酒精发酵

世界燃料乙醇产量
来源：化工进展，2011，,3（1），137
世界燃料乙醇产量分布图
来源：化工进展，2011，,3（1），137
二、酒精发酵机理
酒精发酵的反应式
C6H12O6
2CH3CH2OH+2CO2
C6H12O6 + 2NAD+ + 2pi
2CH3COCOOH +
2NADH + 2H+ +2H2O 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+
酵母菌的乙醇发酵
• 发酵过程中除主要生成乙醇外，还生成少量的其 他副产物，包括甘油、有机酸（主要是琥珀酸）、 杂醇油（高级醇）、醛类、酯类等，理论上1mol 葡萄糖可产生2mol乙醇；即180克葡萄糖产生92克 乙醇，得率为51.5%。
• 因酵母菌体的积累约需2% 的葡萄糖，另外2%的 葡萄糖用于形成甘油，0.5%用于形成有机酸， 0.2%用于形成杂醇油。因此实际上得率只有约47 ％。
CH2OH
COOH
2 CHOH CH2O P
酵母菌的乙醇发酵
• 酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成乙醇，其生 化过程主要由两个阶段组成。
• 第一阶段己糖通过糖酵解途径(EMP途径)分解成 丙酮酸。
• 第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化 碳，乙醛进一步被还原成乙醇，整个过程由图53所示。
• 葡萄糖发酵成乙醇的总反应式为： C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量
• 甘薯中固形物的主要成分是淀粉，还含有少量的糖类 和蛋白质。甘薯干及鲜甘薯是一种良好的酒精生产原 料，为我国大多数工厂所采用，是我国生产酒精的主 要薯类原料。
目前的工业生产模式不可持续
• 化石资源－不可再生资源→资源危机 • 化石燃料－不可再生能源→能源危机 • 三废排放－生态环境污染→环境危机
可持续发展
可再生资源 清洁生产工艺 环境友好产品
生物质资源开发 生物加工工艺
木质纤维素
酶法有机转化
绿色生物产品 生物酒精
乙醇汽油
• 目前，巴西是世界上最用乙醇汽油中乙醇含量已 达到20%。
三、酒精发酵原料
一、酒精发酵原料
(一)淀粉质原料 淀粉质原料是生产酒精的主要原料。我国发
酵酒精的80%是用淀粉质原料生产的，其中以 甘薯干等薯类为原料的约占45%，玉米等谷物 为原料的约占35%。
•1.薯类原料 包括甘薯、木薯和马铃薯等
1.薯类原料
• 甘薯北方俗称红薯、地瓜，南方称为山芋，蕃薯。新 鲜甘薯可能直接作酒精生产原料，但一般将鲜甘薯制 成薯干，这样便于保存并能供工厂全年使用。
物，主产物是甲烷
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3、燃料乙醇
主要内容
• 酒精概述 • 酒精发酵机理 • 酒精发酵原料 • 酒精发酵菌种 • 淀粉质原料酒精发酵工艺 • 糖质酒精发酵工艺 • 纤维质酒精生产工艺
一、酒精概述
• 乙醇是醇类的一种，是酒的主要成份，俗称酒精， 它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透 明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香 味，并略带刺激性。
燃料乙醇内容
• 生物能源和燃料乙醇 • 燃料乙醇发展概况 • 燃料乙醇生产原料 • 燃料乙醇发酵生产机制 • 燃料乙醇发酵生产微生物 • 燃料乙醇发酵生产 • 淀粉质原料乙醇生产工艺
一、生物能源和燃料乙醇
1、世界能源概况
化石能源是主流， 但仅能支撑300年
的大规模开采
世界能源消耗趋势1970-2025
• 美国是世界上第二大燃料乙醇的消费大国。1978 年含10％乙醇汽油（E10汽油）在内布拉斯加州大 规模使用，此后，美国联邦政府对E10汽油实行减 免税，2000年美国燃料乙醇产量达到500万吨。
• 国内乙醇汽油产量占世界第三位，09年国家发展 与改革委员会上呈全国两会的报告统计，全国目 前已有每年混配一千万吨乙醇汽油的能力，乙醇 汽油的消费量已占全国汽油消费量的20%。
2CH3CH2OH +
2CO2 + 2NAD+
由于生物发酵的生化反应机理明了，同时具有高产、 稳产，操作简单，是制备酒精的完美选择。
CH2OH
O
H
OH OH
H
H OH
CH2O P O
H HH
OH
OH OH
H
H OH
P OCH
H
2
OH
HH
o
HO
OH
H
o OH P OCH2
H
HH
HO
OH
H
CH2O P
十一五规划第十二章第四节里面提到
加快开发生物 质能，支持发 展秸秆、垃圾 焚烧和垃圾填 埋气发电，建 设一批秸秆和 林木质电站， 扩大生物质固 体成型燃料、 燃料乙醇和生 物柴油生产能 力。
全球酒精消费结构
Million liters / a
Rapidly Increasing demand spurs a sharply growth of bioethanol production from 2000. Most of them are used for fuel.
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世界各国二氧化碳排放量：1950 年至今 的总排放量
4
可再生能源是未来发展的重点
依赖自然 条件
可再生、环 保、地Байду номын сангаас限
制小
高技术、危 险系数高
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2、 生物质和生物能
• 生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，人们 常将生物质所含有的能量简称为生物能。
• 生物质是以C、H为基本组成的有机化合物，生物能 属于化学能。
• 能源特征：洁净性、低能源品位、分散性
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生物能源的主要形式
• 薪柴：直接燃烧，热效率低 • 生物质发电 • 燃料乙醇：燃料乙醇指以生物物质为原料通过生
物发酵等途径获得的可作为燃料用的乙醇。 • 生物柴油：生物油脂进行酯交换反应 • 生物油和合成气：生物质热化学转化 • 生物制氢：微生物发酵生物质制氢气 • 沼气：微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便等有机
H
2NAD+ 2(NADH+H+
COOH
CHOH
脱羧酶
CHO
CH3
CH3
乙醇脱氢酶 CH2OH
+2H+
CH3
CH2O P
C=O CH2OH
CHO CHOH
CH2O P
O=CO P 2 HCOH
CH2O P
COOH
2 C=O
CH3
COOH
2 COH
CH2
COOH
2 CO P
CH2
COOH
2 HCO P
一、酒精概述
• 酒精发酵是在无氧条件下，微生物（如酵母菌） 分解葡萄糖等有机物，产生酒精、二氧化碳等不 彻底氧化产物,同时释放出少量能量的过程。
• 乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、 香精、染料、燃料等。
• 医疗上也常用体积分数为70%——75%的乙醇作消 毒剂等。
• 酒精用于生物燃料是当前的重要方向。