玉米秸秆发酵法生产燃料酒精的研究进展

刘吉新

玉米秸秆发酵法生产燃料酒精的研究进展

刘吉新

（吉林省新天龙实业有限公司，吉林四平 136500）

在绿色发展理念引领下，我国能源与环保的建设已经形成了一定的规模。在节约能源保护环境的大背景下，如何实现再生能源的最大利用正在成为许多国家新的能源发展方向。生物能源中，乙醇作为安全、清洁的燃料正在被广泛关注和运用。而利用玉米生产燃料酒精的方法也正在由传统的发酵方法向着新的方法改进和升级。

玉米秸秆；发酵法；燃料酒精；绿色理念

传统的玉米淀粉作为酒精燃料的生产原料虽然是目前较为成熟的技术，但是已经受到了限制。在绿色理念的指导下，对可再生能源的研发已经成为全世界关注的焦点。研究更新的玉米秸秆生产燃料酒精的课题迫在眉睫，解决这一技术难点就可以起到节约能源、保护环境的作用。利用发酵法将玉米秸秆转化成气体或者酒精等液体燃料之后，产生的热效率可以达到30%以上，既可以缓解资源危机、食物污染问题，也可以充分利用玉米秸秆中的纤维素等被分解后的材料实现能源的再生和利用。

1　玉米秸秆生产酒精工艺概述

1）玉米秸秆中的植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、木质素等组成。详细的化学组成参见表1，工艺流程见图1。

表1　玉米秸秆化学组成

玉米秸秆生产酒精工艺：

图1　玉米秸秆生产酒精工艺流程

将玉米秸秆的半纤维素、纤维素经过高温结合形成晶体结构，这些链结构牢固地结合在一起，形成微纤维，相当于水解，这便是玉米秸秆的预处理。预处理可以将纤维素、半纤维素等进行切断，破坏它们的晶体结构［1］。

2）对纤维质进行预处理，可以将玉米秸秆粉碎成碎片状进行预处理，原料在这种环境下被快速释放压力。木聚糖部分经过溶解后，水解成木糖，外源硫酸的可以增加木糖低聚物，外源硫酸的存在使得原料维持时间少于1min就可以被分解成微小颗粒进入预处理反应器内。

3）湿氧化法是在20世纪90年代由ANNE提出的。这种方法是在加温加压的情况下，使用水和氧气共同反应而成的处理方法。湿氧化法对玉米秸秆的纤维素具有有效性。纤维素在这种方法下会发生反应产生膨胀，形成碱化纤维素。加入碳酸钙后，纤维素中的木质素得到缓和作用后，纯度升高，不会产生糠醛这样的副产品。

4）玉米秸秆纤维素水解后，在催化剂的作用下，例如无机酸和酶，可以形成酸水解，这种成分主要破坏纤维素、半纤维素，将其中的氢键转化为单糖，形成稀酸水解和浓酸水解。稀水解一般形成两个阶段的分解。第一个阶段从半纤维素中获得糖产量最大化，第二个阶段采用高温操作使纤维素水解为碳糖并产生大量副产物［2］。

5）浓酸水解在50℃的条件下发生2～6h的反应。首先是降解，物质浓缩沥干后，脱水形成糖。在35%的硫酸中浸泡1～4h后再进行脱水干燥，形成了酸，剩余的固体残渣经过循环利用，收到的糖浓度极高，富含物里面不包括糠醛。但是有硫酸，由于其腐蚀性强，因此处理起来相当困难。

6）采用酶水解技术是利用酶水解时发生的生化反应。常压下其消耗过后具有较高的选择性，产率较高。国外试验证明玉米秸秆在经过水解湿氧化处理后，酶解纤维转化率为95%。但是这种纤维素中，酶的成本过高。因此生产一加仑燃料级酒精所需的酶纤维素需要大约5美元。

2　玉米秸秆发酵法生产燃料酒精

木糖发酵转化成酒精是在20世纪50年代末提出的。直到80年代被验证了木糖确实可以被微生物作用发酵形成酒精（SSF法）。从此，100多种微生物被发现可以使木糖发酵成酒精。

1）使用固定化细胞提高发酵罐内的细胞浓度，最终提高了发酵液酒精的浓度。固定化细胞中使用混合固定细胞进行发酵，酵母与纤维二糖酶固定化，将纤维二糖基质转化成酒精。这是目前玉米秸秆生产酒精的重要方法。

2）使用玉米秸秆的糖化液进行混合菌种的培养，利用多种酒精发酵菌进行发酵，近年来这种基因工程菌的应用对于糖快速转成酒精很有帮助。

3　结束语

玉米秸秆发酵工艺生产酒精具有其他淀粉类原料不具备的优势，因此，完全具有规模化生产的可能性。但是由于其在预处理技术中还存在着一些缺陷，因此建议尽快通过基因工程技术来研究秸秆生产燃料酒精的原生质体融合技术，相信经过不懈努力，研发出这种高效、低成本的新工艺的目标为时不远。

［1］ 张强.餐厨垃圾同步糖化发酵生产燃料酒精的工艺［J］.化工进展，2015，（1）.

［2］ 冯南.利用纤维素原料生产燃料酒精的研究进展［J］.黑龙江科技信息，2014，（2）.

Research Progress on the Production of Fuel Alcohol by Corn Straw Fermentation under the Green Concept

Liu Ji-xing

Under the guidance of the concept of green development，the construction of energy and environmental protection in China has formed a certain scale.In the context of the international energy conservation environment，how to achieve the maximum utilization of renewable energy is becoming the direction of energy development in many countries.In bio energy，ethanol as a safe and clean fuel is being widely concerned and applied.And the method of using corn to produce fuel alcohol is also being improved and upgraded by the traditional fermentation method to the new method.

corn straw；fermentation；fuel alcohol；green concept

TQ223.122

A

1003-6490（2016）06-0117-02

2016-06-25

刘吉新（1972—），男，吉林四平人，工程师，主要研究方向为酒精加工。

收稿日期：2016-06-11

作者简介： 李卓坪（1984—），男，河北邯郸人，工程师，主要研究方向为水污染控制和生态治理。