秸秆乙醇专利

医药等领域，还可以部分或完全替代汽油，既安全又清洁。

清洁、可再生等优点。传统的酒精生产主要由糖蜜、土豆和谷物组成。

由原料发酵而成。近年来，随着人口的增长和经济的发展

可耕地的减少使得酒精生产的成本日益增加，酒精的利用

利用丰富廉价的玉米秸秆生产酒精已成为必然趋势。我

中国是一个农业大国，纤维素原料资源丰富，只有玉米。

秸秆年产量约2亿吨。目前除了少部分使用玉米秸秆。

大部分以堆积和焚烧的形式直接倾倒到环境中，极大地污染了环境。

环境也是资源的浪费。如果玉米秸秆被预处理

水解，其中所含的纤维素和半纤维素可分解成糖，糖可通过发酵转化。

转化为酒精时，热效率可达30%以上。这不仅会缓和人的脸色

面临着粮食短缺、环境污染和资源危机等一系列问题，而且

可以实现人类的可持续发展，所以近几年玉米秸秆也成了活物。

能源领域的研究热点。

1玉米秸秆简介

玉米秸秆主要由植物细胞壁组成，基本成分是纤维素。

半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包裹。

围。纤维素是一种直链多糖，许多分子平行排列形成丝状不溶性。

性微纤维，半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、

甘露糖组成，木质素是由苯丙烷及其衍生物为基本单位组成的。

高分子芳香化合物。其中，木质素是一种燃料，半纤维。

蔬菜可以水解成五碳糖，而纤维素更难水解成六碳糖。

2玉米秸秆的预处理

由于玉米秸秆结构复杂，木质上不仅覆盖着纤维素和半纤维素。

元素包，半纤维素部分* * *化合价和木质素结合，同时纤维素

具有高度有序的晶体结构。因此，必须对其进行预处理以制造纤维

木质素、半纤维素和木质素的分离切断了它们的氢键，破坏了晶体结。

结构，降低聚合度。常见的预处理方法有物理法、化学法和物理化法。

化学法和微生物法。

2.1挤压膨胀法

这种方法属于物理处理法，就是将原料粉碎，调整到一定的程度。

挤出机中加入水，物料在螺杆的旋转下向前运动。

同时进行切割和挤压。在摩擦热的作用下温度会接近。

140℃;然后从挤出机中喷出，物料压力突然降低，体积快。

快速膨胀，纤维素的晶体结构被破坏，这就是纤维素的酶处理。

创造条件。这种预处理方法生产过程连续，不需要消耗蒸汽。

蒸汽，并具有杀菌作用。

2.2湿氧化法

湿式氧化法属于化学处理法，就是将水加热加压。

和氧气参与反应。湿式氧化法对处理玉米秸秆非常有效。

好吧，当纤维素遇到碱，只会导致纤维素膨胀形成碱化纤维素，但是

能保持原有骨架，加入Na2CO3后能防止纤维。

元素被破坏，使木质素和半纤维素溶解在碱性溶液中，与纤维素反应。

分离。如此获得的纤维素具有高纯度和很少的副产物。匈牙利

Eniko等人在195℃，15分钟，1 200 kPa O2，

在Na2CO32g/L条件下，对60g/L玉米秸秆进行预处理。在…之中

60%的半纤维素和30%的木质素溶解，90%的纤维素以固态分离。

近年来，纤维素的酶转化率(ECC)达到85%左右。

2.3酸处理方法

酸处理也是一种化学处理，可以追溯到。

1980，而且德国可能更早。该方法采用硫酸、硝酸、盐酸，

磷酸用于预处理纤维素原料，其中硫酸用于研究和应用。

最。经处理后，半纤维素水解得到无碳糖和纤维素。

晶体结构被破坏，原料疏松，发酵性强。但是在水解之前，必须

当pH值调至中性时，还应注意反应器的耐酸性。

2.4蒸汽爆破法

汽爆法属于物理处理化学法，利用蒸汽添加原料

加热至180 ~ 200℃保持5 ~ 30分钟，或加热至245℃养护。

0.5 ~ 2.0分钟.高温高压使木质素软化，然后迅速制成原料

减压引起纤维素晶体和纤维束的破裂，使木质素和纤维素

分离。这种方式成本高，国内可以采用北京林业大学赖文恒的教学。

间歇式蒸汽爆破器用于爆破玉米秸秆。

用这种爆破器爆破后的玉米秸秆纤维素水解转化率可达90%。

70%以上。

2.5生物方法

生物处理法可以节约化工原料和能源，减少环境污染。

染色等优点。能产生木质素分解酶的微生物有很多，比如white。

腐菌分解木质素能力强，但活性低，微生物

如果处理时间长，细菌会破坏一些纤维素和半纤维素，减少纤维。

色素的水解率难以被利用。瑞典等北欧国家不使用。

其中纤维素酶的担子菌突变体使纤维素材料脱木质素。

原因，取得了一定的成效。

玉米秸秆发酵生产燃料酒精的研究现状及展望

吴秀琴1，2马灿玲3

(1天津科技大学，中国天津300222；河南理工大学环境工程系；郑州师范学院生物系)

玉米秸秆是一种丰富的可再生资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。酒精可以通过预处理、水解和发酵来生产。预处理方法主要

有物理方法、化学方法、物理化学方法和生物处理方法；水解主要包括酸水解和酶水解；发酵主要包括直接发酵、间接发酵、同步糖化发酵等。

介绍了玉米秸秆生产乙醇的关键技术进展。

秸秆；酒精；预处理；研究进展

中国图书馆分类法。TS262.2文件识别码A货号1007-5739(2008)13-0240-02

接收日期:2008年5月7日

240现代农业科技，2008年第13号

3水解过程

玉米秸秆预处理后，纤维素水解只能在催化剂的存在下进行。

它只能在下述情况下进行。常用的催化剂是无机酸和酶，因此

酸水解过程和酶水解过程分别形成，酸水解过程又分为

稀酸水解和浓酸水解。水解主要破坏纤维素和半纤维素。

氢键，使其成为发酵的单糖。

3.1浓酸水解

在反应器中与70%硫酸在50℃下反应2 ~ 6h，半纤维素。

首先是降解，经过几次浓缩和排水得到溶于水的物质。

脱水后，糖和半纤维素的固体残渣为30% ~ 40%。

硫酸浸泡1 ~ 4h。脱水和干燥后，溶液用70%硫酸处理。

反应1 ~ 4小时，回收的糖和酸溶液进行离子交换，分离出的酸在

在高效蒸发器中再次浓缩，剩余的固体残渣循环至

在下一次水解中。浓酸水解工艺的主要优点是糖的回收率

高，约90%的半纤维素和纤维素转化糖被回收。稠密的

硫酸具有腐蚀性，从经济角度考虑，有必要回收浓硫酸

讨论了该过程的复杂性。

3.2稀酸水解

为了解决浓酸水解存在的问题，一般采用稀硫酸。

(0.2% ~ 0.5%)，条件温和。这时候水解一般分为两部分。

阶段:1阶段为低温运行，从半纤维素中获得最大产糖量；

第二阶段，通过高温操作将纤维素水解为六碳糖，转化为糖。

比率一般在50%左右。但稀酸水解容易产生大量副产物。

3.3酶水解

酶水解是由产生纤维素酶的微生物或纤维素酶制成的。

产品，直接将半纤维素和纤维素水解成可发酵糖。酸水解阶段

可在常压下进行，反应条件温和，效率高，能耗低，选择性好。

选择性强，环保效果好，显示出良好的应用价值和前景。水解

之后，可以以高收率(>:95%)形成单一产物。Eniko，匈牙利等。

采用NovoYm188对湿式氧化后的玉米秸秆进行水解，并水解纤维。

转化率(ECC)高达85%。

该方法的关键在于纤维素酶的获取和利用，同时要考虑

纤维素酶的成本。诺维信丹麦公司曾宣布生产纤维素酶。

生产成本比原来降低了12倍，现在公司有了很大的进步。

开发，纤维素酶的生产成本比原来降低了20倍，生产lL燃料。

一级乙醇所需纤维素酶的成本已经低于6.6美分。这是很大的进步。

介绍了燃料乙醇的商业化进程。

4发酵过程

因为农作物秸秆中有相当一部分是由半纤维素组成的，所以是水解的

产物是以木糖为主的五碳糖，并产生相当数量的阿拉伯糖。

(可占戊糖的10% ~ 20%)，因此决定了戊糖的发酵效率。

项目经济性的一个重要因素。木糖的存在抑制了纤维素酶的水解。

木糖及时转化为乙醇对玉米秸秆高效生产乙醇的影响。

酵母非常重要。目前人们研究最多，最有工业应用前景。

通过木糖发酵生产乙醇的酵母菌株有三种，即酵母菌，

巴斯德毕赤酵母和哈他假丝酵母的主要发酵方法如下。

好几种。

4.1直接发酵法

直接发酵法基于纤维素分解细菌对纤维素的直接发酵。

乙醇不需要通过酸水解或酶水解进行预处理。通用混合

组合菌的直接发酵，如嗜热梭菌。

纤维素被分解，但是乙醇的产率低(50%)，并且热硫化梭菌(Col-

Stridium thermohydz)不能利用纤维素，但乙醇产量相当高。

如果进行混合发酵，产率可达70%。鲁介绍了热纤梭菌。

热纤梭菌生理生化特性及发酵生产的研究进展

发酵生产乙醇的因素及乙醇等发酵产物对热纤梭菌的抑制作用

功能总结。但是热纤梭菌生产的乙醇也存在以下问题:发酵

不完全，发酵速度慢，最终产物乙醇和有机酸对细胞有相当大的影响。

毒性有待进一步提高。

4.2间接发酵法

间接发酵是目前研究最多的方法之一。使用纤维素酶

水解纤维素，收集酶解后的糖液作为酵母发酵的碳源，首先利用

纤维素酶水解纤维素，酶解后的糖液作为发酵碳源。但受制于

终产物的抑制、低细胞浓度和底物基质的抑制影响b。

酒精生产。因此，可以采用的方法有:减压发酵法和α-拉瓦尔法。

该公司的生物方法也可以在高糖浓度下存活

利用高糖微生物突变菌株克服基质抑制。

4.3同步糖化发酵法(SSF法)

这种方法的原理和间接发酵一样，是为了克服反馈。

Gauss等人提出的抑制与糖化和发酵在同一个反应器中是一样的

循序渐进。这样，纤维素酶对纤维素的酶解和发酵糖化过程就完成了

在同一个装置中连续进行。水解产物葡萄糖是由于细菌的不断生长

利用发酵，这消除了由于底物浓度导致的葡萄糖对纤维素酶的反应。

反馈抑制。工艺采用一步发酵，简化了设备，节约了资金。

缩短了总生产时间，提高了生产效率。当然，也有一些抑制因素。

木糖、糖化和发酵温度等抑制因素不协调。张继全在

在这方面已经做了大量的实验研究，并取得了一定的进展。

4.4固定化细胞发酵

固定化细胞发酵可以增加发酵罐中的细胞浓度，并且细胞可以

连续使用可以提高最终发酵液的酒精浓度。常用制动

载体包括海藻酸钠、卡拉胶、多孔玻璃等。固定化细胞的新运动

发酵到混合的固定细胞，如用纤维二糖酶固定的酵母。

将纤维二糖基质转化为乙醇被认为是玉米秸秆生产乙醇。

一个重要的方法。

5结论与展望

今后，玉米秸秆生产乙醇的研究方向将主要集中在

接下来的几个方面。

5.1预处理方法

单纯的物理化学方法不足以破坏纤维素的晶体结构。

要去除半纤维素和木质素，应综合运用物理和化学方法。

预处理和水解阶段分两步完成，有效提高了纤维素的水解率。

5.2糖化过程

发酵过程中酒精产量受多种因素影响，其中水是主要因素。

水解效率和单糖产率。相比较而言，酶水解比酸水解好。

嬗变将成为未来糖化技术的主要发展方向。

(续至第243页)

田间农学

241现代农业科技，2008年第13期

区，生产优质高产栽培典型，优良品种，生产技术

技术传给农民，提高生产水平，从而自觉执行生产操作规程。

程。为此，课题组要求各县(市)抓紧园区建设，共3年。

共建设了20个1000亩以上的园区，都取得了良好的效果。在新品

引进绿色有机杂粮种植展园和标准化种植展园。

面，通过实地技术操作和示范效果验证，产生了强大的辐射力。

拍摄和驾驶。

2.7为确保标准化生产的实现，我们在栽培管理中大力推行“九化”。

改变“集成技术”

实现了从基地到餐桌的全流程质量控制，出现了很多山谷。

典型的优质高产。比如2005年，北票市北四家子乡南四家子村。

集中种植超新谷5号33hm2，平均产量7740kg/hm2，最高

最高产量达到9 780kg/hm2。

2.8打造龙头企业，培育绿色有机杂粮市场，延伸产业链。

增加产品的附加值

“绿色有机杂粮生产基地建设与辽西食品开发”项目

经过三年的建设，共建成杂粮生产基地53300多公顷，其中绿色

有机杂粮生产基地21.6万公顷，形成规模效应，对农业重要。

产品加工业为高质量的原材料提供了可靠的保证。目前市里各种* * *都有。

有杂粮加工企业743家，年生产、加工、销售能力1万吨，其中

6万吨中绿色有机杂粮，实现销售收入4.5亿元。同时，杂粮

基地的规模也带动了当地杂粮市场的建设。东北最大的杂

粮食集散地为建平朱鲁克，并建有25000平方米的杂粮交易批发市场。

绿色有机杂粮收购、加工、销售初具规模。

产品主要销往国内大中城市，并出口日本、韩国、德国、新西兰。

等待国家。

3项目有效性

3.1规模大，有特色。

绿色有机杂粮生产基地建设和食品开发、认证和标识都累

总规模21.600公顷，占全省总认证面积的60%，属先进。

农业区域经济和外向型经济的特点。被国内同行专家接受

一致认为该项目的产业化规模和技术水平处于国内同类地区。

拥有领先地位。

3.2开辟了旱作农业的新路。

根据辽西干旱地区自然地理条件的特点，科学发展

开发利用有限的耕地，实施绿色和有机杂粮标准认证，提高

农产品质量创造了农业干旱地区增产增收的新途径。

3.3创建新的“科研+公司+农户+生产基地”

模型

形成生产、加工、销售的良性循环，促进绿色有机杂粮加工业

发展和实施农业名牌战略，完善绿色有机杂粮食品市场。

入住情况。三年累计出口创汇6543.8+0.37亿元，促进了外向型经济。

快速发展。

3.4提高了农产品的附加值。

近三年绿色A级杂粮平均产值654.38+0.92万元/hm2，平均。

效益为65438+6000元/hm2；有机食品的产值为2.79万元/hm2，效益如下

241万元/hm2。绿色有机杂粮平均效益2.03万元/hm2，高于其他作物。

项目区外杂粮平均效益增加654.38+0.3万元/hm2。

3.5改善了农业生态环境

绿色有机农业是生态农业。通过实施这一项目，在

区域范围内的认证，从根本上改变了农业种植、保护的方式。

生态系统和周围环境的生物多样性减少并得到有效管理。

为了避免环境污染，既提供了安全的食品，又促进了人与自然。

和谐。

通过实施为期三年的绿色有机杂粮生产基地建设项目，这是极其

地球促进了科技产业化和外向型经济的快速发展。

展促进了二三产业的繁荣，加速了杂粮新品种的开发。

新一代。由于粮草两用超新谷5号新品种的推广，粮草比为

1∶1.3，不仅促进了农业二元结构向三元结构的转移，而且

也促进了辽西畜牧业的发展。实践证明，在干旱地区建设绿色

有机杂粮生产基地在科技产业化中发挥了重要作用。

前景广阔。

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(上接241页)

5.3发酵菌株

菌种是发酵工业的灵魂。在用玉米秸秆生产酒精的过程中，

利用现代育种技术培育高效直接发酵菌株，在适当

在适应特殊基质条件和简化生产工艺方面将有所突破。如果可以的话

筛选耐高浓度糖的突变菌株可以克服纤维素原料。

水解过程的抑制作用提高了发酵效率。

5.4发酵过程

可以采用一定的技术手段来减少发酵过程中产生的乙醇。

停止泵送，使发酵罐中乙醇浓度≤10%，减少乙醇对菌种生长的影响。

降低了生产成本。

世界各国都在研究利用玉米秸秆等纤维素生产酒精的技术。

热点，与其他生物能源和替代能源技术相比，无论是在经济合作

合理性和技术可行性，或资源可持续性和环境协调性。

各方面优势明显，也能解决我国石油资源短缺的问题。

短缺和环境污染有利于保障国家能源安全和社会协调。

发展。

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