玉米秸稈制酒精

田曉明 陳文秀

(吉林燃料乙醇有限責任公司 吉林 132101）

玉米秸稈制酒精

田曉明 陳文秀

(吉林燃料乙醇有限責任公司 吉林 132101）

玉米秸稈作為一種可再生的生物質資源，如果能夠應用到酒精發酵中生產工業酒精應用于生產和能源領域，有重要的意義。為此本文對玉米秸稈制酒精展開探討，主要分析了玉米秸稈制酒精的工藝流程，大致從預處理、水解、發酵和蒸餾四個環節進行簡要的闡述。

玉米秸稈；酒精發酵；工藝

一、預處理

玉米秸稈的纖維素成分較為復雜，這樣會嚴重影響微生物對纖維素等木質素的降解，因此需要對原材料進行預處理。預處理的目的主要是讓纖維素和木質素及半纖維素分開，增加其及度，從而提高植物纖維素的酶水解糖化的效率。目前針對預處理經常采取的方法是物理法、化學法、物理化學法、生物法四種。物理法是指對玉米秸稈采用機械粉碎、蒸汽爆破和超聲波處理等各種物理方法，從而讓玉米秸稈更容易被纖維素酶水解[1]。該方法的突出優點是污染小，操作相對簡單，但是這些過程能夠需要大量的機械設備工作對能耗需求大，成本較高。化學法就是通過對玉米秸稈采用酸、堿或者有機溶劑等各種化學物質對秸稈預處理。讓這些化學物質通過化學作用破壞纖維素的晶體結構，打破木質素與纖維素的連接。該方法能夠節約成本，但是在使用中容易產生污染。物理化學法是指在對玉米秸稈的預處理過程中不僅僅采用物理方法而且結合化學方法，能夠發揮這種方法的長處，讓它們有機結合實現對玉米秸稈的優化處理。比如采用化學添加劑和汽爆方法相結合，既能加快反應速度，也能實現盡量減少環境污染問題。生物法是指在進行玉米秸稈的預處理過程中利用微生物的獨特作用實現對秸稈的處理。該種方法能夠在正常條件下進行，對環境污染小，效率也高是一種有潛力的預處理方法。

二、玉米秸稈的水解

玉米秸稈中纖維素要想進行酒精發酵，必須把纖維多糖轉變為單糖才可以進行，該過程需要經過水解才能實現。玉米秸稈的水解主要有兩種途徑分布是酸法和酶法。

1.玉米秸稈的酸法水解

酸法水解就是在對玉米秸稈纖維素進行分解的過程中采取加酸的方式實現水解。酸法水解具體可以劃分為稀酸水解和濃酸水解兩種。稀酸水解時一般采取的稀硫酸濃度為0.2 %～0.5 %，通過稀酸水解的優點是反應需要的條件相對比較溫和，對設備要求不高，效率也很高，但是缺點是會產生大量的副產物，生成葡萄糖的產率較低，影響后續的工作開展。濃酸水解時采用的硫酸濃度在10%～30%，該方法比稀酸水解需要的溫度和壓力條件低一些，同時生產的酒精產量也高一些。但是不足之處是對反應時間長，加上濃硫酸的濃度較高，腐蝕性較強，對設備的需求高一些，必須選擇那些耐酸耐壓設備，這些設備會經常因為腐蝕問題影響使用。

2.玉米秸稈的酶法水解

考慮到酸水解的環境污染問題和產物復雜的問題，人們如今又研究出一個更為先進的方法就是利用纖維素酶對玉米秸稈進行分解。纖維素酶是一種有真菌等微生物分泌的復合酶，包括內切型葡聚糖酶、外切型葡聚糖酶和纖維二糖酶等3種主要組分[2]。該復合酶發揮作用的機制一般這些認為，前兩種酶先把纖維素分解為纖維二糖，然后纖維二糖酶再把纖維二塘分解成為葡萄糖，用于后續工藝生產。利用纖維素分解酶對玉米秸稈水解能夠在條件較為溫和的情況下進行，并且催化效率高。但是該方法不利于對酶進行固定化催化，導致酶的消耗較為嚴重，成本上升，影響其生產應用。

三、酒精發酵

用玉米秸稈發酵方法生產乙醇是生物質能研究的一個熱點。 隨著生物質能源的經濟價 值的日益凸顯，這項技術已經成為一個熱門的研究課題。當前，利用玉米秸稈制取酒精的技 術在中國北方已經得到了一定范圍的應用。 本報告從技術概念分析入手，分析玉米秸稈乙 醇轉化的各個方面技術、制取酒精的核心技術、和生產過程中的技術組成。在專利申請方面， 分析各個類別的專利申請量和申請人（專利權人）的專利擁有情況，發現相關技術的專利分 布和技術發展趨勢。酒精發酵的實質就是讓水解中產生的葡萄糖利用發酵的方式產生酒精，具體到生產工藝可以分為以下幾種類型。

1. 一步發酵法

一步發酵法就是直接利用微生物實現對纖維素發酵生產酒精，該方法不需要經過水解處理過程。該方法的技術關鍵就是需要找到適合酒精發酵的生產菌株，直接利用植物纖維素發酵獲得酒精。該方法從生產工藝的角度來說減少了生產環節是比較理想的工藝流程，能夠減少生產成本和節約時間。但是如何得到合適的酒精發酵菌株是關鍵。目前的工藝設計是尋找一種微生物具備纖維素分解和酒精發酵的優良菌株很難，可以通過混合菌株的方式實現一步法發酵。比如有研究發現熱纖梭菌能分解纖維素，熱硫化氫梭菌能利用單糖進行酒精發酵產率相當高，因此采取混合菌種進行發酵，效果很好。

2.兩步發酵法

兩步發酵法是指在玉米秸稈到酒精產出的過程中，采取兩步實現。第一步先讓玉米秸稈中的纖維素分解成為六碳糖；第二步再利用微生物把六碳糖通過酒精發酵產生酒精[3]。該發酵方法在生產上正在研究應用，應用中的突出問題是第一步產生的單糖會通過反饋抑制作用，影響第一步反應的進行。第二步會產生較高濃度的酒精，高濃度的酒精會對發酵菌株產生抑制作用，并影響其發酵過程。因此需要解決發酵過程中高產物濃度對酒精發酵的抑制作用。

3. 同步糖化發酵法

針對兩步發酵法中出現的問題，人們研究了同步糖化發酵法。就是把纖維素水解過程和酒精發酵過程進行同步化，這樣就可以實現纖維素水解的產物單糖，能夠直接用于酒精發酵。 同步糖化發酵法能解決產物對反應的一致作用，降低生產成本[4]。但是目前最突出的問題是纖維素發酵過程的酶體系需要的酸堿度和反應條件與酒精發酵所需要的酸堿度和反應條件并不完全一致，因此如何讓纖維素發酵和酒精發酵在條件上兼容并實現協調進行需要繼續研究。

四、酒精蒸餾

通過酒精發酵獲得的酒精溶液是一個濃度相對較低，而成分相對復雜的混合物，這種混合液體既不能用于燃燒，也不能用于其它生產應用，因此需要把酒精重這些混合液體中分離出來。對于酒精分類最長采用的是蒸餾法。由于酒精容易揮發，沸點低，而水溶液不容易揮發，因此可以采用蒸餾法對溶液進行蒸餾[5]。通過對溫度的控制實現酒精從溶液中揮發出來，通過冷凝裝置的冷凝作用，讓酒精有氣態變為液體，然后通過接受裝置就獲取了純度較高的酒精。在進行酒精蒸餾的過程中一定要控制好蒸餾的溫度，以免引發安全事故。

五、結語

玉米秸稈在我國每年都有數以億噸的產量提供，如果讓這些生物質資源通過焚燒的途徑處理一方面會造成環境污染，同時也是資源的浪費。因此對玉米秸稈開展酒精發酵具有重大的社會意義、經濟效益、環保效益。雖然在目前對玉米秸稈生產酒精的工藝流程還沒有成熟，有些工藝需要進一步探索和研究，但是最后會隨著技術的進步，讓該技術在解決能源供應上發揮應有的功能。秸稈是豐富的可再生資源,主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。木 質纖維原料作為一種可轉化為液體燃料的可再生資源，其轉化利用已成為必然趨勢。木質纖維是廉價易得、來源豐富的可再生資源和能源。通過相關的生物轉化手段可以生產乙醇部分代替石油，不僅有利于環境保護和資源再利用，而且還可以減少溫室氣體的排放和緩解化石能源的危機，這也是世界整個能源發展的方向。本文綜述了植物秸稈通過生物生產的方法制得乙醇的生產工藝。

[1]胡代澤.我國農作物秸稈資源的利用現狀與前景[J]. 資源開發與市場. 2014(01)

[2] 王瑞明,關鳳梅,馬霞,張繼泉,賈士儒. 玉米秸稈水解與木糖酒精發酵的初步研究[J]. 釀酒. 2013(01)

[3] 林貝,趙心清,葛旭萌,白鳳武. 玉米秸稈酸解副產物對重組釀酒酵母6508-127發酵的影響[J]. 中國生物工程雜志. 2014(07)

[4]黃宇彤, 杜連祥, 趙繼湖.世界燃料酒精生產形勢[J].釀酒,2001,(5): 24- 26.

[5]張繼泉, 王瑞明, 孫玉英. 利用木質纖維素生產燃料乙醇的研究進展[J]. 釀酒科技, 2003,(1):39- 41.

[6]周亞樵植物質生物轉化發展近況 太原理工大學化工學院 太原 030024

[7]許鳳, 孫潤倉, 詹懷宇. 木質纖維原料生物轉化燃料乙醇的研究進展[J]. 纖維素科學與技術,2004, 12(1): 45-54.

Maize straw brew ethyl alcohol

Tian Xiaoming Chen Wenxiu
(Jilin fuel ethanol LLC. Jilin 132101)

Maize straw as one kind of renewable biomass resourses,if can be used in production and energy fields to produce industrial alcohol,it will has an important meaning.So this paper extends discussion around using maize straw to brew alcohol,mainly analyzes the technological process from pretreatment, hydrolysis, fermentation and distill these four links.

Maize straw;alcoholic fermentation;technology

S513

A

田曉明（1985-），男，吉林燃料乙醇有限責任公司；陳文秀， 工作單位：吉林燃料乙醇有限責任公司。