木薯淀粉废水范文

木薯淀粉废水范文（精选8篇）

木薯淀粉废水 第1篇

此外,木薯生产加工期为一年中气温最低的季节,且生产榨季短暂,仅有100 d左右,由此,给该行业废水的有效治理带来极大的困难。

由于生产期短暂,过去大多中小型木薯淀粉企业仅采用氧化塘法处理。废水中的有害成分渗入到地下水和土壤中,造成环境日益恶化。此外,氧化塘存贮的废水腐败所产生恶臭气味,严重影响周边老百姓生产生活。可见木薯淀粉废水所造成的环境问题是全方位的。整个行业的不处理现象或处理不达标现象十分严重,这不仅造成资源严重浪费,还侵占了大量的土地,破坏生态平衡,废水已成为企业沉重的包袱,对木薯产业的可持续性发展带来十分不利的影响。采用厌氧发酵技术提取沼气,消化废水再经好氧达标处理,是较适宜推广的清洁生产技术,关键在于如何提高和发挥厌氧反应装置的效率,如何集成和发挥好氧处理工艺的效果。在目前技术发展情况前提下,可以用UASB/接触氧化膜反应器组合工艺来解决木薯淀粉废水处理这个环保难题。

广西扶绥县同正淀粉厂木薯废水处理规模2500 m3d-1,已于2008年将此套工艺设施正式投入使用。运行实践表明,本工艺能够实现木薯淀粉废水的节能减排,连续达标排放。

1 设计水量、水质

经过多次对广西扶绥县同正淀粉厂的木薯废水水质进行了采样分析,废水的污染物浓度基本稳定,水质见表1。

废水处理后排放执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二类一级标准,见表2。

2 处理工艺

工程实践证明,木薯淀粉废水的可生化性较好,但废水的酸度大,温度低,随着天气的变冷,容易使厌氧阶段的生物活性被破坏掉。本工程根据实际监测的渗滤液的水质情况,经过多方考察论证和比较,优化设计了一种符合实际情况的工艺流程,以适应水质的变化,见图1。

与国内现在已采用的各种工艺相比,UASB厌氧+接触氧化膜反应器工艺有如下优点:

(1)UASB技术特点

①技术应用成熟、稳妥、运行稳定,活性污泥量多,抗冲击负荷能力强;②适合各种不同废水特性,尤其在高浓度废水的应用上更显著;③结构设计上罐的有效容积利用率高,启动时间短;④结构分为反应区、沉降区、三相分离器和布水系统;⑤无搅拌设备,有特殊的三相分离器;⑥可根据不同废水性质设计合理的高径比。

(2)生物膜法接触氧化法特点

①由于填料的比表面积大,池内的充氧条件好;②由于微生物附着在填料上形成生物膜,生物膜的脱落和增长可以自动保持平衡,所以不需要污泥回流,也不存在污泥膨胀问题,给运行管理带来方便;③由于生物固体量多,水流又属于完全混合型,因此生物接触氧化池对水质水量骤变有较强的适应能力;保证出水水质的稳定;④由于接触氧化池内有填料存在,起到切割气泡、增加紊动作用,增大了氧的传递系数,同时不需要污泥回流,降低动力消耗,减少运行费用;⑤ 适宜于较低浓度的有机废水处理,能有效去除木薯废水中的氨氮;⑥ 工程投资和处理成本与其它处理技术相比,相对较低。

3 主要构筑物及设计参数

3.1 沉淀池、调节池

由于工厂生产受季节的影响较大,生产排放的废水性质也有一定的浮动,因此设置沉淀池、调节池,起到了调节水量,均衡水质、沉淀重金属和悬浮物的作用,为后续工艺奠定了基础。

废水经沉淀后自流到调节酸化池进行温度、pH值及浓度调节,采用锅炉蒸汽或尾气加热使废水的水温调至40～45 ℃左右,保证厌氧罐内温度在38 ℃以上,以满足厌氧发酵所需的温度条件,这是淀粉废水治理成功与否的关键。

3.2 厌氧反应罐

厌氧反应罐是整个废水治理系统的核心和关键设备,其运行好坏直接关系到废水处理的成功与失败。为确保厌氧工艺的高效运行,应提高厌氧反应池污泥浓度,尽量缩短水力停留时间。本设计采用UASB厌氧反应器,并在上向流部分设置多组三相分离器,与污泥的停留时间(SRT)较好分离。其抗冲击负荷能力强,处理效果好,COD平均去除率可达85%以上,减轻后续好氧的负荷。

厌氧反应罐运行的容积负荷为3～5 kg COD(m3d)-1,建设2座厌氧罐并联运行,单座有效容积为2650 m3,尺寸为ϕ17 m12 m,水力停留时间约为3 d,控制平均流速为0.162 mh-1。为保证池处于厌氧环境,沼气又能安全散发,设计有0.5 m深的静止液位,罐总高12.0 m。采用中温发酵工艺,罐内发酵温度控制在35～40 ℃左右,同时产生大量的沼气,经调节压力后直接送往锅炉燃烧。

3.3 接触氧化膜反应器

厌氧出水自流入好氧曝气池进行好氧生化治理,好氧曝气池为半埋地的砖混结构,采用二级接触氧化法,每级的水力总停留时间约为15 h,有效容积约为1500 m3,池内设有挂膜填料。此曝气工艺效率高,污泥量少,易管理。曝气系统采用高效的鼓风机微孔曝气系统设备,连续曝气运行,使水中的溶解氧(DO)控制在1～2 mgL-1,满足好氧处理对空气量的需要。好氧系统COD去除率达到85%以上。

4 污水处理站建成后对环境的改善

污水处理站建成后能在很大程度上改善外排污水的水质,各项污染因子浓度值下降幅度均很大,对受纳水体水质的改善具有关键性作用。各工段的污染物去除情况见表4。

5 结论及运行实践

该淀粉废水处理系统采用UASB厌氧反应器/接触氧化膜反应器相结合的技术,将厌氧与好氧工艺有机结合,大幅降低工程投资和运行费用,取得很好的社会效益和环境效益。同时,接触氧化系统能够有效解决厌氧过程产生的氨氮的问题,从中长期来看,总体经济效益应较好。

本系统经过了4个月的实际运行,从运行结果上来看,由于各工艺取长补短,提高了系统运行的稳定性和可靠性,增强了系统对水质变化的适应能力,确保了出水各项指标均达到排放标准的要求,为广西淀粉企业的废水处理提供了可靠的保障。

摘要：针对广西木薯淀粉废水因浓度高,酸度大,温度低,季节性明显而处理困难的实际情况,根据连续多月监测水质状况,选择厌氧反应器(UASB)-接触氧化膜生物反应器组合工艺进行处理。该工艺建成后经过4个月的运行表明,实际运行效果良好,系统耐负荷能力极强,解决了企业的环保后顾之忧。本文介绍了该淀粉废水处理系统的组成、重要构筑物及其设计参数等情况,总结了运行效果和工艺特点。

木薯淀粉废水 第2篇

第一部分

中非木薯淀粉市场前景预测

第一章

中非木薯淀粉市场的相关指标预测

第一节 中非木薯淀粉市场相关历史指标

一、中非GDP指标综述

二、中非人均GDP指标综述

三、中非经济结构指标综述

四、中非汇率波动指标综述

五、中非人口结构指标综述

六、与木薯淀粉相关的基础设施状况

第二节 中非与木薯淀粉市场相关的政策点评

一、中非的土地政策

二、中非的农业政策

三、与木薯淀粉发展相关的鼓励或限制政策

第三节 中非木薯淀粉市场的相关指标预测

一、影响中非相关经济指标变动的主要因素

二、2018-2025年中非GDP预测方案

三、2018-2025年中非人均GDP预测方案

四、2018-2025年中非经济结构展望

五、2018-2025年中非汇率波动态势展望

六、2018-2025年中非人口结构变动展望

第二章

中非木薯淀粉市场前景预测

第一节 中非木薯淀粉市场发展相关指标

一、中非木薯种植面积指标

二、中非木薯产量指标

三、中非木薯淀粉供给状况综述

１

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四、中非木薯淀粉需求相关指标

第二节 中国从中非进口木薯淀粉的历史指标点评

一、中国从中非进口木薯淀粉的历史总量及均价指标

二、中国进口木薯淀粉的目标国结构指标

三、中国进口木薯淀粉的特征总结

第三节 影响中非木薯淀粉市场供应的主要因素 第四节 中非木薯淀粉供给指标预测

一、2018-2025年中非木薯产量预测方案

二、2018-2025年中非木薯淀粉供给态势预测

三、2018-2025年中非木薯淀粉出口态势展望

第二部分

中国企业投资中非木薯淀粉项目的经营建议

第三章 中非木薯淀粉市场的竞争格局展望

第一节 2018-2025年中非木薯淀粉市场周期展望

一、中非本土木薯淀粉的生命周期判断

二、中非木薯淀粉市场未来增长性判断

第二节 中非木薯淀粉市场的竞争主体综述

一、中非本土木薯淀粉企业及其相关状况

二、中国在中非的木薯淀粉企业及相关状况

三、其他国家在中非的木薯淀粉企业及相关状况

第三节 中非木薯淀粉市场的各类竞争主体的SWOT点评

一、中非本土木薯淀粉企业的SWOT点评

二、中国在中非的木薯淀粉企业的SWOT点评

三、其他国家在中非的木薯淀粉企业的SWOT点评

第四节 影响木薯淀粉市场竞争格局变动的主要因素 第五节 2018-2025年中非木薯淀粉市场竞争格局展望

一、2018-2025年中非木薯淀粉市场竞争格局展望

二、2018-2025年中国企业在中非木薯淀粉市场的竞争力展望

第四章

中非木薯淀粉市场机会与风险展望

２

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中恒远策—海外版电子商务平台 第一节 2018-2025年中非木薯淀粉市场的机会展望

一、2018-2025年中非本地木薯淀粉市场的机会展望

二、2018-2025年中非木薯淀粉相关政策优惠的机会展望

三、2018-2025年中非当地木薯原料带来的市场机会展望

第二节 2018-2025年中非木薯淀粉市场的风险展望

一、投资回收周期较长的风险

二、跨国人才储备不足及经营管理磨合的风险

三、与当地政府、劳工关系处理不当的风险

四、关联行业不配套的风险

五、利润汇出等相关金融风险

六、土地使用等相关政策变动的风险

七、政治动荡的风险

八、其他风险

第三节 中国企业投资中非木薯淀粉项目的经营建议

一、在中非投资木薯淀粉项目的区域布局选择的建议

二、投资方式的选择

三、投资项目建设规模和建设节奏的建议

四、与中非地方政府公关争取优惠政策的建议

五、处理跨国人才储备及当地化经营的建议

六、正确处理当地劳资关系的建议

七、利润转移路径选择的建议

３

生物降解性木薯淀粉基材料 第3篇

近几年, 随着“白色污染”的日趋严重, 给生态环境造成严重污染, 生物降解塑料技术是最为倡导的方式, 但生物降解存在的主要问题一是制造成本高, 二是制造工艺复杂以及淀粉的改性存在污水排放等问题;三是降解制品在塑料中填加光敏剂和淀粉, 采用光和生物双重降解方法, 但在技术上还未解决淀粉填加量超过60%这一难题, 因此, 在很大程度上制约降解制品的推广应用。

另外, 目前使用的一次性纸制品餐具虽在一次性使用品上替代了一部分塑料制品, 但它也存在以下五个方面问题:一是纸制品的原料需要消耗大量资源紧缺的木材, 造成浪费;二是造纸要产生废水及大气污染, 造成很大损失;三是制造成本高, 一个纸杯的制造成本是塑料杯的2.5倍以上;四是纸本身虽可降解, 但绝大多数餐具为防油防水在表面都涂有塑料或防水剂等, 使其不可降解;五是这类制品都不适宜在微波炉里加热。进而我们提供一种原料成本低、降解效果好、生产工艺简单且易于推广应用的生物降解性木薯淀粉基材料以及根据该材料制作的相应的制品。

该淀粉基材料以木薯淀粉为主要组分, 以可降解的助剂 (包括由低密度高压聚乙烯和线性低密度高压聚乙烯构成的相溶剂以及由乙烯-醋酸乙烯共聚物构成的耦联剂) 、填料 (钛白粉) 、增强剂聚烯烃 (聚乙烯或聚丙烯) 为辅料, 经现代技术科学加工而成的新的降解材料。木薯具有产量高、质地好、种植容易、价格低的特点, 以木薯淀粉为原料生产生物降解性材料及制品, 无疑将为其应用开拓新的途径。

生物降解性木薯淀粉基材料木薯淀粉、聚丙烯或聚乙烯、低密度高压聚乙烯、线性低密度高压聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物、钛白粉六种物质组成, 各物质组分在产品中所占的重量百分比为:

木薯淀粉70%~85%, 聚丙烯或聚乙烯5%~15%1%~2%, 乙烯-醋酸乙烯共聚物3%~8%, 钛白粉1%~2%。

由于在配方及组分上使木薯淀粉物质的含量达到70%~85%, 因而可以使淀粉基材料及制品具有更好的生物降解性。由于淀粉分子的降解, 少量的聚乙烯或聚丙烯分子链也会随之断裂, 形成细小的碎粒或粉末。经常温埋土实验结果表明, 用本发明生物降解性木薯淀粉基材料制成的制品在20天开始变脆, 30天内降解60%, 8至12个月内可全部降解。与目前普遍使用的纸浆模塑、秸秆、玉米淀粉等类材料制品相比, 不仅成本低、外观颜色洁白、气味香, 而且各项性能优异。

该生物降解木薯淀粉基材料制备工艺是:将各组分物质混合搅拌均匀后, 放入高速混炼机中加温混炼成粉状料, 将混炼成的粉状料送入双螺杆挤出造粒机组中进行拉条造粒, 用注塑机对粒料进行注塑或通过压片机组将粒料压延制成片材, 然后依次通过高速成型机、发泡机和拉膜机将注塑料或片料进行吸塑、发泡、拉膜处理后, 最终形成制品。

其生产工艺简练、精化, 易规模化生产, 不需要进行预糊化或化学改性, 也不需要使用有机溶剂、水、蒸汽等, 因而, 在生产过程中不会产生任何废水、废气、废渣等“三废”, 对环境不产生污染。所形成的制品包括一次性餐饮容器和器皿、包装容器、包装膜、医用器材以及农用膜等。其降解餐盒、碗盘等耐热温度为130℃, 最适宜置于微波炉里加热食品、饮料等, 具有优异的耐油及耐水性能;其耐寒温度为-20℃, 可在冰箱内冷冻食品、冰块、饮料等。此外, 该材料的回收制品经粉碎后可用于种植蘑菇、养花或者经过发泡作为包装材料的应用。

联系人:吴同刚

木薯淀粉废水 第4篇

1 木薯淀粉改性技术

1.1 改性剂种类的选择

采用多种不同的改性剂:氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、长链烷基三甲氧基硅烷WD-10、铝酸酯偶联剂DL-2411-A、改性剂A和改性剂B对细微化淀粉进行表面改性处理。

不同改性剂种类对变性前后细微化淀粉颗粒流动性的影响如图1所示。从图中可以看到,经硬脂酸、铝酸酯偶联剂DL-2411-A以及改性剂A改性后的细微化淀粉,其流动性甚至比原始未改性的细微化淀粉颗粒差,而其它改性剂改性后的样品,流动性都有所提高,其中以改性剂B改性后的样品流动性最好。

改性剂种类对改性前后细微化淀粉的疏水性影响如图2所示。从图中可以看到,改性后的细微化淀粉颗粒其疏水性都得到提高,而且经不同改性剂处理后,淀粉颗粒的疏水性效果改善情况不同。其中以改性剂A改性后的细微化淀粉疏水性最好。

综合考虑改性剂种类对改性后细微化淀粉的流动性、疏水性影响,以及对细微化淀粉在有机溶剂中相容性的影响,采用改性剂A与改性剂B复配的改性剂,其改性后的细微化淀粉综合性能最好。制备所得到的改性后细微化淀粉流动如水,并且在水面上飘浮不沉,具有优良的流动性和疏水性。

1.2 改性前后木薯淀粉性质的对比

图3所示为改性前后细微化淀粉的扫描电镜照片,从图3(a)和(b)中可以看到,改性前的细微化淀粉大部分呈现多个淀粉颗粒组成的团聚体形态,而改性后的细微化淀粉几乎全呈现单个细微化淀粉颗粒分散状态。结果表明,通过表面改性处理可以获得具有良好分散性的细微化木薯淀粉颗粒。

改性前后细微化淀粉的休止角照片如图4所示。改性前的细微化淀粉休止角为34°,改性后的细微化淀粉休止角为26°,这说明改性后的细微化淀粉具有了良好的流动性。同时测量了改性前后细微化淀粉的流动时间,改性前的细微化淀粉流动时间为284s,改性后的细微化淀粉流动时间为95s,这也表明改性后的细微化淀粉具有了良好的流动性,与休止角评价方法所得到的结果相吻合。

改性前后细微化淀粉在水中的照片如图5所示,从图中可以看到,改性后的细微化淀粉几乎完全漂浮在水面上,而改性前的细微化淀粉颗粒完全沉入水底,通过测量得到,改性前的细微化淀粉活化指数为0%,而改性后的细微化淀粉活化指数为98%,表明改性后的细微化淀粉具有了良好的疏水性。

上述研究结果表明,采用表面改性处理的方法,制备得到的改性细微化淀粉流动如水,并且在水面上飘浮不沉,具有优良的流动性以及良好的疏水性。

2 采用超音速气流粉碎技术对木薯变性淀粉进行微细化处理研究

2.1 超音速气流粉碎技术特点

在本文中,针对淀粉材料的特点,我们采用气流粉碎技术对淀粉颗粒进行超细化粉碎处理,生产细微化淀粉产品。在气流粉碎过程中,产生的超音速气流是物料破碎的关键。对于淀粉等热敏性物料,在粉碎过程中,希望粉碎的温度不能太高。通过理论分析,超音速射流的温度如下式所示:

T1为喷嘴内部任意截面处的温度,T0是总温(在这里是环境温度),M1是喷嘴内部任意截面处的马赫数,k是工质的绝热指数,对空气而言,k=1.4。很明显,马赫数越大,射流的温度越小。因此,喷嘴出口的射流温度是小于入口温度的,即射流在经喷嘴加速的过程中温度会降低,这种现象被称为焦耳-汤姆逊效应,或节流效应。这是气流粉碎的一大特点,它对于粉碎低熔点(或低软化点)和热敏性物料是非常有益的。

图6所示为采用气流粉碎技术制备的细微化淀粉粒度分布图,粉碎得到的细微化淀粉D10=9.2μm、D50=13.4μm、D90=19.3μm。粉碎后淀粉外观呈现白色粉末状,具有一定的流动性。

2.2 采用离心叶轮对达到细微化的淀粉进行分离的技术研究

气流粉碎机分级器的主要作用是及时地把气流粉碎室中合格的粉体分选出来,不致发生过磨现象,这是气流粉碎机与其它机械粉碎机的主要区别之一。另外,气流粉碎机分级器分选的粉体已是处于良好的分散状态,这是单独气流分级机所不能及的。

离心式叶轮分级器的叶轮结构对成品粉的粒度分布有重要的影响,它主要影响分级器的旋转流场和进入叶轮的气流速度。离心式叶轮的结构主要有如图7所示的几种形式,一种是直叶片形式的,如图7(a)所示,叶片平面与半径径向在一个平面,它是一种常用的结构;第二种是斜叶片形式的,如图7(b)所示,叶片平面与半径径向有一个倾角,倾角大,叶轮压力损失小,这也是一种常用结构;第三种是弧形或折叶片形式的,如图7(c)所示,这种叶轮的旋转流场均匀(一般服从斯托克斯流),叶轮压力损失也小,是一种优化的结构,但是,加工难度较大。

在本文中,为了获得粒度分布窄、粒度细的细微化淀粉颗粒,气流粉碎过程中,采用斜叶片形式的离心叶轮分级器,叶片数为20片,所得到的微细化淀粉颗粒粒度分布窄,粒度细,具体粒度分布结果如图6所示。从图中可以看到,粉碎后的淀粉颗粒粒度分布峰较窄,说明其粒度分布窄。图8所示为粉碎后得到的淀粉颗粒扫描电镜照片,从图中可以看到,粉碎后的细微化淀粉大小均匀,与粒度分布测试结果相吻合。而粒度测试结果表明,粉碎后的淀粉颗粒D50=13.4μm,淀粉颗粒达到了微米级。

3 结论

(1)通过对木薯淀粉进行变性处理,可获得良好的疏水性和流动性的木薯变性淀粉,与有机溶剂也具有良好的相容性。

(2)采用改性剂A和改性剂B复配的方式对木薯淀粉进行变性处理,经过变性后的木薯淀粉可以获得比较好的综合性能。

(3)采用超音速气流粉碎和离心叶轮分级器对木薯变性淀粉进行粉碎和分离,可以使淀粉颗粒达到20μm以下。

(4)通过采用木薯淀粉进行变性处理、超音速气流粉碎和离心叶轮分级器相结合的方法,可以获得疏水性、流动性和微米级的木薯变性淀粉。

摘要：对木薯淀粉进行变性和细微化处理,使淀粉具有良好的疏水性和流动性,实验证明,采用改性剂A与改性剂B复配的改性剂,并且通过气流粉碎技术和离心叶轮分级器对木薯变性淀粉进行粉碎和分离,可以使淀粉颗粒达到20μm以下,并具有良好的疏水性和流动性。

关键词：木薯变性淀粉,疏水性,超音气流粉碎,细微化,流动性

参考文献

[1]张友松.变性淀粉生产和应用手册[M].北京:中国轻工业出版社,1999.

[2]Belitz H D,Grosch W.Food Chemistry[M].Berlin,1999.

木薯淀粉废水 第5篇

本课题组前期的研究发现, 淀粉经机械活化后其结晶结构受到破坏, 且理化性质发生显著改变, 酶解速度加快, 反应活性提高, 可充分利用淀粉原料, 降低生产成本。因此本文以机械活化淀粉为原料, 中温α-淀粉酶为酶解试剂, 制备低DE值的脂肪模拟物。以酶解产物的葡萄糖值 (Dextrose Equivalent, DE) 为评价指标, 分别考察机械活化时间、酶用量、底物浓度、pH值、酶解时间和酶解温度等因素对DE值的影响规律, 并与原淀粉进行比较研究。在单因素的基础上设计正交试验, 探讨制备的最佳工艺条件。为开发淀粉脂肪模拟物在工农业中的广泛应用提供理论依据, 进一步扩大淀粉的应用范围。

1 试验材料与方法

1.1 材料与试剂

木薯淀粉, 工业级, 广西明阳生化科技股份有限公司;中温α-淀粉酶, 酶活力2 000 U/g, 广东环凯微生物科技限公司;3, 5-二硝基水杨酸, 化学纯, 国药集团化学试剂有限公司。可溶性淀粉、葡萄糖、丙三醇、氢氧化钠、盐酸、磷酸氢二钠、柠檬酸、碘和碘化钾等, 均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DHG-9036A型电热恒温鼓风干燥箱, 上海精宏试验设备有限公司;BCD-238KS型海尔电冰箱, 青岛海尔集团;DF-101S型集热式磁力加热搅拌器, 金坛市医疗仪器厂;AB204型电子分析天平, 梅特勒托利多仪器 (上海) 有限公司;721型可见分光光度计, 上海精密科学仪器有限公司;80-2型离心沉淀器, 江苏省金坛市医疗仪器厂;Rigaku D/max 2500v/pc型X射线粉末衍射仪, 日本理学。

活化装置:机械活化设备为自制搅拌磨, 由普通Φ16mm钻床改装而成, 由调速电机调节搅拌轴的转速。研磨筒为内径Φ115mm、高170mm、有效容积1200mL和带冷却套的不锈钢罐, 磨介质为Φ6mm的不锈钢磨球。

1.3 机械活化淀粉的制备

参考文献[5]的方法进行:试验时在研磨筒加入磨介质300m L (堆体积) , 按试验设计的要求, 调节好转速和恒温水浴的温度, 放入淀粉50g, 盖上盖板。启动电机, 达到规定活化时间后取出物料, 将磨球与淀粉分离, 样品密封保存, 并及时分析。

1.4 中温α-淀粉酶活力测定

酶活力的测定参考文献[8]的方法进行。

1.5 还原糖的测定

还原糖的测定是参考文献[9]的方法进行:采用DNS法 (3, 5-二硝基水杨酸比色法) 。

DE值计算:先按DNS法测定还原糖含量, 再由下式计算DE (%) 值:

1.6 脂肪模拟物的制备

脂肪模拟物的制备参考文献[10]的方法进行:木薯淀粉用蒸馏水调浆至质量分数为15%, 用0.1 mol/L HCl调pH值为6.0~6.5, 在恒温水浴锅中加热至一定温度后, 加入适量中温α-淀粉酶, 水解一定时间后加入0.1mol/L HCl将反应液pH值调至3.0进行灭酶, 平衡2~5min后, 待冷却后, 再加入0.1 mol/L NaOH将反应液pH值调至7.0, 3 000r/min离心10min, 取上清液测DE值, 其余的清液在40℃的烘箱中烘干, 样品供表征用。

1.7 X-射线衍射分析

淀粉样品用X-射线衍射仪测定其结构, 测试条件:扫描速度:10°/min, 电流100mA, 电压40kV。

2 结果与讨论

2.1 不同酶解条件对产品DE值的影响

2.1.1 机械活化时间对DE值的影响

固定酶解的温度40℃、底物浓度15%、溶液pH值6.5、酶添加量5U/g和酶解时间l0min, 研究机械活化时间对产物DE值的影响, 结果如图1所示。

影响淀粉酶水解的主要因素是淀粉的结晶结构, 微生物酶的作用主要发生在淀粉的无定形区或化学活性强的区域, 由于结晶区的结构紧密, 分子排列有序, 水及淀粉酶均难以进入此区域, 故各种试剂很难直接作用于原淀粉, 一般需破坏淀粉的结晶结构。由图1可知:原淀粉的DE值仅为0.46, 而活化0.5h淀粉DE值达到3.26, 主要的原因是经机械活化后其紧密的颗粒便面受到破环, 分子链发生断裂, 流动性增强, 淀粉酶的扩散阻力下降, 淀粉的酶解反应活性明显提高, 酶解反应速度加快, 从提高了淀粉酶解效率。产品DE值随活化时间的延长而增加, 说明其酶解反应活性明显提高, 当活化时间为1.0h时的淀粉酶解产物的DE值最大, 达到4.25, 但延长活化时间DE值反而下降, 因此最佳活化时间为1.0h。

2.1.2 酶添加量对DE值的影响

固定酶解的温度40℃、底物浓度15%、溶液p H值6.5和酶解时间l0min, 研究酶添加量对产物DE值的影响, 结果如图2所示。

由图2可知:无论是原淀粉还是活化淀粉, 淀粉酶用量对DE值的影响较显著。在反应的过程中, 活化淀粉的DE值增长速度明显比原淀粉快。表明淀粉经机械活化处理后有利于与α-淀粉酶结合, 加速酶解反应, 而当酶用量为3~7U/g时DE值较低。

2.1.3 底物浓度对产品DE值的影响

固定酶解的温度40℃、溶液pH值6.5、酶解时间l0min和酶添加量5U/g, 研究底物浓度 (以质量分数表示) 对产物DE值的影响, 结果如图3所示。

由图3可知:底物浓度对淀粉酶的液化水解反应有一定的影响, 但对不同活化时间淀粉样品的影响规律有所不同。对原淀粉, 随着底物浓度的增加, DE值影响不大。而对机械活化淀粉, 影响显著。随着淀粉浓度的增大, 产品DE值明显下降。底物浓度较大时, 不利于酶进入淀粉分子内部进行水解, 酶基本只能水解颗粒表面的直链淀粉。活化淀粉的浓度在15%~20%时可制得DE值2~4的产品。

2.1.4 酶解时间对产品DE值的影响

固定酶解的温度40℃、底物浓度15%、溶液pH值6.5和酶添加量5U/g, 研究酶解时间对产物DE值的影响, 结果如图4所示。

由图4可知:随着时间的延长, 淀粉充分反应, 原淀粉和活化淀粉的酶解的程度都越来越大, 产品中还原糖的含量越来越多, DE值也越来越大。但对于原淀粉, 随着时间的延长, 增长速率比较平缓, 产品DE值未能达到要求。对于活化淀粉, 反应时间为2~10min时产品的DE值在2~4之间, 达到对产品DE值的要求。

2.1.5 酶解温度对产品DE值的影响

固定底物浓度15%、溶液pH值6.5、酶添加量5U/g和酶解温度40℃, 研究酶解温度对产物DE值的影响, 结果如图5所示。

由图5可知:木薯淀粉及其活化淀粉在30~40℃温度范围内, DE值随着温度升高而增大, 但温度超过40℃后, DE值随着温度升高反而下降。在酶促反应中, 提高反应温度一般能使淀粉颗粒吸水溶胀度增大, 颗粒强度降低, 淀粉酶的活性增强, 有利于淀粉酶作用, 从而使反应速率加快, 但温度太高也易使酶蛋白变性, 导致活力丧失的速率加快, 二者是相互制约相互影响的, 只有在某一温度时酶促反应的速度才会最大, 此时的温度称为酶作用的最适温度。为使产品的DE值在2~4之间以及考虑温度高能耗大等问题, 本反应系统α-淀粉酶作用的温度选用35~45℃。

2.1.6 反应液pH值对产物DE值的影响

固定底物浓度15%、酶添加量5U/g、酶解温度40℃和酶解时间10min, 研究反应液pH值对产物DE值的影响, 结果如图6所示。

由图6可知:pH值对原淀粉和机械活化淀粉的影响规律是一致的, 即它们的值均随着pH值的提高有所提高, pH值为6.5左右时达到最大, 当pH值超过6.5后, DE值反而下降。这是因为酶是微生物蛋白物质, 有其合适的酸碱度生存条件, 溶液的酸碱性将直接影响到酶的活性及酶与底物的亲和力。在一定pH值下酶表现出较大活力, 此时的pH值为酶的最适值。对于活化淀粉, pH值在5.0~6.5之间均可得DE值2~4左右的产品。

2.2 水解工艺的优化选择

根据单因素试验所得结果, 对酶添加量、pH值、水解温度、水解时间和淀粉浆浓度进行正交试验。每个因素取四水平安排L16 (45) 正交试验, 以机械活化1h的淀粉为原料, DE值为试验指标, 探讨制备脂肪模拟物的最佳工艺条件, 试验结果见表1。

由表1可知:DE值的极差R值的变动在0.67~3.99间不等, 影响因素的顺序是:D>E>A>C>B。即底物浓度对DE值的影响最大, 其次是酶解时间和酶添加量, 而pH值的影响最小。从木薯淀粉水解的试验中可以得到水解的最佳工艺条件:A2B3C4D4E4, 即酶添加量5U/g、pH值6.5、水解温度45℃、底物浓度20%和水解时间10min。

为确定各因素对试验结果影响的程度, 对试验数据进行方差分析, 结果见表2。因素D对水解物DE值的影响极显著, 因素A和E对水解物的DE值影响显著, 这与极差分析中的结果是一致的。

注:**F﹥F0.01, *F﹥F0.1。

依据正交试验所得的最佳工艺条件为A2B3C4D4E4, 但该条件不在以上16组试验中, 于是对该条件进行验证试验, 试验酶添加量5U/g、pH值6.5、水解温度45℃、底物浓度20%和水解时间10min, 以此条件制备的产物DE值为2.63, 因此选用以上条件作为最佳工艺条件。

2.3 X-射线衍射分析

木薯机械活化淀粉及脂肪模拟物的X-射线衍射谱图如图7所示。

由图7可知:木薯淀粉经机械活化后峰形由尖峰衍射峰转变为弥散衍射峰, 经过酶解后淀粉仍具有与原淀粉相类似的衍射峰, 表明酶解反应是发生在淀粉的无定形区;但弥散峰变尖些, 表明淀粉的结晶度提高, 而淀粉结晶性的提高有利于淀粉凝胶的形成。

3 结论

在微生物作用下, 机械活化淀粉的酶解性能优于原淀粉, 在相同条件下, 原淀粉在常温下几乎不能进行酶解。主要的原因是淀粉经机械活化后其紧密的颗粒受到破环, 分子链发生断裂, 结晶结构受到破坏, 结晶度下降, 流动性增强, 淀粉酶的扩散阻力下降, 淀粉的酶解反应活性明显提高, 酶解反应速度加快, 从提高了淀粉酶解效率。经活化的淀粉对酶用量、底物浓度、pH值、酶解时间和酶解温度的依赖性降低, 在常温下就可以进行反应。

木薯淀粉废水 第6篇

关键词：木薯淀粉,磁性微球,反相乳液,表征,机理

磁性微球是一种具有可生物降解性和磁响应性的新型高分子材料, 以高分子材料为载体, 通过吸附和包埋氧化铁、四氧化三铁或其他磁性离子, 形成具有磁性的功能高分子材料, 可以在磁场作用下容易快速分离, 还可以容易地被磁力控制、定位、定向、移动和测定, 在靶向给药、固定化酶、生物医药等方面具有广泛的应用[1,2,3,4]。磁性淀粉微球是磁性微球中的一类, 它是以生物高分子淀粉为壳材料的具有磁响应性的微球, 目前研究的磁性淀粉微球多以可溶淀粉、玉米淀粉等为壳材料[3,4,5], 以木薯淀粉作为壳材料制备磁性淀粉微球研究鲜见报道。木薯淀粉是广西特色天然资源, 利用淀粉中存在的活性基团对其进行改性制备磁性木薯淀粉微球可为广西木薯淀粉的深加工提供一种有效的途径, 也可为医药行业提供一种有效的靶向药物载体。而反相乳液聚合法具有体系粘度低、散热容易、固含量高、能制备出粒径从纳米到微米级的颗粒等优势, 为微球的制备提供了一种有效的合成方法[6]。本研究在前期对木薯淀粉微球研究的基础上[7], 以木薯淀粉和自制纳米表面改性Fe3O4微粒为原料, 采用反相乳液聚合法制备了磁性木薯淀粉微球, 通过红外光谱仪、X射线衍射仪、电镜扫描仪和透射电镜等仪器分析对其结构进行了表征, 初步探讨了其反应机理。

1 实验部分

1.1 材料

木薯淀粉 (工业级) , 广西明阳生化科技股份有限公司;液体石蜡 (化学纯) , 广东西陇化工厂;过硫酸铵[ (NH4) 2S2O8, 分析纯], 广东西陇化工厂;N, N, -亚甲基双丙烯酰胺 (化学纯) , 上海润捷化学试剂有限公司;失水山梨单油酸酯 (Span-80) 、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚 (Tween-80) :广东西陇化工厂, 均为化学纯;六水三氯化铁 (FeCl66H2O) 、四水二氯化铁 (FeCl24H2O) 、氨水 (NH3H2O) :广东西陇化工厂, 均为分析纯;聚乙二醇-6000 (PEG6000, 化学纯) :广东西陇化工厂。

1.2 磁性木薯淀粉微球的制备

1.2.1 PEG-6000改性纳米微粒Fe3O4的制备

用液相共沉淀法[8]制备纳米微粒, 将FeCl36H2O和FeCl24H2O (摩尔质量比为2∶1) 混合溶解于100mL去离子水后加入三口烧瓶中, 使溶液总铁离子浓度为0.3molL-1, 通氮加入60mL NH3H2O, 并加入2g PEG-6000[9], 搅拌速度为800rmin-1, 水浴恒温80℃加热30min结束反应, 磁分离去掉上层液体, 用95%乙醇、去离子水交替洗涤数次至溶液呈中性, 于60℃下真空干燥至恒重。

1.2.2 磁性木薯淀粉微球的制备

将乳化剂 (Span80/Tween80) 溶于液体石蜡中配制成油相, 加入到装有搅拌器、氮气导管、温度计的三口烧瓶中;将适量木薯淀粉溶于15mL去离子水中, 调节pH=12, 糊化冷却至室温备用;用饱和过硫酸铵溶液浸泡一定量的表面改性纳米Fe3O4制得磁流体[10], 磁分离除掉磁流体中的饱和过硫酸铵溶液并加入5mL去离子水形成新的磁流体, 然后和一定量的交联剂混合加入糊化淀粉中超声搅拌均匀后滴加至油相, 在60℃恒温水浴中搅拌形成稳定的反相乳液, 滴加一定的引发剂过硫酸铵, 反应结束后用95%乙醇破乳, 抽滤, 并用95%乙醇浸泡过夜, 以完全除去液体石蜡, 最后磁分离掉95%乙醇并在60℃下真空干燥至恒重。

1.3 磁性木薯淀粉微球的结构表征

用Nicolet6700红外光谱 (美国Nicolet) 测定样品结构, 采用KBr压片法, 全波段扫描 (扫描范围4000cm-1~400cm-1) ;用Tecnai G2F30场发射透射电镜 (美国FEI公司) , 加速电压300kV;用D/Max 2500V型X射线衍射仪 (日本理学) 进行结构分析, 电压40kV, 电流100mA, 扫描速率10o/min, 发射狭缝1o, 接受狭缝0.15mm, 散射狭缝1o, 扫描范围2θ=10o~70o, 20000脉冲/秒;用VSM7410型振动样品磁强计 (美国LakeShore) 在室温下测定样品的饱和磁化强度;用STA-449-F3 (德国Netzsch) 测定样品热性能, 在高纯氮气氛, 流量30mL/min, 扫描范围0℃~800℃, 扫描速率10℃/min。

2 结果与讨论

2.1 磁性木薯淀粉微球FT-IR分析

图1是表面改性Fe3O4 (M) 、木薯淀粉 (St) 、磁性木薯淀粉微球 (MSt) 的红外光谱图。由图1可知, 在MSt中 (图1c) 除了在3392cm-1处的-OH伸缩振动吸收峰、2924cm-1处出现的饱和烃C-H伸缩振动吸收峰、1079cm-1的C-O伸缩振动吸收峰等木薯淀粉的特征吸收峰外, 在574cm-1、478cm-1处出现了FeO键的特征吸收峰, 说明磁性Fe3O4微粒成功包埋在淀粉壳层中。但与表面改性Fe3O4 (M) 在 (图1a) 中的Fe-O键特征吸收峰在588cm-1、440cm-1相比发生了偏离, 这可能是纳米磁性颗粒受颗粒粒径的限制, 导致颗粒表面局部电子的重排, 降低了内部颗粒对表面原子键的束缚, 表面结合力常数逐渐变大, 表现为Fe-O键特征吸收峰向较低的波数移动[11]。

(a:表面改性Fe3O4;b:木薯淀粉;c:磁性木薯淀粉微球)

(a:表面改性Fe3O4;b:木薯淀粉;c:磁性木薯淀粉微球)

2.2 磁性木薯淀粉微球XRD分析

2.3 磁性木薯淀粉微球TEM分析

图3 (a) 和图3 (b) 是磁性木薯淀粉微球的透射电镜图片, 由图可看出该颗粒在TEM图片中有中心及其外晕两部分构成, 微球中间颜色深的部分为Fe3O4磁性体, 而外晕高亮部分为围绕磁性体的淀粉部分, 微球呈球形, 外形规则且表明光滑, 说明Fe3O4成功包埋在淀粉壳层里, 形成了以Fe3O4为内核淀粉为外壳的具有核壳结构的磁性淀粉微球。

2.4 磁性木薯淀粉微球TG-DSC分析

图4为表面改性Fe3O4 (M) 、木薯淀粉 (St) 和磁性木薯淀粉微球 (MSt) 的TG-DSC同步热分析曲线。由图4 (A) a的M的TG曲线可见, M在测定温度范围内无失重, 说明M具有很高的热稳定性;从图4 (B) a显示的M的DSC曲线可知在升温过程M无明显的吸热放热峰, 也说明M的热稳定性高。由图4 (A) b的St的热失重曲线可知, 在室温至200℃范围内主要是木薯淀粉中水或一些小分子溶剂的蒸发, 与之对应的St的DSC曲线, 见图4 (B) b, 在100℃左右也出现明显的吸热峰;图4 (A) b显示St在290℃左右有明显的热降解, 主要是由于淀粉大分子链的断裂, 而造成的放热, 与图4 (B) b的DSC曲线的放热峰处的温度相吻合。

[ (A) a:表面改性Fe3O4TG曲线;b:木薯淀粉TG曲线;c:磁性木薯淀粉微球TG曲线][ (B) a:表面改性Fe3O4DSC曲线;b:木薯淀粉DSC曲线;c:磁性木薯淀粉微球DSC曲线]

由图4 (A) c的MSt的TG曲线可知, MSt在室温至200℃范围内主要是磁性淀粉微球中水分的蒸发, 而在230℃左右发生了明显的热失重, 说明磁性淀粉微球的热稳定性比木薯淀粉的热稳定性降低。而同样质量的St与MSt在0~800℃范围内热分解后所剩的质量分数分别为23.37%、12.77%, 因此可推测出磁性淀粉微球中的Fe3O4为10.6%。

2.5 磁性木薯淀粉微球VSM分析

图5是磁性木薯淀粉微球 (MSt) 和表面改性Fe3O4 (M) 在室温下的磁化曲线。由可知MSt的饱和磁化强度为7.07emu/g, 磁化率较小为3.00510-6emu/Oe;M的饱和磁化强度为64.38emu/g。与表面改性Fe3O4相比, 磁性木薯淀粉微球的饱和磁化强度明显降低, 通过计算得到是表面改性Fe3O4微粒饱和磁化强度的11.0%, 基本推测出微球中的Fe3O4含量为11.0%。其原因是在表面改性Fe3O4的表面包覆淀粉后, 形成了以Fe3O4微粒为内核, 木薯淀粉为外壳, 具有核壳结构的磁性淀粉微球, 因而其饱和磁化强度明显下降, 与2.4热失重的方法所得的微球中Fe3O4含量占微球的10.6%的结果基本一致。从图5可以看出, 两者的矫顽力与剩磁基本为零, 说明该微球具有较好的磁响应性和超顺磁性, 在外加磁场下磁性颗粒能很快实现分离、定位, 在生物医药领域中可作为靶向给药载体。

(a:磁性木薯淀粉微球;b:表面改性Fe3O4)

2.6 磁性木薯淀粉微球的形成机理

按照邱广明等[10]的研究方法, 用聚乙二醇为表面改性剂制备具有较好稳定性和表面亲疏水性的Fe3O4纳米微粒, 并且用预先吸附溶胀的方法, 在磁性Fe3O4粒子表面积聚足够的引发剂[ (NH4) 2S2O4], 确保淀粉大分子链围绕着磁粒子表面缠绕, 形成具有核壳结构的磁性淀粉微球。

图6为表面未改性Fe3O4 (NM) 、PEG6000、表面改性Fe3O4 (M) 的红外图谱, 由Fe3O4粒子的红外光谱 (图6a) 可知, 在580.93cm-1、446.88cm-1处 (Fe-O的弯曲振动吸收峰) 为Fe3O4特征吸收峰。图6b显示聚乙二醇的特征吸收峰在3428.57cm-1处 (-OH) 、2888.53cm-1 (-CH2CH2伸缩振动) 、1344.72cm-1 (-C-O-C伸缩振动) 。而由聚乙二醇表面改性Fe3O4的红外图谱中 (图6c) 无新的特征峰出现, 说明聚乙二醇与Fe3O4是以物理方式结合的并没有发生化学反应, 与胡建[9]的研究结果一致。

因此, 反相乳液聚合法制备磁性木薯淀粉微球的形成机理遵循自由基聚合机理。以M表示聚乙二醇改性后的Fe3O4微粒, 经引发剂[ (NH4) 2S2O4]吸附溶胀后, 在反应过程中产生的离子为MS2O82-, 反应历程如下:

链引发:

链增长:

链终止:

3 结论

采用反相乳液聚合法制备了磁性木薯淀粉微球MSt。通过FTIR分析可知Fe3O4与木薯淀粉成功发生了交联包埋反应, 而由TEM和XRD分析进一步表明微球具有以Fe3O4为核淀粉为壳的核壳结构;由TG-DSC分析表明微球的热稳定性相比原淀粉略有降低;由VSM分析表明微球具有磁响应性和超顺磁性, 可为生物医药领域提供良好的靶向给药载体;并在前人研究基础上发现磁性淀粉微球的制备过程符合自由基聚合机理。

参考文献

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[10]邱广明.大粒径磁性高分子微球的合成[J].聚合物乳液通讯, 1997, 16 (1) :1-5.

木薯淀粉废水 第7篇

关键词：木薯,光合速率,产量,淀粉含量,比较

木薯(Manihot Esculenta Crantz)是世界三大薯类作物之一,有“地下粮仓”、“淀粉之王”和“能源作物”之美称[1]。除作为人类粮食外,木薯也被用作饲料和重要的工业原料[2]。木薯被世界公认是一种很有发展潜力的再生能源作物[3,4],具有使用的广泛性和独特的优越性。国内木薯原料很大一部分依赖国外进口。为缓解国内市场需求,提高木薯产量和淀粉含量迫在眉睫。本试验通过对不同木薯品种不同时期光合速率、产量和淀粉含量的比较研究,分析其差异,对提高木薯产量和淀粉含量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验在广西壮族自治区亚热带作物研究所试验基地进行。供作物为木薯,品种为:GR891、GR911、华南201(SC201)。种植时间在2010年3月12日。

1.2 试验设计

试验设3个处理,即每个品种为1个处理,其中SC201为对照(CK)品种。3次重复,采用随机区组设计,每小区种植80株,木薯种植规格0.8 m1.0 m。

1.3 调查内容与方法

栽植4个月后每隔1个月采样1次,直至2010年12月收获为止。在各小区随机选取5株进行块根产量和淀粉含量测量。用电子秤测定鲜薯产量,采用雷蒙秤测定淀粉含量。光合速率选择晴朗的天气利用TPS-2光合测定仪测定。

2 结果与分析

2.1 不同时期各木薯品种光合速率变化

光合作用在植物的一生中占有极其重要的作用,是植物利用光能合成有机物的过程,光合作用合成的有机物是植物体内贮藏物质的重要来源[3,4]。由图1可知,木薯叶片在不同生育期Pn值变化呈先降再增后降,即呈卧倒的“S”型。Pn值7月较高,8月降低,9月升高,9月之后各木薯品种净光合速率都逐渐下降,进入11月随着叶片的衰老以及气温下降的变化,光合效率逐渐下降,表现为各木薯光合速率降低到最小值。GR891、GR911、SC201(CK)平均净光合速率为18.19、18.28、17.82μmoL/(m2s),平均净光合速率由高到低顺序依次为:GR911>GR891>SC201(CK)。

2.2 不同时期各木薯品种鲜薯产量变化

由图2可知,3个木薯品种鲜薯产量在712月均呈上升趋势,1112月增长幅度很小,12月鲜薯的产量达到最大,GR891、GR911、SC201(CK)在12月产量分别为23.796、30.312、17.945 t/hm2。GR891、GR911、SC201(CK)在712月均呈增长的趋势,而GR911在89月鲜薯的产量增长缓慢。

2.3 不同时期各木薯品种鲜薯淀粉含量变化

木薯的块根是木薯光合产物积累的主要器官,淀粉是主要成分之一,不同品种木薯块根淀粉含量不同。由图3可知,3个木薯品种淀粉含量均随着时间的推进而不断上升,89月增长缓慢,912月快速增长。在12月达到最高,GR891、GR911、SC201(CK)在12月淀粉含量分别为34.8%、26.5%、21.1%。

3 结论与讨论

试验结果表明,3个木薯品种平均净光合速率由高到低顺序依次为:GR911>GR891>SC201。平均净光合速率高可以作为品种高产或高淀粉等优质的评价参考指标,但不是绝对评价指标,与陈冠喜等[5]研究者看法一致。711月是木薯产量提高的关键时期,此期间前尽快合理施肥和除草,以促进木薯丰产[6]。912月是木薯淀粉累积的快速增长时期,此期间注意合理施钾肥,保证淀粉累积。根据不同时期各品种鲜薯产量、不同时期各品种鲜薯淀粉含量变化的试验结果,可为木薯田间管理提供理论参考。

参考文献

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[4]汤百在.木薯良种试验总结[J].福建农业科技,1998(11):15-18.

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木薯淀粉废水 第8篇

1 木薯淀粉生产固体废弃物的种类及特征

木薯淀粉生产加工过程中产生的固体废弃物主要为淀粉生产筛分后排出的木薯渣, 主要由木薯外部褐色的皮 (木薯皮) 、内部的薄壁组织和大部分有毒的氰苷类物质组成。据统计, 木薯渣 (含水率60~75%) 的产生量约占木薯总重量的15%~20%[1], 即每加工100万吨木薯原料生产淀粉, 将会产生约20万吨的固体废弃物。

木薯渣含有丰富且易消化的碳水化台物, 是一种廉价的能量饲料, 但其极度缺乏蛋白质, 粗纤维含量较高且难消化。国内外不少研究人员对木薯渣的常规营养成分进行了分析, 结果表明:非氮化合物的含量最高, 达到75%以上, 其主要成分是可溶性碳水化合物 (如单糖和淀粉) [2], 粗纤维含量平均在10%以上, 粗蛋白和粗脂肪含量均在3%左右[3]。由于在生产过程中未能完全破碎的纤维组织中仍有淀粉残留, 因此木薯淀粉生产过程中产生的固体废弃物仍具有很好的开发利用价值。

2 木薯淀粉生产固体废弃物对环境的影响

木薯渣含有与木薯相近的营养成分, 碳水化合物含量丰富, 含水量较高, 容易滋生微生物, 而我国主要的木薯产区和木薯淀粉生产企业均处于高温高湿的南方地区, 木薯渣不易保存, 如无好的方法及时加以处理和利用, 在特有的气候条件作用下, 木薯渣中所含的物质将会成为繁殖有害霉菌的良好培养基, 其所含渗滤液含有一定量的氢氰酸, 若下渗会对植被、土壤和地下水环境造成较大破坏, 加之其堆存时变质腐烂过程中产生的恶臭等气体会污染大气环境, 进一步给周边居民和牲畜等带来健康隐患, 还占用宝贵的土地资源, 对木薯淀粉产地环境安全造成重大影响。随着我国木薯淀粉产品需求量、产出量的不断增加, 未及时处理的木薯渣量也随之增加。由于木薯渣未得到妥善处置导致周边居民的环境投诉事件也时有发生。

3 木薯淀粉生产固体废弃物的处置利用现状

3.1 木薯渣用作生产饲料

木薯渣直接用来喂养牲畜, 其效果不甚理想, 但经过加工后可作为牲畜的养殖饲料, 其成本低廉, 又能缓解粮食饲料紧张的问题。木薯渣用作生产饲料主要包括作为生产木薯粒的原料、作为配合饲料使用、作为主要的碳源基质添加酵母菌经过发酵后将其转变为蛋白饲料、制成青贮饲料等4种途径, 如泰国淀粉厂将木薯渣制成木薯粒后与大豆饼按4:1的质量比例混合后可代替大麦作猪饲料[4];刘平研究发现在仔猪的不同生长阶段添加不同比例的木薯渣替代部分玉米、豆粕是可行的, 对仔猪的生长无显著性影响, 并可降低生产成本[5];广西北海市食品发酵技术研究所通过优选微生物的代谢作用, 将木薯渣转化为蛋白质含量高、消化酶系丰富、适口性强的复合酶发酵饲料[6];蔡永权和杨文巧利用青贮木薯渣作为主饲料喂养杂交牛, 发现可获得较好的经济效益[7]。

3.2 木薯渣用作生产沼气

木薯渣是优良的富碳原料, 可用于生产沼气。云南省红枫农业公司利用猪牛粪污、黄浆液及剩余木薯渣作为原料, 用厌氧消化的方式建设大型沼气能源工程, 生产电力和热力以满足公司内部生产的能源需求, 解决了企业生产过程中固体废弃物的处置, 并对其进行综合利用回收能源进行发电[8]。

3.3 木薯渣用作肥料

木薯渣用作肥料目前主要有两种途径, 一是堆肥化处理后作为有机肥料。吕育财等人研究发现通过堆肥处理的木薯渣能有效地降低其所含氰化物的危害性[9];邹璇等人则发现木薯渣堆肥可解决堆肥资源化产品中植物可利用磷含量偏低的难题[10]。另一种途径是通过在木薯渣中添加微生物菌群进行无氧发酵, 将其转变成为无污染并富含微生物的农业肥料。此外, 国外学者研究发现木薯渣还含有生长素和赤霉素等植物生长调节剂, 能够刺激植物种子发芽及根茎叶器官发育[11]。

3.4 木薯渣生产酒精

利用木薯渣作为原料生产酒精, 不少企业及科学研究机构都进行了积极的探索和尝试。广西工学院研发成功不经过蒸发浓缩工艺、利用酶降解系数高效回收木薯渣残余淀粉, 并利用残余淀粉提取液进行乙醇发酵的生产技术[12]。赵晓峰等人以木薯渣为原料, 研究木薯渣中淀粉、纤维素和半纤维素水解糖分开发酵或共同发酵制乙醇的技术, 实验结果表明采用同步糖化共发酵工艺较同步糖化分开发酵工艺, 乙醇相对于原料的产率高, 可达到28.04%[13]。

3.5 木薯渣用作生产工业产品的原料

国内外学者已经开始着手研究将木薯渣作为生产工业产品原料的利用途径。Y.Sudaryanto对木薯渣进行综合利用研究得到活性炭[14];Marcia等在木薯渣培养基中接种Bacillus subtilis LB5a菌株来生产生物表面活性剂[15]。王宇飞等研究表明在浓硫酸 (60%) 、浓硝酸和催化剂共同作用下, 经水解-氧化-水解可成功地将木薯渣制备成草酸等[16];谢文伟等将木薯渣经羧甲基化制得的羧甲基纤维素用作硅酸盐保温涂料的黏合剂, 其性能指标良好, 成本低廉, 是综合利用木薯渣、消除环境污染的新途径[17]。

虽然目前利用木薯渣的方式较多, 但是由于木薯渣含水量高, 易腐败和变质, 难以大量贮存和运输, 同时缺乏相关的工艺配套设备, 给进一步加工造成困难, 商业化利用程度不高, 因此未得到有效的推广, 实现企业化生产仍存在一定困难, 如木薯渣用作工业生产原料和栽培基质、部分木薯渣生产酒精工艺 (如酶降解技术、同步糖化发酵工艺) 规模化生产流程的可行性、设备的生产性能和成本、产品质量的稳定性等仍有待进行系统的研究;而木薯堆肥由于易造成二次污染, 目前应用也较少。大部分木薯淀粉生产企业在生产过程中产生的木薯渣依然是露天堆放或是被填埋, 不但造成了资源的浪费, 也造成了严重的环境污染问题。

4 木薯淀粉生产固体废弃物资源及综合利用技术研究

4.1 木薯渣酒精生产新工艺

本研究依托《淀粉废水治理和清洁生产新技术的研发与集成示范》 (项目编号:桂科攻101230105) , 通过多年不断实践, 成功研制出利用木薯渣作为原料生产酒精的新工艺, 并申请获得专利。该工艺技术是将木薯渣与生木薯或木薯干片混合生产, 首先是将木薯渣与生木薯或木薯干片分别进行蒸煮和糖化, 木薯渣经糖化后进行渣水分离, 固渣直接拉去做饲料或肥料, 分离液则回用作生木薯或木薯干片的调浆用液。该方法提高了发酵酒份, 降低生木薯或木薯干片的用量, 并对木薯渣进行了综合利用, 有效地解决了生产木薯渣酒精的能耗高, 污染严重的问题, 提高了利用木薯渣的经济效益, 减少了木薯淀粉酒精生产过程中的排污废水, 同时大大提高了酒精的产量。

4.2 木薯渣用作造纸原料

木薯渣富含淀粉和纤维素, 如果能将木薯渣中的纤维素进行利用, 就有可能改变目前效率和经济效益低下的现状, 以低廉的原料成本换来可观的经济效益。本研究依托《淀粉废水治理和清洁生产新技术的研发与集成示范》 (项目编号:桂科攻101230105) , 成功研制出了利用木薯渣、酒糟渣作为原料生产瓦楞纸、纱管纸的新方法, 并申请获得了国家发明专利。该工艺技术是将木薯渣、酒糟渣经过净化、研磨、清洗、脱水及去杂质, 保留其植物纤维, 并使其与废纸按一定比例混合, 经添加造纸助剂后生产瓦楞纸和纱管纸。该发明的优势在于原料充足、成本低、操作简单和产品稳定性好。该项目的成功研发, 为造纸行业开辟了新的原料领域, 延长了木薯淀粉生产的产业链, 实现了变“废”为宝。

5 木薯淀粉生产固体废弃物资源化及综合利用工程示范

广西某淀粉生产企业经过近20多年的发展, 目前企业已形成以鲜木薯、干薯片等为原料, 设计日产能力达到400吨/天的生产企业。2008年以前, 该企业产生的木薯渣利用方式主要是做饲料, 但由于木薯渣的产生量大, 无法及时对产生的木薯渣进行处理而直接堆存, 对周边的环境造成了严重的环境污染。加之木薯渣本身纤维粗、蛋白含量低、含有毒性氰化物, 使用木薯渣做饲料的效益并不高。

为实现对木薯渣资源的最大化利用, 从2008年开始, 该企业通过与科研院所合作, 积极参与到木薯渣的资源化及综合利用的研究中。并成功开发出了木薯渣的资源化及综合利用技术:一是将木薯渣作为酒精生产的原料;二是将木薯渣作为生产瓦楞纸、纱管纸的原料。上述两种技术商业化利用程度高, 并实现企业规模化生产, 是木薯渣综合利用途径的新突破。通过采用以上两种新技术, 该企业在2011/2012榨季综合利用木薯渣58000万吨, 减少了酒精生产用生木薯和干木薯片原料2万多吨, 产生经济效益1300多万元, 实现了经济和环境效益的双赢。

6 结语

木薯渣是木薯淀粉生产过程中产生的主要废弃物, 由于其本身具备较高的利用加之, 已成为该行业重要的可再利用资源。通过对木薯渣资源化综合利用技术进行研究, 不断挖掘开发木薯渣潜在的再利用价值, 突破相关技术产业化应用瓶颈, 可真正在消除污染的同时实现“变废为宝”。今后对于木薯渣的综合利用和处置技术研究, 需对现有的成熟利用方式不断加以完善, 不断延伸木薯淀粉生产的产业链, 创造更多的经济价值。与此同时, 政府应积极介入到木薯淀粉行业的产业结构调整和转型的工作中, 创新机制, 加大科技投入与政策扶持力度, 并积极开展木薯废弃物收集、运输、贮存和加工利用系统的示范工程建设, 促进木薯淀粉产业的环境保护和可持续发展。

(责任编辑唐津平)

摘要：阐述了木薯淀粉生产过程中产生的固体废弃物木薯渣的主要利用方式及其存在的问题。研究了木薯渣资源化及综合利用技术及其工程应用情况, 并对其应用前景进行了展望。