甘蔗渣的利用与发展前景,岳宽扎

甘蔗渣的利用与发展前景 摘要:综述了目前国内外甘蔗渣资源应用于生产燃料酒精,可用于合成沼气池再生能源或经过处理提高其蛋白含量用于饲料,还可用于生产环保材料作为木材的替代原料等利用现状。甘蔗渣资源的开发利用有着广阔的前景,可作为无土基 质和有机肥料的原料,应用于生物培养基方面的研究与用甘蔗渣发电建筑材料等。 关键词：甘蔗渣、利用、发展。 引言：甘蔗渣是制糖工业的主要副产品，是一种重要的可再生生物质资源。中国是仅次于巴西和印度的第三 甘蔗种植大国，南方蔗区甘蔗总产量7000多万t，蔗渣 的产量达到700万t。甘蔗渣的成分以纤维素，半纤维 素以及木质素为主，蛋白、淀粉和可溶性糖含量较少。 甘蔗渣一般含干物质90%~92%，粗蛋白质2.0%，粗纤 维44%~46%，粗脂肪0.7%，无氮浸出物42%，粗灰分2%~3%。与作物秸秆相比，甘蔗渣的农药残留量很 低，但其木质化程度高[1]。 但是由于蔗渣的木质化程度高、蔗茎表皮存在硅 化细胞，养分不协调等原因，蔗渣作为反刍动物饲料 时，有机物消化率只有20%~25%或更低[2]，由于同样的 原因，蔗渣直接用作食用菌的栽培料也受到限制。由 于转化利用技术手段落后，传统上甘蔗渣经常被废弃 不用、或者多数只用做燃料，其利用率很低，不仅造成了资源的浪费，而且还带来了环境的污染。 然而，随着科学技术的进步，以及生物质转化利用 工程技术的不断发展，人们发现甘蔗渣不仅是天然高 分子材料、绿色化学品的宝库，其中还蕴藏着丰富的生 物质能。而且甘蔗渣作为生物质原料具有明显的优 势：甘蔗渣来源集中、产量大，收集简单、运输半径小， 且甘蔗成分相对稳定、性质均一，将其用于高附加值产 品的生产，可满足产业化所需的原料集中性，连续性和 均一性要求，因此，甘蔗渣是生物炼制的优质的原料。下面我们针对甘蔗渣资源的利用价值及其前景作个介绍。 我国处于亚热带地区，因此甘蔗在农作物中的比重较大。甘蔗原产于印度，现广泛种植于热带、亚热带地区。我国是仅次于巴西和印度的世界第三甘蔗种植大国甘蔗作为大宗的糖料经济作物在国民经济中占有重要地位。甘蔗渣是制糖的一种副产品是甘蔗榨糖后的渣粕，蛋白质含量和热量均比较低。甘蔗渣一般含干物质９０％～９２％粗蛋白质、２.０％粗纤维、４４％～４６％粗脂肪、０.７％无氮浸出物、４２％粗灰分。甘蔗渣是一大笔非常集中而又数量较多的资源，但是如果不经过科学的加工处理这些资源也将无法作为能源再加以利用。与作物秸秆相比甘蔗渣的农药残留量很低但其木质化程度高有机物消化率只有２０％～２５％。长期以来，这种大批量的甘蔗渣主要供糖厂本身作为燃料烧掉或废弃这种利用方法的经济价值非常低。开发利用蔗渣资源不但可以提高糖厂的经济效益还可为其他行业提供大量的资源对许多行业均具有重大意义。 一、 甘蔗渣资源利用现状： 1．甘蔗渣用作环保材料； 造纸和再利用。目前已有成熟的技术利用甘蔗渣作为木材的替代原料生产纸杯原纸、 纸质餐等饮用具。其中全降解纸质农用地膜是利用１００％蔗渣浆，既能回收用于造纸又能自然降解能解决多年来使用聚苯乙稀餐饮具造成的白色污染问题，被认为是最有前途的新成果。用甘蔗渣制成的餐饮用具有较高的白度和紧密度耐温耐油性能良好，无毒无味，三个月内可完全降解。生产过程无三废污染且生产成本大大低于纸浆模塑快餐盒。如在广西马，山县双飞绿色餐具厂，就已经出现了这种以甘蔗渣为原料的绿色餐具，为新兴的环保产业发展创造了优良条件。 2．生产燃料酒精与乙醇； ２０世纪７０～８０年代，我国糖厂的甘蔗渣主要是供糖厂本身作为燃料烧掉或废弃，这种利用方法的经济价值非常低。蔗渣中的纤维素可转化为糖，制成酒精或饲料酵母。巴西 从８０年代开发的用甘蔗渣生产酒精的技术居世界领先地，并已在多个国家注册了专利，运用新技术可从每吨甘蔗渣中提取１０９～１８０升酒精，使甘蔗的酒精产量由７７４０升／ｈm２提高到１３８００升／ｈｍ２，无需扩大甘蔗的种植面积就可使酒精的产量（２００３／２００４年度为１４８亿升）增加一倍,成本降低４０％。乙醇是来自生物质资源的最有发展前景的液态燃 料。以甘蔗为原料生产燃料乙醇的产出最具优势，发 酵技术是甘蔗生产燃料乙醇的关键技术[12]。 各国的研究者对甘蔗渣生产乙醇进行了研究，其 中Li, Bing-zhi; Balan[13]等人发现了通过AFEX（氨气爆 破法）预处理，将蔗渣置于氨水中，在保持100℃及一 定压力下进行加热。压力释放后，氨水会挥发出来并 加以回收。AFEX是处理甘蔗渣的最佳工艺路线，在 酶法水解中添加木聚糖酶和纤维素酶可将木聚糖和葡 聚糖酶的转化率提高到90%。在AFEX条件下使用啤 酒酵母菌进行发酵，该菌株在pH 6.0时比pH 4.8时能 更好的利用木糖，但是甘油的产量却恰恰相反。在发 酵液中酒精的最高浓度30.9 g/L的（饲料高粱）和42.3 g/L的（甜高粱蔗渣）。 当前，发展纤维素乙醇产业是非粮生物质综合利 用的热点之一。巴西等国利用其丰富的甘蔗蔗糖资源 将燃料乙醇生产产业化得以实现的成功例子，以及在 甘蔗渣纤维素乙醇方面的转化技术研究成果为世界各 国提供了良好借鉴。 3.生产高密度复合材料 ； 甘蔗渣的化学成分与木材相似，是很好的制板原料。利用甘蔗渣资源生产高密度复合材料。由于蔗渣比重小，纤维质量好，制得的板材强度高，重量轻，而生产的板、型材均不受生物的侵害，吸水率低，不受海水的腐蚀；防火性能好，有良好的阻燃性能，有良好机械加工性能和装饰性能，适用于家具、建筑、车厢、船舶、包装箱等制作行业。产品有很强的可塑性，替换不同的模具或模板，直接生产出各种各样的板材和型材，有极大的市场价值。高密度复合材料技术的实现不仅解决了农业废弃物和城市废弃物的污染排放问题，还节省了有限的林业资源，必将对我国的２１世纪的环保产业产生巨大影响。 4．甘蔗渣用作饲料； 多年来国内外许多学者致力于糖厂副产品作饲料的开发研究，并已取得了一定的成绩研究所发明了一种将甘蔗渣经过氨化处理后加工成高蛋白饲料的方法。具体做法是将蔗渣尿素或胺化物（１００：２的水溶液）混合，蔗渣要全部浸湿，在加热锅中以１４ｋｇ／ｃｍ２的压力下蒸煮２小时，出锅后降温至２５℃左右时拌入酵母发酵，发酵后将其所产气体排放干净，并将蔗渣干燥，研磨成细粉后即可用作饲料。经测定，氨化发酵处理的蔗渣，粗蛋白含量可达到８％～在巴西，将甘蔗渣置于间歇反应锅１１％。中，在１８０℃的条件下，蒸汽处理７～１０分钟，其蔗糖的消化率从１５％提高到６０％。在古巴，把富含无机氮的甘蔗渣上，栽培丝状真菌，在经３０～３６小时生长之后，得到一种以真菌菌丝体形成的含蛋白质１２％的饲料。在美国用含小麦稻糠的介质中，接种纤维素、木质素分解微生物，在温室条件下培养１２小时，再用这种复合接种物分解蔗渣，可获得消化率较高的饲料，用这种饲料喂养奶牛，能获得良好的饲养效果。日本用多种维生素共生发酵甘蔗渣，能使纤维素降低６０％，粗蛋白质和粗脂肪提高好几倍，用以喂奶牛，日产奶量可提高３０％以上；用废糖蜜发酵制得的赖氨酸作添加剂，加入量为总饲料量的０．２％，用这种饲料喂猪，可使猪日增重增加０．２～０．３ｋｇ，用这种饲料添加剂喂蛋鸡．其产蛋量可提高１５％。１９９９年美国专家Ｓ．ＭＡＴＳＵＯＫＡ发明了用微生物降解法生产甘蔗渣饲料的新技术，可使甘蔗渣成为一种消化率高的饲料。新技术大体分为两个阶段：第一阶段，混合接种物的制备；第二阶段，用混合接种物降解甘蔗渣：先将１０００ｋｇ的甘蔗渣和７００ｋｇ的酒糟混合，放入水泥池中，再用１０ｋｇ混合物接种，在３７℃的条件下，培养２４小时，即可得到适口性良好、消化率高的、可饲喂奶牛的甘蔗渣饲料。常低的饵料专供养虾用。这种饵料以榨糖后废弃的甘蔗渣为主，经过粉碎以后的甘蔗渣加入适量的糖酵母、蛋白粉、油脂及 矿物质微量元素，制成１～２ｍｍ的微粒状即成。因生此采用这种甘蔗渣饵料养虾，不仅体现了合理的“物链”而且可降低虾饵料另外甘蔗渣还可作虾类饵料。美国赫莱特热带水产养殖研究所研制出一种成本非的成本５５％～７０％，显著提高养虾的经济效益。

5.甘蔗渣制备木糖及还原糖； 甘蔗渣可以用于木糖的生产原料。木糖是一种半 纤维素糖，主要用于在生物转化成木糖醇。另外可以 作为糠醛转化的原料。Vazquez15]研究甘蔗渣经过不同 浓度的磷酸处理后在134℃下水解得到糠醛的产量。蔗渣先经过有效预处理除去木质素和半纤维素， 能明显提高纤维素酶解率，纤维素酶的优化以及酶载 量也同样能提高酶解率，但由于纤维素酶的活力不高 且酶的重复利用率低等，致使酶解糖化工艺中酶的耗 量过高，酶的费用占到总成本的50%~60%。目前，以 蔗渣生产燃料酒精在经济上远远不能与糖类和淀粉发 酵同类产品竞争。因此，如何大幅度地提高蔗渣的酶 解糖化率，将是实现蔗渣酶法降解产业化的关键[7]。Dogaris 对此方面进行了深入的研究，并且利用 热加工和酶水解法甘蔗渣生产还原糖，研究发现未经 处理的和已被热水处理的甘蔗渣通过纤维素酶和半纤 维素酶水解成单糖，这些纤维素酶和半纤维素酶是由 锤形真菌和粗糙链孢菌发酵产生的。通过孢菌酶的应 用使两个木质纤维素的系统的协同作用最大化。对甘 蔗渣的水解在处理时间和处理温度方面广泛研究，在 剧烈的处理条件下（210℃， 20 min，logR(0)=4.54），半纤 维素的剩余率为17.45%，从而形成抑制产品， 5-羟甲基 糠醛，糠醛，醋酸，甲酸，（0.21， 0.51， 3.36， 1.80 g/L）。 未经处理的甘蔗渣中纤维素和多糖类的最大转化率分 别为23.18%和18.79%，与未经处理的的甘蔗渣比起 来，结合热水处理和释放低聚糖和不溶性固体的酶水 解使纤维素转化率增加了15%，多糖类的转化率是原 来的两倍。

6．甘蔗渣开发的高性能吸附材料； 利用甘蔗渣制取活性炭。 以甘蔗渣为原料，以ZnCl2为活化剂，采用先活化 再炭化的方法制取生物活性炭[18]。近年来有国外学者 将甘蔗渣经过酸浸泡活化后，在600~700℃温度下炭 化，可制得性能较好的活性炭[19]。用该方法所制得的活 性炭对城市垃圾渗滤液进行吸附处理，发现对腐殖酸 的去除效果较好[20]。有学者将甘蔗渣先进行化学活化， 再炭化制取活性炭，将这种活性炭用于对含重金属离 子的废水进行吸附处理，取得了较好的去除效果[21]。 Simartanammongkol[22]等人利用蔗渣生产的活性炭给 蛋白质黑素脱色，Valix[23]通过低温的化学处理将硫固 定到蔗渣生产的活性炭上，用硫酸处理，并用CO2在 900℃进行物理活化，发现可以提高活性碳的吸附性 能。Samadi[24]通过高温裂解蔗渣吸附污水中的铬等重 金属，效果明显。