我国是农业大国,2021年玉米产量2.7 亿吨,玉米芯年产量保持在5500万吨左右 。玉米芯作为一种农业废弃物,曾经绝大部分只能用作农家燃料 。近年,随着我国科学技术的不断进步,玉米芯深加工领域不断扩大,糠醛、木糖、木糖醇、低聚木糖等一系列高附加值的产品相继实现了工业化生产,使玉米芯资源得到了充分的利用 。
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玉米芯中主要成分为纤维素(32% ~36% )、 多缩戊糖(35% ~40% )、木质素(25% )以及少量的灰分 。通过对玉米芯的不同组分进行深加工,就能得到不同的生物质产品 。
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主要下游产品
2.1 糠醛
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糠醛学名呋喃甲醛,是一种重要的有机化工产品,在合成树脂、石油炼制、染料、医药以及轻工行业都有广泛的用途 。糠醛的沸点为161.7℃,凝固点为-36.5℃,相对密度为1.16,是一种具杏仁气味的浅黄色的油状液体 。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,在生产过程同时副产醋酸、甲醇、丙酮 等产品,其总量接近糠醛产量 。目前发达国家糠醛生产萎缩,不少生产厂停产,生产重心已转入发展中国 家 。我国无论在生产能力和产量上都是世界之一,逐渐成为糠醛及其加工产品的更大出口国 。从发展趋势看,我国糠醛生产机遇和挑战并存 。
2.2 糠醇
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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、硅填充塑料及防腐灰浆中也配入一定量的呋喃树脂;少量糠醇用于生产摩擦轮用耐高温酚醛树脂胶粘剂,例如汽车用的刹车片等;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 。
2.3 木糖
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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% 。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 。
2.4 木糖醇
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木糖醇是一种白色粉末或白色晶体五碳糖醇,其分子式为 C 5 H1 2 O 5 。最早发现它存在于许多水果 及蔬菜中,人体自身也能够产生 。由于自然界中木糖醇含量太低,直接从天然物中萃取成本十分昂贵,所以商品化的木糖醇都来源于半纤维素资源,如玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、桦树皮等 。木糖醇甜度与蔗糖相当,外观为白色结晶体,入口有清凉感 。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 而是直接通过细胞壁被人体吸收,具有降低血脂,抗酮体等功能,是糖尿病、肝炎等病症患者良好的食糖替代品 。此外,木糖醇不被口腔中的细菌所利 用,具有优良的防龋齿功能 。因此广泛应用于医 药、食品、精细化工等诸多领域 。生产工艺:木糖加氢后转化为木糖醇,加氢 选择雷尼镍催化剂 。
2.5 低聚木糖
低聚木糖是由2~7个木糖以β-1,4糖苷链连 接而成的低聚糖,其甜度比蔗糖和葡萄糖均低,与麦芽糖差不多 ,约为蔗糖甜度的 40%;低聚木糖 比其它功能性低聚糖更耐酸耐热,在酸性条件下加 热 1 h 无明显变化,在 110℃加热不分解 。因此,低聚木糖广泛用于焙烤食品中 。更为重要的是低聚 木糖有独特的生理学特性:在肠道内不易被消化吸 收,到达大肠后被双歧杆菌利用,具有显著的双歧 杆菌增殖能力;不能被口腔内变异链球菌等细菌分 解成粘着性的单糖,如葡萄糖、果糖等,与蔗糖并用时能阻止蔗糖生成牙垢,故具抗龋齿性;能 促进人体对钙的吸收;
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