怎样利用玉米桔秆提炼乙醇

高油价催生燃料乙醇 秸秆能源化效益巨大 面对能源的紧缺，石油的涨价，世界上很多国家都在探索解决之 道。2000年，安徽丰原集团有限公司（以下简称丰原集团）就着手在高回收、低成本的发酵工艺方面成功探索利用玉米、薯类等生物质进行深加工，以替代石油产品的生产技术。现在，我国很多地方都已经开始将玉米生产的燃料乙醇，以10%的比例直接混合到汽油中使用。丰原集团在燃料乙醇生产中，与大连理工大学一起研制出世界最先进的自絮凝沉降颗粒酵母发酵生产工艺，使生产成本大大降低。国家发展和改革委员会决定用燃料乙醇替代石油百万吨试点项目开始后，丰原集团占据40%份额。去年，丰原集团燃料乙醇的产能已达44万吨。 新技术的重大突破 走进丰原集团发酵技术国家工程研究中心，记者看到技术人员正在紧张地忙碌着，农作物的秸秆经粉碎、发酵，再经分离、提纯后就成了乙醇。该中心副主任、丰原集团副总工程师宋家林告诉记者，丰原集团以玉米、薯类等生物质为原料生产的燃料乙醇、乙烯等产品均已进入市场并获得良好效益，利用农产品精深加工全面替代石油产品的许多关键技术已取得重大突破，并已经建成产业化项目，效益可观。据介绍，目前利用秸秆生产乙醇的中试装置已投产，年产乙醇300吨。

石油是应用最为广泛的能源。我国2004年进口原油1.2亿吨，比上年增加4.8%。2010年石油需求量将达4亿吨，而国内供给能力最大为1.7亿吨。用玉米、薯类等加工石油产品替代品，即用生物化工开发可再生的生物能源和生物化工产品，是各国应对能源危机的一条重要思路。丰原集团经过长期研究和市场跟踪，认为如果原油价格不低于35美元／桶、玉米价格不高于1400元人民币／吨，用玉米加工转化替代石油产品就有利可图。现在，我国玉米年产量近1.2亿吨，其中8000万吨没有加工转化直接用作饲料，所以，完全可以扩大替代石油的加工转化力度。用3000万吨玉米生产的乙醇，可替代1000万吨汽油；用3000万吨玉米可生产550万吨乙烯，相当于目前中石化、中石油两个公司年生产能力的总和。而原料生产过程中还有30%可转化为饲料。据介绍，秸秆能源化的瓶颈主要有两处：一是没有找到或组合出可高效水解纤维素的酶，从而无法使廉价的秸秆一次完成预处理；二是没能培育出高效转化由半纤维素转变而来的木糖的发酵菌种。而丰原发酵技术国家工程技术中心通过多年的研究，突破了国际上“秸秆生产乙醇必须构建同时发酵木糖和葡萄糖生产乙醇工程菌”的思路，创造性地开发了先分离后发酵的工艺路线。这一重大技术突破，不仅大大降低了秸秆转化为能源的成本，而且使我国取得了这一领域的领先地位，为我国大规模的秸秆利用奠定了基础。

“秸秆能源化”效益巨大 负责此项研究工作的丰原集团总工程师薛培俭说，用玉米生产乙醇，3.1吨玉米可生产一吨燃料乙醇，如改用秸秆生产，大约5吨～6吨秸秆就能生产一吨乙醇。我国平均每年富余作物秸秆7亿多吨，如果利用秸秆转化技术，可以大大节约石油的消耗量。专家还指出，从近期看，生物酒精（乙醇）作为燃料，可以部分替代石油能源。从远期看，乙醇则将成为支撑以乙烯为原料的石化工业的基础原料。一直以来，石化工业的基础原料乙烯是从石油中提取的，目前乙醇生产乙烯的技术已经成熟。在未来20年内，由于石油资源的日趋紧张，再加上生物质为原料的乙醇大规模工业化生产，成本相对于石油已具有可竞争性，乙醇将顺理成章地进入工业基础原料领域。农业专家石元春院士指出，发展生物质能源对我国而言，更重要意义在于发展农业和扩大农民增收。他认为，生物质产业从原料到产品，为农业在初级农产品生产和农产品加工之外，开拓了新战场，使农民又多了一条宽阔的增收渠道。丰原集团董事长李荣杰给记者算了一笔账，如果将秸秆利用技术产业化，以50公里为半径建设小型秸秆加工厂，那么按秸秆到厂价每吨400元，农民每亩就可增收200元以上。专家测算，如果我国每年能利用全国50%的作物秸秆、40%的畜禽粪便、30%的林业废弃物，

因作物成熟过程中植株体内的养分向种子或果实集中，所以秸秆中剩余的可消化营养成分很少，大部分为不可消化或难消化的成分，如纤维素、木质素等。奶牛可以少量利用秸秆。为了提高秸秆的消化利用率、适口性和采食量，秸秆饲用前常进行处理。一般的处理方式有：①切短、粉碎、浸泡、蒸煮等物理方法，以改变秸秆的物理性状，提高奶牛对秸秆的利用率和采食量；②氨化、碱化等化学方法，碱化用氢氧化钠和石灰水等浸泡，氨化用液氨、氨水、尿素、碳氨等处理，以软化秸秆，提高适口性和消化率；③微贮等生物的方法，用微生物来分解秸秆中的纤维素和木质素，以提高秸秆的营养价值。

植物可以用作生物燃料（新能源）。

生物燃料包括醇类（比如乙醇）和生物柴油。

一些车用的燃料里含有乙醇，因为乙醇可以燃烧产生能量。玉米生产乙醇的方法通常是用玉米秸秆（富含纤维素）先进行纤维素降解，产生小分子糖类，然后进一步厌氧发酵产生乙醇。虽然玉米本身也可以做发酵碳源，但成本较高。

另一类生物柴油则是动植物来源的油脂或者是微生物发酵生产的油类，与汽油、柴油的结构有所类似，也是烃类，这种技术中玉米也是作为发酵原料使用的。

乙醇的七种制备方法如下。

一、制备方法

1、发酵法

糖质原料（如糖蜜、亚硫酸废液等）和淀粉原料（如甘薯、玉米、高梁等）发酵。

发酵法的原料可以是含淀粉的农产品，如谷类、薯类或野生植物果实等；也可用制糖厂的废糖蜜；或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经一定的预处理后，经水解（用废蜜糖作原料不经这一步）、发酵，即可制得乙醇。

2、乙烯水化法

乙烯直接水化法，就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下，是乙烯与水直接反应，生产乙醇：CH2═CH2 + H─OH→C2H5OH

此法中的原料—乙烯可大量取自石油裂解气，成本低，产量大，这样能节约大量粮食，因此发展很快。

3、煤化工

工业制乙醇还主要是通过乙烯氢化制得，而适合中国国情的技术就是利用煤化工技术，将煤转化为合成气，直接或者间接的合成乙醇。

4、联合生物加工

利用生物能源转化技术生产乙醇能缓解非再生化石能源日渐枯竭带来的能源压力。联合生物加工技术，一体化程度高，能有效降低生产成本，未来发展前景广阔。

5、合成法

以乙烯为原料生产乙醇。该法生产的乙醇中夹杂着异构高碳醇，对人有麻痹作用，不宜作食品、饮料、医药和香料等。

6、分批萃取精馏法

7、分子筛固定床吸附法（简称分子筛法）

分子筛是一种无色、无臭、无毒的新材料

二、乙醇

乙醇分子是由乙基和羟基两部分组成，可以看成是乙烷分子中的一个氢原子被羟基取代的产物，也可以看成是水分子中的一个氢原子被乙基取代的产物。乙醇分子中的碳氧键和氢氧键比较容易断裂。

无水乙醇指的是纯乙醇，里面不含有水或其他物质，一般在一些化学试验中用到。酒清一般是指含有一部分水，比如一般纯酒精指的是95%的酒精（里面有5%的水）医用酒精是75%的酒精，只有75%的洒精才有杀菌作用。浓度过高或过低都起不到杀菌作用。

朋友你好，玉米秸秆等经过农盛乐发酵剂发酵之后不仅可以是很好的动物饲料，还可以制作成有机肥的。

（一）农盛乐发酵剂发酵秸秆做饲料的步骤：

1、原料准备。应先将秸秆按要求粉碎或切成小段或丝状，其中用于喂牛、马、骡的饲料原料应切碎成2－5厘米，喂羊、鹿应切碎成2厘米左右，喂猪、鸡、鸭、鹅、兔的秸秆或者藤蔓应粉碎。可以单独用秸秆发酵剂，也可将喂饲用的玉米粉掺入一同发酵，效果更好。

2、混合原料。调整湿度：将备好的秸秆物料加水搅拌均匀，含水量控制在60%左右，判断标准为：用手紧抓一把物料，指缝见水不滴水，松手即散为宜。秸秆与水比例大致为1.5：1左右。农盛乐秸秆发酵剂一包可配置10公斤发酵菌液，按照1公斤发酵菌液发酵秸秆400斤的比例，用新的喷壶（喷雾器）将发酵

剂均匀的喷洒在物料上，要一边喷洒一使之均匀。

3、密封发酵。将上述拌匀后的秸秆装填密封、量大用户可建造发酵池，批量处理，夏秋季节发酵时长为5-8天，冬季发酵时长需10-15天。

4、发酵控制。用于饲料发酵时为厌氧发酵，发酵过程要保证密封，以防变质，发酵装填时可踩实，赶出空隙中的氧气。

5、饲料取食。由外向里逐层取料，可延长饲料保存时间。发酵饲料可单独喂饲，也可掺入全价料中饲喂。第一次饲喂发酵饲料的畜禽，应先少量试喂，待适应后，可逐步增加喂饲量。

注意事项：

1、原料。不能使用霉烂变质或有毒性秸秆，否则可能抑制有益微生物繁殖，影响发酵；同时对喂饲的畜

禽造成不良影响。

2、密封。使用农盛乐秸秆发酵剂发酵饲料过程为厌氧发酵，应密封发酵；

3、避光。不要在阳光直射的地方发酵，以防紫外线杀灭功能微生物，影响发酵。

4、搭配。因各类秸秆营养成分和各种气味不同，发酵后的饲料味觉也有一定差异，合理搭配原料发酵效

果会更好,营养更全面。

（1）粗精搭配，如在秸秆中加入10-15%左右的玉米面一同发酵；

（2）品种搭配，多种作物秸秆混合发酵，如玉米秸与小麦秸混合等等，这样营养更全面，效果更好。

（3）饲喂搭配。发酵好的秸秆饲料，应按所需比例与全价饲料混合物拌匀一同饲喂，牛、羊、鸭、鹅和空怀母猪，可直接饲喂，猪、鸡应按比例混喂。

5、重量。每次发酵秸秆重量一般应不低于200公斤，量太少不利于升温，难以保证发酵质量。

（二）、农盛乐发酵剂发酵秸秆等做肥料的方法：

以发酵加工后的有机肥料为载体。加入益生菌加工而成的生物有机肥料，是指一种含有益于作物生长的发酵微生物的特定有机肥料，它既具有微生物肥料的功效，又具有有机肥料的作用。应用于农业生产中，具有显著的增产效果。这种肥料制作比较简便。如：利用发酵加工后的干基有机肥料1000公斤，加入5%的益生菌，经充分混合、翻倒、拌均，加工制成含菌量≥0.5亿/克的生物有机肥料。生物有机肥料，适用于各种土壤、各种农作物，具有相当显著的肥料效应。

生物有机肥料是一种完全的肥料，有机质含量十分丰富，不但富含氮、磷、钾等大量元素，还含钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯等中微量元素，生物有机肥料中的功能菌即能分解土壤中的矿物磷，又能分解土壤中的矿物钾，释放出磷、钾等多种营养成分，可持久的给农作物提供源源不断的养分。从多年的使用效果来看，生物有机肥的肥效，在各种作物上的验证取得了另人满意的效果。得到了广大农民的认同。随着我国有机农业的快速发展，生物有机肥料越来越展示出具大的市场前景。

制肥场地的选择：

制肥场地应选择地势平坦，靠近水源的背风向阳处，一年四季均可露天制作。

制肥材料的准备：（以1吨干秸秆为例）。

①作物秸秆1000公斤。

②饼粉20公斤。花生饼、豆饼、棉籽饼、菜籽饼等均可，无饼粉可用10公斤尿素代替。

③农盛乐发酵液3公斤。

制作方法：

① 把作物秸秆（如玉米秆）用粉碎机粉碎或用铡草机切断，一般长度以1-3厘米为宜（麦秸、稻草、树叶、杂草、花生秧、豆秸等可直接使用发酵，但粉碎后发酵效果更佳）。

②把粉碎或切断后的秸秆用水浇湿、渗透，秸秆含水量一般掌握在60%左右。

③用20公斤饼粉同3公斤发酵液拌匀，用手均匀地把拌有菌种的饼粉撒在用水浇过的秸秆表面。用铁锹等工具翻拌一遍，堆成宽2米、高1.5米、长度不限的长条，用草席等透气材料覆盖即可。肥料发酵为有氧发酵，不必完全密封。

秸秆腐化过程：

①升温阶段：从常温升到50℃，一般只需两天。

②高温阶段：从50-70℃一般只需三天。

③降温阶段：从高温度降到50℃以下，一般十天左右，此时秸秆制肥过程基本完成，肥料可直接施用。

秸秆肥腐熟标志：

⑴秸秆变成褐色或黑褐色，湿时用手握之柔软有弹性，干时很脆容易破碎。

⑵发酵充分或者反应剧烈的话，可闻到酸气。

秸秆肥的施用方法：

⑴ 秸秆肥一般用作基肥，可潮湿施用。做追肥应覆土。半腐熟的肥料施用于生长期较长的作物，腐熟度高的秸秆肥施用于生长期较短的瓜果蔬菜等作物，沙性地用半腐熟的肥料，黏土地最好施用腐熟度高的肥料。

⑵秸秆肥中有机质十分丰富，氮、磷、钾养分较为均衡，还含有各种微量元素，是各种作物、各种土壤都适宜的常用肥料，具有提高产品品质、增加产量的显著效果。

（1）用植物秸秆生产酒精是利用微生物进行发酵的过程．植物秸秆中的有机物主要是纤维素，需要纤维素酶才能将其水解成葡萄糖．

（2）生长在腐木上的霉菌及反刍动物瘤胃中生存的某些微生物中含有纤维素酶．

（3）若从土壤中分离产生这种酶的微生物，所用的培养基为选择培养基，利用的碳源为纤维素．

（4）从纤维素分解菌中提取纤维素酶需要做产纤维素酶发酵葡萄糖的实验进行酶活性的检测，为了使酶能够被反复利用，可采用酶的固定化技术．

（5）发酵阶段需要的菌种是酵母菌，生产酒精时要控制的必要条件是无氧（密封、密闭）．

故答案为：

（1）纤维素酶       

（2）B  E       

（3）选择性培养基       纤维素

（4）酶的活性       酶的固化     

（5）酵母菌           无氧

基本上是用玉米，去年全世界粮食危机，和一些发达国家用粮食生产酒精从而减少粮食出口有很大关系。除了玉米外，一些有机物体也可以用来做酒精，比如玉米的秸秆，甘蔗等。我们国家现在已经有用玉米秸秆制造酒精的报道。

酒精是一种重要的工业原料,广泛应用于食品,化工、

医药等领域,而且可以部分或全部替代汽油,具有安全、清

洁、可再生等优点。传统的酒精生产主要以糖蜜、薯类、谷物

为原料发酵而成。近年来,随着人口增长和经济的发展以及

可利用耕地面积的减少使得酒精生产成本日趋增高,利用

丰富、廉价的玉米秸秆为原料生产酒精已成为必然趋势。我

国是一个农业大国,各种纤维素原料资源非常丰富,仅玉米

秸秆年产量大约2亿吨。目前,玉米秸秆除了少部分被利用

外,大部分以堆积、焚烧等形式直接倾入环境,极大地污染

了环境,也是一种资源浪费。如果将玉米秸秆经过预处理后

水解,其所含的纤维素和半纤维素可分解成糖,经发酵可转

化为酒精,转热效率可达30%以上。这样不但缓解人类所面

临的食物短缺,环境污染、资源危机等一系列问题,而且还

能实现人类的可持续发展,因而近年来玉米秸秆成为生物

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,基本成分为纤维素、

半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包

围。纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶

性微小纤维,半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、

甘露糖组成,木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成

的高分子芳香族化合物。其中,木质素是一种燃料,半纤维

素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。

2玉米秸秆预处理

由于玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质

素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素

具有高度有序晶体结构。因此必须经过预处理,使得纤维

素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结

构,降低聚合度。常见预处理方法有物理法、化学法、物理化

学法和微生物法等。

2.1挤压膨化法

该方法属于物理处理法,是将原料粉碎后调节至一定

水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动,

同时被剪切、挤压。并且在摩擦热的作用下温度可接近

140℃然后从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅

速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理

创造条件。这种预处理方法生产过程连续,不需要消耗蒸

汽,而且具有灭菌效果。

2.2湿氧化法

湿氧化法属于化学处理法,是指在加温加压条件下,水

和氧气共同参加的反应。湿氧化法对玉米秸秆处理效果很

好,纤维素遇碱,只引起纤维素膨胀,形成了碱化纤维素,但

能保持原来骨架,加入Na2CO3后起缓和作用,能防止纤维

素被破坏,使木质素和半纤维素溶解于碱液中而与纤维素

分离。这样得到的纤维素纯度较高,且副产物很少。匈牙利

Eniko等人采用湿氧化法在195℃,15min,1 200千帕O2,

Na2CO32g/L条件下,对60g/L玉米秸秆进行预处理。其中

60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态分离出

来,纤维素酶解转化率(ECC)达85%左右。

2.3酸处理法

酸处理法也是一种化学处理法,这种方法可追溯到

1980年,而在德国可能更早。该法是采用硫酸、硝酸、盐酸、

磷酸等对纤维素原料进行预处理,其中以硫酸研究和应用

的最多。处理后,半纤维素首先水解得到无碳糖,纤维素的

结晶结构被破坏,原料疏松,可发酵性强。但水解前必须将

pH值调整到中性,还应该注意反应器的耐酸性。

2.4蒸汽爆破法

蒸汽爆破法属于物理处理化学法,是用蒸汽将原料加

热至180～200℃,维持5～30min,也可加热到245℃,维持

0.5～2.0min。高温高压造成木质素的软化,然后迅速使原料

减压,造成纤维素晶体和纤维束的爆裂,使木质素和纤维素

分离。该法成本较高,在我国可采用北京林业大学赖文衡教

授研究的间歇蒸汽汽爆器对玉米秸秆进行爆破处理,经这

种爆破器爆破的玉米秸秆,纤维素水解转化率(ECC)可达

70%以上。

2.5生物方法

生物处理方法具有节约化工原料、能源和减轻环境污

染等方面的优点。有许多微生物能产生木质素分解酶,如白

腐菌,其分解木质素的能力较强,但活性较低,而且微生物

处理周期长、菌体会破坏部分纤维素和半纤维素,降低纤维

素的水解率,因此难以得到利用。瑞典等北欧国家则利用无

纤维素酶的担子菌突变株对纤维素材料进行脱木质素处

理,取得了一定的效果。

玉米秸秆发酵生产燃料酒精研究现状及前景

武秀琴1,2马灿玲3

(1天津科技大学,中国天津3002222河南工程学院环境工程系3郑州师范高等专科学校生物系)

摘要玉米秸秆是一种丰富的再生资源,主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。经过预处理、水解、发酵可生产酒精。预处理方法主要

有物理法、化学法、物理化学法及生物处理法水解主要有酸水解法和酶水解法发酵主要有直接发酵法、间接发酵法、同步糖化发酵法等。

介绍了玉米秸秆生产乙醇的关键技术进展情况。

关键词秸秆酒精预处理研究进展

中图分类号TS262.2文献标识码A文章编号1007-5739(2008)13-0240-02

收稿日期2008-05-07

240现代农业科技》2008年第13期

3水解工艺

玉米秸秆进行预处理后,纤维素水解只有在催化剂存

在的情况下才能显著进行。常用催化剂是无机酸和酶,由此

分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺,酸水解工艺又分为

稀酸水解和浓酸水解。水解主要是破坏纤维素、半纤维素的

氢键,使之转化为发酵的单糖。

3.1浓酸水解

用70%的硫酸50℃下在反应器中反应2～6h,半纤维素

首先被降解,溶解在水里的物质经过几次浓缩沥干后得到

糖,半纤维素水解后的固体残渣经过脱水后,在30%～40%的

硫酸中浸泡1～4h。溶液再经脱水和干燥后,在70%的硫酸下

反应1～4h,回收的糖和酸溶液经过离子交换,分离出的酸在

高效蒸发器中重新浓缩,剩余的固体残渣则再循环利用到

下一次的水解中。浓酸水解过程的主要优点是糖的回收率

高,大约有90%的半纤维素和纤维素转化的糖被回收。但浓

硫酸腐蚀性强,而且从经济方面考虑必须回收浓硫酸,增加

了工艺的复杂程度。

3.2稀酸水解

为了解决浓酸水解法存在的问题,一般采用稀硫酸

(0.2%～0.5%),在较温和条件下进行。此时水解一般分2个

阶段:第1阶段为低温操作,从半纤维素获得最大糖产量

第2阶段采用高温操作使纤维素水解为六碳糖,糖的转化

率一般为50%左右。但稀酸水解容易产生大量副产物。

3.3酶水解

酶水解是利用产纤维素酶的微生物或者纤维素酶制

品,直接将半纤维素、纤维素水解成可发酵糖。与酸水解相

比,它可在常压下进行,反应条件温和、效率高、能耗低、选

择性强、环保效果好,显示出良好的应用价值和前景。水解

后可形成单一产物,产率较高(>95%)。匈牙利Eniko等人采

用NovoYm188等水解经湿氧化处理的玉米秸秆,酶解纤维

素转化率(ECC)高达85%。

该法的关键在于纤维素酶的获得和利用,同时要考虑

纤维素酶的成本。丹麦诺维信公司曾经宣布其纤维素酶生

产成本已比当初降低了12倍,现在该公司又取得了重大进

展,纤维素酶生产成本已比最初降低了20倍,生产lL燃料

级乙醇所需纤维素酶的成本已低于6.6美分。这极大地推进

了燃料乙醇的商业化进程。

4发酵工艺

由于农作物秸秆的相当部分由半纤维素构成,其水解

产物为以木糖为主的五碳糖,还有相当量的阿拉伯糖生成

(可占五碳糖的10%～20%),故五碳糖的发酵效率是决定过

程经济性的重要因素。木糖的存在对纤维素酶水解起抑制

作用,将木糖及时转化为酒精对玉米秸秆的高效率酒精发

酵是非常重要的。目前人们研究最多且最有工业应用前景

的木糖发酵产乙醇的微生物有3种酵母菌种,即管囊酵母、

树干毕赤酵母和体哈塔假丝酵母,主要的发酵方法有以下

几种。

4.1直接发酵法

直接发酵法是基于纤维分解细菌直接发酵纤维素生产

乙醇,不需要经过酸水解或酶水解前处理过程。一般利用混

合菌直接发酵,例如热纤梭菌(Clostridium thermoceUum)能

分解纤维素,但乙醇产率较低(50%),热硫化氢梭菌(Col-

stridium thermohydz)不能利用纤维素,但乙醇产率相当高,

如果进行混合发酵,产率可达70%。吕福英介绍了热纤梭菌

的生理生化特性及发酵生产的研究进展,并对热纤梭菌发

酵生产乙醇的因素以及乙醇等发酵产物对热纤梭菌的抑制

作用作了概述。但热纤梭菌产生乙醇也存在以下问题:发酵

不完全、发酵速度慢、终产物乙醇和有机酸对细胞有相当大

的毒性,需要进一步改进。

4.2间接发酵法

间接发酵是目前研究最多的一种方法。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,先用

纤维素酶水解纤维素,酶解后的糖液作为发酵碳源。但是受

末端产物抑制,低细胞浓度以及底物基质抑制作用影响乙

醇产量。因此可采取的方法有:减压发酵法和阿尔法—拉伐

公司的Bi-otile法,还可以通过筛选在高糖浓度下存活并能

利用高糖的微生物突变菌株来克服基质抑制。

4.3同步糖化发酵法(SSF法)

这种方法的原理和间接发酵法相同,是为了克服反馈

抑制作用,由Gauss等提出的在同一反应器中糖化和发酵同

步进行。这样纤维素酶对纤维素的酶水解和发酵糖化过程

在同一装置内连续进行。水解产物葡萄糖由于菌体的不断

发酵而被利用,消除了葡萄糖因基质浓度对纤维素酶的反

馈抑制作用。在工艺上采用一步发酵法,简化了设备,节约

了总生产时间,提高了生产效率。当然也存在一些抑制因

素,如木糖的抑制作用,糖化和发酵温度不协调。张继泉在

这方面进行了大量的实验研究,并取得了一定的进展。

4.4固定化细胞发酵

固定化细胞发酵能使发酵罐内细胞浓度提高,细胞可

连续使用,使最终发酵液酒精浓度得以提高。常用的固定化

载体有海藻酸钠、卡拉胶、多孔玻璃等。固定化细胞的新动

向是混合固定细胞发酵,如酵母与纤维二糖酶一起固定化。

将纤维二糖基质转化成乙醇,被看作是玉米秸秆生产乙醇

的重要方法。

5结论与展望

今后,玉米秸秆生产酒精的研究方向将主要集中在以

下几个方面。

5.1预处理方法

单纯的物理法和化学法不足以破坏纤维素晶体结构以

及去除半纤维素和木质素,应综合运用物理法与化学法,一

步完成预处理和水解2个阶段,有效提高纤维素的水解率。

5.2糖化工艺

发酵过程的酒精产率受许多因素影响,其中主要是水

解效率和单糖产量。比较而言,酶水解较酸水解有较大的优

越性,将成为今后糖化工艺的主要发展方向。

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大田农艺

241现代农业科技》2008年第13期

区,在生产中培育优质高产栽培典型,将优良品种、生产技

术传授给农民,提高生产水平,从而自觉地实行生产操作规

程。为此,课题组要求各县(市)区狠抓园区建设工作,3年总

计建设20个千亩以上园区,均收到了良好的效果。在新品

种引进种植展示园和绿色有机杂粮规范化种植展示园方

面,通过实地技术操作和展示效果验证,产生了较强的辐

射带动作用。

2.7为确保实现标准化生产,在栽培管理上大力推选“九

改”集成技术

实现了从基地到餐桌全过程质量控制,涌现出许多谷

物优质高产典型。如2005年北票市北四家子乡南四家子村

集中连片种植朝新谷5号33hm2,平均产量7 740kg/hm2,最

高产量达到9 780kg/hm2。

2.8兴建龙头企业,培育绿色有机杂粮市场,延长产业链,

提高产品附加值

“辽西绿色有机杂粮生产基地建设与食品开发”项目实

施3年,累计建设杂粮生产基地5.33万公顷以上,其中绿色

有机杂粮生产基地2.16万公顷,从而形成了规模效应,为农

产品加工业提供了可靠的优质原料保障。目前全市共有各

类杂粮加工企业743个,年生产加工销售能力100万吨,其

中绿色有机杂粮6万吨,实现销售收入4.5亿元。同时,杂粮

基地规模化也带动了当地的杂粮市场建设。东北最大的杂

粮集散地建平朱碌科,建起25 000m2的杂粮交易批发市场,

绿色有机杂粮收购、加工、销售“十里长街”已初具规模,产

品主要销往国内大中城市并出口日本、韩国、德国、新西兰

等国家。

3项目成效

3.1规模大、有特色

建设绿色有机杂粮生产基地与食品开发,认证标识累

计规模为2.16万公顷,占全省认证总面积的60%,具有先进

农业区域经济与外向型经济的特色。经国内同行专家验收

一致认为:该项目产业化规模和技术水平在我国同类地区

具有领先地位。

3.2为旱作农业开辟了一条新路

针对辽西干旱地区的自然地理条件的特点,科学地开

发利用有限的耕地,实施绿色、有机杂粮标准认证,提高了

农产品的质量,创造了农业干旱地区增产增收的新途径。

3.3创出一条“科研+公司+农户+生产基地”四位一体的新

模式

形成产、加、销良性循环,拉动绿色有机杂粮加工业的

发展,实施农业名牌战略,提高了绿色有机杂粮食品的市场

占有率。3年累计出口创汇1.37亿元,促进了外向型经济的

迅猛发展。

3.4提高了农产品的附加值

3年中,绿色A级杂粮平均产值为1.92万元/hm2,平均

效益为1.60万元/hm2有机食品产值2.79万元/hm2,效益为

2.41万元/hm2。绿色、有机杂粮平均效益为2.03万元/hm2,比

项目区外杂粮对照平均效益增收1.03万元/hm2。

3.5改善了农业生态环境

绿色、有机农业就是生态农业。通过该项目的实施,在

认证的区域范围内,从根本上改变了农业的耕作方式,保护

了生态体系及周围环境生物的多样性,有效地减少和治理

了环境污染,不仅提供了安全的食品,而且促进了人与自然

的和谐。

通过3年绿色有机杂粮生产基地建设项目的实施,极

大地推进了科技产业化进程,推动了外向型经济的快速发

展,促进了第二、第三产业的繁荣,加速了杂粮新品种的更

新换代。由于推广粮草兼用型朝新谷5号新品种粮草比为

1∶1.3,不仅促进了农业的二元结构向三元结构的转移,而且

还带动了辽西畜牧业的发展。实践证明: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的作用,具

有广阔的前景。

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(上接第241页)

5.3发酵菌株

菌种是发酵工业的灵魂,在玉米秆原料生产酒精过程

中,运用现代的育种技术培育出高效的直接发酵菌株,在适

应特殊基质条件、简化生产工艺等方面将会有所突破。若能

筛选到抗高浓度糖的基因突变菌株则可以克服纤维素原料

水解过程的抑制效应,提高发酵效率。

5.4发酵工艺

可以采用一定的技术手段,将发酵过程产生的乙醇不

断抽出,使发酵罐中的乙醇浓度≤10%,减轻乙醇对菌株生

长及乙醇生成的抑制作用,降低生产成本。

以玉米秸秆等纤维素生产酒精技术是世界各国研究的

热点,与其他生物能源、替代能技术相比,无论是在经济合

理性、技术可行性方面,还是在资源可持续性和环境协调性

方面都具有明显的优势,而且还可解决我国的石油资源短

缺和环境污染问题,有利于保证国家能源安全和社会协调

发展。

[ 玉米的作用 ]

由于玉米籽粒和植株在组成成分方面的许多特点，决定了玉米的广泛利用价值。世界玉米总产量中直接用作食粮的只占三分之一，大部分用于其他方面。

1．食用

玉米是世界上最重要的食粮之一，特别是一些非洲、拉丁美洲国家。现今全世界约有三分之一的人以玉米籽粒作为主要食粮，其中亚洲人的食物组成中玉米占50％，多者达90％以上，非洲占25％，拉丁美洲占 40％。玉米的营养成分优于稻米、薯类等，缺点是颗粒大、食味差、粘性小。随着玉米加工工业的发展，玉米的食用品质不断改善。形成了种类多样的玉米食品。

（1）特制玉米粉和胚粉：玉米籽粒脂肪含量较高，在贮藏过程中会因脂肪氧化作用产生不良味道。经加工而成的特制玉米粉，含油量降低到1％以下，可改善食用品质，粒度较细。适于与小麦面粉掺和作各种面食。由于富含蛋白质和较多的维生素，添加制成的食品营养价值高，是儿童和老年人的食用佳品。

（2）膨化食品：玉米膨化食品是70年代以来兴起而迅速盛行的方便食品，具有疏松多孔、结构均匀、质地柔软的特点，不仅色、香、味俱佳，而且提高了营养价值和食品消化率。

（3）玉米片：是一种快餐食品，便于携带，保存时间长，既可直接食用，又可制作其他食品，还可采用不同佐料制成各种风味的方便食品，用水、奶、汤冲泡即可食用。

（4）甜玉米：可用来充当蔬菜或鲜食，加工产品包括整穗速冻、籽粒速冻、罐头三种。

（5）玉米啤酒：因玉米蛋白质含量与稻米接近而低于大麦、淀粉含量与稻米接近而高于大麦，故为比较理想的啤酒生产原料。

2．饲用

世界上大约65％的玉米都用作饲料，发达国家高达80％，是畜牧业赖以发展的重要基础。

（1）玉米籽粒：玉米籽粒，特别是黄粒玉米是良好的饲料，可直接作为猪、牛、马、鸡、鹅等畜禽饲料；特别适用于肥猪、肉牛、奶牛、肉鸡。随着饲料工业的发展，浓缩饲料和配合饲料广泛应用，单纯用玉米作饲料的量已大为减少。

（2）玉米秸秆：也是良好饲料，特别是牛的高能饲料，可以代替部分玉米籽粒。玉米秸秆的缺点是含蛋白质和钙少，因此需要加以补充。秸秆青贮不仅可以保持茎叶鲜嫩多汁，而且在青贮过程中经微生物作用产生乳酸等物质，增强了适口性。

（3）玉米加工副产品的饲料应用：玉米湿磨、干磨、淀粉、啤酒、糊精、糖等加工过程中生产的胚、麸皮、浆液等副产品，也是重要的饲料资源，在美国占饲料加工原料的5％以上。

3．工业加工

玉米籽粒是重要的工业原料，初加工和深加工可生产二、三百种产品。初加工产品和副产品可作为基础原料进一步加工利用，在食品、化工、发酵、医药、纺织、造纸等工业生产中制造种类繁多的产品，穗轴可生产糠醛。

另外，玉米秸秆和穗轴可以培养生产食用菌，苞叶可编织提篮、地毯、坐毯等手工艺品，行销国内外。

（1）玉米淀粉：玉米在淀粉生产中占有重要位置，世界上大部分淀粉是用玉米生产的。美国等一些国家则完全以玉米为原料。为适应对玉米淀粉量与质的要求，玉米淀粉的加工工艺已取得了引人注目的发展。特别是在发达国家，玉米淀粉加工已形成重要的工业生产行业。

（2）玉米的发酵加工：玉米为发酵工业提供了丰富而经济的碳水化合物。通过酶解生成的葡萄糖，是发酵工业的良好原料。加工的副产品，如玉米浸泡液、粉浆等都可用于发酵工业生产酒精、啤酒等许多种产品。

（3）玉米制糖：随着科技发展，以淀粉为原料的制糖工业正在兴起，品种、产量和应用范围大大增加，其中以玉米为原料的制糖工业尤为引人注目。专家预 计，未来玉米糖将占甜味市场的 50％，玉米在下一世纪将成为主要的制糖原料。

（4）玉米油：是由玉米胚加工制得的植物油脂，主要由不饱和脂肪酸组成。其中亚油 酸是人体必需脂肪酸，是构成人体细胞的组成部分，在人体内可与胆固醇相结合，呈流动性和正常代谢，有防治动脉粥样硬化等心血管疾病的功效玉米油中 的谷固醇具有降低胆固醇的功效，富含维生素E，有抗氧化作用，可防治干眼病、夜盲症、皮炎、支气管扩张等多种功能，并具有一定的抗癌作用 。由于玉米油的上述特点，且还因其营养价值高，味觉好，不易变质，因而深受人们欢迎。