玉米秸秆制酒精

田晓明 陈文秀

(吉林燃料乙醇有限责任公司 吉林 132101）

玉米秸秆制酒精

田晓明 陈文秀

(吉林燃料乙醇有限责任公司 吉林 132101）

玉米秸秆作为一种可再生的生物质资源，如果能够应用到酒精发酵中生产工业酒精应用于生产和能源领域，有重要的意义。为此本文对玉米秸秆制酒精展开探讨，主要分析了玉米秸秆制酒精的工艺流程，大致从预处理、水解、发酵和蒸馏四个环节进行简要的阐述。

玉米秸秆；酒精发酵；工艺

一、预处理

玉米秸秆的纤维素成分较为复杂，这样会严重影响微生物对纤维素等木质素的降解，因此需要对原材料进行预处理。预处理的目的主要是让纤维素和木质素及半纤维素分开，增加其及度，从而提高植物纤维素的酶水解糖化的效率。目前针对预处理经常采取的方法是物理法、化学法、物理化学法、生物法四种。物理法是指对玉米秸秆采用机械粉碎、蒸汽爆破和超声波处理等各种物理方法，从而让玉米秸秆更容易被纤维素酶水解[1]。该方法的突出优点是污染小，操作相对简单，但是这些过程能够需要大量的机械设备工作对能耗需求大，成本较高。化学法就是通过对玉米秸秆采用酸、碱或者有机溶剂等各种化学物质对秸秆预处理。让这些化学物质通过化学作用破坏纤维素的晶体结构，打破木质素与纤维素的连接。该方法能够节约成本，但是在使用中容易产生污染。物理化学法是指在对玉米秸秆的预处理过程中不仅仅采用物理方法而且结合化学方法，能够发挥这种方法的长处，让它们有机结合实现对玉米秸秆的优化处理。比如采用化学添加剂和汽爆方法相结合，既能加快反应速度，也能实现尽量减少环境污染问题。生物法是指在进行玉米秸秆的预处理过程中利用微生物的独特作用实现对秸秆的处理。该种方法能够在正常条件下进行，对环境污染小，效率也高是一种有潜力的预处理方法。

二、玉米秸秆的水解

玉米秸秆中纤维素要想进行酒精发酵，必须把纤维多糖转变为单糖才可以进行，该过程需要经过水解才能实现。玉米秸秆的水解主要有两种途径分布是酸法和酶法。

1.玉米秸秆的酸法水解

酸法水解就是在对玉米秸秆纤维素进行分解的过程中采取加酸的方式实现水解。酸法水解具体可以划分为稀酸水解和浓酸水解两种。稀酸水解时一般采取的稀硫酸浓度为0.2 %～0.5 %，通过稀酸水解的优点是反应需要的条件相对比较温和，对设备要求不高，效率也很高，但是缺点是会产生大量的副产物，生成葡萄糖的产率较低，影响后续的工作开展。浓酸水解时采用的硫酸浓度在10%～30%，该方法比稀酸水解需要的温度和压力条件低一些，同时生产的酒精产量也高一些。但是不足之处是对反应时间长，加上浓硫酸的浓度较高，腐蚀性较强，对设备的需求高一些，必须选择那些耐酸耐压设备，这些设备会经常因为腐蚀问题影响使用。

2.玉米秸秆的酶法水解

考虑到酸水解的环境污染问题和产物复杂的问题，人们如今又研究出一个更为先进的方法就是利用纤维素酶对玉米秸秆进行分解。纤维素酶是一种有真菌等微生物分泌的复合酶，包括内切型葡聚糖酶、外切型葡聚糖酶和纤维二糖酶等3种主要组分[2]。该复合酶发挥作用的机制一般这些认为，前两种酶先把纤维素分解为纤维二糖，然后纤维二糖酶再把纤维二塘分解成为葡萄糖，用于后续工艺生产。利用纤维素分解酶对玉米秸秆水解能够在条件较为温和的情况下进行，并且催化效率高。但是该方法不利于对酶进行固定化催化，导致酶的消耗较为严重，成本上升，影响其生产应用。

三、酒精发酵

用玉米秸秆发酵方法生产乙醇是生物质能研究的一个热点。 随着生物质能源的经济价 值的日益凸显，这项技术已经成为一个热门的研究课题。当前，利用玉米秸秆制取酒精的技 术在中国北方已经得到了一定范围的应用。 本报告从技术概念分析入手，分析玉米秸秆乙 醇转化的各个方面技术、制取酒精的核心技术、和生产过程中的技术组成。在专利申请方面， 分析各个类别的专利申请量和申请人（专利权人）的专利拥有情况，发现相关技术的专利分 布和技术发展趋势。酒精发酵的实质就是让水解中产生的葡萄糖利用发酵的方式产生酒精，具体到生产工艺可以分为以下几种类型。

1. 一步发酵法

一步发酵法就是直接利用微生物实现对纤维素发酵生产酒精，该方法不需要经过水解处理过程。该方法的技术关键就是需要找到适合酒精发酵的生产菌株，直接利用植物纤维素发酵获得酒精。该方法从生产工艺的角度来说减少了生产环节是比较理想的工艺流程，能够减少生产成本和节约时间。但是如何得到合适的酒精发酵菌株是关键。目前的工艺设计是寻找一种微生物具备纤维素分解和酒精发酵的优良菌株很难，可以通过混合菌株的方式实现一步法发酵。比如有研究发现热纤梭菌能分解纤维素，热硫化氢梭菌能利用单糖进行酒精发酵产率相当高，因此采取混合菌种进行发酵，效果很好。

2.两步发酵法

两步发酵法是指在玉米秸秆到酒精产出的过程中，采取两步实现。第一步先让玉米秸秆中的纤维素分解成为六碳糖；第二步再利用微生物把六碳糖通过酒精发酵产生酒精[3]。该发酵方法在生产上正在研究应用，应用中的突出问题是第一步产生的单糖会通过反馈抑制作用，影响第一步反应的进行。第二步会产生较高浓度的酒精，高浓度的酒精会对发酵菌株产生抑制作用，并影响其发酵过程。因此需要解决发酵过程中高产物浓度对酒精发酵的抑制作用。

3. 同步糖化发酵法

针对两步发酵法中出现的问题，人们研究了同步糖化发酵法。就是把纤维素水解过程和酒精发酵过程进行同步化，这样就可以实现纤维素水解的产物单糖，能够直接用于酒精发酵。 同步糖化发酵法能解决产物对反应的一致作用，降低生产成本[4]。但是目前最突出的问题是纤维素发酵过程的酶体系需要的酸碱度和反应条件与酒精发酵所需要的酸碱度和反应条件并不完全一致，因此如何让纤维素发酵和酒精发酵在条件上兼容并实现协调进行需要继续研究。

四、酒精蒸馏

通过酒精发酵获得的酒精溶液是一个浓度相对较低，而成分相对复杂的混合物，这种混合液体既不能用于燃烧，也不能用于其它生产应用，因此需要把酒精重这些混合液体中分离出来。对于酒精分类最长采用的是蒸馏法。由于酒精容易挥发，沸点低，而水溶液不容易挥发，因此可以采用蒸馏法对溶液进行蒸馏[5]。通过对温度的控制实现酒精从溶液中挥发出来，通过冷凝装置的冷凝作用，让酒精有气态变为液体，然后通过接受装置就获取了纯度较高的酒精。在进行酒精蒸馏的过程中一定要控制好蒸馏的温度，以免引发安全事故。

五、结语

玉米秸秆在我国每年都有数以亿吨的产量提供，如果让这些生物质资源通过焚烧的途径处理一方面会造成环境污染，同时也是资源的浪费。因此对玉米秸秆开展酒精发酵具有重大的社会意义、经济效益、环保效益。虽然在目前对玉米秸秆生产酒精的工艺流程还没有成熟，有些工艺需要进一步探索和研究，但是最后会随着技术的进步，让该技术在解决能源供应上发挥应有的功能。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。

[1]胡代泽.我国农作物秸秆资源的利用现状与前景[J]. 资源开发与市场. 2014(01)

[2] 王瑞明,关凤梅,马霞,张继泉,贾士儒. 玉米秸秆水解与木糖酒精发酵的初步研究[J]. 酿酒. 2013(01)

[3] 林贝,赵心清,葛旭萌,白凤武. 玉米秸秆酸解副产物对重组酿酒酵母6508-127发酵的影响[J]. 中国生物工程杂志. 2014(07)

[4]黄宇彤, 杜连祥, 赵继湖.世界燃料酒精生产形势[J].酿酒,2001,(5): 24- 26.

[5]张继泉, 王瑞明, 孙玉英. 利用木质纤维素生产燃料乙醇的研究进展[J]. 酿酒科技, 2003,(1):39- 41.

[6]周亚樵植物质生物转化发展近况 太原理工大学化工学院 太原 030024

[7]许凤, 孙润仓, 詹怀宇. 木质纤维原料生物转化燃料乙醇的研究进展[J]. 纤维素科学与技术,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

田晓明（1985-），男，吉林燃料乙醇有限责任公司；陈文秀， 工作单位：吉林燃料乙醇有限责任公司。