本發(fā)明涉及林業(yè)廢棄物資源利用和生物質化工技術領域，尤其涉及一種油茶加工廢棄物兩步有機溶劑生物煉制型組分分離的方法。

背景技術：

油茶為我國特有的木本油料樹種，廣泛分布于長江流域及其以南的14個省(市、區(qū))的低山丘陵地帶，尤以湖南產量最大，達到1780萬畝。油茶耐旱、耐貧瘠、對土壤要求不高，是丘陵地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主體，具有很高的生態(tài)經濟價值；同時油茶籽出油率高，油茶籽油及其副產品在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥等方面具有多種用途，發(fā)展油茶生產對國民經濟和人民生活有重大意義。我國油茶林種植潛力非常大，預計2020年種植面積將要達到7000萬畝，符合我國“不與糧爭田”的政策。因此，隨著我國油茶果樹種植面積的逐年增加，今后發(fā)展油茶種植與油茶加工具有良好的經濟前景。

新鮮的油茶果可分為果殼(～60％)和茶籽(～40％)兩部分，其中茶籽又分為籽殼(～15％)和籽粒(～25％)。油茶果中茶籽出油率達到50％，而在油茶加工過程中所產生的果殼、籽殼和茶粕等廢棄物也高達80％以上。根據(jù)文獻報道，油茶加工廢棄物中不僅含有豐富的皂素、鞣質、粗蛋白和活性多糖等活性物質，而且還含有近50％的纖維多糖。然而，目前對于油茶果的研究主要集中果殼、籽殼或者餅粕中某單一成分的分離提取或轉化利用上，如皂素、活性多糖或粗蛋白等，盡管這些成分附加值較高，但是其含量相對較低，且存在的其他組分易影響目標組分的分離提取，導致目前常見活性物質的分離提取方法難以奏效；另一方面，對于這些廢棄物中含量相對較高的纖維多糖關注并不多。因此，油茶加工廢棄物經活性物質的分離提取后，往往是被丟棄或作為低值燃料，這不僅對環(huán)境造成污染，更是對資源的一種浪費。

總之，目前在油茶果資源的高值化利用方面，不僅存在著加工方法不環(huán)保、原料利用率偏低和經濟效益較低等問題，而且缺乏全面系統(tǒng)的研究，尚不能實現(xiàn)油茶果的工業(yè)化綜合利用。

有鑒于上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種油茶加工廢棄物兩步有機溶劑生物煉制型組分分離的方法，使得油茶果更具產業(yè)上的利用價值。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供，能夠實現(xiàn)油茶加工廢棄物中活性組分的高提取率的同時，利用甘油預處理含有大量纖維多糖的茶油加工廢棄物，從而提高其組分的利用率，并降低對環(huán)境污染程度，實現(xiàn)油茶果的工業(yè)化綜合利用。

本發(fā)明的一種油茶加工廢棄物兩步有機溶劑生物煉制型組分分離的方法，包括以下步驟：

(1)將油茶加工廢棄物風干后粉碎，然后與低沸點有機溶劑-水溶液混勻，提取、過濾，分離出生物活性組分和難溶性固體；

(2)將步驟(1)得到的難溶性固體與甘油混合后，在140–260℃下進行蒸煮預處理，洗滌、分離后得到油茶粗纖維素、半纖維素和木質素；

(3)向步驟(2)得到的油茶粗纖維素中加入纖維素酶進行水解糖化，得到可發(fā)酵性糖以及木質素殘渣。

進一步的，在步驟(1)中，所述油茶加工廢棄物選自果殼和籽粕及它們的混合。

進一步的，在步驟(1)中，油茶加工廢棄物風干后含水量為5–15％，粉碎粒徑為3–10mm。

進一步的，在步驟(1)中，低沸點有機溶劑以乙醇、乙酸乙酯、6#溶劑、正丁醇和乙醚的一種或混合為主。

進一步的，在步驟(1)中，低沸點有機溶劑-水溶液濃度為20–90％(v/v)。

進一步的，在步驟(1)中，提取方式為輔助萃取，提取液固比為6–30/1，萃取溫度為20–80℃，時間為0.5–5h；輔助方式為超聲波和微波或前兩者相結合。

進一步的，在步驟(1)中，生物活性組分為茶皂素、鞣質、活性多糖和蛋白中的一種或幾種。

進一步的，在步驟(2)中，甘油涉及40–100％含量的皂化粗甘油、工業(yè)甘油和精甘油。

進一步的，在步驟(2)中，蒸煮預處理條件為固體和甘油質量比(w/w)為1:6–1:20，溶液呈堿性、中性或酸性，1個大氣壓條件下加熱至140–260℃，維持0–2h。

進一步的，在步驟(2)中，甘油蒸煮預處理溶液可于蒸煮預處理中回收循環(huán)使用7–10次。

進一步的，在步驟(2)中，自來水進行洗滌，共洗滌2–5次，每次洗滌用水量為待洗滌物質重量的5–15倍。

進一步的，在步驟(2)中，油茶粗纖維素提取率為80–100％，半纖維素提取率達到30–85％，木質素的提取率為40–80％。

進一步的，在步驟(3)中，所述纖維素酶水解糖化的基質濃度累積達20-40％，酶載量為3-50FPU/g干基質，水解36-96hr，酶解率達75-95％。

進一步的，在步驟(3)中，木質素殘渣量為油茶粗纖維素的20–40％。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

1)本發(fā)明中使用的有機溶劑多為環(huán)境友好型試劑，如乙醇和甘油等，可通過濃縮、離心等處理方式實現(xiàn)溶劑的循環(huán)使用，從而節(jié)約了資源和成本。

2)該發(fā)明的甘油蒸煮預處理為自催化預處理過程，不需要添加酸堿催化劑，因此其處理液對環(huán)境無污染。

3)甘油蒸煮預處理過程中不產生發(fā)酵抑制物(如乙酸、5-羥甲基糠醛和糠醛等)，且與其它預處理溶劑(有機溶劑或離子液)相比，甘油是多種微生物優(yōu)良碳源，因此其溶劑殘留對后續(xù)微生物和酶均無不良影響。

4)方法中涉及的甘油有機溶劑預處理工藝具有較高的選擇針對性，能夠高效分離提取出油茶加工廢棄物組分中的半纖維素及木質素，同時使得物料中的纖維素得到極大程度上的保留。

5)本發(fā)明通過兩步有機溶劑法聯(lián)產出茶皂素和鞣質等生物活性物質，以及半纖維素/木質素和可發(fā)酵性糖等生物基產品，基本實現(xiàn)油茶加工廢棄物全組分的煉制。可見，本發(fā)明提供關于茶油加工廢棄物兩步有機溶劑生物煉制型組分分離的方法，可以實現(xiàn)油茶加工廢棄物的高值開發(fā)，并且具有環(huán)境友好性，符合現(xiàn)代生物煉制發(fā)展的要求。

上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明關于乙醇溶劑添加量對油茶果殼中茶皂素及鞣制提取率的影響。

圖2是本發(fā)明關于蒸煮時間對甘油蒸煮預處理油茶果殼木質纖維組分分離提取效果的影響。

圖3是本發(fā)明實施例1中關于甘油蒸煮預處理前后油茶果殼可酶解性比較。注：酶載量為50FPU/g DM，a代表油茶果殼，b代表乙醇溶劑水溶液提取后的果殼，d代表甘油蒸煮預處理后的果殼；c代表酶載量為20FPU/g DM，甘油蒸煮預處理后油茶果殼的可酶解性。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

將500g粉碎后的油茶果殼(含水量10％，3–5mm)與5kg 70％乙醇-水溶液混合均勻，全程微波輔助(800W)，30s為一輪循環(huán)，處理10min后，油茶果殼中部分茶皂素及鞣質溶于濾液中，其中茶皂素得率5％(w/w原物料干重)，鞣質得率為3％(w/w油茶果殼干重)，收集濾渣(420g)，自然風干后4℃保藏備用。

將上述濾渣取100g置于蒸煮裝置中，加入1kg質量分數(shù)為70％的甘油水溶液，在160℃，180rpm攪拌速率下，0.1MPa蒸煮2h，反應結束后冷卻至100℃。然后加入300g 100℃的去離子水，機械攪拌，降溫至50℃，用G4砂芯漏斗抽濾，濾渣用溫度為25℃的水洗滌抽濾4次(每次1kg)，收集到的濾渣為油茶粗纖維素，質量為油茶果殼的78％，其中，纖維素含量38％，半纖維素與木質素脫除率分別為40％和50％；收集蒸煮液及濾液混勻后，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

半纖維素的分離：取5kg步驟2中保存蒸煮液及濾液的混合液，真空旋轉蒸發(fā)濃縮到一定體積后調至pH 1.5–3.0，加入15kg的95％乙醇中靜置沉淀12–18h；離心分離獲得粗半纖維素，然后將粗半纖維素用70％乙醇反復洗滌后，風干或冷凍干燥，即得半纖維素成品，為油茶果殼干重的10％，半纖維素提取率達到53％；

木質素的分離：對提取半纖維素后的濾液通過旋轉進行乙醇回收后調強酸性至pH 2.5–3.0，靜置沉淀12–18h，離心分離可獲得粗木質素粉末，經95％乙醇洗滌2次后，冷凍干燥即得到純木質素粉末，為油茶果殼干重的10％，木質素的提取率為45％；于此同時，回收的甘油和乙醇等溶劑重新投入工藝中，實現(xiàn)有機溶劑的重復使用。

取40g上述得到的油茶粗纖維素，向其中加入450g的pH 4.8磷酸鹽緩沖液，同時添加10mL纖維素酶C-Tce2(120FPU/mL)，150rpm，50℃酶解24h后，纖維素轉化率為61％，酶解96h后纖維素轉化率為82％。

實施例2

將自然風干后的油茶粕(含水量8％左右)粉碎后過70目篩，然后取500g粉碎后的油茶粕與5kg 50％丙酮-水溶液混合均勻，60℃水浴，萃取兩次，共3h，其中茶皂素提取率15％(w/w油茶粕干重)，鞣質得率為8％(w/w油茶粕干重)，活性多糖得為6％(w/w油茶粕干重)，低壓旋蒸回收丙酮，實現(xiàn)循環(huán)使用；收集處理后濾渣(320g)，自然風干，4℃保藏備用。

取100g上述濾渣置于蒸煮裝置中，添加1.4kg甘油-水溶液(80％w/w)，220℃，250rpm攪拌速率下，常壓蒸煮1h；反應完成后冷卻至100℃，加入280g沸水溶液后機械攪拌至50℃，用G4砂芯漏斗抽濾；收集濾渣，用溫度為25℃的水洗滌抽濾3次(每次0.8kg)；收集到的濾渣為油茶粗纖維素，質量為油茶粕的68％，纖維素含量52％，半纖維素與木質素脫除率分別為58％和60％；收集蒸煮液及濾液混勻后，低壓除去水分，過濾，得到70％左右的粗甘油，重新投入甘油蒸煮處理工藝中，可循環(huán)使用7次。

于40g油茶粗纖維素中混入450g的pH 4.8磷酸鹽緩沖液，同時添加8mL纖維素酶C-Tce2(120FPU/mL)，150rpm，50℃酶解24h后，纖維素轉化率為80％，酶解96h后纖維素轉化率為97％。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。