CN110833115A - 以生化黄腐酸为主产品对棉花生产副产物的综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对棉花生产副产物的综合利用方法，对棉籽粕、棉籽壳、棉秸秆这些棉花种植、生产的副产物进行综合利用。分为初始三大处理步骤：包括棉籽糖的提取，棉籽粕发酵制蛋白饲料，棉籽壳发酵制优质饲料；将三大处理后的残存物，包括棉籽糖的提取后的残液和渣，棉籽粕发酵后的残液和渣，棉籽壳发酵过程的残液和渣，加上整理后作为主原料的棉秸秆一道作为生物发酵原料，来制取生化黄腐酸。针对目前在我国新疆大面积种植棉花，而副产物棉籽粕、棉秸秆等利用率低，造成巨大浪费的尴尬局面所提出的综合利用的新思路与方法。

Description

以生化黄腐酸为主产品对棉花生产副产物的综合利用方法

技术领域

本发明公开了针对目前在我国新疆大面积种植棉花，而副产物棉籽粕、棉秸秆利用率低，造成巨大浪费的尴尬局面所提出的综合利用的新思路与方法。

背景技术

棉花，是锦葵科(Malvaceae)棉属(Gossypium)植物的种籽纤维，原产于亚热带。植株灌木状，在热带地区栽培可长到6米高，一般为1到2米。花朵乳白色，开花后不久转成深红色然后凋谢，留下绿色小型的蒴果，称为棉铃。棉铃内有棉籽，棉籽上的茸毛从棉籽表皮长出，塞满棉铃内部，棉铃成熟时裂开，露出柔软的纤维。

棉花的原产地是印度和***。在棉花传入中国之前，中国只有可供棉花充填枕褥的木棉，没有可以织布的棉花。宋朝以前，中国只有带丝旁的"绵"字，没有带木旁的"棉 "字。"棉"字是从《宋书》起才开始出现的。可见棉花的传入，至迟在南北朝时期，但是多在边疆种植。棉花大量传入内地，当在宋末元初，史料中记载:"宋元之间始传种于中国，关陕闽广首获其利，盖此物出外夷，闽广通海舶，关陕通西域故也。"从此可以了解，棉花的传入有海陆两路。泉州的棉花是从海路传入的，并很快在南方推广开来，至于全国棉花的推广则迟至明初，是朱元璋用强制的方法才推开的。

棉花是世界上最主要的农作物之一，产量大、生产成本低，使棉制品价格比较低廉。棉花的主副产品都有较高的利用价值，正如前人所说"棉花全身都是宝"。它既是最重要的纤维作物，又是重要的油料作物，也是含高蛋白的粮食作物，还是纺织、精细化工原料和重要的战略物资。因此，必须努力使棉花增产，搞好综合利用，增产增值，以增加棉农收入和满足国民经济发展多方面的需要。

棉花产量最高的国家是中国、美国、印度、巴西、墨西哥、埃及、巴基斯坦、土耳其、阿根廷和苏丹。据国家***2019年3月份公布的数据显示，2018年我国棉花产量 610万吨。其中新疆地区，2018年棉花播种面积为3737万亩，棉花产量511.1万吨，占全国棉花产量的83.80％。

按常规计算，新疆地区在收获了511.1万吨棉花的同时，更是产出了数量巨大的副产物。

1、国家公布的棉花产量为皮棉产量，10吨籽棉可加工出3吨皮棉。

2、511.1万吨棉花产量，需1704吨籽棉方能加工出。剩下的即为棉籽，约有1190 万吨的棉籽。

3、1吨棉籽可榨130kg棉籽油，出500kg棉籽粕和350kg棉籽壳。2018年新疆地区种植的棉花可榨出154万吨棉籽油，595万吨棉籽粕和416万吨棉籽壳。

4、据报道，一亩棉田可回收棉秸秆200kg，3737万亩棉田可回收棉秸秆747万吨。

从上述统计和计算出的数据可看出，新疆地区棉花包括副产物的资源量是非常丰富的。然而，新疆地区在这些副产物的利用上是存在严重不足的。

2014年12月农业部农产品加工局根据《农业部2014年度重大问题调研方案》，对农产品及加工副产品综合利用问题进行了深入调研，形成了《农产品及加工副产物综合利用问题研究报告》整篇报告围绕两个问题。一是当前我国农产品及加工副产物综合利用现状堪忧、触目惊心；二是加强农产品及加工副产物综合利用功在当代、利在千秋。

新疆***经济研究院曾在2008年就发表过一篇文章《新疆棉花副产品综合利用现状及对策》。文章中也指出：……新疆棉花副产品加工产业的发展仍旧处于初级发展阶段，……。综合利用率不高。在加工中产生的一些有价值的副产品大都以低廉的价格出售或作为废弃物处理……。

原本大有可为的棉花副产物因人们认识的不足、方法不对、工作不到位而造成大量的浪费。

我们利用现代工业的技术，对棉花种植中产生的副产物进行综合利用，是一个整体的方案。从棉籽粕中棉籽糖的提取、棉籽粕生化发酵制蛋白饲料到棉秸秆整理粉碎后的发酵，这几种副产物全部加以利用，甚至连这些副产物加工过程中产生的工艺废液、残渣也加以综合利用。在这几个部分之间，都是有机的相结合，其目的是真正做到吃干榨尽，不产生环境污染，不浪费一根棉秸秆，以创造出最佳的社会效益和经济效益。

之所以考虑这样的产品结构，也是从新疆地区的实情出发。新疆是产棉大省，也是畜牧业大省。产棉大省的发展离不开肥料，畜牧业大省的发展离不开饲料。我们的产品设计也围绕着这些展大的。

棉籽糖是人体肠道中双歧杆菌、嗜酸乳酸杆菌等有益菌极好的营养源和有效的增殖因子，棉籽糖有整肠和改善排便的功能，它能改善人体的消化功能，促进人体对钙的吸收。但又是单胃动物饲料的抗营养因子，影响动物对蛋白的吸收。在制作饲料的过程中要尽量除去。

棉酚是另一种抗营养因子，棉酚对动物毒性较大，尤其单胃动物过量摄取或摄取时间较长，可导致生长迟缓、繁殖性能及生产性能下降，甚至导致死亡。幼小动物对棉酚的耐受能力更低。要得到优质蛋白饲料，就必须降低棉酚的含量。

综合利用全过程，最后是以生化黄腐酸为中心展开的。在其它每道工序中都有一些残渣废料，而这些都集中到生化黄腐酸工厂来综合利用。生化黄腐酸类产品是市容量最大、发展前景最好的涉农项目。国家要限制畜用抗生素的使用，减少化肥的使用量，最大限度的降低农药的使用量，只有发展生化黄腐酸类产品才能得以实现。有一个企业曾经这样分析过，假定全国18亿亩土地都用上生化黄腐酸类产品，且每亩地每年只使用15 公斤，那么全国粮食产量将提高15％，而黄腐酸类肥料则需要2000万吨。这是一个多么大的产业格局。

我们假定，以年提取1000t棉籽糖来考虑问题。按从棉籽粕中提取3％棉籽糖的标准计算，需要35000t棉籽粕，并可生产20000t蛋白饲料，再配上50000t棉秸秆可生产5000t的黄腐酸原粉和优质有机肥50000t。另外还有25000t的棉籽壳需处理，以加工成有特效作用的优质饲料。

发明内容

本发明针对目前在我国新疆大面积种植棉花，而副产物棉籽粕、棉秸秆利用率低，造成巨大浪费的尴尬局面所提出的综合利用的新思路与方法。本发明主要提出了如何充分的利用种植、收获棉花过程中产生的副产物棉籽粕、棉秸秆资源去生产国民经济中不可缺少的农、牧业发展所需要的物质资源，解决了按常规方法在生产这些产品过程中所造成的资源浪费和可能产生的环境污染问题。

本发明技术方案是，一种对棉花生产副产物的综合利用方法，对棉籽粕(棉籽榨油后产物)、棉秸秆棉花种植、生产的副产物进行综合利用，分为初始三大处理步骤：包括棉籽糖的提取，棉籽粕发酵制蛋白饲料，棉籽壳发酵制优质饲料；将三大处理后的残存物，包括棉籽糖的提取后的残液和渣，棉籽粕发酵后的残液和渣，棉籽壳发酵过程的残液和渣，加上作为整理后棉秸秆的配料一道作为生物发酵原料，来制取生化黄腐酸。

提取棉籽糖:棉籽粕进整理、清洗工序，在这里经过筛选、流水冲洗，以除去杂质和粉尘。沥去多余水份的棉籽粕经计量后进超声波辅助浸提池，利用浓乙醇(50％～90％范围) 在50～70℃的温度范围内对棉籽粕进行二～四次的浸提，提取棉籽糖成份。提取液经过脱蛋白、脱色、浓缩、结晶等单元的处理，得到棉籽糖。提糖后的棉粕经两次水洗、离心甩干以回收残留的乙醇。

在提取、加工精制、结晶棉籽糖的过程中产生了大量的废渣、工艺废液，收集以后做为生产生化黄腐酸的原料，进行二次的利用。

在棉籽粕浸提的过程中，一部分的棉酚也被溶解到浸提液中。这少量的棉酚在脱蛋白、脱色两道工序中被脱除。(在对提取的棉籽糖多次检测，未测出棉酚成份。)

浸提后的棉籽粕，经过生化发酵，制取高蛋白饲料；在此过程中产生的工艺废液、残渣做为生化发酵的原料，制取生化黄腐酸。

棉籽粕进行生化发酵加工，以脱除有毒物质，增加饲料中的有益成份:回收乙醇后的棉籽粕计量后进生化发酵池，在这里加入各种辅料及菌种，进行发酵处理。加入不同的菌种，在不同的发酵温度下，经过不同的发酵时间，可得到不同的发酵产品。发酵熟料烘干、粉碎后即为蛋白饲料产品。过程中的回收料集中后备用。

棉籽粕中含有的棉酚成份，在浸提棉籽糖的过程中，被溶解带走了一部份，其含量己大大降低。通过微生物发酵，又进一步降低了棉籽粕中棉酚的含量，多次的样品检测，发酵后棉籽粕中含有的棉酚均低于国家行业标准(GH-T 1042-2007脱酚棉籽蛋白)中分光光度法棉酚含量小于0.040％的指标。

在棉籽粕进行生化发酵加工过程中产生了大量的废渣、工艺废液，收集以后做为生产生化黄腐酸的原料，进行二次的利用。

以棉秸秆为主原料，混配上述的回收料，进行生化发酵加工，生产生化黄腐酸。棉秸秆收集后要及时整理、清洗，除去杂质。棉秸秆粉碎后，按比例混合其它原料、加入自制的专用菌种及多处来的废渣、工艺废液，进行生化发酵，制取生化黄腐酸。

有益效果：在对棉花种植、生产的副产物利用上做到吃干榨尽，创造出最佳的经济效益。棉秸秆粉碎后进行生化发酵，制取生化黄腐酸。

以棉秸秆及种植、收获棉花过程中产生的副产物棉籽粕综合利用后的下脚料为配料，以粉碎后的棉秸秆为原料，采用生化技术来生产生化黄腐酸尚未见报道，这是这些副产物棉籽粕、棉秸秆等综合利用的一个新方向，同时也解决了若干产品在生产过程中的环境污染问题，一料多用，变废为宝。生化黄腐酸(或盐)项目的开发，取之于农副产物，用之于民，还之于大地，这是一种良好的可再生资源的循环模式。它破解了这些副产物棉籽粕、棉秸秆等利用率低，造成巨大浪费的尴尬局面；增加了畜牧业紧缺的蛋白的供货资源，并提升了植物蛋白的综合品质，减少植物蛋白的进口量；减少化肥、农药的使用，提高农林产品的品质，改良了土壤。是一项值得推广的项目。

具体实施方案

下面结合实施例做进一步说明。

1、棉籽糖的提取。

清洗沥干的棉粕，经计量后进超声波辅助浸提池，利用浓乙醇在50～70℃的温度范围内进行二～四次的浸提，提取棉籽糖成份，提取液经过脱蛋白、脱色、浓缩、结晶单元处理，得到棉籽糖。提糖后的棉粕经二次水洗回收残留的乙醇。

提糖后的棉粕直接送生化发酵车间，作为蛋白饲料的生产原料。在棉籽糖提取过程中产生的工艺废液、残渣等送生化黄腐酸工厂做原料。

棉籽糖的功效与用途参见棉籽糖简介的公开介绍。

2、优质蛋白饲料的生产。

棉粕沥水后进生化发酵池，在这里加入各种辅料及菌种，进行发酵处理。加入不同的菌种，在不同的发酵温度下，经过不同的发酵时间，可得到不同的发酵产品。发酵熟料烘干、粉碎后即为蛋白饲料产品。

发酵等生产过程中产生的工艺废液、残渣等送生化黄腐酸工厂做原料。

棉籽粕富含蛋白质，是一种极具开发潜力的植物蛋白饲料资源。然而棉籽粕中存在有害物质与抗营养因子，适口性差，会导致动物对营养物质的吸收与利用率降低，甚至可能导致禽畜中毒。因此，降低棉籽粕内抗营养因子与有害物质的含量，提高其利用率，改善饲用品质己成为饲料业研究的热点。

在众多的加工方式中，生化发酵应是一种较好的处理方式。生化发酵法脱毒效果好，避免了化学添加剂和物理法对棉籽蛋白功能和性质的影响，不破坏其风味、色泽以及适口性，还增加了菌体蛋白，因此，生化发酵法使用的较为广泛。另外生化发酵法与传统的农业生产蛋白饲料相比，还具有能够进行大规模的工业化生产。具体表现在：原料来源广泛，可就地取材，选用廉价原料；生产周期短，效率高；劳动生产率高。

3、优质饲料的生产。

棉籽壳，也称棉皮，是棉籽经过剥壳机分离后剩下的外壳。根据剥壳机械的类型不同、棉花籽品种不同、产地不同、含水量不同、剥壳后碎棉仁粉过筛程度不同等，加工出来的棉籽壳的大小、颜色、棉绒长度、营养成份(含棉仁粉)也不一样。棉籽壳主要用于：养殖食药用菌、作为饲料、饲养牲畜等。因棉籽壳外具有的短绒部分，适合作为反刍动物的饲料，特别对奶牛中干乳期和泌奶早期，是非常好的饲料。在这类奶牛的饲料中添加了棉籽壳的成份可增加奶牛的进食量。

棉籽壳含有5～8％的粗蛋白，是畜禽养殖的好饲料。但是，棉籽壳中含有对畜禽有毒的棉酚，当成饲料直接饲喂畜禽是有害的，因此需要发酵后才能当做畜禽饲料。

棉籽壳在发酵加工过程中所产生的工艺废液、残渣等送生化黄腐酸工厂做原料。

4、生化黄腐酸及有机肥的生产。

黄腐酸(Fulvic Acid简称为FA)，是一类成份复杂的天然有机物。可以从煤炭来源的腐植酸中提取，或直接从泥炭、风化煤中制取，也可以利用生物技术的方法以农林下脚料为原料人工制取。从泥炭、风化煤中制取的黄腐酸为矿源性黄腐酸(简称为MFA)，以利用生物技术的方法从农林下脚料中人工制取的黄腐酸为生化黄腐酸(简称为BFA)。

生化黄腐酸是多种有益物质组成的复合体。加之其独有的五大特点，它对生物具有极大的活性。能明显提高动植物的免疫功能和抗逆性能，改善土地盐碱化程度，与化肥农药复合施用，显著提高肥力，降低化肥使用量而减少危害。因此，生化黄腐酸是生产无毒无公害化肥、农药和饲料添加剂的新型替代原料。可以广泛应用于农业、医药、工业等领域。

黄腐酸的作用，参见黄腐酸系列产品公开介绍。

以棉秸秆及其它棉花生产副产物综合利用后的下脚料为原料，采用生化技术来生产生化黄腐酸尚未见报道，应是棉花种植、生产的副产物进行综合利用的一个新方向。

具体实施例：本实施例从棉籽粕购进厂开始。

第一步：提取棉籽糖。

棉籽粕进整理工段，开包倒入料斗，由皮带运输机将料运至风选口，通过风选去除部分杂质。再进水循环清洗浸泡池。常温下控制清洗、浸泡时间不超过20分钟。清洗、浸泡后物料进备用料斗，沥去多余水份，经计量后进超声波辅助浸提池。在这里物料经过浓乙醇(50％～90％范围)在50～70℃的温度范围内进行二～四次的浸提，提取棉籽糖成份，每次浸提时间30～60分钟。数次浸提液合并后进棉籽糖浸提液储缶，待处理。固体料经二次水洗后进离心机甩干，以回收乙醇。甩干后的固体料去蛋白饲料生产厂的发醇工段。循环清洗浸泡液进沉降池处理，清水循环使用，浮、沉渣与风选后的杂质一道去生化黄腐酸生产厂加以利用。含回收乙醇的清洗液分类集中，回收使用。

棉籽糖浸提液进乙醇回收***，在负压条件下回收乙醇。

脱醇后的浸提液，微调浸提液的pH值后加入蛋白凝结剂进行脱蛋白处理，加入助滤剂通过离心机除去蛋白及各种助剂。

脱蛋白后的浸提液，加入有机絮凝剂及脱色剂进行脱色处理，物料经过滤后进浸提液浓缩釜，在不高于70℃的温度下，进行负压脱水。当脱出的水份经计量达到要求后，视同脱水结束。

浓缩液进行喷雾干燥，得淡黄色小微粒结晶体，收集即为棉籽糖粗品。

棉籽糖粗品即需要，可进行再结晶精制，得棉籽糖精品。

第二步：棉籽粕发酵制蛋白饲料。

菌种、营养液及发酵池的准备。菌种车间运作正常，用于配料的菌种己备齐，营养液己调配并经过灭菌处理，发酵池己作好清洁与消毒。

棉籽粕在发酵池外进行拌料。在拌料的过程中，先加入一定量的营养液，通过机械方式搅拌均匀。将生产用的菌种加入无菌水中浸泡30分钟，然后均匀的加到搅拌后的棉籽粕，拌匀即可。

将拌好的棉籽粕在发酵池内均匀的摊开，进行自然发酵。在发酵期间要时刻掌握发酵池内发酵料的温度变化，适时调节发酵池内的温度。

当发酵过程结束后，发酵后的熟料要及时取出，进行干燥处理。干燥后的料再进行一次粉碎，要控制发酵熟料的颗粒大小。检验合格，装包入库。

棉籽粕发酵制蛋白饲料全过程产生的工艺废液、残渣等送生化黄腐酸工厂做原料。

第三步：棉籽壳发酵制优质饲料。

菌种、营养液及发酵池的准备。菌种车间运作正常，用于配料的菌种己备齐，营养液己调配并经过灭菌处理，发酵池己作好清洁与消毒。

棉籽壳进整理工段，开包倒入料斗，由皮带运输机将料运至风选口，通过风选去除部分杂质。再进水循环清洗浸泡池。如棉籽壳颗粒大小差异较大或颗粒度不符要求，必须进行粉碎加工。

棉籽壳在发酵池外进行拌料。在拌料的过程中，先加入一定量的营养液，通过机械方式搅拌均匀。将生产用的菌种加入无菌水中浸泡30分钟，然后均匀的加到搅拌后的棉籽壳，拌匀即可。

将拌好的棉籽壳在发酵池内均匀的摊开，进行自然发酵。在发酵期间要时刻掌握发酵池内发酵料的温度变化，适时调节发酵池内的温度。

当发酵过程结束后，发酵后的熟料要及时取出，进行干燥处理。干燥后的料再进行一次粉碎，要控制发酵熟料的颗粒大小。检验合格，装包入库。

棉籽壳发酵制优质饲料全过程产生的工艺废液、残渣等送生化黄腐酸工厂做原料。

棉籽粕及棉籽壳生化发酵制饲料及菌种配制的加工工艺及装备可采用现有技术装备或申请人专用的技术——可另行申请发明专利。

第四步：棉秸秆及以上诸多的工艺废液、残渣等进行生化发酵制生化黄腐酸。

棉秸秆进整理工段，先进行整理，用流水进行冲洗，以除去杂质。沥去水份后，棉秸秆要粉碎到一定的粒度。将这些原料与诸多的工艺废液、残渣按一定比例混合，加入自制的复合菌种和自配的营养水，在大型的固体发酵槽内，经过20～25天的时间，在一定温度下进行有氧发酵，得到富含生化黄腐酸的熟料，经过淬取后得到生化黄腐酸发酵液，再进行一系列的处理，得到成品生化黄腐酸。生化黄腐酸是多种有益物质组成的复合体，是生产无毒无公害化肥、农药和饲料添加剂的新型替代原料。可以广泛应用于农业、医药、工业等领域。

提取生化黄腐酸发酵液的固体渣，仍富含生化黄腐酸成份，是非常好的固体有机肥料，进一步粉碎，除去大部分水份，装包作为有机肥出售。

棉秸秆生化发酵制黄腐酸及菌种配制的加工工艺及装备另行公开或用现有技术。

菌种(本申请人可以自己制备并外售)的准备，是整个生产的第一步，相关得率和产品质量等环节。将多种菌种分别在相应的培养基上活化，再分别接种至种子瓶和发酵瓶中，在不同的温度下进行培养得发酵液。发酵液与固体培养基按比例混合发酵若干时间后晾干，制得固体菌剂。将多种固体菌剂按比例混合得复合菌种。冷藏保存。

诸多的原料、工艺回收液、残渣按一定比例混合，加入自制的复合菌种和菌种培养营养水(常规低碳低氮液体培养基，因本发明原料中不缺碳、氮)，在大型的固体发酵槽内，以棉秸秆为碳源，少量的棉籽粕为氮源，经过20～25天的时间，在一定温度下进行生化发酵，得到富含生化黄腐酸的熟料。在这一阶段要严控发酵料的含水量和发酵池内的发酵温度。

将发酵熟料送进成盐槽，加入低浓度的氢氧化钠成盐，时间控制在一个半小时之内。过滤去渣。滤液去脱盐槽，沉淀离心脱水，滤饼破碎后进烘房烘干，粉碎得粗品生化黄腐酸。

滤渣仍富含生化黄腐酸成份，是非常好的固体有机肥料，进一步粉碎，除去部分水份，装包作为有机肥出售。脱盐槽的清液和离心机的滤液合并，可做土壤改良剂或叶面肥。

生化黄腐酸是多种有益物质组成的复合体，是生产无毒无公害化肥、农药和饲料添加剂的新型替代原料。可以广泛应用于农业、医药、工业等领域。

Claims (7)

1.一种对棉花生产副产物的综合利用方法，其特征在于，对棉籽粕、棉籽壳、棉秸秆这些生产的副产物进行综合利用，分为初始三大处理步骤:包括棉籽糖的提取，棉籽粕发酵制蛋白饲料，棉籽壳发酵制优质饲料；将三大处理后的残存物，包括棉籽糖的提取后的残液和渣，棉籽粕发酵后的残液和渣，棉籽壳发酵过程的残液和渣，加上整理后作为主原料的棉秸秆一道作为生物发酵原料，制取生化黄腐酸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提取棉籽糖步骤：棉籽粕经筛选整理、清洗工去杂质和粉尘；沥去多余水份的棉籽粕经计量后进超声波辅助浸提池，利用浓乙醇(50％～90％范围)在50～70℃的温度范围内对棉籽粕进行二～四次的浸提，提取棉籽糖成份；提取液经过脱蛋白、过滤脱色、浓缩、结晶单元的处理，得到棉籽糖。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，浸泡后的棉籽粕，经过生化发酵，制取高蛋白饲料；在此过程中产生的工艺废液、残渣做为生化发酵的原料，制取生化黄腐酸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提糖后的棉粕经两次水洗、离心甩干以回收残留的乙醇。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，脱蛋白采用蛋白凝固剂方式脱除蛋白。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，棉籽壳在处理和生化发酵制取优质饲料的过程中产生的工艺废液、残渣做为生化发酵的原料，制取生化黄腐酸。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，棉秸秆经整理、粉碎后，再将上述的工艺废液、残渣按一定比例进行混合，加入自制的复合菌种和自配的营养水，在一定温度下进行有氧发酵，得到富含生化黄腐酸的熟料，再进行一系列的处理，得到成品生化黄腐酸。