秸秆生产乙醇

秸秆发酵生产乙醇工艺介绍

-----------------------叶金鑫（安徽水利水电职业技术学院资源与环境工程系安徽合肥 231603）

摘要：秸秆是丰富的可再生资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。木

质纤维原料作为一种可转化为液体燃料的可再生资源，其转化利用已成为必然趋势。木质纤维是廉价易得、来源丰富的可再生资源和能源。通过相关的生物转化手段可以生产乙醇部分代替石油，不仅有利于环境保护和资源再利用，而且还可以减少温室气体的排放和缓解化石能源的危机，这也是世界整个能源发展的方向。本文综述了植物秸秆通过生物生产的方法制得乙醇的生产工艺。

关键词：秸秆；木质纤维；生物发酵；乙醇

Straw fermentation to produce ethanol technology is introduced

YangZhenWei, YeJinXin, XuJinMei

(anhui water conservancy and hydropower institute of technology of profession of resources and environmental engineering anhui hefei 231603)

Summary：Straw is rich in renewable resources, mainly from

cellulose and a half of cellulose and lignin。Wooden fiber raw materials as a can be converted into the liquid fuel renewable resource, the transformation use has become an inevitable trend。Wooden fiber is easy cheap renewable resource rich source and energy through the related biological transformation method can produce ethanol instead of oil, is not only beneficial to the part of the protection of the environment and resources, and can reuse the emission of greenhouse gases and ease the crisis of fossil energy。And it is also the whole energy development direction was reviewed in this paper, through biological production plant straw stalk the party to ethanol production technology of legal system。

Key words：straw; lignocelluloses; biological fermentation process； ethanol

一、原料资源现状

我国是一个农业大国，各类农作物纤维资源十分丰富，仅秸秆一项就达7亿吨以上。由于农业生产水平低、秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜，大部分都作燃料烧掉了。其烟雾中含有大量的TSP和二氧化硫，造成大气的严重污染。据统计，目前的秸秆利

用率33%，但经过一定技术处理后利用的仅占2.6%，开发前景非常广阔。[1]因此，在煤，石油，天然气等不可再生资源日益减少的今天，如何使纤维素得到更有效地利用，是各国新资源战略的重点。燃料乙醇主要原料是玉米和小麦，随着燃料乙醇的快速的

发展，原料问题日益突出，成为制约燃料乙醇的发展的瓶颈，并且有可能引发国家粮

食安全问题。所以，纤维素乙醇是未来发展的必然方向。而且近年来纤维素乙醇的研

究文献也是逐年增长，为纤维素乙醇的工艺更新有着积极的意义。

如图所示：

二、木质纤维素原料组成及性质

木质纤维素是由纤维素、半纤维素、木质素和少量的可溶性固形物组成。纤维素大分

子是由葡萄糖脱水，通过β-1,4葡萄糖苷键连接而成的直链聚合体。由于来源的不同，纤维素分子中葡萄糖残基的数目，即聚合度（DP）在很宽的范围。分子式可写作

（C6H10O5）n。[2]在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。只有在催化剂的作

用下，纤维素的水解反应才显著进行。常用的催化剂是无机酸或纤维素酶，由此分别

形成了酸水解和酶水解工艺。半纤维素是由不同的多聚糖构成的混合物，这些多聚糖

由不同单糖聚合而成，有直链也有支链，上面连接有不同数量的乙酰基和甲基。半纤

维素的水解产物主要有己糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、戊糖和阿拉伯糖等几种不同

的糖。半纤维素的聚合度较低，相对比较容易降解成单糖。二者的水解机理可以用下

列方程式简单地表示：

乙醇结构模型

(C6H10O5)n + nH2O→nC6H10O6

(C5H804) n + nH2O→nC5H10OH

三、发酵生产工艺

1、生物处理

生物处理是利用分解木质素的微生物除去木质素以解除其对纤维素的包裹作用。

常用的降解木质素的微生物有Pharerochacte chry2sos p ri um , Coriol us versicolor 等白腐菌,降解条件温和，常温常压，ph值接近7，把木质素降解为以水和二氧化碳形式存在的最终产物，耗能低，反应要求低，污染小的优点。但是白腐菌在分解木质素的同时也消耗部分纤维素和半纤维素,所以需要严格控制反应的条件或者对白腐菌进行基因改良。此方法法预处理具有条件温和、专一性强、能耗低、不会对环境产生污染等优点。但是, 目前存在木质素降解微生物种类少、木质素分解酶类的

酶活力低、处理时间长等问题，还有待进一步研究。[3]

极端嗜热菌(65℃)和嗜热菌(40～65℃)是可以直接利用纤维素生产乙醇的菌种, 不需要经过预处理过程，因此降低了转化的周期，降低了生产设备的要求，从而降低了生产成本，提高了生产的经济利益，使大规模的工业化生产提供了条件。目前研究最多的是用热纤梭菌(Clostridiumthermocellum), 它是嗜热产芽孢的严格厌氧菌, 它能分解纤维素, 并能使纤维素和半纤维素解离得到的低聚糖和单糖发酵,减少了提取目的产物的步骤。嗜热菌多为从垃圾场和新鲜牛粪中分离得到。就目前研究情况来看，此方法在降低污染，提高效率方面具有一定的优势，但上述的提取菌种方法显然不能

用于大型工业化生产，如何得到足量的嗜热菌是研究的关键。[4]

3、乙醇发酵工艺

按照发酵过程中物料所处状态生物乙醇发酵方法分为固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法。按照发酵醪注入发酵罐的方式，乙醇发酵的方式分为间歇式、连续式和半连续式。固体发酵法和半固体发酵法主要采取间歇发酵方式；液体发酵法既可以采取间歇发酵方式，也可以采取连续发酵或半连续发酵方式。

3.1 间歇式发酵

间歇式发酵是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和操作工艺的不同，间歇发酵有以下几种方法。