第19卷第7/8期化學(xué)進(jìn)展Vol 19 No. 7/82007年8月PROGRESS IN CHEMISTRYAug.,2007甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇劉莉?qū)O君社康利平劉萍(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院北京100083)摘要本文對(duì)甜高梁莖稈原料的貯藏、汁液液態(tài)發(fā)酵、莖稈直接粉碎固態(tài)發(fā)酵以及榨汁后剩余的稈渣預(yù)處理同步糖化發(fā)酵4個(gè)方面的研究情況進(jìn)行了綜述,重點(diǎn)論述了甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇的瓶頸問(wèn)題即原料的貯藏和稈渣木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)。提出了一種更經(jīng)濟(jì)合理的甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇工藝流程。關(guān)鍵詞甜髙梁莖稈乙醇液態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵預(yù)處理中圖分類(lèi)號(hào):TK6;S216.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005-81X(2007)0/8-110907The Fuel Ethanol Production from Sweet Sorghum StalkLiu Li Sun Junshe Kang Liping Liu PingCollege of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)Abstract The progress of fuel ethanol production from sweet sorghum stalk is introduced in this paper, includingmethods of preserving raw materials, liquid-state fermentation of juice, solid-stated fermentation of smashed stalkpretreatment of stalk bagasse and simultaneous saccharification and fermentation (SSF ). The key technologies ofconverting sweet sorghum stalks into fuel ethanol are discussed in detail, which are raw materials preservation andpretreatment of stalk bagasse. A more economical and feasible process flow, found promising for further investigation issuggestKey words sweet sorghum; ethanol; liquid-state fermentation; solid-state fermentation; pretreatments隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展,能源的需求量越燃料乙醇勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)“車(chē)與人爭(zhēng)糧”“車(chē)與糧爭(zhēng)地”的來(lái)越大能源短缺和溫室氣體效應(yīng)已經(jīng)成為各國(guó)問(wèn)題。從我國(guó)的國(guó)情出發(fā),大量使用糧食為原料生面臨的重大問(wèn)題。在國(guó)際國(guó)內(nèi)石油價(jià)格不斷上漲的產(chǎn)燃料乙醇也必將帶來(lái)嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,而利用生情況下,世界各國(guó)都在積極探素利用可再生能物質(zhì)為原料生產(chǎn)燃料乙醇是符合可持續(xù)發(fā)展的最理源24。發(fā)展可再生的石油替代燃料勢(shì)在必行。燃想的選擇。目前研究最多的是以玉米秸稈和甘蔗料乙醇是來(lái)源于可再生生物質(zhì)的重要能源之一,從為原料,國(guó)內(nèi)外正在積極研究開(kāi)發(fā)利用其他生物質(zhì)國(guó)家安全和可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā),發(fā)展燃料乙醇生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù),包括木薯、小麥秸稈、甜高是一項(xiàng)重要的措施6。粱莖稈、速生楊、柳枝稷、生活垃圾等。我國(guó)燃料在美國(guó)和巴西,利用糖和淀粉生產(chǎn)燃料乙醇已乙醇生產(chǎn)也應(yīng)建立多元結(jié)構(gòu)的原料體系。經(jīng)達(dá)到工業(yè)化規(guī)模?！笆濉逼陂g,國(guó)家批準(zhǔn)河南天甜高粱屬于C4作物,光合效率高,抗旱、耐澇冠、黑龍江華潤(rùn)、吉林燃料乙醇和安徽豐原4家企業(yè)耐鹽堿,在一般耕地、荒地、山地、鹽堿地均可種植。加工燃料乙醇,年產(chǎn)能力達(dá)102萬(wàn)噸。但這些燃料在不適宜種植其他糧食作物和糖料作物的地區(qū)種植乙醇主要是由糧食(包括陳化糧)轉(zhuǎn)化而來(lái)生產(chǎn)成甜高粱既不與糧爭(zhēng)地.又可糧糖雙收,因而引起了本高需要國(guó)家補(bǔ)貼企業(yè)才能運(yùn)轉(zhuǎn)。使用糧食生產(chǎn)許多中國(guó)煤化工和大力推廣田。CNMHG收稿:2006年5月國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(N20436020)資助通訊聯(lián)系人 e-mail: punish61@163,。m1110化學(xué)進(jìn)展第19卷甜高粱同普通高粱一樣,每畝地也能產(chǎn)出200定適合甜高粱莖稈發(fā)酵酒精的方式(21500kg的糧食籽粒,但甜高粱的精華在于它畝產(chǎn)1甜高粱莖稈貯藏400-500kg富含18%-24%糖分的莖稈2。目前甜高粱莖稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇主要是利用莖稈中的甜高粱的收割期約半個(gè)月左右,由于莖稈富含糖分,其糖分組成主要是蔗糖,最高達(dá)79%,其次是糖分,含水量高,收獲后極易受微生物感染,容易發(fā)葡萄糖和果糖,這兩種單糖含量差別不大。不同生霉?fàn)€和干化2,影響酒精的后續(xù)發(fā)酵。粉碎的莖品種成分含量有所差別。甜高粱莖稈中各成分含量稈貯藏4-6天,糖分損失高達(dá)50%。壓榨后的汁液如表1所示。也不能長(zhǎng)時(shí)間貯存,汁液如果貯藏不好,極易酸敗,也會(huì)影響到后續(xù)的酒精發(fā)酵。在甜高粱莖稈生產(chǎn)燃表1甜高粱莖稈化學(xué)組分料乙醇過(guò)程中,莖稈的貯藏問(wèn)題并沒(méi)有得到很好的Table 1 Chemical composition of sweet sorghum, pith and解決,成為制約該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。為了延長(zhǎng)加工bark is周期,采取了各種措施如冷凍、莖稈去葉切成短段冷whole sorghum藏)、用塑料薄膜覆蓋并充以二氧化硫貯藏叫、窖cellulose12hemicellulose藏、氣調(diào)、干燥等貯藏方法2,然而對(duì)于數(shù)量巨大的甜高粱莖稈來(lái)說(shuō),這些方法不僅難以實(shí)施,更主要的55.0674是大大增加了成本和能耗,因而是不可取的。幽030205最初關(guān)于貯藏的研究主要集中在考察自然貯藏The results are expressed as pereentage(%)of dry weight. Mean t SD條件下出汁率和含糖量的變化情況。收割后扎捆置tween duplicates were less than 10%于田間的甜高粱莖稈,自然貯藏一段時(shí)間出汁率會(huì)逐日降低,隨著莖稈失水,汁液所含糖分濃度明顯增巴西政府自1975年開(kāi)始用甜高粱生產(chǎn)酒精,并加)。 Eland?)研究了粉碎的甜高粱莖稈在貯藏期提出一項(xiàng)以甘蔗、木薯、紅薯、甜高粱為原料生產(chǎn)酒間可發(fā)酵糖的損失情況,貯藏24h,糖分損失很快,精替代汽油的計(jì)劃。美國(guó)從1978年開(kāi)始進(jìn)行甜高這是由于粉碎了的原料在貯藏時(shí)溫度急劇上升所導(dǎo)粱生產(chǎn)酒精的研究,美國(guó)能源部還將甜高粱列為制致。根據(jù)茅林春2研究甘蔗采后生理變化的現(xiàn)象取酒精的主要作物,他們計(jì)劃用甜高粱逐漸取代玉可以推斷出,甜高粱莖稈變質(zhì)主要是微生物污染和米生產(chǎn)酒精。從1982年開(kāi)始?xì)W洲開(kāi)展了甜高粱的呼吸作用等生物氧化代謝過(guò)程的異常加速、失水等研究,首先估價(jià)了甜高粱作為一種有潛力的工業(yè)和多種因素共同作用的結(jié)果。弄清楚了莖稈變質(zhì)的基能源作物的可能性并于1991年在歐共體內(nèi)成立了本原因之后本著減少微生物污染減弱呼吸作用的甜高梁網(wǎng),在不同國(guó)家分工開(kāi)展甜高粱研究。原則,一些研究人員對(duì)貯藏的方式進(jìn)行了研究歐盟Wyman就中國(guó)北方的甜高梁莖稈發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒對(duì)甜高粱收獲后的莖稈采用劈開(kāi)、切段和整株3種精進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)預(yù)算,在原料、工藝、種植、人工等幾個(gè)方式進(jìn)行貯藏試驗(yàn),結(jié)果表明貯藏方式對(duì)糖分的損方面論證了中國(guó)甜高梁生產(chǎn)燃料乙醇的潛質(zhì),比美失有著顯著影響。在一般露天條件下,整株存放每國(guó)更具優(yōu)勢(shì)。日減少的糖分占干重的0.17%,而劈開(kāi)貯藏則占從能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面講,甜高粱莖稈制5.6%,切段貯藏幾乎同整株效果一樣好。在堆放的取燃料乙醇具有較為廣闊的前景。加強(qiáng)甜高粱內(nèi)部沒(méi)有觀察到溫度的上升。這樣,整株露天貯藏莖稈生物能源綜合開(kāi)發(fā)利用,對(duì)緩解國(guó)家能源緊張、27天或25-40cm長(zhǎng)的切段貯藏19天,都可保持原改善生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展都含糖量的90%。如果劈開(kāi)則必需收獲后馬上加具有十分重要而深遠(yuǎn)的意義。目前限制甜高粱莖工。效果較好的整稈貯藏雖然可以延長(zhǎng)莖稈的稈制取燃料乙醇發(fā)展的主要障礙在于原料可供貯藏期,但還是不能達(dá)到生產(chǎn)的要求。研究者們?cè)嚂r(shí)間較短酒精企業(yè)年實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間較短以及設(shè)備圖通中國(guó)煤化工步延長(zhǎng)貯藏期。閑置時(shí)間較長(zhǎng),生產(chǎn)成本高等因素。因此,甜高粱莖EckhCNMHG量及溫度對(duì)甜高稈生產(chǎn)燃料乙醇應(yīng)該從甜高粱莖稈的貯藏入手,以粱品種”麗歐莖村切段貯藏性能的影響,試驗(yàn)用3延長(zhǎng)甜高粱莖稈的可供給時(shí)間;同時(shí),應(yīng)用不同的發(fā)種二氧化硫劑量(0.5%、15%、30%)和5種貯藏酵工藝方式對(duì)甜高粱莖稈進(jìn)行酒精發(fā)酵研究,以確溫度(-16、2、12、22、32℃),各樣品在恒溫培養(yǎng)箱中第78期劉莉等甜高梁莖稈生產(chǎn)燃料乙醇1111保存3個(gè)月測(cè)定了樣品可發(fā)酵糖、pH值和最初及行高密度液態(tài)發(fā)酵,酒精的最大得率能達(dá)到16.8%最終二氧化硫水平。結(jié)果顯示可發(fā)酵糖總量并沒(méi)有(wv)。高密度液態(tài)發(fā)酵有利于提高從甜高粱莖稈顯著地下降,溫度影響不是最重要的因素。汁液中獲取燃料乙醇的收益。甜高梁莖稈汁液高密Schm考察了酶輔助青貯法1( enzyme-assisted度發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)往往釆用固定化酵母發(fā)酵工ensiling),該方法在貯藏過(guò)程中添加纖維素酶等貯存藝,固定化技術(shù)應(yīng)用于酒精發(fā)酵的機(jī)理是利用活一個(gè)月,糖分損失286%,貯藏后莖稈中的糖分更細(xì)胞或酶的高度密集,從而比普通游離狀態(tài)的細(xì)胞容易提取出來(lái),但同時(shí)產(chǎn)生了乳酸和酒精等副產(chǎn)物。成倍地增長(zhǎng),加快反應(yīng)速度、縮短反應(yīng)周期和提高工Schmidt在研究中指出,由于甲酸是某些細(xì)菌如乳酸作效率。載體內(nèi)部的酵母受外界影響較少,并不斷菌的抑制劑,因此利用甲酸青貯甜高粱莖稈可以有增殖向外擴(kuò)散,載體內(nèi)部一直保持原有品質(zhì),而且擁效地減少糖的損失,但是甲酸對(duì)酵母沒(méi)有抑制作有較好的抗污染能力。從固定化入手來(lái)提高發(fā)酵強(qiáng)用。如果甜高梁莖稈的生物加工是為了生產(chǎn)燃度是一種切實(shí)可行的方法。劉榮厚等研究了料乙醇,則甲酸青貯由于其工藝簡(jiǎn)單更是一種首選在搖床和流化床反應(yīng)器上進(jìn)行固定化酵母汁液酒精的青貯方法。發(fā)酵,取得了很好的效果,為燃料乙醇的發(fā)展提供了關(guān)于甜高粱莖稈汁液的貯藏國(guó)內(nèi)外研究得較科學(xué)依據(jù)。少,有報(bào)道將汁液濃縮至66Bnx可以貯存較長(zhǎng)的時(shí)高密度液態(tài)發(fā)酵的缺點(diǎn)主要是發(fā)酵不完全,發(fā)間,但該方法耗能大,很難在生產(chǎn)中應(yīng)用。劉榮酵液中仍殘留大量的糖沒(méi)有被完全利用,這主要是厚探討了苯甲酸鈉、漂白粉和尼泊金乙酯3種防由于產(chǎn)物抑制和高滲透壓等因素所造成,另外還存腐劑對(duì)吉甜2號(hào)甜高粱莖稈汁液貯藏及酒精發(fā)酵的在物料黏度大、輸送困難等問(wèn)題。由于莖稈采收后影響結(jié)果顯示防腐劑對(duì)抑制微生物的生產(chǎn)和繁殖貯藏過(guò)程中水分損失嚴(yán)重,液態(tài)發(fā)酵必須立即榨汁,有一定的效果。添加防腐劑后,汁液總糖變化不大,并且需要集中榨汁,存在著額外的運(yùn)輸費(fèi)用和榨汁可至少貯藏1個(gè)月,其中漂白粉對(duì)延緩蔗糖轉(zhuǎn)化還費(fèi)用的問(wèn)題。液態(tài)發(fā)酵中的廢水處理也是一大難原糖效果最好,同時(shí)對(duì)后續(xù)酒精發(fā)酵效果也最好酒題,污染比較嚴(yán)重。精含量達(dá)到73%(v/v)。另外還考察了其他幾個(gè)品種,不同的品種之間防腐劑的作用結(jié)果也有所不同。3甜高粱莖稈固態(tài)發(fā)酵關(guān)于糖分的損失及轉(zhuǎn)化機(jī)理以及針對(duì)損失機(jī)理固態(tài)發(fā)酵是指培養(yǎng)基呈固態(tài),含水量在60%提出的有效的貯藏方法目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道比較少,還80%之間,沒(méi)有或幾乎沒(méi)有自由流動(dòng)水狀態(tài)下的有待于更深入的研究。種或多種微生物發(fā)酵的過(guò)程。甜高粱莖稈固體發(fā)酵2甜高粱莖稈液態(tài)發(fā)酵是借鑒傳統(tǒng)的白酒固體生產(chǎn)工藝原理結(jié)合甜高粱莖稈原料本身的特點(diǎn),將甜高粱莖稈直接粉碎后進(jìn)目前甜高粱莖稈發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的工藝主要行發(fā)酵。這樣可以節(jié)省榨汁成本,另外固態(tài)發(fā)酵還有兩種:一是榨汁后對(duì)汁液進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵,是研究較具有需水量少、能耗小、產(chǎn)物濃度高、產(chǎn)生的廢水少為成熟的工藝;二是莖稈粉碎后進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵。和運(yùn)作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者進(jìn)行了由于甜高粱汁液中氮源、無(wú)機(jī)鹽含量不能滿足酵母甜高粱莖稈固態(tài)發(fā)酵酒精的研究-s。陳洪章等菌的需求,大多數(shù)研究者通過(guò)在汁液中添加氮源和利用固態(tài)發(fā)酵酒精的工藝,用活化了的耐高溫釀酒無(wú)機(jī)鹽來(lái)研究最佳的發(fā)酵工藝條件。劉榮厚等高活性酵母,確定了最優(yōu)的發(fā)酵方案,將總糖含量為考察了添加(NH)2SO4、MgSO4、KH2PO4、CaCl2對(duì)酒13%,含水量約80%的甜高粱莖稈在最佳優(yōu)化條件精發(fā)酵的影響其中MgSO4、CaCl2對(duì)發(fā)酵結(jié)果影響下固態(tài)發(fā)酵24h,酒精得率達(dá)到0.2098g乙醇/g甜高顯著。從節(jié)省水資源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和減少費(fèi)用的粱稈干料,為理論產(chǎn)率的89.8%,生產(chǎn)It酒精需要角度考慮高密度發(fā)酵““更具競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)可溶性3.01t的甜高粱稈干重。195年,Mamm等人利用固形物含量從16g100g0升高到31g100e時(shí),可節(jié)約Faan中國(guó)煤化工craa混菌糖585%的用水,同時(shí)減少環(huán)境污染,提高設(shè)備利用化發(fā)YHCNMHGmorysporun產(chǎn)生率而且高密度發(fā)酵可以增加發(fā)酵速率和酒精得率。的酶小m.工雙可發(fā)酵糖,再利用Bvochora等研究了在甜高粱汁液和磨碎的甜高梁 Saccharomyces cerevisiae發(fā)酵糖產(chǎn)生乙醇,乙醇得率在籽?；旌弦褐屑尤胝崽?濃度34g/0m混合液)進(jìn)5.2-8.4g乙醇10g新鮮甜高粱莖稈,得率的差異1112化學(xué)進(jìn)展第19卷取決于不用時(shí)期收獲的甜高粱莖稈的糖分組成不的結(jié)合層。隨著半纖維素的水解和木質(zhì)素的去除,同。有研究者在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中直接添加商品化的纖維素的孔隙增大,與酶接觸有效比表面積增大而纖維素酶雖然酒精得率比不添加纖維素酶有所增糖化速度顯著提高?？梢哉f(shuō)影響糖化速度的主加,但纖維素類(lèi)物質(zhì)酶解成可發(fā)酵糖的得率很低,對(duì)要因素是結(jié)晶度、有效比表面積、聚合度、內(nèi)部孔隙價(jià)格比較貴的纖維素酶來(lái)說(shuō)是一種浪費(fèi),用該方法及其分布等。木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理及酶解后物理生產(chǎn)燃料乙醇從經(jīng)濟(jì)的角度并不是一種很好的選結(jié)構(gòu)的變化見(jiàn)圖1。由于木質(zhì)素、半纖維素對(duì)纖維擇。固態(tài)發(fā)酵也存在如下缺點(diǎn):顆?；旌喜痪鶆蛭⑺氐谋Ｗo(hù)作用以及纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu),天然的生物生長(zhǎng)受營(yíng)養(yǎng)擴(kuò)散的限制、有效去除代謝熱比較木質(zhì)纖維素原料直接進(jìn)行水解時(shí),其水解程度是很困難、易出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象、過(guò)程控制困難和發(fā)酵不均低的(<20%),因此必須對(duì)其進(jìn)行一定的預(yù)處理。勻等甜高粱稈渣預(yù)處理同步糖化發(fā)酵目前甜高粱莖稈發(fā)酵乙醇主要是利用莖稈汁液中的糖分,新鮮莖稈榨汁率可達(dá)70%-80%,莖稈糖分的90%左右被榨出,榨汁后稈渣直接燃燒或棄去。據(jù)分析,甜高粱莖稈榨汁后的稈渣與楊樹(shù)小麥秸稈等木質(zhì)纖維素原料成分相似,主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分組成(見(jiàn)表2)。廢渣中纖維素、半纖維素含量高達(dá)50%-70%,由于纖維素、半纖維素類(lèi)成分沒(méi)有得到充分的利用而圖1未經(jīng)處理與預(yù)處理秸稈掃描電鏡圖造成纖維素類(lèi)生物質(zhì)資源的浪費(fèi)。Fig 1 SEM images of表2幾種木質(zhì)纖維素原材料的化學(xué)組分com stover)A: unpretreated com stover(x500);B:3hTable 2 Composition of lignocellulosic raw materials()enzymatically hydrolyzed, unpretreated com stover( x 1 000);C: hot-water pretreated com stover (x 500): D: 3hsubstraleacid insoluble ashenzymatically hydrolyzed, hot-water pretreated com stoverP,miga17.0±1,0354±1.525.6±0,53.3±0.3(x1000)E. globul12.2±0.936.0±0.831.1±0.73.6±0.5wheat straw26.8±2.135.8±1.316.7±0.811.3±0.9自20世紀(jì)70年代爆發(fā)石油危機(jī)以來(lái),世界各weet sorghum253±1.6446±1.818.0±0.4.8±0.7國(guó)開(kāi)始關(guān)注可再生能源的開(kāi)發(fā)。美國(guó)能源部(DOE)隨即組建了國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL),支持木B, cannata14,1±1.232.7±l.918.7±0.95,2±0.6質(zhì)纖維素類(lèi)生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的研究工作。目前The resul屾 are expressed as percentage based on dry weight of raw material.在原料預(yù)處理、纖維素酶發(fā)酵技術(shù)及纖維素酶解analysist standard deviation過(guò)程機(jī)理的研究叫、同步糖化發(fā)酵(SF)技術(shù),6目前纖維素類(lèi)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化燃料乙醇在經(jīng)濟(jì)上仍代謝工程技術(shù)構(gòu)建共代謝五碳糖和六碳糖工程菌株“等方面取得了許多令人鼓舞的進(jìn)展。200缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,主要原因是缺乏低成本、高效能的預(yù)處理技術(shù)。纖維素水解在催化劑存在的情況下能進(jìn)年,美國(guó)由 National Renewable Energy LaboratoryNREL ) Aubum University, Dartmouth College行,常用的催化劑有無(wú)機(jī)酸和纖維素酶。半纖維素Michigan State University, Purdue University, Texas位于許多纖維素之間,很容易被水解,但是由于半纖A& M University組成合作團(tuán)隊(duì)專門(mén)研究生物質(zhì)預(yù)處維素和纖維素混雜在一起,所以只有當(dāng)纖維素被水理技術(shù)m),他們以玉米秸稈為模式原料,分別對(duì)6素一起作為細(xì)胞間質(zhì)填充在細(xì)胞壁的微細(xì)纖維之種預(yù)中國(guó)煤化工研究發(fā)現(xiàn)稀酸預(yù)解時(shí),半纖維素才可能全部水解。木質(zhì)素和半纖維處理間,形成牢固結(jié)合層,緊緊地包圍著纖維素。木質(zhì)素CNMHG方法其中稀酸預(yù)本身雖然并不抑制反應(yīng),但阻礙酶與纖維素的接觸。處理是美國(guó)NREL生物質(zhì)轉(zhuǎn)化乙醇現(xiàn)行技術(shù)中的核°心部分,而爆破是經(jīng)改進(jìn)的方法中預(yù)處理的方式。因此要提高糖化速度,必須除去木質(zhì)素和半纖維素第78期劉莉等甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇1113目前生物質(zhì)原料的預(yù)處理主要是采用酸水解n合甜高粱稈渣的預(yù)處理方式及發(fā)酵工藝條件進(jìn)行深堿催化、蒸汽爆破、調(diào)節(jié)pH值N]、石灰的研究。但從綜合利用甜高粱莖稈的角度考慮處理等方法實(shí)現(xiàn)的。雖然多年來(lái)對(duì)生物的、化酒精得率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)值,其經(jīng)濟(jì)性是顯而易學(xué)的和物理的方法已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究,但是見(jiàn)的預(yù)處理技術(shù)還需要進(jìn)一步完善來(lái)降低成本以便能和總之,將甜高粱莖稈汁渣分離,有效利用汁液中傳統(tǒng)的燃料和化學(xué)品競(jìng)爭(zhēng)。的糖分液態(tài)發(fā)酵酒精;尋找對(duì)甜高粱稈渣最有效的目前關(guān)于甜高粱汁渣分離、汁液液態(tài)發(fā)酵和稈預(yù)處理方式,最大限度轉(zhuǎn)化纖維素和半纖維素組分渣預(yù)處理發(fā)酵的研究報(bào)道很少,只有 Mamma進(jìn)行提高酒精得率;以提純后的木質(zhì)素為原料生產(chǎn)化工了汁渣分離發(fā)酵,稈渣采用同步糖化發(fā)酵工藝,但未產(chǎn)品或提供熱能、電能,形成甜高粱莖稈綜合利用產(chǎn)對(duì)稈渣進(jìn)行預(yù)處理,其中纖維素、半纖維素一定程度業(yè)化模式(如圖2)。是今后甜高粱莖稈制取乙醇發(fā)上轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖,轉(zhuǎn)化率卻很低,木質(zhì)纖維素資源展的方向。沒(méi)有得到充分的利用。 Manzanares等選取了甜高粱L sweet sorghum stalk稈渣、小麥秸稈、埃塞俄比亞薺渣3種草本植物和歐洲黑楊、藍(lán)桉2種木本植物,這5種生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)蒸汽爆破預(yù)處理后,進(jìn)行了同步糖化發(fā)酵對(duì)比試驗(yàn)。原料的化學(xué)組成與爆破預(yù)處理后的化學(xué)組成如表2、3所示。stalk bagasse表3幾種木質(zhì)纖維素預(yù)處理后殘?jiān)幕瘜W(xué)組分smashed stalkC5, 6 sugar. preTable 3 Composition of fibrousw matenaInorganicsiduesubstraterecovery[P, nugra62.4±0.23.6±1.752.0±0.941.5±15(32.4)(259)ethanolE. globules629±1.64.6±2.053.3:1.744.5±2.0(33.5)(28.0)圖2甜高梁莖稈生產(chǎn)燃料乙醇工藝流程圖wheat straw50.0±0.26.7±1.056.3±0.535.2±0.4Fig 2 Process flow diagram of conversion of sweet sorghumsweet sorghum62.5±1.41.9±0.352.9±1.136.4±1.1(1.2)(330)(22.7)B. canna53.8±0.84.8±1.954.7±0.736.1±1.85結(jié)語(yǔ)(194)甜高粱莖稈生產(chǎn)燃料乙醇具有原料可再生性、The results are expressed as percentage based on dry weight of raw material緩解大氣污染和部分補(bǔ)充不可再生化石能源的優(yōu)Data are expressed in brackets as a percentage based on dry weight of ra勢(shì),因此受到世界各國(guó)的關(guān)注,尤其在能源環(huán)境危機(jī)日趨加劇的今天,大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為人從數(shù)據(jù)中可以看出,甜高粱稈渣原料中纖維素、類(lèi)謀求可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。甜高粱莖稈生產(chǎn)燃、料乙醇技術(shù)備受世人矚目,世界各國(guó)研究人員都進(jìn)半纖維素含量(xyoe+gloe)近70%,是5種生行了大量的探討和實(shí)踐包括對(duì)甜高粱原料的貯藏物質(zhì)中轉(zhuǎn)化酒精潛力最大的原料,而且木質(zhì)素含量液態(tài)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵、甜高粱木質(zhì)纖維素預(yù)處理技也比較低。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后,殘?jiān)厥章蕿?25%,術(shù)、同步糖化發(fā)酵以及廢物綜合利用清潔生產(chǎn)等。半纖維素含量顯著降低大部分半纖維素在預(yù)處理然而,數(shù)量巨大的甜高粱原料貯藏甜高粱木質(zhì)纖維過(guò)程中被水解,木質(zhì)素也有一定程度的去除。之后素預(yù)凵中國(guó)煤化工千維素酶仍是甜高同步糖化發(fā)酵酒精產(chǎn)率能達(dá)到理論產(chǎn)率的60%—粱生」CNMHG的制約因素。因70%。甜高梁稈渣酒精得率為60.9%,在5種原料此,加美酸嚴(yán)業(yè)化瓶同題,促進(jìn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化中酒精得率比較低,可能是因?yàn)檎羝锲撇皇翘鸶甙l(fā)展是今后科研努力的方向。生物質(zhì)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)粲稈渣效果最好的預(yù)處理方式。因此,仍需要對(duì)適將成為一個(gè)嶄新的規(guī)模巨大的“能源農(nóng)業(yè)”領(lǐng)域。1114化學(xué)進(jìn)展第19卷[26]曹文伯(Cn0WB).中國(guó)種業(yè)( China Seed Industry),2005,參考文獻(xiàn)(4):431] Yang B, Lu Y P. 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