專利名稱：木芙蓉生產(chǎn)紡織纖維、醫(yī)藥中間體等多種產(chǎn)品方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域，特別涉及木芙蓉莖皮纖維汽爆脫膠工藝和 功能組分的提取方法，木芙蓉花、葉功能組分汽爆提取的方法，以及木芙蓉莖稈 和花、葉殘渣發(fā)酵燃料乙醇和制備生態(tài)板材的方法。
背景技術(shù)：
木芙蓉為錦葵科，木槿屬植物，落葉灌木或小喬木，枝干密生星狀毛，原產(chǎn) 我國黃河流域及華東、華南各地，為深根性植物，根粗壯稍具肉質(zhì)，喜溫暖濕潤、 陽光充足的環(huán)境，亦耐旱，略耐陰。其生性粗放，對土質(zhì)要求不嚴，幾乎分布在 全國各地，在疏松、透氣、排水良好的沙壤土中生長最好。
木芙蓉花、葉、根、皮均入藥，有涼血、止血、清熱解毒、消腫、排膿、止 痛等功效，其莖皮纖維素含量高(40 — 50%)，纖維柔韌而耐水，是良好的紡織 原料，汽爆脫膠后經(jīng)漂白和養(yǎng)生，纖維得率達到木芙蓉皮干重的45%;且木芙蓉 皮中含有大量的黃酮、甾醇等藥用成分，具有抗菌消炎作用，可用作抗菌紡織原
料；木芙蓉去皮莖稈主要成為纖維素，是發(fā)酵乙醇的良好原料同時也是生產(chǎn)生態(tài)
板材的良好原料。
本發(fā)明針對木芙蓉的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)用過程工程技術(shù)集成的思路， 利用我們在生物質(zhì)資源開發(fā)研究中形成的汽爆等核心技術(shù)，將其生物量全利用， 清潔生產(chǎn)抗炎癥紡織纖維、燃料乙醇、生態(tài)板材和黃酮、甾醇等產(chǎn)品。
技術(shù)分析
無污染汽爆技術(shù)在木芙蓉莖皮脫膠和活性物質(zhì)提取上的應(yīng)用是本發(fā)明的突 出創(chuàng)新點。在植物韌皮纖維的脫膠方面，目前韌皮纖維的生產(chǎn)主要采取化學(xué)脫膠
法、物理一化學(xué)脫膠法，如CN1112610A、 CN1137071A、 CN1546751A、 CN1228480C等公開的方法。部分文獻報道了化學(xué)一生物脫膠法、生物脫膠法等 工藝進行脫膠，如CN101012573A采用的就是生物脫膠法。化學(xué)脫膠法是韌皮 纖維脫膠所采用的主要方法，其原理是利用韌皮中的膠質(zhì)和纖維素對酸、堿、氧化物作用性質(zhì)的不同，通過煮練、水洗等化學(xué)、物理手段使膠質(zhì)與纖維分離。化 學(xué)一生物脫膠是先利用酸或堿對原料進行預(yù)處理，然后利用微生物或酶對植物韌 皮原料作用，從而代謝其中的果膠實現(xiàn)韌皮脫膠。但是化學(xué)法脫膠不僅造成環(huán)境 污染而且使得韌皮纖維制成率低、工藝纖維長度較短；而化學(xué)一生物脫膠法周期 長、工藝復(fù)雜，不利于生產(chǎn)操作。因此我們開發(fā)清潔高效的木芙蓉皮汽爆脫膠工 藝及其功能組分提取的方法。
蒸汽爆破是采用空氣、水蒸汽等介質(zhì)對植物進行爆破。由于植物細胞壁由纖 維素等物質(zhì)組成，易受高壓空氣膨脹時的沖擊而破裂，同時水蒸汽易浸入植物細 胞中，使成分軟化，產(chǎn)生一系列的化學(xué)變化，從而削弱了纖維間的粘結(jié)。蒸汽爆 破后纖維素充分暴露，變成結(jié)構(gòu)疏松、柔軟的立體狀組織。木芙蓉莖皮經(jīng)汽爆處 理后使80%的半纖維素和果膠降解，不僅實現(xiàn)了木芙蓉皮原料的初步脫膠，而且 使得其中的可溶性功能組分部分溶解從而更有利于提取。
在植物活性物質(zhì)的提取方面，利用汽爆技術(shù)將植物細胞壁破碎，有利于其活 性物質(zhì)的釋放，從而提高提取率和提取效率。本發(fā)明用將木芙蓉葉和花經(jīng)汽爆處 理后不僅提高了黃酮等活性物質(zhì)了提取率，而且縮短了提取時間。為木芙蓉活性 物質(zhì)的提取開辟了新的高效的方法。
本發(fā)明的另一個創(chuàng)新性是建立了木芙蓉去皮莖稈和葉、花殘渣發(fā)酵燃料乙醇 的及生產(chǎn)生態(tài)板材的方法，實現(xiàn)了木芙蓉資源生物量全利用。
燃料乙醇是國際上近年來最受關(guān)注的石油替代燃料之一。巴西實施了大規(guī)模 的甘蔗制乙醇計劃，2002年產(chǎn)乙醇1200多萬噸，全面覆蓋汽車用燃料并大量出 口美國。2000年，美國生產(chǎn)600萬噸玉米乙醇，相當(dāng)于汽油消耗量的1%。摻入 10%—15%的乙醇可使汽油燃燒得更完全，減少0)2的排放量。雪佛龍公司(Chevron) 投入超過15億美元用于開發(fā)纖維素乙醇。
利用木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇是解決原料來源和降低成本的主要途徑之一， 因為含木質(zhì)纖維素的農(nóng)作物秸稈和林產(chǎn)下腳料等數(shù)量巨大。去皮木芙蓉莖稈纖維 素含量為45%_60%，且結(jié)構(gòu)較為疏松，與其他木材相比，預(yù)處理容易，是發(fā) 酵燃料乙醇的良好原料。而經(jīng)過汽爆處理和活性物質(zhì)提取后的葉、花殘渣可直接 用于酶解發(fā)酵燃料乙醇。
本發(fā)明實現(xiàn)了木芙蓉組分的分層多級利用，創(chuàng)立了經(jīng)濟合理的木芙蓉綜合利用新工藝突破依靠單一技術(shù)或單一組分利用的技術(shù)路線，將多種新技術(shù)和多產(chǎn) 品相結(jié)合，實現(xiàn)了木芙蓉組分的分層多級利用，創(chuàng)立經(jīng)濟合理的木芙蓉綜合利用 新工藝，建立了木芙蓉韌皮纖維清潔脫膠，聯(lián)產(chǎn)醫(yī)藥化合物和木芙蓉去皮莖稈和 葉、花殘渣發(fā)酵燃料乙醇的方法，實現(xiàn)了木芙蓉資源生物量全利用。
本發(fā)明的開發(fā)前景分析
1、 木芙蓉植物對土壤和氣候的要求不高，可在荒山或河道邊緣大面積栽培， 不影響糧食生產(chǎn)；易于栽培，生長迅速，具有巨大的開發(fā)價值。
2、 抗菌紡織材料是紡織業(yè)發(fā)展的重要方向，木芙蓉莖皮有抗菌的功效，其 韌皮纖維是生產(chǎn)抗菌紡織纖維的良好原料，具有誘人的經(jīng)濟價值；
3、 非糧原料生產(chǎn)燃料乙醇是乙醇生產(chǎn)的最終方向，市場潛力巨大，木芙蓉 莖稈結(jié)構(gòu)疏松，是生產(chǎn)燃料乙醇的良好原料，發(fā)展前景巨大；
4、 從木芙蓉花、葉、根和皮中都可以提取高附加值的黃酮和甾醇類等藥用 化合物，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
5、 利用可再生木芙蓉生物質(zhì)為原料生產(chǎn)新型生態(tài)板材，由于其取之不盡、 用之不竭的優(yōu)勢，在未來的產(chǎn)品競爭中，必將對那些利用非再生性原料生產(chǎn)的建 筑材料(如水泥、石膏和其他礦物制品等)形成巨大的沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是針對木芙蓉各組織的的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特 點，應(yīng)用過程工程技術(shù)集成的思路，利用我們在生物質(zhì)資源開發(fā)研究中形成的汽 爆等核心技術(shù)，將其生物量全利用，清潔生產(chǎn)抗菌紡織纖維、燃料乙醇、生態(tài)板 材和黃酮、甾醇等醫(yī)藥用品。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種木芙蓉生物質(zhì)資源綜合利用清潔生產(chǎn)紡織纖 維、醫(yī)藥中間體、生態(tài)板材和燃料乙醇等的方法，包括如下步驟
(1)木芙蓉莖皮汽爆脫膠生產(chǎn)紡織纖維和醫(yī)藥中間體
對收集的木芙蓉枝進行剝皮，所得莖皮在0.7 1.5MPa壓力下維壓2~5min 進行蒸汽爆破處理；回收汽爆處理后產(chǎn)生的汽爆殘液，同時對汽爆后原料進行水 洗將其中吸附在纖維表面的功能組分回收，合并汽爆殘液和水洗液，然后對所得 液進行分離純化得到各種醫(yī)藥中間體；對汽爆水洗后的木芙蓉韌皮纖維采用兩段 漂白技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二
5段漂白液的組成為1% Na2Si03、 1% H202、 1% NaOH，均在60 —7(TC下，各 漂l一3h，固液比1/10—1/20;對漂白后木芙蓉韌皮纖維進行給油、干燥、開 松、梳理而得到潔白柔順的木芙蓉紡織纖維。
(2)汽爆提取木芙蓉葉、花功能組分及其殘渣發(fā)酵乙醇
對收集到的木芙蓉葉、花在0.7 1.3M Pa壓力下維壓2 5min條件進行汽爆 處理，汽爆后用60 — 85%的乙醇浸提黃酮甾醇等活性物質(zhì)，然后對所得混合物 進行分離純化得到各種功能組分；提取后的葉、花殘渣經(jīng)酶解、發(fā)酵得燃料乙醇。
P)木芙蓉莖稈發(fā)酵燃料乙醇
將去皮的木芙蓉莖稈切割成4一6cm，在L0 1.6M Pa壓力下維壓2~5min條 件進行汽爆處理，汽爆后經(jīng)酶解、發(fā)酵得燃料乙醇； (4)木芙蓉莖稈清潔制備生態(tài)板材
木芙蓉去皮莖稈切割成4—6cm，在1. 2-1. 8 M Pa壓力下維壓2~5min條件 進行汽爆處理，再通過擠壓成型的方法制成生態(tài)板材。
技術(shù)特點本發(fā)表首先克服了化學(xué)脫膠工藝污染環(huán)境和生物脫膠工藝時間 長、成本高、脫膠率的缺點，提供一種木芙蓉韌皮纖維汽爆脫膠的清潔生產(chǎn)工藝， 同時對其中可溶性功能組分進行有效提取，使得廢棄木芙蓉皮資源得到綜合利 用；其次采用汽爆的方法預(yù)處理提取木芙蓉花、葉功能組分，提高了提取效率； 同時建立了木芙蓉去皮莖稈和花、葉殘渣酶解發(fā)酵燃料乙醇和生產(chǎn)生態(tài)板材的方 法，實現(xiàn)木芙蓉生物量全利用，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。
具體實施例方式
實施例1:木芙蓉皮汽爆脫膠生產(chǎn)紡織纖維和醫(yī)藥中間體
對收集的木芙蓉莖枝進行剝皮，所得木芙蓉莖皮在1.2MPa壓力下維壓2min 進行蒸汽爆破處理；回收汽爆處理后產(chǎn)生的汽爆殘液，同時對汽爆后原料進行水 洗將其中吸附在纖維表面的功能組分回收，合并汽爆殘液和水洗液，然后對所得
液進行分離純化得到各種醫(yī)藥中間體；對汽爆水洗后的木芙蓉韌皮纖維釆用兩段 漂白技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二 段漂白液的組成為l%Na2Si03、 1%H202、 l%NaOH，均在70。C下，各漂2h，
固液比1/15;對漂白后木芙蓉韌皮纖維進行給油、干燥、開松、梳理而得到潔
6白柔順的木芙蓉紡織纖維。
纖維得率為木芙蓉莖皮干重的46.7%;木芙蓉莖皮中黃酮得率為莖皮干重的 1.35%。
實施例2:汽爆提取木芙蓉葉、花功能組分及其殘渣發(fā)酵乙醇-對收集到的木芙蓉葉、花在1.0Pa壓力下維壓4min條件進行汽爆處理，汽
爆后用80%的乙醇浸提黃酮甾醇等活性物質(zhì)，然后對所得混合物進行分離純化
得到各種功能組分；提取后的葉、花殘渣用纖維素酶量為12FPA/g干底物酶和酵
母菌利用固相酶解發(fā)酵耦合技術(shù)，發(fā)酵48h得燃料乙醇。
葉和花的黃酮提取率分別為原料干重的2.3%禾卩3.1%;燃料乙醇產(chǎn)率為原料
干重的12%。
實施例3:木芙蓉莖稈發(fā)酵燃料乙醇
將去皮的木芙蓉莖稈切割成4一6cm，在1.4M Pa壓力下維壓5min條件進行 汽爆處理，汽爆后用纖維素酶量為13FPA/g干底物酶和酵母菌利用固相酶解發(fā) 酵耦合技術(shù)，發(fā)酵48h得燃料乙醇。
燃料乙醇產(chǎn)率為原料干重的"％。
實施例4:木芙蓉莖皮汽爆脫膠生產(chǎn)紡織纖維和醫(yī)藥中間體 對收集的木芙蓉莖枝進行剝皮，所得木芙蓉莖皮在l.OMPa壓力下維壓3min 進行蒸汽爆破處理；回收汽爆處理后產(chǎn)生的汽爆殘液，同時對汽爆后原料進行水 洗將其中吸附在纖維表面的功能組分回收，合并汽爆殘液和水洗液，然后對所得 液進行分離純化得到各種醫(yī)藥中間體；對汽爆水洗后的木芙蓉韌皮纖維采用兩段 漂白技術(shù)，第一階段漂白液的組成為l%Na2Si03、 2%H202、 2%NaOH，第二 段漂白液的組成為l%Na2Si03、 1%H202、 l%NaOH，均在7(TC下，各漂2h，
固液比1/18;對漂白后木芙蓉韌皮纖維進行給油、干燥、開松、梳理而得到潔 白柔順的木芙蓉紡織纖維。
纖維得率為木芙蓉莖皮干重的43.7%;木芙蓉莖皮中黃酮得率為莖皮干重的 U5%。
7實施例5:汽爆提取木芙蓉葉、花功能組分及其殘渣發(fā)酵乙醇
對收集到的木芙蓉葉、花在1.3Pa壓力下維壓4min條件進行汽爆處理，汽 爆后用70%的乙醇浸提黃酮甾醇等活性物質(zhì)，然后對所得混合物進行分離純化 得到各種功能組分；提取后的葉、花殘渣用纖維素酶量為15FPA/g干底物酶和酵 母菌利用固相酶解發(fā)酵耦合技術(shù)，發(fā)酵44h得燃料乙醇。
葉和花的黃酮提取率分別為原料干重的2.1%禾[]3.3%;燃料乙醇產(chǎn)率為原料 干重的13%。
實施例6:木芙蓉莖稈發(fā)酵燃料乙醇
將去皮的木芙蓉莖稈切割成4一6cm，在1.6M Pa壓力下維壓4min條件進行 汽爆處理，汽爆后用纖維素酶量為10FPA/g干底物酶和酵母菌利用固相酶解發(fā) 酵耦合技術(shù)，發(fā)酵48h得燃料乙醇。
燃料乙醇產(chǎn)率為原料干重的15%。
實施例7:木芙蓉莖稈清潔制備生態(tài)板材
木芙蓉去皮莖稈切割成4一6cm，在1. 4 M Pa壓力下維壓5min條件進行汽
爆處理，再通過擠壓成型方法制成生態(tài)板材。該生態(tài)板材不含甲醛等有毒化學(xué)試
劑，并具有防水、無毒、無味、無污染、無輻射、輕、硬、美觀等優(yōu)點。 實施例8:木芙蓉莖稈清潔制備生態(tài)板材
木芙蓉去皮莖稈切割成4一6cm，在1. 6 M Pa壓力下維壓45min條件進行汽 爆處理，再通過擠壓成型方法制成生態(tài)板材。該生態(tài)板材不含甲醛等有毒化學(xué)試 劑，并具有防水、無毒、無味、無污染、無輻射、輕、硬、美觀等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1、一種木芙蓉生產(chǎn)紡織纖維、醫(yī)藥中間體等多種產(chǎn)品的方法，包括木芙蓉莖皮、花、葉和去皮莖稈綜合利用的方法，其步驟如下(1)木芙蓉莖皮汽爆脫膠生產(chǎn)紡織纖維和醫(yī)藥中間體對收集的木芙蓉莖枝進行剝皮，所得莖皮在0.7～1.5MPa壓力下維壓2～5min進行蒸汽爆破處理；回收汽爆處理后產(chǎn)生的汽爆殘液，同時對汽爆后原料進行水洗將其中吸附在纖維表面的功能組分回收，合并汽爆殘液和水洗液，然后對所得液進行分離純化得到各種醫(yī)藥中間體；對汽爆水洗后的木芙蓉莖皮纖維采用兩段漂白技術(shù)，第一階段漂白液的組成為1％ Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的組成為1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在60—75℃下，各漂1—3h，固液比1/10—1/20；對漂白后木芙蓉莖皮纖維進行給油、干燥、開松、梳理而得到木芙蓉紡織纖維；(2)汽爆提取木芙蓉葉、花功能組分及其殘渣發(fā)酵乙醇對收集到的木芙蓉葉、花在0.6～1.6M Pa壓力下維壓2～8min條件進行汽爆處理，汽爆后用60—85％的乙醇浸提黃酮甾醇等活性物質(zhì)，然后對所得混合物進行分離純化得到各種功能組分；提取后的葉、花殘渣經(jīng)酶解、發(fā)酵得燃料乙醇；(3)木芙蓉莖稈發(fā)酵燃料乙醇將去皮的木芙蓉莖稈切割成4—6cm，在1.0～1.6M Pa壓力下維壓2～9min條件進行汽爆處理，汽爆后經(jīng)酶解、發(fā)酵得燃料乙醇；(4)木芙蓉莖稈清潔制備生態(tài)板材木芙蓉去皮莖稈切割成4—6cm，在1.2-1.8M Pa壓力下維壓2～7min條件進行汽爆處理，再通過擠壓成型的方法制成生態(tài)板材。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟(1)和(2)所述的分離純化 步驟是濃縮處理、離子交換、柱層析、膜過濾、微濾、納濾后即可分別得到 各種醫(yī)藥中間體，包括黃酮類物質(zhì)和甾醇類物質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟(2)和(3)所述的酶解、發(fā) 酵采用固相酶解發(fā)酵耦合技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域，特別涉及木芙蓉清潔聯(lián)產(chǎn)多種高附加值產(chǎn)品的生物量全利用方法，包括木芙蓉莖皮纖維汽爆脫膠工藝和功能組分的提取方法，木芙蓉花、葉功能組分汽爆提取方法以及木芙蓉莖稈和花、葉殘渣發(fā)酵燃料乙醇和生產(chǎn)生態(tài)板材的方法。汽爆脫膠方法清潔、環(huán)保、成本低，脫膠后的木芙蓉莖皮纖維潔白松散、含有不溶于水的抗菌消炎成分，具有抗菌消炎功能；采用汽爆技術(shù)破碎木芙蓉葉、花細胞壁，易于活性物質(zhì)的釋放，可提高提取率、降低提取成本，汽爆處理后可提取得到黃酮類和甾醇類等醫(yī)藥中間體，提取后的殘渣用于發(fā)酵燃料乙醇；木芙蓉去皮莖稈主要成分為纖維素、而且結(jié)構(gòu)疏松，易于預(yù)處理，可用于生產(chǎn)燃料乙醇，也可清潔制備生態(tài)板材。本發(fā)明為木芙蓉生物質(zhì)資源的綜合利用生產(chǎn)紡織纖維、醫(yī)藥中間體和燃料乙醇等提供了新思路和方法。
文檔編號D01B9/00GK101487141SQ20091007822
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者張作仿, 彭小偉, 陳洪章 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所