)在以下幾個(gè)方面①病蟲害防治蘆葦害蟲與疾病的研究及其防治；②資源調(diào)査戸葦資源的分布與生長(zhǎng)狀況的調(diào)査；③在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用蘆葦資源在污水處理等方面的應(yīng)用；④基礎(chǔ)理論的研究蘆葦?shù)纳?、生態(tài)結(jié)構(gòu)與過程研究；資源的開發(fā)利用蘆葦資源開發(fā)利用方式(主要用于建材和造紙)；⑥加工設(shè)備的研究加工蘆葦?shù)脑O(shè)備的研究開發(fā)與改良；⑦雜草防治蘆葦作為農(nóng)田及河道雜草的治理與防除技術(shù)方法。而對(duì)戸葦生物質(zhì)進(jìn)行活性物質(zhì)分離后，再降解用于乙醇發(fā)酵，發(fā)酵殘?jiān)糜陲暳系木C合應(yīng)用研究還沒有人開展?，F(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)能源的需求急劇增加，當(dāng)今世界各國(guó)消耗的能源大部份來自化石資源?；茉吹膬?chǔ)量有限，而且會(huì)導(dǎo)致大量的N02、S02等有害氣體以及C02、甲烷等溫室氣體排放，所以對(duì)環(huán)境友好的可再生資源的開發(fā)顯得日益重要。目前較成熟的燃料乙醇的生物轉(zhuǎn)化方法是以玉米為原料，但其原料成本高達(dá)總成本的70%—80%。最近各國(guó)的研究集中在以木質(zhì)纖維素為原料上。由木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化成的燃料乙醇越來越引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。目前世界各國(guó)研究利用木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的科研機(jī)構(gòu)都圍繞著這幾大技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)行攻關(guān)。一是預(yù)處理工藝，即通過各種方法，如氣爆法、濕氧化法、稀酸法或幾種方法的組合，破壞秸稈中的纖維素、半纖維素與木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，使之松散，亦可使半纖維素水解；二是水解工藝，即通過酶法或酸法把上述物質(zhì)中的纖維素、半纖維素水解成六碳糖和五碳糖；三是發(fā)酵工藝，選用特殊的共酵菌種對(duì)上述六碳糖和五碳糖進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)乙醇。但是目前世界上還沒有一家工業(yè)規(guī)模利用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的企業(yè)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的尋找能夠使蘆葦生物質(zhì)高附加值綜合利用的技術(shù)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案將蘆葦進(jìn)行自然曬干、粉碎，測(cè)定研究出蘆葦莖葉中工業(yè)成分與化學(xué)組成，運(yùn)用萃取法、色譜技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段，對(duì)蘆葦中天然有效成分進(jìn)行萃取和提純分離；并將有效成分應(yīng)用于油脂中考察其抗氧化性能，并進(jìn)行抑菌性試驗(yàn)；研究蘆葦中活性成分的藥用價(jià)值，為蘆葦作為純天然"綠色藥品源"的研究奠定基礎(chǔ)；將,葦進(jìn)行預(yù)處理，研究蘆葦莖葉中纖維素的合適糖化工藝，采用濕法氧化、蒸汽爆破法、混酶法、酸解法、酶解法、酸酶法、酶酸法等預(yù)處理進(jìn)行比較研究，尋求簡(jiǎn)便、廉價(jià)、環(huán)保的預(yù)處理工藝；研究蘆葦糖化液進(jìn)行乙醇發(fā)酵的低成本工藝條件，篩選產(chǎn)醇率較高的酵母、分離篩選能代謝木糖產(chǎn)乙醇的酵母；采用游離酵母細(xì)胞進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵、間隙發(fā)酵；與固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵進(jìn)行比較，尋求低成本的發(fā)酵工藝；采用乙醇的發(fā)酵與提取耦合工藝，采用吸附固定化酵母細(xì)胞與膜分離耦合發(fā)酵一分離乙醇的方法，從而消除產(chǎn)物的反饋抑制作用，尋求高轉(zhuǎn)化率的發(fā)酵工藝；最后，從環(huán)保理念出發(fā)，將蘆葦莖葉發(fā)酵殘?jiān)糜陲暳涎芯俊＝?jīng)酵母菌發(fā)酵后的蘆葦莖葉殘?jiān)懈缓湍竼渭?xì)胞蛋白(SCP)，在奶牛場(chǎng)進(jìn)行奶牛飼喂試驗(yàn)，研究其飼用價(jià)值，同時(shí)又起到環(huán)保的生態(tài)效果。本發(fā)明的有益效果解決了蘆葦?shù)目焖偕L(zhǎng)制約相應(yīng)地區(qū)發(fā)展的一大難題；使它變?yōu)榫哂懈吒郊又?、高科技含量的工業(yè)原料；為蘆葦作為純天然"綠色藥品源"的研究奠定了基礎(chǔ)；以戸葦代替糧食進(jìn)行乙醇的生產(chǎn)，符合中國(guó)燃料乙醇生產(chǎn)要遵循"不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地"的原則，乙醇作為清潔能源，在將蘆葦變廢為寶的同時(shí)，也美化了我們的生活環(huán)境；經(jīng)酵母菌發(fā)酵后的蘆葦殘?jiān)缓瑔渭?xì)胞蛋白(SCP)，易于吸收利用，將其作為奶牛的飼料，飼用價(jià)值較高，同時(shí)也解決了發(fā)酵廢物所引起的環(huán)境污染問題；為蘆葦莖葉的綜合生物利用提供了依據(jù)。具體實(shí)施例方式(1)蘆葦莖葉中生物活性物質(zhì)的提取工藝研究為了獲得蘆葦莖葉中生物活性物質(zhì)的提取工藝，通過單因素與正交試驗(yàn)分別對(duì)超臨界萃取、超聲波輔助提取、索氏提取和酶解輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，研究其最佳工藝及參數(shù)條件。(2)提取液成分純化、分析通過層析法、色譜法進(jìn)行戸葦莖葉中生物活性物質(zhì)的純化和成分分析，包括柱層析法、薄層層析法、HPLC法。(3)提取液成分的藥用功效確定①抗氧化性的確定用烘箱貯存法，以豬油、菜籽色拉油和二級(jí)豆油為底物，測(cè)定制取的蘆葦中活性成分的抗氧化性能。②抑菌性的確定采用"菌絲生長(zhǎng)速率法"測(cè)定蘆葦中活性成分的無菌提取液的細(xì)菌、霉菌、酵母菌的抑菌性。(4)蘆葦莖葉的最佳預(yù)處理工藝研究①濕法氧化預(yù)處理工藝研究；②蒸汽爆破法預(yù)處理研究；③稀酸法預(yù)處理工藝研究；④混酶法預(yù)處理工藝研究。(5)產(chǎn)葦纖維素乙醇的低成本發(fā)酵工藝研究①篩選產(chǎn)醇率較高的酵母；②分離篩選能代謝木糖產(chǎn)乙醇的酵母；③進(jìn)行菌種固定化(提高發(fā)酵效率和便于重復(fù)使用)；④分批補(bǔ)料發(fā)酵(俗稱"流加")(可使菌種始終處于高效的工作狀態(tài)，同時(shí)縮短生產(chǎn)周期)；⑤乙醇的發(fā)酵與提取耦合工藝研宄。(6)蘆葦莖葉發(fā)酵殘?jiān)娘曈脙r(jià)值研究在鹽城泰來神乳業(yè)有限公司奶牛場(chǎng)進(jìn)行奶牛詞喂試驗(yàn)，研究其飼用價(jià)值。以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此-實(shí)施例1除爛葉、枯葉，洗凈，自然曬干，用粉碎機(jī)粉碎，過60目篩子篩分。采用超臨界C02萃取技術(shù)萃取蘆葦葉總黃酮，對(duì)萃取溫度、時(shí)間、壓力和夾帶劑用量四因素進(jìn)行研究，并采用紫外分光光度法對(duì)萃取物中的總黃酮進(jìn)行定量分析。確定了超臨界C02萃取總黃酮的最佳工藝條件為:溫度為65'C、時(shí)間為1.5h，壓力為30MPa、夾帶劑用量為4.5ml/g。黃酮提取率為70.48%。實(shí)施例2用涂布棒將培養(yǎng)基上生長(zhǎng)良好的菌落與少量蒸餾水混合，然后將菌液倒入滅菌冷卻的液體培養(yǎng)基內(nèi)，放入搖床內(nèi)(溫度為37X:、轉(zhuǎn)速為100r/min)培養(yǎng)24h測(cè)定其吸光度。向各菌懸液中加入10ml戸葦提取物后搖床培養(yǎng)24h再分別測(cè)定各菌懸液的吸光度，如表l所示；抑菌率％=(原菌液吸光度一加入提取物后菌液的吸光度)/原菌液吸光度><100%，抑菌率如表2所<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由此可初步判定一定量的蘆葦提取液對(duì)大腸桿菌、酵母菌、黑曲霉、出芽短梗霉等菌種具有一定的抑制效果，對(duì)干酪乳桿菌的抑菌效果相對(duì)較差。實(shí)施例3蘆葦提取物對(duì)油脂的抗氧化性測(cè)定稱取30g油脂(魯花花生油)4份置于燒杯中，l份為空白對(duì)照組(未加提取液)，3份分別按油重的0.05%、0.10%、0.50%加入提取物?；旌暇鶆颍糜?60i0.5)'C的恒溫烘箱中，各燒杯加蓋一表面皿，每隔12h攪拌l次，并交換其在烘箱中的位置。每隔幾天取樣測(cè)定花生油的過氧化值(POV),并以此來表示花生油的氧化速度，進(jìn)而衡算提取物的抗氧化性。精確稱取3g混勻樣品(必要時(shí)過濾)，置于碘量瓶中加入30mL氯仿一一冰醋酸混合液，溶解樣品，加入0.5mL飽和碘化鉀溶液，立即加塞搖勻hnin，避光靜置反應(yīng)5min。取出加水50mL，再以O(shè).OImol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡黃色時(shí)，加入0.5mL淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失為終點(diǎn)，同時(shí)做一空白實(shí)驗(yàn)，按公式計(jì)算過氧化值，POV-[Cx(F2-FOxl000]/傷，式中C為硫代硫酸鈉溶液的濃度(mol/L);V2為試樣用去的硫代硫酸鈉溶液體積(ml):Vi為空白用去的硫代硫酸鈉溶液體積(ml);m為試樣的質(zhì)量(g)。結(jié)果如表3所示?？瞻子蜆右蛭刺砑犹J葦提取液，所以其POV值在6(TC下保存時(shí)，隨時(shí)間變化幅度增大。而添加蘆葦提取液的油樣，其過氧化值則變化較為平緩。表明蘆葦提取液具有一定的抗氧化性，且其抗氧化性與所添加劑量在一定范圍呈正相關(guān)。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例4以提取活性成分后的蘆葦渣為原料，烘干后用間隙為0.5cm的粉碎機(jī)粉碎，過20-40目篩子篩分，水解制汁，添加酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。對(duì)蘆葦秸稈進(jìn)行酸解，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定其酸解的最佳工藝條件為原料液濃度為60g/L、100mL原料液中加90mLlc/。稀硫酸、水解溫度為120°C、水解時(shí)間為120min，水解液中還原糖含量為19.48%;通過正交實(shí)驗(yàn)確定乙醇發(fā)酵的最優(yōu)條件為酵母接種量2%，發(fā)酵溫度25'C，發(fā)酵時(shí)間60h。實(shí)施例5經(jīng)酵母菌發(fā)酵后的蘆葦莖葉殘?jiān)懈缓湍竼渭?xì)胞蛋白(SCP)，其粗蛋白含量大于45%，產(chǎn)品定位為中高檔優(yōu)質(zhì)生物蛋白詞料；戸葦秸稈中粗纖維、木質(zhì)素降解效率較高，其中粗纖維的降解率高于50%;通過研究，飼料配方中的適宜添加量15%-20%;通過奶牛飼喂試驗(yàn)研究，產(chǎn)品中粗蛋白的消化率達(dá)到了80%，提高了動(dòng)物對(duì)蘆葦秸稈的利用及消化。權(quán)利要求1.一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是先進(jìn)行蘆葦莖葉中生物活性物質(zhì)的提取分離，對(duì)提取液進(jìn)行減壓濃縮，將濃縮液作為油脂的抗氧化劑、微生物的抑菌劑，對(duì)提取生物活性物質(zhì)后富含纖維素生物質(zhì)的蘆葦莖葉殘?jiān)M(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理后，糖化發(fā)酵，生產(chǎn)生物燃料乙醇，經(jīng)酵母菌發(fā)酵后的蘆葦殘?jiān)缓瑔渭?xì)胞蛋白(SCP)，將其作為奶牛的飼料，形成了蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用體系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是蘆葦莖葉中生物活性物質(zhì)的提取分離采用超臨界萃取。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是用碘量法分別測(cè)定添加0~10%提取液的油脂樣品的過氧化值，分析蘆葦提取物的抗氧化性，得出其抗氧化性與劑量呈正相關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是蘆葦提取液的抑菌性通過各個(gè)菌種菌懸液的吸光度及各菌懸液制成的平板，兩種方法相結(jié)合比較，得出蘆葦提取物對(duì)各菌種抑制性的大小，菌種分別為酵母菌(S.cerevisiae);大腸桿菌(五"/jm'c力^co/z');黑曲霉(v4j/e/^〃ws出芽短梗霉(UweoZjas/必"m/n/〃"/aw5);干酪乳桿菌(Sfrai/is丄.cosez')。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是對(duì)提取生物活性物質(zhì)后富含纖維素生物質(zhì)的蘆葦莖葉殘?jiān)?，置?2rC、并有1.53g/L的Na2C03溶液存在的高壓蒸汽鍋中處理1530min進(jìn)行濕法氧化預(yù)處理。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種戸葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是采用酸解、酶解、酸酶、酶酸等方法對(duì)蘆葦莖葉殘?jiān)臐穹ㄑ趸A(yù)處理液進(jìn)行降解處理。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是采用固定化酵母細(xì)胞與膜分離耦合發(fā)酵一分離乙醇的方法，以海藻酸鈉和短根霉多糖固定化酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，用膜從發(fā)酵液中分離出乙醇。分離出產(chǎn)物乙醇后的發(fā)酵液返回反應(yīng)器循環(huán)利用。從而消除產(chǎn)物的反饋抑制作用。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是經(jīng)酵母菌發(fā)酵后的蘆葦殘?jiān)缓瑔渭?xì)胞蛋白(SCP)，易于吸收利用，將其作為奶牛的飼料，其飼用價(jià)值較高。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，其特征是形成了蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用體系。全文摘要本發(fā)明涉及一種蘆葦生物質(zhì)綜合應(yīng)用的技術(shù)方法。本發(fā)明所述的蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用方法，先采用超臨界萃取進(jìn)行蘆葦莖葉中生物活性物質(zhì)的提取分離，并得出了最佳工藝條件；對(duì)提取液進(jìn)行減壓濃縮，并形成濃縮液作為抗氧化劑、抑菌劑的應(yīng)用方法；為蘆葦作為純天然“綠色藥品源”的研究奠定了基礎(chǔ)；對(duì)提取生物活性物質(zhì)后富含纖維素生物質(zhì)的蘆葦莖葉殘?jiān)M(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理后，糖化發(fā)酵，形成了生物燃料乙醇的生產(chǎn)方法；經(jīng)酵母菌發(fā)酵后的蘆葦殘?jiān)缓瑔渭?xì)胞蛋白(SCP)，易于吸收利用，將其作為奶牛的飼料，得出了其飼用價(jià)值；形成了蘆葦生物質(zhì)的綜合應(yīng)用體系，為蘆葦?shù)木C合生物利用提供了依據(jù)。文檔編號(hào)C11B5/00GK101649253SQ20091003506公開日2010年2月17日申請(qǐng)日期2009年9月15日優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日發(fā)明者余曉紅,劉必前,銳董,偉許,榮邵申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院