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秸秆发酵简介 玉米秸秆利用 2.1挤压膨化法（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℃;在从挤压机中喷出,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。 该方法生产过程连续,不需要消耗蒸 汽,而且具有灭菌效果。 2.2 湿氧化法（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,1200千帕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（化学处理法） 该方法可追溯到 1980年。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（物理化学处理法） 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,在迅速使原料 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,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 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。 3 工艺过程 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。 浓硫酸腐蚀性强,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。 3.3酶水解 4.1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%。 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,需进一步改进。 4.2间接发酵法 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。 采取的措施: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) 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。 当然也存在一些例木糖的抑制作用,糖化和发酵温度不协调。 4.4固定化细胞发酵 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 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。 酶水解较酸水解有较大的优 越性,将成为今后糖化