利用甜高粱莖稈提取乙醇的實(shí)驗報告(第Ⅰ報)——不同品種乙醇提取量的實(shí)驗

釀酒科技200年第5期(總第155期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2007N5T15利用甜高梁莖稈提取乙醇的實(shí)驗報告(第Ⅰ報)——不同品種乙醇提取量的實(shí)驗劉杰,鄭士梅,李原有,王世范,劉永莉,張占金,馮鐵英,張巖,龐春梅(吉林市農業(yè)科學(xué)院,吉林132101)摘要:以甜高粱品種九甜粱1號和九甜雜1號為材料,采用簡(jiǎn)易固態(tài)發(fā)酵法,對其莖稈提取乙醇進(jìn)行了實(shí)驗。實(shí)驗證明,甜高梁莖稈是提取乙醇極佳的生物質(zhì)能源。九甜梁1號莖稈可提取50%wol粗乙醇9.26t/hm2,折99.6%vol的無(wú)水乙醇396υ/hm2。九甜雜1號莖稈可提取50%vol粗乙醇876thm3,折99.6%vol的無(wú)水乙醇3.75thm3。單位面積甜髙梁莖稈乙醇提取量明顯高于單位面積玉米籽實(shí)的乙醇提取量。但不同的甜高粱品種莖稈乙醇的提取量有明顯的差異,要科學(xué)的選用甜高粱品種。關(guān)鍵詞:提取乙醇;甜高梁莖稈;九甜粱1號;九甜雜1號中圖分類(lèi)號:TS2622;TS2614;S2162文獻標識碼:A文章編號:1001-9286(2007)05-0051-03Experimental Reports on Ethanol Production from SweetSorghum Stems (I)Experiments on Ethanol Production from Different SpeciesLIU Jie, ZHENG Shi-mei, LI Yuan-you, WANG Shi-fan, LIU Yong-li,ZHANG Zhan-jin, FENG Tie-ying, ZHANG Yan and PANG Chun-mei(Jilin City Academy of Agricultural Sciences, Jilin Jilin 132101, ChinaAbstract: Experiments on ethanol production from stems of sweet sorghum Jiutianliang #l and Jiutianza #l using solid fer-mentation were reported here. The results showed that the sweet sorghum stem was a great source of bioenergy. We pro-duced 9.26 tons and 8 76 tons of 50 %vol crude ethanol(3.96 tons and 3.75 tons of 99.6%vol anhydrous ethanol) fromeach hectare of the Jiutianliang #I and Jiutianza #l species, respectively. Ethanol production from sweet sorghum stems issignificantly higher than that from com seeds based on each unit area. In addition, ethanol production from sweet sorghumstems is significant different from species to species. Therefore, we should select the right sweet sorghum species forethanol productionKey words: ethanol, sweet sorghum stem, production, Jiutianliang #1, Jiutianza #1隨著(zhù)石油燃料日趨緊張,價(jià)格不斷上漲和環(huán)境污果報告如下。染的嚴重,利用可再生資源作為石油的代用品變得越加重要。2000年我國開(kāi)始啟動(dòng)乙醇汽油項目,已取得初1材料與方法步成效。但是,燃料乙醇原料主要以玉米陳化糧為主,11甜高梁品種從長(cháng)遠看存在著(zhù)糧食安全問(wèn)題。因此,必須尋求不與糧本實(shí)驗選用的品種為我院選育的九甜粱1號和九爭地、不與人爭糧、不與牲畜爭飼料、不與其他產(chǎn)業(yè)爭甜雜1號(均通過(guò)吉林省農作物品種審定委員會(huì )審定)原料的新型乙醇生產(chǎn)原料。目前,利用農作物秸稈,特其中九甜粱1號種植面積028hm2,九甜雜1號種植面別是利用甜高粱莖稈提取乙醇已成為生物質(zhì)能源領(lǐng)域積01hm2中的重要研究課題之一。2006年我院采用簡(jiǎn)易固態(tài)發(fā)12中國煤化工酵法對甜高粱莖稈提取乙醇進(jìn)行了初步實(shí)驗現將結HHCNMH粗乙醇(原酒)。其基金項目:國家發(fā)改委投資項目(20062518)收稿日期:2007-0403作者簡(jiǎn)介:劉杰(1963-),男,大學(xué)本科研究員吉林市農科院院長(cháng)吉林市農學(xué)會(huì )理事長(cháng),利用甜高粱莖稈提取乙醇項目的主持人獲省一等獎3項,“吉林省有突出貢獻的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才”“吉林市十大杰出青年”發(fā)表論文10余篇。52釀酒科技200年第5期(總第155期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2000No.5(l15)工藝流程為:表1生物產(chǎn)量與含糖量莖稈粉碎揉碎拌入酵母菌品種名稱(chēng)莖稈產(chǎn)量籽實(shí)產(chǎn)量莖稈汁液錘度總糖·九甜粱1號2875018611500甜雜1號750發(fā)酵池}氣蒸餾]→L粗乙醇(原前)」配制酵母溶液5950.014861225·總糖含量為吉林省輕工業(yè)設計院發(fā)酵所分析的結果從實(shí)際結果可以看出,2個(gè)品種的乙醇提取量相差很大,九甜粱1號每噸莖稈平均提取50%Vl粗乙醇1562kg,提取50%Vl粗乙醇率為1562%。九甜13主要設備雜1號每噸莖稈平均提取50%Vol粗乙醇1168kg粉碎機:93ZP-1.8型鍘草機,遼寧省風(fēng)城市奧運機提取50%vol粗乙醇率為1168%,每噸莖稈九甜粱械廠(chǎng)生產(chǎn)。揉碎機:改裝由55kW電機帶動(dòng)。蒸酒鍋、號比九甜雜1號多提取50%v粗乙醇394kg,高過(guò)汽管冷卻器均為自制。蒸酒鍋容量為1t料發(fā)酵池:3.94個(gè)百分點(diǎn)。經(jīng)測定,2個(gè)品種提取50%l粗乙醇室外挖池,用彩條苫布和塑料布防滲漏和揮發(fā)。量差異極顯著(zhù)。14酵母菌種與用量提取出粗乙醇后,可經(jīng)精餾為無(wú)水乙醇。本實(shí)驗通安琪牌酒用酵母:安琪酵母股份有限公司生產(chǎn),用過(guò)科學(xué)統計,九甜粱1號每噸莖稈可提取996%l無(wú)量為莖稈重的1‰水乙醇(即燃料乙醇濃度,以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)水乙醇)6680kg1.5蒸餾每公頃莖稈可提取無(wú)水乙醇396t,提取1t無(wú)水乙醇需采用我國傳統的蒸酒方法。每次蒸1t莖稈的發(fā)酵莖稈1497t,無(wú)水乙醇提取率為6.68%。九甜雜1號莖料,每個(gè)品種重復2次。稈每噸可提取無(wú)水乙醇4995kg,每公頃莖稈可提取無(wú)1.6乙醇濃度的測定與折算水乙醇375t,提取10t無(wú)水乙醇需莖稈2002t,無(wú)水利用酒精計對蒸餾出的粗乙醇(原酒)進(jìn)行測定并乙醇提取率為4995%2個(gè)品種無(wú)水乙醇提取率相差校正為20℃時(shí)的乙醇濃度(體積分數)然后按下列公1685個(gè)百分點(diǎn),即同樣1t莖稈九甜粱1號比九甜雜式折算所需乙醇濃度的重量。1號多提取乙醇1685kg。高濃度折為低濃度:23品種間乙醇提取量顯著(zhù)差異的主要原因折后的乙醉質(zhì)量(kg)W,x原乙醇質(zhì)量(kg)目前,我國乙醇企業(yè)所采用的物料大部分是玉米,式中:W—原乙醇質(zhì)量分數;我國傳統蒸酒方法的物料是玉米或其他糧食。其共同的Wr調整后乙醇濃度質(zhì)量分數特點(diǎn)是將其物料中的淀粉分解成糖,再將糖轉化為乙低濃度折為高濃度醇。本實(shí)驗的物料是甜高粱莖稈,將其莖稈汁液的糖分折后的乙醇質(zhì)量(4W2欲折低度乙直接轉化為粗乙醇。從表1我們可以看出,九甜粱1號醇質(zhì)量(kg莖桿汁液錘度為1861%,總糖含量15%九甜雜1號式中:W欲折低度的乙醇質(zhì)量分數;莖稈汁液錘度為1486%,總糖含量12.25%,二者總糖折為高度乙醇的質(zhì)量分數含量相差275個(gè)百分點(diǎn)。這是造成兩個(gè)品種乙醇提取2結果與分析量和提取率差異的主要原因。按含糖量計算,乙醇提取量和提取率要高于本實(shí)驗結果。這主要是由于發(fā)酵程21品種的生物產(chǎn)量和含糖量度、蒸料火候、蒸料過(guò)程的乙醇揮發(fā)和在發(fā)酵過(guò)程要消經(jīng)實(shí)測每公頃九甜粱1號平均產(chǎn)莖稈593t,籽實(shí)耗一定數量的糖分所致。發(fā)酵程度和蒸料火候也是造成產(chǎn)量2875kg莖稈汁液錘度為1861%,總糖為15%每本實(shí)驗重復間略有差異的原因。經(jīng)測驗重復間的差異公頃九甜雜1號平均產(chǎn)莖稈75t籽實(shí)產(chǎn)量為5950kg,不顯著(zhù)表明重復間的差異是實(shí)驗允許的誤差。莖稈汁液錘度為14.86%,總糖為1225%(見(jiàn)表1)。24甜高梁?jiǎn)挝幻娣e乙醇提取量顯著(zhù)高于玉米22品種間乙醇提取量差異極顯著(zhù)目前,我國燃料乙醇主要是以玉米籽實(shí)為主要原將2個(gè)品種每噸莖稈乙醇提取量列入表2。料,利用玉米秸稈生產(chǎn)乙醇的技術(shù)尚未成熟,技術(shù)設備表2乙醇提取量粗乙醇·(kg)粗乙醇莖稈提取折無(wú)水乙中國煤化工水乙醇莖稈提取無(wú)品種名稱(chēng)提取率粗乙醇量重復1重復Ⅱ平均()(hm)重復重莖稈量水乙醇量CNMHGO(U bm九甜粱1號15145160951562015629266476383608066801497九甜雜1號149411865116801186876491550744995499520023.75粗乙醇濃度為50%vol的原酒.·無(wú)水乙醇濃度為99.6%vol劉杰,鄭士梅,李原有,王世范,劉永莉,張占金,馮鐵英張巖,龐春梅利用甜高梁莖稈提取乙醇的實(shí)驗報告(第Ⅰ報)不同品種乙醇提取量的實(shí)驗表3單位面積甜高梁和玉米無(wú)水乙醇提取量的比較(t/hm莖稈甜高粱莖稈和籽實(shí)作物品種籽實(shí)合計與玉米籽實(shí)比數量甜高粱與玉米比數量甜高粱與玉米比甜高粱比玉米提高百分率(%)數量提高百分率(%)九甜粱1號396+2.53+049+19264.00九甜雜1號3.75+2.321985732935+27391.00復雜成本高僅1t纖維素酶需人民幣10萬(wàn)元左右。一號單位面積莖稈產(chǎn)量比九甜梁1號高157t,故單位面般3t多玉米籽實(shí)產(chǎn)1t無(wú)水乙醇,按每公頃產(chǎn)玉米籽實(shí)積提取無(wú)水乙醇量二者相差并不太大,九甜粱1號僅比9t3t籽實(shí)產(chǎn)1t無(wú)水乙醇計,每公頃玉米籽實(shí)產(chǎn)3t無(wú)九甜雜1號多提取無(wú)水乙醇210kg。盡管九甜雜1號的水乙醇。每公頃九甜粱1號莖稈可提取無(wú)水乙醇396t,籽實(shí)產(chǎn)量比九甜粱1號高1倍多,每公頃多產(chǎn)籽實(shí)每公頃產(chǎn)籽實(shí)288t,按3t籽實(shí)提取1t無(wú)水乙醇計,可3075kg。但由于九甜雜1號莖稈產(chǎn)量高,增加了運輸和提取無(wú)水乙醇096t,合計每公頃九甜粱1號可提取無(wú)提取乙醇等的費用。為了糧食安全,在不考慮籽實(shí)提取水乙醇492t。每公頃九甜雜1號莖稈可提取無(wú)水乙醇乙醇的情況下,扣出增加的成本和考慮糟渣質(zhì)量,兩個(gè)375t,每公頃產(chǎn)籽實(shí)595t,按3t籽實(shí)產(chǎn)1t無(wú)水乙醇品種的效益基本相差無(wú)幾。計,可提取無(wú)水乙醇198t,合計每公頃九甜雜1號可提取無(wú)水乙醇573t。當前有的單位正在開(kāi)展利用玉米秸3小結稈提取乙醇的試驗。般每公頃玉米產(chǎn)含水量小于20%31甜高粱是極佳的生物質(zhì)能源,在收獲一定糧食的的玉米秸稈10t,按7t莖稈產(chǎn)1t無(wú)水乙醇計,每公頃同時(shí),利用莖稈提取乙醇,可以解決石油燃料緊張、價(jià)格可產(chǎn)無(wú)水乙醇143t。每公頃玉米籽實(shí)和秸稈合計生上漲、環(huán)境污染嚴重和利用玉米提取乙醇存在糧食安全產(chǎn)無(wú)水乙醇443t(見(jiàn)表3的一大隱患綜上所述,每公頃九甜粱1號和九甜雜1號莖稈和32本實(shí)驗所采取的固態(tài)發(fā)酵法工藝簡(jiǎn)捷設備簡(jiǎn)單,籽實(shí)合計比玉米籽實(shí)多產(chǎn)無(wú)水乙醇192t和2,73t,分投資少,見(jiàn)效快易操作,對操作人員的技術(shù)水平要求不別比玉米籽實(shí)提高640%和91.0%;比玉米莖稈和籽實(shí)太高便于推廣。適宜農村種植甜高粱后就地加工提取分別多產(chǎn)無(wú)水乙醇049t和1.30t,分別提高1106%和粗乙醇然后將粗乙醇集中到乙醇企業(yè)精加工成為無(wú)水2935%(表3)。利用甜高粱莖稈和籽實(shí)提取乙醇的經(jīng)濟乙醇。效益分析另有報告。33利用甜高粱莖稈提取乙醇技術(shù)路線(xiàn)已基本成熟,2.5糟渣是優(yōu)質(zhì)飼料利用玉米秸稈提取乙醇技術(shù)路線(xiàn)尚未成熟。無(wú)論從甜高提取粗乙醇后,九甜粱1號和九甜雜1號糟渣的干粱莖稈提取乙醇還是加上籽實(shí)提取乙醇,單位面積甜物質(zhì)粗蛋白粗脂肪、粗纖維、粗灰分初水分分別是高粱的乙醇提取量明顯高于玉米。9285%96%3.50%、3378%、724%84.26%和34不同的甜高粱品種提取乙醇量有很大差異,要選9293%668%、231%3490%12.44%、8289%見(jiàn)擇含糖量高、莖稈產(chǎn)量高、籽實(shí)產(chǎn)量高適于本地種植表4)。的甜高粱。目前我國選育和引進(jìn)的甜高粲品種熟期較表4糟渣主要成分·長(cháng),在我省霜前籽實(shí)不能正常成熟,千萬(wàn)不要盲目地選品種名稱(chēng)干物質(zhì)粗蛋白粗脂肪粗纖維粗灰分水分擇甜高粱品種。九甜粱1號是我國目前提取乙醇量較九甜粱1號92857.963503871248426高的品種之一,九甜雜1號是我國目前糧食產(chǎn)量較高九甜1號929368231349012488的品種之一。該兩個(gè)品種適于我省大部分地區種植,近幾年在新疆等地種植表現也十分優(yōu)良,用戶(hù)可根據不從分析結果來(lái)看,2個(gè)品種的糟渣都是牛羊的優(yōu)質(zhì)同需要選用。飼料粗蛋白的含量高于一般青貯玉米(粗蛋白含量為35提取粗乙醇后的糟渣是牛羊的優(yōu)質(zhì)飼料,同時(shí)還4%~5%)在供試的2個(gè)品種中,九甜粱1號糟渣的飼可以開(kāi)展多方位的綜合利用。料成分優(yōu)于九甜雜1號。從我們現場(chǎng)喂飼情況看,當槽中同時(shí)放玉米秸和糟渣牛首先選飼糟渣。此外糟渣也參考文獻是造紙的好原料,壓制纖維板材的極佳原料同時(shí)可利U黃平生料摩酒技術(shù)北京中國輕工業(yè)出版社200用酸法、酶法將其糟渣再次轉化為乙醇2]遼中國煤化工北京:農業(yè)出版社2.6兩個(gè)品種的綜合分析九甜粱1號1t莖稈可提取無(wú)水乙醇6680kg,比CNMHG建議肉吉林市農業(yè)委員會(huì )種植甜高粲,發(fā)展燃料乙醇材料匯編[C]吉林林市農九甜雜1號的4995kg多提取1685kg。由于九甜雜1業(yè)科學(xué)院,2006