甘蔗渣的利用與發(fā)展前景,岳寬扎

1、甘蔗渣的利用與發(fā)展前景摘要:綜述了目前國內(nèi)外甘蔗渣資源應(yīng)用于生產(chǎn)燃料酒精，可用于合成沼氣池再生能源或經(jīng)過處理提高其蛋白含量用于飼料，還可用于生產(chǎn)環(huán)保材料作為木材的替代原料等利用現(xiàn)狀。甘蔗渣資源的開發(fā)利用有著廣闊的前景，可作為無土基質(zhì)和有機肥料的原料，應(yīng)用于生物培養(yǎng)基方面的研究與用甘蔗渣發(fā)電建筑材料等。關(guān)鍵詞：甘蔗渣、利用、發(fā)展。引言：甘蔗渣是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品，是一種重要的可再生生物質(zhì)資源。中國是僅次于巴西和印度的第三甘蔗種植大國，南方蔗區(qū)甘蔗總產(chǎn)量7000多萬t,蔗渣的產(chǎn)量達到700萬t。甘蔗渣的成分以纖維素，半纖維素以及木質(zhì)素為主，蛋白、淀粉和可溶性糖含量較少。甘蔗渣一般含干物質(zhì)90%9

2、2%,粗蛋白質(zhì)2.0%,粗纖維44%46%,粗脂肪0.7%,無氮浸出物42%,粗灰分2%3%。與作物秸稈相比，甘蔗渣的農(nóng)藥殘留量很低，但其木質(zhì)化程度高1。但是由于蔗渣的木質(zhì)化程度高、蔗莖表皮存在硅化細胞，養(yǎng)分不協(xié)調(diào)等原因，蔗渣作為反芻動物飼料時，有機物消化率只有20%25%或更低2,由于同樣的原因，蔗渣直接用作食用菌的栽培料也受到限制。由于轉(zhuǎn)化利用技術(shù)手段落后，傳統(tǒng)上甘蔗渣經(jīng)常被廢棄不用、或者多數(shù)只用做燃料，其利用率很低，不僅造成了資源的浪費，而且還帶來了環(huán)境的污染。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，以及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用工程技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)甘蔗渣不僅是天然高分子材料、綠色化學(xué)品的寶庫，其中還蘊藏

3、著豐富的生物質(zhì)能。而且甘蔗渣作為生物質(zhì)原料具有明顯的優(yōu)勢：甘蔗渣來源集中、產(chǎn)量大，收集簡單、運輸半徑小，且甘蔗成分相對穩(wěn)定、性質(zhì)均一，將其用于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，可滿足產(chǎn)業(yè)化所需的原料集中性，連續(xù)性和均一性要求，因此，甘蔗渣是生物煉制的優(yōu)質(zhì)的原料。下面我們針對甘蔗渣資源的利用價值及其前景作個介紹。我國處于亞熱帶地區(qū)，因此甘蔗在農(nóng)作物中的比重較大。甘蔗原產(chǎn)于印度，現(xiàn)廣泛種植于熱帶、亞熱帶地區(qū)。我國是僅次于巴西和印度的世界第三甘蔗種植大國甘蔗作為大宗的糖料經(jīng)濟作物在國民經(jīng)濟中占有重要地位。甘蔗渣是制糖的一種副產(chǎn)品是甘蔗榨糖后的渣粕，蛋白質(zhì)含量和熱量均比較低。甘蔗渣一般含干物質(zhì)90%92%粗蛋白質(zhì)、

4、2.0%粗纖維、44%46%粗脂肪、0.7%無氮浸出物、42%粗灰分。甘蔗渣是一大筆非常集中而又數(shù)量較多的資源，但是如果不經(jīng)過科學(xué)的加工處理這些資源也將無法作為能源再加以利用。與作物秸稈相比甘蔗渣的農(nóng)藥殘留量很低但其木質(zhì)化程度高有機物消化率只有20%25%。長期以來，這種大批量的甘蔗渣主要供糖廠本身作為燃料燒掉或廢棄這種利用方法的經(jīng)濟價值非常低。開發(fā)利用蔗渣資源不但可以提高糖廠的經(jīng)濟效益還可為其他行業(yè)提供大量的資源對許多行業(yè)均具有重大意義。一、甘蔗渣資源利用現(xiàn)狀：1 .甘蔗渣用作環(huán)保材料；造紙和再利用。目前已有成熟的技術(shù)利用甘蔗渣作為木材的替代原料生產(chǎn)紙杯原紙、紙質(zhì)餐等飲用具。其中全降解紙質(zhì)農(nóng)

5、用地膜是利用100%蔗渣漿，既能回收用于造紙又能自然降解能解決多年來使用聚苯乙稀餐飲具造成的白色污染問題，被認為是最有前途的新成果。用甘蔗渣制成的餐飲用具有較高的白度和緊密度耐溫耐油性能良好，無毒無味，三個月內(nèi)可完全降解。生產(chǎn)過程無三廢污染且生產(chǎn)成本大大低于紙漿模塑快餐盒。如在廣西馬，山縣雙飛綠色餐具廠，就已經(jīng)出現(xiàn)了這種以甘蔗渣為原料的綠色餐具，為新興的環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了優(yōu)良條件。2 .生產(chǎn)燃料酒精與乙醇；20世紀(jì)7080年代，我國糖廠的甘蔗渣主要是供糖廠本身作為燃料燒掉或廢棄，這種利用方法的經(jīng)濟價值非常低。蔗渣中的纖維素可轉(zhuǎn)化為糖，制成酒精或飼料酵母。巴西從8。年代開發(fā)的用甘蔗渣生產(chǎn)酒精的技

6、術(shù)居世界領(lǐng)先地，并已在多個國家注冊了專利，運用新技術(shù)可從每噸甘蔗渣中提取109180升酒精，使甘蔗的酒精產(chǎn)量由7740升/hm2提高到13800升/hm2,無需擴大甘蔗的種植面積就可使酒精的產(chǎn)量（2003/2004年度為148億升）增加一倍，成本降低40%。乙醇是來自生物質(zhì)資源的最有發(fā)展前景的液態(tài)燃料。以甘蔗為原料生產(chǎn)燃料乙醇的產(chǎn)出最具優(yōu)勢，發(fā)酵技術(shù)是甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的關(guān)鍵技術(shù)12。各國的研究者對甘蔗渣生產(chǎn)乙醇進行了研究，其中Li,Bing-zhi;Balan13等人發(fā)現(xiàn)了通過AFEX（氨氣爆破法）預(yù)處理，將蔗渣置于氨水中，在保持100c及一定壓力下進行加熱。壓力釋放后，氨水會揮發(fā)出來并加以回

7、收。AFEX是處理甘蔗渣的最佳工藝路線，在酶法水解中添加木聚糖酶和纖維素酶可將木聚糖和葡聚糖酶的轉(zhuǎn)化率提高到90%。在AFEX條件下使用啤酒酵母菌進行發(fā)酵，該菌株在pH6.0時比pH4.8時能更好的利用木糖，但是甘油的產(chǎn)量卻恰恰相反。在發(fā)酵液中酒精的最高濃度30.9g/L的（飼料高粱）和42.3g/L的（甜高粱蔗渣）。當(dāng)前，發(fā)展纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)是非糧生物質(zhì)綜合利用的熱點之一。巴西等國利用其豐富的甘蔗蔗糖資源將燃料乙醇生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化得以實現(xiàn)的成功例子，以及在甘蔗渣纖維素乙醇方面的轉(zhuǎn)化技術(shù)研究成果為世界各國提供了良好借鑒。3 .生產(chǎn)高密度復(fù)合材料；甘蔗渣的化學(xué)成分與木材相似，是很好的制板原料。利用甘蔗渣

8、資源生產(chǎn)高密度復(fù)合材料。由于蔗渣比重小，纖維質(zhì)量好，制得的板材強度高，重量輕，而生產(chǎn)的板、型材均不受生物的侵害，吸水率低，不受海水的腐蝕；防火性能好，有良好的阻燃性能，有良好機械加工性能和裝飾性能，適用于家具、建筑、車廂、船舶、包裝箱等制作行業(yè)。產(chǎn)品有很強的可塑性，替換不同的模具或模板，直接生產(chǎn)出各種各樣的板材和型材，有極大的市場價值。高密度復(fù)合材料技術(shù)的實現(xiàn)不僅解決了農(nóng)業(yè)廢棄物和城市廢棄物的污染排放問題，還節(jié)省了有限的林業(yè)資源，必將對我國的21世紀(jì)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。4 .甘蔗渣用作飼料；多年來國內(nèi)外許多學(xué)者致力于糖廠副產(chǎn)品作飼料的開發(fā)研究，并已取得了一定的成績研究所發(fā)明了一種將甘蔗渣經(jīng)

9、過氨化處理后加工成高蛋白飼料的方法。具體做法是將蔗渣尿素或胺化物（100:2的水溶液）混合，蔗渣要全部浸濕，在加熱鍋中以14kg/cm2的壓力下蒸煮2小時，出鍋后降溫至25c左右時拌入酵母發(fā)酵，發(fā)酵后將其所產(chǎn)氣體排放干凈，并將蔗渣干燥，研磨成細粉后即可用作飼料。經(jīng)測定，氨化發(fā)酵處理的蔗渣，粗蛋白含量可達到8%在巴西，將甘蔗渣置于間歇反應(yīng)鍋11%。中，在180c的條件下，蒸汽處理7-10分鐘，其蔗糖的消化率從15%提高到60%。在古巴，把富含無機氮的甘蔗渣上，栽培絲狀真菌，在經(jīng)3036小時生長之后，得到一種以真菌菌絲體形成的含蛋白質(zhì)12%的飼料。在美國用含小麥稻糠的介質(zhì)中，接種纖維素、木質(zhì)素分解

10、微生物，在溫室條件下培養(yǎng)12小時，再用這種復(fù)合接種物分解蔗渣，可獲得消化率較高的飼料，用這種飼料喂養(yǎng)奶牛，能獲得良好的飼養(yǎng)效果。日本用多種維生素共生發(fā)酵甘蔗渣，能使纖維素降低60%,粗蛋白質(zhì)和粗脂肪提高好幾倍，用以喂奶牛，日產(chǎn)奶量可提高30%以上；用廢糖蜜發(fā)酵制得的賴氨酸作添加劑，加入量為總飼料量的0.2%,用這種飼料喂豬，可使豬日增重增加0.20.3kg,用這種飼料添加劑喂蛋雞.其產(chǎn)蛋量可提高15%。1999年美國專家S.MATSUOKA發(fā)明了用微生物降解法生產(chǎn)甘蔗渣飼料的新技術(shù)，可使甘蔗渣成為一種消化率高的飼料。新技術(shù)大體分為兩個階段：第一階段，混合接種物的制備；第二階段，用混合接種物降解

11、甘蔗渣：先將1000kg的甘蔗渣和700kg的酒糟混合，放入水泥池中，再用10kg混合物接種，在37c的條件下，培養(yǎng)24小時，即可得到適口性良好、消化率高的、可飼喂奶牛的甘蔗渣飼料。常低的餌料專供養(yǎng)蝦用。這種餌料以榨糖后廢棄的甘蔗渣為主，經(jīng)過粉碎以后的甘蔗渣加入適量的糖酵母、蛋白粉、油脂及礦物質(zhì)微量元素，制成12mm的微粒狀即成。因生此采用這種甘蔗渣餌料養(yǎng)蝦，不僅體現(xiàn)了合理的物鏈”而且可降低蝦餌料另外甘蔗渣還可作蝦類餌料。美國赫萊特?zé)釒a(chǎn)養(yǎng)殖研究所研制出一種成本非的成本55%70%,顯著提高養(yǎng)蝦的經(jīng)濟效益。5 .甘蔗渣制備木糖及還原糖；甘蔗渣可以用于木糖的生產(chǎn)原料。木糖是一種半纖維素糖，主要

12、用于在生物轉(zhuǎn)化成木糖醇。另外可以作為糠醛轉(zhuǎn)化的原料。Vazquez15研究甘蔗渣經(jīng)過不同濃度的磷酸處理后在134c下水解得到糠醛的產(chǎn)量。蔗渣先經(jīng)過有效預(yù)處理除去木質(zhì)素和半纖維素，能明顯提高纖維素酶解率，纖維素酶的優(yōu)化以及酶載量也同樣能提高酶解率，但由于纖維素酶的活力不高且酶的重復(fù)利用率低等，致使酶解糖化工藝中酶的耗量過高，酶的費用占到總成本的50%60%目前，以蔗渣生產(chǎn)燃料酒精在經(jīng)濟上遠遠不能與糖類和淀粉發(fā)酵同類產(chǎn)品競爭。因此，如何大幅度地提高蔗渣的酶解糖化率，將是實現(xiàn)蔗渣酶法降解產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵7 oDogaris對此方面進行了深入的研究，并且利用熱加工和酶水解法甘蔗渣生產(chǎn)還原糖，研究發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處

13、理的和已被熱水處理的甘蔗渣通過纖維素酶和半纖維素酶水解成單糖，這些纖維素酶和半纖維素酶是由錘形真菌和粗糙鏈抱菌發(fā)酵產(chǎn)生的。通過抱菌酶的應(yīng)用使兩個木質(zhì)纖維素的系統(tǒng)的協(xié)同作用最大化。對甘蔗渣的水解在處理時間和處理溫度方面廣泛研究，在劇烈的處理條件下(210C,20min,logR(0)=4.54)，半纖維素的剩余率為17.45%,從而形成抑制產(chǎn)品，5-羥甲基糠醛，糠醛，醋酸，甲酸，(0.21,0.51,3.36,1.80g/L)。未經(jīng)處理的甘蔗渣中纖維素和多糖類的最大轉(zhuǎn)化率分別為23.18%和18.79%,與未經(jīng)處理的的甘蔗渣比起來，結(jié)合熱水處理和釋放低聚糖和不溶性固體的酶水解使纖維素轉(zhuǎn)化率增加了

14、15%多糖類的轉(zhuǎn)化率是原來的兩倍。6 .甘蔗渣開發(fā)的高性能吸附材料；利用甘蔗渣制取活性炭。以甘蔗渣為原料，以ZnCl2為活化劑，采用先活化再炭化的方法制取生物活性炭18。近年來有國外學(xué)者將甘蔗渣經(jīng)過酸浸泡活化后，在600700c溫度下炭化，可制得性能較好的活性炭19。用該方法所制得的活性炭對城市垃圾滲濾液進行吸附處理，發(fā)現(xiàn)對腐殖酸的去除效果較好20。有學(xué)者將甘蔗渣先進行化學(xué)活化，再炭化制取活性炭，將這種活性炭用于對含重金屬離子的廢水進行吸附處理，取得了較好的去除效果21。Simartanammongkol22等人利用蔗渣生產(chǎn)的活性炭給蛋白質(zhì)黑素脫色，Valix23通過低溫的化學(xué)處理將硫固定到蔗

15、渣生產(chǎn)的活性炭上，用硫酸處理，并用CO2在900C進行物理活化，發(fā)現(xiàn)可以提高活性碳的吸附性能。Samadi24通過高溫裂解蔗渣吸附污水中的銘等重金屬，效果明顯。7 .其他用途：塑料填充料，用化學(xué)法處理后，用來作為塑料的填充劑；作為燃料：加工一噸甘蔗約有300kg甘蔗渣，全巴西甘蔗渣量約75009000萬噸，目前約有90%以上甘蔗渣用作燃料，供給工廠作為動力，也有用來烘烤木材；濾泥，用作甘蔗及其他作物的肥料。日本新三井制糖株式會社利用的甘蔗渣提取出一種多酚類物質(zhì)，該物質(zhì)具有預(yù)防氏菌的作用因而能夠減少雞的死亡率，提高雞和雞蛋的安全性和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。這種多酚類物質(zhì)成本低廉，因此已被批準(zhǔn)作為預(yù)防性飼料添加

16、劑。將甘蔗渣、空氣和氨放入反應(yīng)器里，利用泵使反應(yīng)器里產(chǎn)生高壓，促使氨進入甘蔗渣的纖維。甘蔗渣本身就是很好的吸收劑，經(jīng)過氨處理后，吸收油污的能力更強。二、甘蔗渣資源利用的發(fā)展前景：1 .作為無土基質(zhì)及有機肥料；經(jīng)過堆謳腐熟的甘蔗渣，可變廢為寶，作為農(nóng)業(yè)、林業(yè)上生產(chǎn)用的育苗基質(zhì)。目前已有多家研究所或生產(chǎn)單位已有成功的應(yīng)用，甘蔗渣在烤煙漂浮育苗中得到很好的應(yīng)用，添加復(fù)合肥和鈣鎂磷肥堆謳甘蔗渣配以25%膨化珍珠巖和10%煤渣的烤煙浮育苗基質(zhì)，烤煙能較好出苗生長和成苗，大田生長發(fā)育也優(yōu)于其他方式育出的煙苗。(韋建玉，2004)海口某公司以甘蔗渣為主要原料，根據(jù)其理化性狀的優(yōu)缺點，添加輔料，補充營養(yǎng)，調(diào)節(jié)

17、碳氮比和纖維素、木質(zhì)素之比，調(diào)節(jié)酸堿度，使培養(yǎng)料發(fā)揮最大優(yōu)勢，成功地栽植出高溫食用菌草菇，已悄然走”上了椰城市民的餐桌。經(jīng)過堆腐的甘蔗渣廢料又可作為優(yōu)質(zhì)的有機肥料，內(nèi)含大量的菌絲體和豐富的菌體蛋白，起到活化土壤微生物的作用，同時，又可增加土壤有機質(zhì)，改良土壤，防止土壤板結(jié)，廣泛用作花卉、果樹和綠化有機肥，形成良性生態(tài)循環(huán)2 .作為無紡纖維材料；印度人利用一種稱為麥克菲森(McPherson)的凈化機進行凈化處理，然后按不同比例混合部分棉纖維，蒙麻或聚丙烯，然后作為纖維用于生產(chǎn)無紡布。當(dāng)然，無紡材料又分為多種。這些纖維大多分有數(shù)層，依據(jù)用途不同，層數(shù)也各異。無紡材料用途十分廣泛。有些種類材料據(jù)稱

18、可經(jīng)受150c的高溫，而高溫時間僅為一分鐘。其厚度也根據(jù)需要而定。當(dāng)然，更多的用于工業(yè)，如汽車隔熱、墊圈、密封材料，也有用作清潔抹布和地毯生產(chǎn)等等。這類材料在300c的高溫下會迅速碳化，碳化的無紡纖維具有很強的吸附性，用來吸油，抗污等用途。3 .甘蔗渣發(fā)電；能源與環(huán)境問題是世界經(jīng)濟及技術(shù)領(lǐng)域十分關(guān)注的主要問題之一。如歐盟的15個成員國已全部在京都協(xié)議書上簽字，同時倡議在201。年采用新的能源技術(shù)，使15%的能源來自可持續(xù)性原料。生物質(zhì)能源作為一項低碳能源技術(shù)受到廣泛的重視。稻殼、甘蔗渣等農(nóng)林廢棄物，直接發(fā)電或通過熱解氣化供熱發(fā)電的裝置在北美、西歐、日本和巴西等許多地區(qū)和國家屢見不鮮，在美國有近

19、40。萬kw的裝機。利用液化技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體燃料替代石油是科學(xué)家的長期愿望。澳大利亞聯(lián)邦政府積極鼓勵并支持可再生能源發(fā)展的政策，極大地刺激了可再生能源發(fā)電商的積極性。澳大利亞的糖廠基本上都實行了熱電聯(lián)產(chǎn)，有部分熱電站獨立運營并網(wǎng)，與供電商簽訂長期穩(wěn)定的合同，有的與其新建了股份公司，形成了穩(wěn)定的市場和收入。對泰國東北部的米爾卡拉辛糖廠來說，一度被認為是廢物的甘蔗渣現(xiàn)在代表著電力、金錢和未來，這家公司用甘蔗渣發(fā)電，帶動機器運轉(zhuǎn)，并為附近村莊提供電力。這項工作做得非常成功，米爾卡拉辛公司已經(jīng)開始購買其它工業(yè)垃圾用于發(fā)電。印度目前甘蔗渣發(fā)電的總能力為710兆瓦，如果這些電力由中央電力系統(tǒng)提供，將

20、需要礦物燃料發(fā)電922兆瓦，而且新的用于發(fā)電和輸送電力的中央投資將超過15億美元。從電費開支看，地方甘蔗渣發(fā)電輸送到農(nóng)戶家中的成本價格比利用煤炭、石油等發(fā)電和輸送到農(nóng)戶家中的電費要低31%,從而使印度農(nóng)民每年減少9.23億美元的電費支出；從廢氣排放方面看，甘蔗渣燃燒排放出的含硫廢氣幾乎可以忽略不計，而煤炭、石油等礦物燃料的廢氣排放很嚴重。據(jù)統(tǒng)計，一個制糖廠用所產(chǎn)生的三分之一的甘蔗渣發(fā)電就能滿足糖廠自身的電力需求，其余甘蔗渣產(chǎn)生的電能可以向其他單位輸出。蔗渣是制糖工業(yè)的廢棄物，價格低廉具有數(shù)量大、產(chǎn)地集中，其成分單一不需要分選處理、質(zhì)量可控等優(yōu)勢。與其他類型的農(nóng)林生物質(zhì)資源比較，蔗渣是很好的生物質(zhì)煉制工業(yè)的原料。在蔗渣綜合利用過程中既要重視其生物質(zhì)能的開發(fā)，也要重視發(fā)揮其作為天然高分子材料寶庫的效能。各種有效的蔗渣利用方式都