第26卷第3期中國野生植物資源Vol. 26 No. 32007年6月Chinese Wild Plant ResourcesJune 2007生物質(zhì)的綜合利用技術(shù)在燃料乙醇產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用史勁松,張衛(wèi)明,顧龔平(南京野生植物綜合利用研究院,江蘇南京210042)摘要概述了燃料乙醇生產(chǎn)的生物質(zhì)及其特點(diǎn),重點(diǎn)闡述了小麥.玉米等原料生產(chǎn)乙醇的綜合開發(fā)技術(shù),并對甘蔗和木薯為原科生產(chǎn)燃料乙醇進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性評價(jià)。關(guān)鍵詞生物質(zhì);綜合利用 ;燃料乙醇中圖分類號(hào):TQ91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006 -9690(2007 )03 -0014 -08Application of Biomass Utilization Technology on Fuel Ethanol ProductionShi Jinsong, Zhang Weiming, Gu Gongping( Nanjing Institute for the Comprehensive Utilization of Wild Plants, Nanjing 210042 , China)Abstract This paper surveyed the biomass used for the production of fuel ethanol and their features andexpounded fuel ethanol production technology with wheat and com as materials. Furthermore, economicevaluation of fuel ethanol production with sugarcane and common cassava as materials was made.Key words biomass ;comprehensive utilization ;fuel ethanol生物質(zhì)能是世界第四大能源,其在整個(gè)能源系機(jī),而純度為92.6% ~93. 8%的含水乙醇,能夠直統(tǒng)中的地位僅次于煤炭石油天然氣,一直以來都在接作為車用燃料,但需使用專門設(shè)計(jì)的具有更高壓人類的生活生產(chǎn)中扮演著及其重要的角色。生物質(zhì)縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)。目前的燃料乙醇( fuel ethanol)主要能約占世界能源消耗的14%,發(fā)展中國家可高達(dá)是指無水乙醇,按一定比例加入到汽油或柴油中,可40%以上。進(jìn)入21世紀(jì)后,人類面臨著經(jīng)濟(jì)增長和緩解汽油、柴油短缺的社會(huì)問題，同時(shí)能夠提高汽油環(huán)境保護(hù)的雙重壓力,在這種局面下，生物質(zhì)能將在和柴油的燃燒水平,有利于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。未來能源結(jié)構(gòu)中具有舉足輕重的地位,利用現(xiàn)代化的乙醇生產(chǎn)的方法主要有化學(xué)合成法和生物發(fā)酵技術(shù)大力開發(fā)生物能源,改變傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)方式和法兩種?；瘜W(xué)合成法是以石油工業(yè)中石油裂解產(chǎn)生消費(fèi)方式,對于建立可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng),解決經(jīng)的乙烯為原料加水合成酒精的，其特點(diǎn)是產(chǎn)品含雜濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾有著重大的意義。較多，且原料不可再生。而工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)酒精原料利用生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為乙醇,是質(zhì)能轉(zhuǎn)換體系中可以是淀粉質(zhì)糖蜜和纖維素生物質(zhì),經(jīng)轉(zhuǎn)化變成微較為成熟的體系,- -方面許多生物質(zhì)能經(jīng)初步加工,生物可利用的糖類物質(zhì),再經(jīng)發(fā)酵過程后提取發(fā)酵能夠作為發(fā)酵酒精的工業(yè)原料,而乙醇生產(chǎn)已在世醪液中的酒精。其特點(diǎn)是產(chǎn)品純度較高,原料可再界范圍內(nèi)形成僅次于石油化工的大產(chǎn)業(yè),工藝準(zhǔn)備生。世界上的酒精工業(yè)以發(fā)酵法為主。技術(shù)成熟,另一方面,乙醇作為燃料具有熱值大、燃1用于乙醇生產(chǎn)的生 物質(zhì)及其特點(diǎn).燒充分等優(yōu)點(diǎn),并能夠與現(xiàn)形的內(nèi)燃機(jī)有較好的相容性。研究表明,無水乙醇(純度大于99. 3% )和汽1.1 淀粉質(zhì)原料油以一定比例混合可作為車用燃料,乙醇在混合物發(fā)酵法乙醇大都采用淀粉質(zhì)原料,我國代表性中的比例不超過25%時(shí),可以利用原有的汽車發(fā)動(dòng).的資中國煤化工粉。薯類品種有甘薯、CN MH G甘薯資源豐富,產(chǎn)量收稿日期:2007 -01-18較多的省份有江辦、四川、山東、河南安徽、河北等。一14一第3期史勁松,等:生物質(zhì)的綜合利用技術(shù)在燃料乙醇產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用甘薯的塊根中大約含有20%以上的淀粉，華東甘薯香附子等均含有較多的淀粉質(zhì),可作為乙醇發(fā)酵的平均在21% ,華南甘薯平均在20.2%。在建國初原料。橡子是橡樹所生產(chǎn)的果實(shí),每年在9.10月間期,我國各地的小型酒精廠大都采用甘薯作為原料,成熟,為黃褐色或棕色的堅(jiān)果,內(nèi)含50%左右的淀其生產(chǎn)工藝成熟。馬鈴薯在我國東北、西北和內(nèi)蒙粉,民間采集橡子做成“粉皮”食用。橡子中除淀粉古產(chǎn)量很大,其淀粉質(zhì)含量在18% ~ 20% ,可作為外,尚含有粗蛋白4% ~7.5%,,脂肪1.5% ~5%，發(fā)酵乙醇的原料。木薯是多年生植物,根粗而長,盛單寧含量較高,為2% ~4%。橡子在20世紀(jì)60年產(chǎn)于南方諸省,以廣東、廣西福建、臺(tái)灣居多。木薯代,曾作為酒精工業(yè)的代用原料。土茯苓在我國廣淀粉顆粒大所含淀粉品質(zhì)較純,加工方便。此外, .東、臺(tái)灣、西南等山野之間均有生長,淀粉含量在木薯中的苦味木薯,含有有毒成分氫氰酸,不太適合60%左右。從色澤來看,土茯苓可以分為紅、白兩.食用,可用作乙醇生產(chǎn)的原料。種,紅色茯苓含有較多的單寧(9%左右)和色素,白我國酒精工業(yè)中廣泛使用谷物類原料,主要為色茯苓中含淀粉較多。我國各地均有石蒜分布,其玉米、高梁、大麥、大米和小麥。玉米的籽粒結(jié)構(gòu)可球形鱗莖中含有淀粉40% ,蛋白質(zhì)4.4% ,此外,還分為果皮種皮、糊膠粒層、內(nèi)胚乳、胚體或胚芽、實(shí)有少量的生物堿。石蒜組織松脆,纖維含量少,容易.尖等6個(gè)部分,玉米淀粉主要集中在胚乳內(nèi),呈玻璃粉碎和蒸煮,是一種良好的代用原料，我國在20世質(zhì)的組織狀態(tài),堆積精密,淀粉粒大小為10 ~紀(jì)60年代曾利用石蒜進(jìn)行酒精生產(chǎn),其淀粉利用率22μm。玉米的特點(diǎn)是含有豐富的脂肪酸,但主要集達(dá)到80%以上。石蒜堿具有一定的藥用價(jià)值,可在中在胚芽,胚芽的干物質(zhì)中含有脂肪30% ~ 40% ,酒精生產(chǎn)前進(jìn)行分離。葛主要生長在我國南方山屬于半干性植物油,大約由72%的液態(tài)脂肪酸和區(qū),可分為粉葛和苦葛兩類,其中粉葛含有豐富的淀28%的固體脂肪酸組成。此外,玉米中還含有粉和糖分,鮮粉葛含淀粉高達(dá)37%。葛根作為乙醇8.5%的蛋白質(zhì)。利用特定的粉碎工藝,可以分離出生產(chǎn)的原料,必須預(yù)先處理,去除含有的膠質(zhì)成分。脂肪和蛋白質(zhì)含量較高的玉米胚芽,獲得較為純凈農(nóng)產(chǎn)品及野生植物中的淀粉是現(xiàn)形發(fā)酵法乙醇的玉米淀粉,作為工業(yè)發(fā)酵的原料。高梁籽粒的內(nèi)生產(chǎn)的主要原料,不同國家不同地區(qū)依據(jù)資源條容物大都為淀粉顆粒,外面包有一層由蛋白質(zhì)和脂件,在具體的原料品種選擇上有所側(cè)重。我國薯類肪所構(gòu)成的膠粒層。高梁淀粉顆粒呈多角形,中心資源量大,產(chǎn)量相對集中,- -直作為糧食作物而大面有核點(diǎn),最大顆粒直徑為30 μm。高梁中淀粉含量積種植,是發(fā)酵酒精的主體原料。近20年來,由于在65%以上,此外還含有較多的單寧酸,主要集中我國糧食產(chǎn)量穩(wěn)定提升,玉米、小麥等谷類相對過的種皮部分,如不進(jìn)行分離,對于乙醇發(fā)酵有一定的剩，部分地區(qū)已開展了利用這類原料進(jìn)行大規(guī)模乙影響,抑制酵母的增殖。其他谷類原料的淀粉含量醇轉(zhuǎn)化的加工。野生植物淀粉適合于中小型乙醇生參見下表。產(chǎn)的原料,對其利用需要實(shí)行可持續(xù)性開發(fā),以免對表1部分農(nóng)產(chǎn)品中的主要成分含量(%)生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。淀粉質(zhì)原料的開發(fā),必須種類水份粗蛋白粗脂肪淀粉粗纖維灰分進(jìn)行綜合利用,在生產(chǎn)乙醇的同時(shí),獲得飼料、油脂大米14.07.70.4 75.2 2. 2以及其他有用的化工原料、醫(yī)藥中間體,提高資源利小米11.09.71.777.00.1大麥11.910.52.266.3 6.5 2.6用的附加值。本文將在后續(xù)的篇幅中對此進(jìn)行較為小麥12.810.32.1 71.81.21.詳細(xì)的論述。燕麥15.63.2 66. 70.91.2 木質(zhì)纖維素原料黑13.66.41.2 77. 5高梁2.08.22.278.00.4纖維素是地球上最豐富、最廉價(jià)的可再生資源，玉米12.08.54.3 73.0 1.3 1.7植物每年通過光合作用,能產(chǎn)生高達(dá)15.5x100 t馬鈴薯(干) 12. 07.40.4 74.0 2.33.9纖維中國煤化工千維素的總量為8.5甘薯(干) 12.96.10.5 67.5 1.4 2.4x10|YHC N M H G燃燒的纖維素僅占野生植物中橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、2%左右,還有很大-部分未被利用。因此研究開發(fā)- 15中國野生植物資源第26卷纖維素和半纖維素的轉(zhuǎn)化技術(shù),進(jìn)-步發(fā)酵成酒精，酮處理纖維素能破壞纖維素分子氫鍵的穩(wěn)定性,導(dǎo)對開發(fā)新能源,保護(hù)環(huán)境具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。致纖維素立體化學(xué)的巨大變化,從而使纖維素酶解目前,制約燃料乙醇生產(chǎn)的成本主要是原料成本,只的可及度增大。 物理化學(xué)法常用的有氨冷凍爆破有解決了纖維素資源的生物利用問題，乙醇作為燃法,液氨可循環(huán)使用,整個(gè)過程能耗較低,是一種較料取代化石能源才能最終成為現(xiàn)實(shí)。下表是- - 些農(nóng)有前途的預(yù)處理技術(shù)。采用機(jī)械粉碎與堿處理相結(jié)作物中的木質(zhì)纖維素含量情況。合的方法進(jìn)行預(yù)處理也能夠提高酶解效果。近年來表2 - 些農(nóng)副產(chǎn)品中的木質(zhì)纖維素含量(%)國內(nèi)外關(guān)于纖維素分子形態(tài)與降解關(guān)系的理論研究原料纖維素半纖維素木質(zhì)素也很活躍,并形成學(xué)科交叉研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。不玉米纖維152:8同學(xué)科背景的研究者都提出了具有建設(shè)性思路,如玉米穗軸45351利用基因定點(diǎn)突變方法對纖維酶蛋白進(jìn)行定向設(shè)計(jì)玉米秸稈401'與改造,或通過基因工程構(gòu)建生產(chǎn)纖維素酶的高效水稻秸稈3:2512工程菌,從而提高纖維素酶活力,這些研究成果將會(huì)麥秸305(20甘蔗渣.24給纖維素酶的生產(chǎn)帶來突破性的進(jìn)展"。半纖維素是戊糖(木糖、阿拉伯糖) .己糖(甘露纖維素分子是由葡萄糖苷通過β-1,4 -糖苷鍵糖、葡萄糖、半 乳糖)和糖酸所組成的不均- -聚糖，聯(lián)接起來的鏈狀高分子。纖維素具有(C.Hg03)n的為異質(zhì)多糖,結(jié)構(gòu)與纖維素不同。硬木半纖維素中結(jié)構(gòu)式,其中n為葡萄糖基的數(shù)量,稱為聚合度含有較多的木聚糖,但軟木半纖維素中則含有較多(DP) ,它的數(shù)值為幾百至幾千甚至- -萬以上。纖維的葡甘露聚糖。木聚糖是含量最多的一類半纖維素的分子量、聚合度根據(jù)種類及測定方法的不同有素。木聚糖被分為線性同型木聚糖、阿拉伯糖基木較大的差別。植物纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜,基本上是由原聚糖、葡萄糖醛木聚糖和葡萄糖醛阿拉伯糖基木聚纖維構(gòu)成的微纖維束集合而成，原纖維是由15 ~40糖。大約80%的木聚糖主鏈含有側(cè)鏈,阿拉伯糖和根由結(jié)晶區(qū)域和無定形區(qū)域構(gòu)成的纖維分子長鏈。葡 萄糖醛酸的單體側(cè)鏈及包含阿拉伯糖、木糖及半纖維素的結(jié)晶區(qū)域是由纖維素分子進(jìn)行非常整齊規(guī)乳糖殘基的寡聚側(cè)鏈分別鍵合于主鏈D -木糖殘基.則的折疊排列而成的。在結(jié)晶區(qū)域里,葡萄糖分子的C2和C3位置上。不同來源的木聚糖,如草、谷的羥基或在分子內(nèi)部或與分子外部的氫離子相結(jié)類、軟木和硬木其組成上都有所不同。如玉米纖維合,沒有游離的羥基存在,所以纖維素分子具有牢固木聚糖是- -種包含β-1,4鍵合木糖殘基的復(fù)雜異的結(jié)晶構(gòu)造，酶分子及水分子難以侵入到內(nèi)部中。質(zhì)木聚 糖,包括48% ~ 54%的木糖,33%的阿拉伯因此,纖維素的結(jié)晶部分比無定形部分難降解。纖糖 ,5% ~11%的半乳糖和39% ~6%的葡萄糖醛酸。維素大分子的降解-直是人們研究的熱點(diǎn),由于目相比而言,由于半纖維素比纖維素更容易降解前所篩選的許多高酶活的纖維分解菌其半纖維素酶而在實(shí)際應(yīng)用上受到重視。半纖維素要進(jìn)行生物轉(zhuǎn)及木質(zhì)素酶活性不高,很難將天然植物纖維的三大化,也必須先轉(zhuǎn)化成小分子的半纖維素糖,之后再發(fā)組成降解;另-方面,由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,又直接影酵成酒精。半纖維素物質(zhì)的預(yù)處理是酶解的關(guān)鍵，響著纖維素酶的作用。通常在酶法水解之前需進(jìn)行預(yù)處理主要包括粉碎、溶解、水解和分離纖維素和木必要的預(yù)處理,改變天然纖維素的結(jié)構(gòu),降低它的結(jié)質(zhì)素組分,這些方法包括濃酸稀酸、堿、二氧化硫、晶度,脫去木質(zhì)素,以增加纖維素酶系與纖維素的有過氧化氫 、蒸汽爆破、石灰處理、熱水處理和有機(jī)溶效接觸,從而提高酶解效率。預(yù)處理工藝較多,化學(xué)劑處理 等方式,其處理的目的是打破木質(zhì)纖維素的方法常采用氫氧化鈉、液氨及其它化學(xué)試劑處理,存原有結(jié)構(gòu)。在堿耗量較大、處理過程中半纖維素?fù)p失及環(huán)境污中國煤化工作為原料進(jìn)行乙醇發(fā)染等問題。但最近國外研究報(bào)道液氨預(yù)處理能較好酵尚!YHCNMHG經(jīng)預(yù)處理和酶解后都地改善纖維素堿化羧甲基化和酶降解的反應(yīng)活,丙會(huì)產(chǎn)生混合糖 ,混合糖根據(jù)來源的不同包括木糖、阿16第3期史勁松,等:生物質(zhì)的綜合利用技術(shù)在燃料乙醇產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、海藻糖和鼠李糖。盡管傳的補(bǔ)充和替代。統(tǒng)的釀酒酵母和絮凝性細(xì)菌可輕易將葡萄糖發(fā)酵為2燃料乙醇生產(chǎn)的原料定位乙醇,但卻不能將木糖和阿拉伯糖發(fā)酵為乙醇。酵母畢赤酵母和假絲酵母具有將木糖發(fā)酵為乙醇的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)不同于傳統(tǒng)意義上的酒精產(chǎn)業(yè),能力,但這些酵母的乙醇耐受力低,發(fā)酵率較慢、發(fā)它應(yīng) 是大規(guī)模的、大產(chǎn)出的,產(chǎn)品也是高純度的，這酵過程中供氧不好控制，對預(yù)處理過程中產(chǎn)生的副就要求其原料必須易得,處理方式必須簡單、可靠和產(chǎn)物較為敏感。木糖盡管可以用糖異構(gòu)酶轉(zhuǎn)化為傳低投入,在現(xiàn)階段,由于纖維素、半纖維素等生物質(zhì)統(tǒng)酵母可發(fā)酵的木酮糖,但其成本較高。而其他一尚沒有較好解決原料預(yù)處理工藝，因而原料來源定些戊糖如阿拉伯糖等幾乎沒有自然存在的酵母可以位在淀粉質(zhì)資源上。小品種的谷類以及資源相對分發(fā)酵。一些細(xì)菌可利用這些混合糖,如大腸桿菌、克散的野生植物可以作為補(bǔ)充性原料。雷伯菌、歐文氏菌、乳桿菌、細(xì)菌、梭狀桿菌等,但它我國是-一個(gè)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)大國,自“九五”以來,們只能產(chǎn)生少量的乙醇,而產(chǎn)生的大部分都是-一些我國糧 食供求關(guān)系發(fā)生了重大變化,農(nóng)產(chǎn)品供給初混合酸。目前,國外利用細(xì)菌、酵母重組菌,通過代步實(shí)現(xiàn)了由長期短缺到總量基本平衡、豐年有余的謝工程來發(fā)酵纖維素物質(zhì)以生產(chǎn)燃料乙醇。應(yīng)用代歷史性轉(zhuǎn)變。根據(jù)全國31個(gè)省(區(qū)、市)糧食產(chǎn)量謝工程作為工具選育出一些菌株,可有效而經(jīng)濟(jì)地抽樣調(diào)查顯示,2004年我國糧食總產(chǎn)量46947萬將半纖維素水解液中的各類糖類轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫漠a(chǎn)t,比上年增產(chǎn)3877萬t,增長9.0%。十三個(gè)糧食物,最近的大部分研究集中在絮凝性細(xì)菌、大腸桿主產(chǎn)區(qū)增產(chǎn)幅度較大,共增產(chǎn)3536萬1,增長菌、釀酒酵母上午。隨著基因工程研究手段的快速11. 6% ,增產(chǎn)量占全國糧食增產(chǎn)量的91%。在現(xiàn)階發(fā)展,可得到更多產(chǎn)乙醇的基因工程菌。通過代謝段下,利用部分富余糧食為原料,開展燃料乙醇生工程手段增加或修飾- - 些特點(diǎn)，例如乙醇或阻遏子產(chǎn),不僅可以緩解局部地區(qū)賣糧難的社會(huì)矛盾,而且忍耐性的增加,半纖維素的水解及耐熱性提高及對也對當(dāng)前的能源危機(jī)起到一定的緩解作用。據(jù)統(tǒng)營養(yǎng)需求的進(jìn)一步減少,對糖的代謝能力的進(jìn)-步計(jì),我國2004年你有消費(fèi)量為4500萬t,按照全部改進(jìn),可獲得具有樂觀前景的工業(yè)菌株,但還需要改汽油均添加10%的燃料乙醇計(jì)算,需燃料乙醇450進(jìn)發(fā)酵過程中的工藝過程。萬t,以谷物生產(chǎn)燃料乙醇計(jì),耗谷物約1 500萬t,木質(zhì)素是植物的主要成分之一,占植物細(xì)胞化僅占年糧食產(chǎn)量的3. 2%左右,相當(dāng)于2004年糧食學(xué)組成的15% ~30%。在植物體中,木質(zhì)素是包裹增產(chǎn)部分的38. 7% ,因而以谷類為原料發(fā)展燃料乙在纖維素的外面，功能之--就是保護(hù)植物細(xì)胞不受醇不會(huì)使糧食安全受到?jīng)_擊。.外界微生物的侵蝕。從生物合成過程研究得知,木我國主要糧食產(chǎn)區(qū)具有相對集中的特點(diǎn),如玉質(zhì)素首先是由葡萄糖發(fā)生芳環(huán)化反應(yīng)形成莽草酸，米集中在東北區(qū)的吉林等省,小麥集中在華中區(qū)的然后由莽草酸合成三種具有苯丙烷結(jié)構(gòu)的基本單河南等 省,水稻集中在中南區(qū)的湖南、湖北等省。甘元,分別為對香豆醇、松柏醇、芥子醇。從化學(xué)結(jié)構(gòu)蔗和薯類主要集中在西南的四川廣西和華東區(qū)的看,針葉樹的木質(zhì)素主要由松柏醇的脫氫聚合物構(gòu)山東安徽等省區(qū)。相關(guān)也統(tǒng)計(jì)表明,我國部分糧食成愈創(chuàng)木基木質(zhì)素,闊葉樹的木質(zhì)素由松柏醇和芥主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)糧食生產(chǎn)地區(qū)性相對過剩的局面,并造子醇的脫氫聚合物構(gòu)成愈創(chuàng)木基-紫丁香基木質(zhì)成主要糧食品種價(jià)格連年下滑,農(nóng)民增產(chǎn)不增收的素,草本植物則由松柏醇芥子醇和對香豆醇的脫氫矛盾較為突出。雖然國家出臺(tái)了在高價(jià)位基礎(chǔ)上按.聚合物和對香豆酸組成”。木質(zhì)素是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)保護(hù)價(jià)敞開收購的糧食政策 ,部分地緩沖了糧價(jià)下定、多樣的無定形三維體型大分子,在自然界中,降滑的幅度,但仍未能從根本上遏止糧農(nóng)生產(chǎn)積極性解緩慢,成為地球生物圈中碳循環(huán)的障礙。木質(zhì)素下滑中國煤化工<據(jù)各地的糧食作物的降解產(chǎn)物不適合作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料,但其的種YHCNMHG料乙醇項(xiàng)目,加大糧裂解產(chǎn)物可直接作為能源物質(zhì),從而起到--種較好食的轉(zhuǎn)化力度,可帶動(dòng)當(dāng)?shù)丶Z農(nóng)的積極性。2001年-17-中國野生植物資源第26卷國務(wù)院批準(zhǔn)了吉林省新建60萬t燃料乙醇項(xiàng)目,該用它們的不同物理性質(zhì)，,經(jīng)過三相臥螺離心機(jī)分離項(xiàng)目總投資29億元,由中國石油天然氣集團(tuán)公司、把淀粉與谷朊粉分離開來,經(jīng)洗滌、干燥等過程獲得吉林糧食集團(tuán)公司和中國華潤總公司共同出資建成品谷朊粉。其蛋白質(zhì)含量在75% ~ 82% ,氨基酸設(shè)[5]。此后不久,河南、安徽兩個(gè)新建項(xiàng)目也通過組成較齊全,是- -種營養(yǎng)豐富、物美價(jià)廉的純天然植立項(xiàng)。國家政府并從財(cái)政稅務(wù)、糧食等相關(guān)配套政物蛋白,因其獨(dú)有的粘彈性、延伸性、熱凝固性及薄策上給予支持,如河南天冠燃料乙醇項(xiàng)目允許動(dòng)用膜性吸脂乳化性,被廣泛用作食品工業(yè)的基礎(chǔ)原國庫陳糧為原料,企業(yè)利用谷物原料生產(chǎn)給予稅收料。目前一級谷朊粉(活性谷朊粉,吸水率大于上的減免或補(bǔ)貼,不提高含醇汽油的價(jià)格以促進(jìn)汽180% )市場價(jià)格7 000元/t以上。油醇的推廣等。但是按照目前的糧食價(jià)格,以谷類麥粉洗面分離麩皮纖維原料進(jìn)行生產(chǎn),燃料酒精的價(jià)格仍要高于現(xiàn)行的汽油價(jià)格,盡管自2004年以來石油價(jià)格飛漲,縮短了兩者的價(jià)格差距。燃料乙醇的生產(chǎn)企業(yè)要獲得效益酶法糖化酶法液化tH淀粉漿乳谷朊粉上的提升,還必須做好產(chǎn)品的綜合開發(fā),尤其是原料副產(chǎn)物的加工增殖。乙醇發(fā)酵乙醇蒸餾|脫水處理t+燃料乙醇3燃料乙醇生產(chǎn)中的原料綜合 利用技術(shù)哮母|廢水發(fā)酵處理肥料3.1小麥為 原料的綜合開發(fā)技術(shù)我國是小麥生產(chǎn)大國,從1995年起,每年小麥DDS飼料產(chǎn)量穩(wěn)定在1.0億t,2000年小麥總產(chǎn)量在1.2億t左右,之后幾年略有下跌,但2004年小麥產(chǎn)量仍在圖1小麥為原料生產(chǎn)燃料酒精的產(chǎn) 品綜合開發(fā)1. 0億t。小麥生產(chǎn)出現(xiàn)了產(chǎn)區(qū)相對過剩、糧農(nóng)賣糧小麥中含有15%左右的種皮,其主要組成為纖難、庫存積壓的現(xiàn)象。河南省是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之維素、半纖維素,它是很好的飼料和低聚糖生產(chǎn)原一,小麥產(chǎn)量長期穩(wěn)定在2 000萬l以上,占全國小料,富含多種動(dòng)物所需要的氨基酸,對促進(jìn)家畜、家麥總產(chǎn)量的18% ,居全國之首。但由于市場持續(xù)疲禽的快速成長具有良好的功用。小麥麩皮市售價(jià)在軟,原糧順銷受到制約,2000年全省小麥周轉(zhuǎn)庫存每噸700~800元間波動(dòng),一直是飼料行業(yè)重要的配量達(dá)1736萬t,相當(dāng)于年平均產(chǎn)量的78.7%,根據(jù)合飼料混配組分,而且市場用量很大, -直處于供應(yīng)有關(guān)部門的測算,合理的周轉(zhuǎn)庫存以500萬t以下偏緊的狀況。同時(shí)麩皮飼料是在原料粉碎(脫皮)為宜,至少超儲(chǔ)了1 200多萬t。過大的糧食庫存不過程中伴生的,基本不構(gòu)成獨(dú)立生產(chǎn)成本的增加。僅占壓了大量資金,而且也給財(cái)政帶來了沉重的負(fù)麩皮產(chǎn)品通過深加工,可得到具生理活性的膳食纖擔(dān),僅年糧食風(fēng)險(xiǎn)基金和超儲(chǔ)補(bǔ)貼就占省級財(cái)政預(yù)維、低聚糖和酶類。算收入的1/3以上。河南省天冠酒廠從2000年實(shí)胚芽的提取率為0.3%~0.5%,胚芽中富含蛋施燃料乙醇擴(kuò)建項(xiàng)目,2001年新建項(xiàng)目又獲得國家白質(zhì)、天然維生素和礦物質(zhì),胚芽可以制取胚芽油、批準(zhǔn)。該項(xiàng)目以國庫小麥為原料,實(shí)施燃料乙醇轉(zhuǎn)維生素、麥胚食品蛋白等。化。其期小麥的初加工工藝選擇了南京野生植物綜合乙醇發(fā)酵結(jié)束后淀粉被消耗掉,剩余的主要是利用研究院的谷朊粉生產(chǎn)工藝,利用改進(jìn)型水力旋高蛋白的酵母細(xì)胞，經(jīng)分離干燥后成為高蛋白含量流法分離出小麥谷蛋白,主要工藝流程參見圖1。的飼料添加劑DDG,其蛋白含量高于魚粉( 40%以谷朊粉(小麥蛋白)是小麥的-一個(gè)主要成分,一上),而且是安全的,其市場售價(jià)在3000元/t左右。般含量在10%~14%，隨小麥品種不同而稍有差單耗中國煤化工(據(jù)，每噸燃料乙醇醇,可獲得0.28 t異。谷朊粉與淀粉共生鑲嵌于小麥籽粒中,在燃料THCNMHG乙醇生產(chǎn)的原料粉碎過程中,淀粉與谷朊粉破碎,利谷朊初J.Jct歡反u~ Iu t DDC蛋白飼料,-18一第3期史勁松,等:生物質(zhì)的綜合利用技術(shù)在燃料乙醇產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用其中谷朊粉生產(chǎn)費(fèi)用低于2 000元/1, DDG高蛋白產(chǎn)量就超過1 500萬t,2001年,吉林實(shí)施了80萬t飼料生產(chǎn)費(fèi)用低于600元t。副產(chǎn)品的開發(fā)提高了玉米燃料酒精工程,旨在利用當(dāng)?shù)氐挠衩踪Y源,解決小麥綜合利用的附加值，降低了燃料乙醇生產(chǎn)成本玉米積壓問題、能源不足問題。玉米作為原料同樣I 000~1 500元。面臨著資源的綜合利用問題。據(jù)研究,陳化玉米價(jià)此外,發(fā)酵過程中的二氧化碳以及蒸餾過程中格每噸按照880元計(jì)算,每噸燃料乙醇需要原料玉的雜醇油均可以進(jìn)行利用,谷朊粉可進(jìn)一步深加工，米3.34t,按照2004年的汽油價(jià)格,每噸燃料乙醇如開發(fā)生物培養(yǎng)基、活性蛋白肽等產(chǎn)品,能夠獲得較國家必須補(bǔ)貼280元，企業(yè)才能保本。但是如果通高的增殖。過原料的綜合處理,提高副產(chǎn)物的利潤,如綜合價(jià)格3.2 玉米為原料的綜合開發(fā)技術(shù)由795元/t提高到1340元/t,則項(xiàng)目的積極性將我國東北玉米資源十分豐富,僅吉林每年玉米得到較大的改善“1。玉米粗粉碎細(xì)粉碎麩質(zhì)分離玉米漿浸漬濃縮胚芽分離淀粉洗滌.麩質(zhì)粉胚芽餅胚芽洗滌酶法液化H纖維|胚芽油壓榨或浸提一一 胚芽干燥酶法糖化飼料燃料酒精脫水處理蒸留一乙醇發(fā)酵酵母肥料t| 生物處理廢水DDG飼料圖2玉米為原料生產(chǎn)燃料酒精的產(chǎn)品綜合開發(fā)南京野生植物研究院從20世紀(jì)90年代初期就的是軟化玉米粒,是內(nèi)胚乳吸水膨脹。浸漬過程采用消化吸收了國際上先進(jìn)的玉米加工技術(shù),其濕法粉逆流增濃的方式，最大限度減少用水，減少蒸發(fā)過程碎-分離工藝能夠?qū)崿F(xiàn)玉米胚芽的物理分離,生產(chǎn)的能耗。浸漬水含有蛋白質(zhì)生物素和多種維生素以中除主產(chǎn)品玉米淀粉外,副產(chǎn)品有玉米麩質(zhì)粉、玉米及礦物質(zhì),營養(yǎng)豐富,經(jīng)濃縮后即為玉米漿，可作為微油、玉米漿、玉米麩質(zhì)飼料等,總干物質(zhì)的回收都在生物培養(yǎng)基添加劑。也可噴霧干燥后作為藥物或食95%以上。玉米濕磨法生產(chǎn)技術(shù)具有用水節(jié)儉的優(yōu)品填充劑,市場價(jià)格在2 200 ~3600元/t以上。點(diǎn),整個(gè)過程為水循環(huán)封閉式,生產(chǎn)過程中90%以軟化后的玉米進(jìn)行粗磨脫胚,利用水力旋流方上的水可循環(huán)再利用,廢水排放少。在能耗方面,比式收集胚芽,經(jīng)數(shù)次洗滌去除殘留的淀粉顆粒、蛋白國內(nèi)同行業(yè)降低50%,商品淀粉的蛋白質(zhì)可控制在質(zhì)或纖維,經(jīng)管束干燥至含水量達(dá)到2% ~6% ,冷0.45%以內(nèi),淀粉收率可達(dá)65%左右。該工藝能夠卻后可進(jìn)行玉米油提取。品質(zhì)較好的玉米油可以利與燃料酒精的實(shí)現(xiàn)較好的耦聯(lián),即直接對淀粉乳進(jìn)用超臨界工藝獲得,常規(guī)的玉米油可直接進(jìn)行壓榨。行酶法液化、糖化后,用于燃料酒精的生物發(fā)酵。工胚芽平作為飼料。藝技術(shù)路線參見圖2。中國煤化工粉和麩質(zhì)從纖維和原料玉米采用熱水50 ~60 C浸泡30~50h,目皮屑TYH,C N MH先滌,分離出纖維和一19一中國野生植物資源第26卷皮屑。皮屑和纖維脫水后,經(jīng)氣流干燥作為飼料,也表4各種能源作物單位面積產(chǎn)酒精比較可與胚芽餅混合作為復(fù)合飼料。麩質(zhì)和淀粉經(jīng)高速原料土地產(chǎn)量糖或淀 一乙醇產(chǎn) 土地乙醇產(chǎn)量/t-hm~3年-1 粉含量/% 率/Lt1 /L.hm -3年_ 1差壓離心機(jī)分離,麩質(zhì)水干燥后獲得麩質(zhì)粉。麩質(zhì)甘蔗7012.57C4 900主要成分為蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)含量達(dá)到60%以上,此木薯402150外,還含有較高的葉黃素油,其營養(yǎng)和保健價(jià)值較甜菜45161004 300高。淀粉乳經(jīng)液化糖化后進(jìn)人乙醇發(fā)酵工序。甜高梁35148(2 800玉米的濕法加工和干法加工的在經(jīng)濟(jì)效益上有玉米5654102 050很大的差距,表3是根據(jù)相關(guān)資料報(bào)道的兩種生產(chǎn)小麥66390工藝的比較[6。盡管兩種工藝在乙醇產(chǎn)出方面沒稻米754502 250有較大的差異,但濕法工藝的綜合效益比干法工藝盡管甘蔗價(jià)格低廉,目前收購價(jià)格低于180元/要高出36.9%。如果扣除燃料酒精的產(chǎn)出,僅比較t,但在產(chǎn)業(yè)開發(fā)的同時(shí),也必須產(chǎn)品的綜合開發(fā)利副產(chǎn)物的效益,干法工藝每噸玉米副產(chǎn)物效益為用,以增加企業(yè)的產(chǎn)出。據(jù)可行性研究,以年產(chǎn)10240元,而濕法效益為950元。如果考慮到胚芽餅、萬t燃料乙醇項(xiàng)目分析，每噸乙醇需要12 t甘蔗,按玉米漿以及發(fā)酵的副產(chǎn)物酒精酵母的產(chǎn)出,則濕法照200元/t到廠價(jià)格計(jì)算,原料成本為2400元/t。工藝的效益接近前文提到的1 340元/t保本目標(biāo)。甘蔗壓榨提汁后,副產(chǎn)品甘蔗渣25%左右,相對于每表3玉米濕法工藝和干法工藝用于生產(chǎn)1 t乙醇,產(chǎn)生3t蔗渣。目前蔗渣可用于造紙工燃料乙醇生產(chǎn)的效益比較業(yè),打漿后除去蔗髓部分(30%左右) ,市場價(jià)格200干法加工濕法加工元/t,可獲得收益420元/t(乙醇)。據(jù)廣東中能酒精每蒲式耳玉產(chǎn)出.考價(jià)售價(jià)產(chǎn)量郴元1元格/元 1公司成本測算報(bào)道,甘蔗糖分平均為16. 2% ,用小型.燃料乙醇(97%),L9.65 4.50 43.43 9.75 4.50 43.88壓榨機(jī)提汁,出汁率為73% ,生產(chǎn)噸燃料酒精平均耗玉米油,與0.77 15.00 11.55甘蔗量13.4 t,甘蔗渣作燃料燒鍋爐,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力自飼料(21%蛋白質(zhì)),q5.70 1.40 7.98給,每噸燃料酒精成本約為3 000元。麩質(zhì)粉(60%蛋白質(zhì)),q1.50 3.00 4.50甘蔗作為燃料乙醇的原料,在生產(chǎn)過程中重點(diǎn)千酒糟(DDCS),kg7.70 0.80 6.16不是前期的原料處理,而是發(fā)酵工藝的改善和提高。每蒲式耳玉產(chǎn)品總價(jià)/元49.5967.91甘蔗汁含有蛋白質(zhì)膠體較多,易在發(fā)酵過程中引起每公斤玉產(chǎn)品總價(jià)/元1.952.67酵母菌絮凝,這要求選育抗絮凝酵母,來改善發(fā)酵過3.3甘 蔗為原料生產(chǎn)燃料酒精的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)程。在蒸餾操作中,還要求蒸餾設(shè)備作必要的改進(jìn),我國南方緯度、氣候與巴西相似，發(fā)展甘蔗有著提高排雜能力、防止膠體類物質(zhì)堵塞塔器。此外,在得天獨(dú)厚的自然資源條件,利用甘蔗生產(chǎn)無水乙醇甘蔗種植業(yè)方面,要求種植含糖量高的品種,以提高的成本比用其他作物具有明顯的優(yōu)勢,主要在于甘乙醇的發(fā)酵度,降低后續(xù)產(chǎn)品提純的操作成本。蔗汁液中的糖分能夠直接進(jìn)行乙醇發(fā)酵,而不必象3.4 木薯為原料生產(chǎn)燃料酒精的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)谷類淀粉,必須經(jīng)過糖化轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵型糖,才能進(jìn)以木薯為原料的乙醇生產(chǎn)技術(shù)正在不斷發(fā)展，行發(fā)酵工序。此外,甘蔗榨汁簡單,前處理成本低其成本正在不斷降低,按250元/t鮮薯計(jì),乙醇成本廉。根據(jù)小規(guī)模試驗(yàn)和測算,利用能源甘蔗生產(chǎn)燃為2700元/t左右。如果合理設(shè)計(jì),加強(qiáng)技術(shù)革新,料乙醇成本只有2 800元/t左右,而用玉米和木薯科學(xué)管理,引人嫁接先進(jìn)的石油煉制技術(shù),成本還會(huì)的生產(chǎn)成本分別5000元/t和4260元/t。大幅度降低。甘蔗生物質(zhì)產(chǎn)量高,莖葉皆可利用,是全世界公木薯粗生易種,適應(yīng)性廣, 抗逆性強(qiáng),耐干旱貧認(rèn)的最好的能源作物之- -。 印度糖業(yè)管理聯(lián)合會(huì)主府。中國煤化，工最大的省份,目前種席曼奴夏●勞(PJMRao)撰文比較各種作物單位植面YCN MH G 400萬l,種植面積面積酒精產(chǎn)量,認(rèn)為甘蔗與木薯產(chǎn)量最高(見表4)。和總產(chǎn)量均占全國的60%以上,“木薯王”等新品種-20-第3期史勁松,等:生物質(zhì)的綜合利用技術(shù)在燃料乙醇產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用得到大面積推廣,該品種667hm2產(chǎn)可達(dá)3t左右，會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃綱要》中明確指出“要開發(fā)淀粉含量比常規(guī)品種高出5%以上”。燃料乙醇等石油替代產(chǎn)品，采取措施節(jié)約石油資廣西的平果酒精廠是華南最大的木薯酒精廠源”。同時(shí),該文件還指出,要通過加工轉(zhuǎn)化、擴(kuò)大(5萬V年) ,明陽、桂平、柳州、扶綏等地都有木薯酒出口等多種方式,解決糧食等農(nóng)產(chǎn)品階段性供過于精廠,欽州10萬t木薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目現(xiàn)已部求的問題。在現(xiàn)階段,積極推廣玉米、小麥為原料的分投產(chǎn),使用良種木薯,其原料含水量13% ,淀粉含燃料乙醇項(xiàng)目具有戰(zhàn)略意義,同時(shí)要因地制宜,發(fā)展量達(dá)到75%，每3噸原料可轉(zhuǎn)化為1 t燃料乙醇。生物質(zhì)能較高的作物資源,如甘蔗、木薯、馬鈴薯等如通過擴(kuò)建和新建,廣西可形成年產(chǎn)50萬t以上的資源,建立穩(wěn)定的質(zhì)能轉(zhuǎn)換基地,并通過技術(shù)引進(jìn)和燃料乙醇生產(chǎn)基地。工藝革新,完善原料的加工技術(shù),實(shí)行全面的、綜合的產(chǎn)品開發(fā),促進(jìn)我國生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化體系的完善和4結(jié)論可持續(xù)發(fā)展?？茖W(xué)研究已經(jīng)證明,燃料乙醇作為汽油調(diào)組分參考文獻(xiàn):摻加到汽油中,具有很好的互溶性,可提高汽油的辛[1] 張平平,劉憲華.纖維素生物降解的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].纖烷值,顯著提高汽油含氧量,燃料乙醇加人到汽油中維素科技與技術(shù),004,11(3) :48 -54.有效地促進(jìn)汽油的充分燃燒,有利于減少汽車尾氣2] 張宇昊,王頡,張偉,等.半纖維素發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展[J].釀酒科技.2004(5):72 -74.中CO的排放,減少溫室效應(yīng)氣體CO2。[3] 黎先發(fā),賀新生.木質(zhì)素的微生物降解[J].纖維索科學(xué)與技燃料乙醇的開發(fā)涉及到四個(gè)熱點(diǎn)問題,即石油術(shù),2004,12(2):41 -45.危機(jī)、環(huán)境污染、糧食儲(chǔ)備和創(chuàng)造就業(yè),這是我國目[4] 方芳,于隨然,王成燾中國玉米燃料乙醇項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所必須要解決的問題。2002年約估農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004 ,20(3) :239 -241.翰內(nèi)斯堡的世界高峰會(huì)談.上,各國首腦取得了一致[5]劉培 良.從國家“能源安全”的戰(zhàn)路高度認(rèn)識(shí)發(fā)展我國的燃料酒精的重要性和必要性一巴西成功推行的《燃料酒精計(jì)劃>共識(shí):發(fā)展可再生能源對可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。巴給我們的啟示[J].廣西輕工業(yè),005(2):15-17.西燃料乙醇工業(yè)的發(fā)展作為發(fā)展可再生能源的一個(gè)[6] 陳敬,戴經(jīng)銓，徐嘉惠(譯著).淀粉轉(zhuǎn)化工藝[M].中國淀很好范例,得到了各國首腦的一致認(rèn)同。在我國,發(fā)粉工業(yè)協(xié)會(huì),北京,1993.展燃料乙醇工業(yè)的重要性已經(jīng)得到了人們的全面重[7] 戴杜,理河,浦耿強(qiáng),等.廣西木薯燃料乙醇項(xiàng)目能效評估[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué),2005(2) :167 -171.視，九屆人大四次會(huì)議通過的我國《國民經(jīng)濟(jì)和社(上接第13頁)2002(5):16 -18.[3] L Zou, s Atkinsonm. 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