利用甜高粱茎秆提取乙醇的实验报告(第Ⅰ报)——不同品种乙醇提取量的实验

酿酒科技200年第5期(总第155期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2007N5T15利用甜高梁茎秆提取乙醇的实验报告(第Ⅰ报)——不同品种乙醇提取量的实验刘杰,郑士梅,李原有,王世范,刘永莉,张占金,冯铁英,张岩,庞春梅(吉林市农业科学院,吉林132101)摘要:以甜高粱品种九甜粱1号和九甜杂1号为材料,采用简易固态发酵法,对其茎秆提取乙醇进行了实验。实验证明,甜高梁茎秆是提取乙醇极佳的生物质能源。九甜梁1号茎秆可提取50%wol粗乙醇9.26t/hm2,折99.6%vol的无水乙醇396υ/hm2。九甜杂1号茎秆可提取50%vol粗乙醇876thm3,折99.6%vol的无水乙醇3.75thm3。单位面积甜髙梁茎秆乙醇提取量明显高于单位面积玉米籽实的乙醇提取量。但不同的甜高粱品种茎秆乙醇的提取量有明显的差异,要科学的选用甜高粱品种。关键词:提取乙醇;甜高梁茎秆;九甜粱1号;九甜杂1号中图分类号:TS2622;TS2614;S2162文献标识码:A文章编号: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随着石油燃料日趋紧张,价格不断上涨和环境污果报告如下。染的严重,利用可再生资源作为石油的代用品变得越加重要。2000年我国开始启动乙醇汽油项目,已取得初1材料与方法步成效。但是,燃料乙醇原料主要以玉米陈化粮为主,11甜高梁品种从长远看存在着粮食安全问题。因此,必须寻求不与粮本实验选用的品种为我院选育的九甜粱1号和九争地、不与人争粮、不与牲畜争饲料、不与其他产业争甜杂1号(均通过吉林省农作物品种审定委员会审定)原料的新型乙醇生产原料。目前,利用农作物秸秆,特其中九甜粱1号种植面积028hm2,九甜杂1号种植面别是利用甜高粱茎秆提取乙醇已成为生物质能源领域积01hm2中的重要研究课题之一。2006年我院采用简易固态发12中国煤化工酵法对甜高粱茎秆提取乙醇进行了初步实验现将结HHCNMH粗乙醇(原酒)。其基金项目:国家发改委投资项目(20062518)收稿日期:2007-0403作者简介:刘杰(1963-),男,大学本科研究员吉林市农科院院长吉林市农学会理事长,利用甜高粱茎秆提取乙醇项目的主持人获省一等奖3项,“吉林省有突出贡献的专业技术人才”“吉林市十大杰出青年”发表论文10余篇。52酿酒科技200年第5期(总第155期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2000No.5(l15)工艺流程为:表1生物产量与含糖量茎秆粉碎揉碎拌入酵母菌品种名称茎秆产量籽实产量茎秆汁液锤度总糖·九甜粱1号2875018611500甜杂1号750发酵池}气蒸馏]→L粗乙醇(原前)」配制酵母溶液5950.014861225·总糖含量为吉林省轻工业设计院发酵所分析的结果从实际结果可以看出,2个品种的乙醇提取量相差很大,九甜粱1号每吨茎秆平均提取50%Vl粗乙醇1562kg,提取50%Vl粗乙醇率为1562%。九甜13主要设备杂1号每吨茎秆平均提取50%Vol粗乙醇1168kg粉碎机:93ZP-1.8型铡草机,辽宁省风城市奥运机提取50%vol粗乙醇率为1168%,每吨茎秆九甜粱械厂生产。揉碎机:改装由55kW电机带动。蒸酒锅、号比九甜杂1号多提取50%v粗乙醇394kg,高过汽管冷却器均为自制。蒸酒锅容量为1t料发酵池:3.94个百分点。经测定,2个品种提取50%l粗乙醇室外挖池,用彩条苫布和塑料布防渗漏和挥发。量差异极显著。14酵母菌种与用量提取出粗乙醇后,可经精馏为无水乙醇。本实验通安琪牌酒用酵母:安琪酵母股份有限公司生产,用过科学统计,九甜粱1号每吨茎秆可提取996%l无量为茎秆重的1‰水乙醇(即燃料乙醇浓度,以下简称无水乙醇)6680kg1.5蒸馏每公顷茎秆可提取无水乙醇396t,提取1t无水乙醇需采用我国传统的蒸酒方法。每次蒸1t茎秆的发酵茎秆1497t,无水乙醇提取率为6.68%。九甜杂1号茎料,每个品种重复2次。秆每吨可提取无水乙醇4995kg,每公顷茎秆可提取无1.6乙醇浓度的测定与折算水乙醇375t,提取10t无水乙醇需茎秆2002t,无水利用酒精计对蒸馏出的粗乙醇(原酒)进行测定并乙醇提取率为4995%2个品种无水乙醇提取率相差校正为20℃时的乙醇浓度(体积分数)然后按下列公1685个百分点,即同样1t茎秆九甜粱1号比九甜杂式折算所需乙醇浓度的重量。1号多提取乙醇1685kg。高浓度折为低浓度:23品种间乙醇提取量显著差异的主要原因折后的乙醉质量(kg)W,x原乙醇质量(kg)目前,我国乙醇企业所采用的物料大部分是玉米,式中:W—原乙醇质量分数;我国传统蒸酒方法的物料是玉米或其他粮食。其共同的Wr调整后乙醇浓度质量分数特点是将其物料中的淀粉分解成糖,再将糖转化为乙低浓度折为高浓度醇。本实验的物料是甜高粱茎秆,将其茎秆汁液的糖分折后的乙醇质量(4W2欲折低度乙直接转化为粗乙醇。从表1我们可以看出,九甜粱1号醇质量(kg茎杆汁液锤度为1861%,总糖含量15%九甜杂1号式中:W欲折低度的乙醇质量分数;茎秆汁液锤度为1486%,总糖含量12.25%,二者总糖折为高度乙醇的质量分数含量相差275个百分点。这是造成两个品种乙醇提取2结果与分析量和提取率差异的主要原因。按含糖量计算,乙醇提取量和提取率要高于本实验结果。这主要是由于发酵程21品种的生物产量和含糖量度、蒸料火候、蒸料过程的乙醇挥发和在发酵过程要消经实测每公顷九甜粱1号平均产茎秆593t,籽实耗一定数量的糖分所致。发酵程度和蒸料火候也是造成产量2875kg茎秆汁液锤度为1861%,总糖为15%每本实验重复间略有差异的原因。经测验重复间的差异公顷九甜杂1号平均产茎秆75t籽实产量为5950kg,不显著表明重复间的差异是实验允许的误差。茎秆汁液锤度为14.86%,总糖为1225%(见表1)。24甜高梁单位面积乙醇提取量显著高于玉米22品种间乙醇提取量差异极显著目前,我国燃料乙醇主要是以玉米籽实为主要原将2个品种每吨茎秆乙醇提取量列入表2。料,利用玉米秸秆生产乙醇的技术尚未成熟,技术设备表2乙醇提取量粗乙醇·(kg)粗乙醇茎秆提取折无水乙中国煤化工水乙醇茎秆提取无品种名称提取率粗乙醇量重复1重复Ⅱ平均()(hm)重复重茎秆量水乙醇量CNMHGO(U bm九甜粱1号15145160951562015629266476383608066801497九甜杂1号149411865116801186876491550744995499520023.75粗乙醇浓度为50%vol的原酒.·无水乙醇浓度为99.6%vol刘杰,郑士梅,李原有,王世范,刘永莉,张占金,冯铁英张岩,庞春梅利用甜高梁茎秆提取乙醇的实验报告(第Ⅰ报)不同品种乙醇提取量的实验表3单位面积甜高梁和玉米无水乙醇提取量的比较(t/hm茎秆甜高粱茎秆和籽实作物品种籽实合计与玉米籽实比数量甜高粱与玉米比数量甜高粱与玉米比甜高粱比玉米提高百分率(%)数量提高百分率(%)九甜粱1号396+2.53+049+19264.00九甜杂1号3.75+2.321985732935+27391.00复杂成本高仅1t纤维素酶需人民币10万元左右。一号单位面积茎秆产量比九甜梁1号高157t,故单位面般3t多玉米籽实产1t无水乙醇,按每公顷产玉米籽实积提取无水乙醇量二者相差并不太大,九甜粱1号仅比9t3t籽实产1t无水乙醇计,每公顷玉米籽实产3t无九甜杂1号多提取无水乙醇210kg。尽管九甜杂1号的水乙醇。每公顷九甜粱1号茎秆可提取无水乙醇396t,籽实产量比九甜粱1号高1倍多,每公顷多产籽实每公顷产籽实288t,按3t籽实提取1t无水乙醇计,可3075kg。但由于九甜杂1号茎秆产量高,增加了运输和提取无水乙醇096t,合计每公顷九甜粱1号可提取无提取乙醇等的费用。为了粮食安全,在不考虑籽实提取水乙醇492t。每公顷九甜杂1号茎秆可提取无水乙醇乙醇的情况下,扣出增加的成本和考虑糟渣质量,两个375t,每公顷产籽实595t,按3t籽实产1t无水乙醇品种的效益基本相差无几。计,可提取无水乙醇198t,合计每公顷九甜杂1号可提取无水乙醇573t。当前有的单位正在开展利用玉米秸3小结秆提取乙醇的试验。般每公顷玉米产含水量小于20%31甜高粱是极佳的生物质能源,在收获一定粮食的的玉米秸秆10t,按7t茎秆产1t无水乙醇计,每公顷同时,利用茎秆提取乙醇,可以解决石油燃料紧张、价格可产无水乙醇143t。每公顷玉米籽实和秸秆合计生上涨、环境污染严重和利用玉米提取乙醇存在粮食安全产无水乙醇443t(见表3的一大隐患综上所述,每公顷九甜粱1号和九甜杂1号茎秆和32本实验所采取的固态发酵法工艺简捷设备简单,籽实合计比玉米籽实多产无水乙醇192t和2,73t,分投资少,见效快易操作,对操作人员的技术水平要求不别比玉米籽实提高640%和91.0%;比玉米茎秆和籽实太高便于推广。适宜农村种植甜高粱后就地加工提取分别多产无水乙醇049t和1.30t,分别提高1106%和粗乙醇然后将粗乙醇集中到乙醇企业精加工成为无水2935%(表3)。利用甜高粱茎秆和籽实提取乙醇的经济乙醇。效益分析另有报告。33利用甜高粱茎秆提取乙醇技术路线已基本成熟,2.5糟渣是优质饲料利用玉米秸秆提取乙醇技术路线尚未成熟。无论从甜高提取粗乙醇后,九甜粱1号和九甜杂1号糟渣的干粱茎秆提取乙醇还是加上籽实提取乙醇,单位面积甜物质粗蛋白粗脂肪、粗纤维、粗灰分初水分分别是高粱的乙醇提取量明显高于玉米。9285%96%3.50%、3378%、724%84.26%和34不同的甜高粱品种提取乙醇量有很大差异,要选9293%668%、231%3490%12.44%、8289%见择含糖量高、茎秆产量高、籽实产量高适于本地种植表4)。的甜高粱。目前我国选育和引进的甜高粲品种熟期较表4糟渣主要成分·长,在我省霜前籽实不能正常成熟,千万不要盲目地选品种名称干物质粗蛋白粗脂肪粗纤维粗灰分水分择甜高粱品种。九甜粱1号是我国目前提取乙醇量较九甜粱1号92857.963503871248426高的品种之一,九甜杂1号是我国目前粮食产量较高九甜1号929368231349012488的品种之一。该两个品种适于我省大部分地区种植,近几年在新疆等地种植表现也十分优良,用户可根据不从分析结果来看,2个品种的糟渣都是牛羊的优质同需要选用。饲料粗蛋白的含量高于一般青贮玉米(粗蛋白含量为35提取粗乙醇后的糟渣是牛羊的优质饲料,同时还4%~5%)在供试的2个品种中,九甜粱1号糟渣的饲可以开展多方位的综合利用。料成分优于九甜杂1号。从我们现场喂饲情况看,当槽中同时放玉米秸和糟渣牛首先选饲糟渣。此外糟渣也参考文献是造纸的好原料,压制纤维板材的极佳原料同时可利U黄平生料摩酒技术北京中国轻工业出版社200用酸法、酶法将其糟渣再次转化为乙醇2]辽中国煤化工北京:农业出版社2.6两个品种的综合分析九甜粱1号1t茎秆可提取无水乙醇6680kg,比CNMHG建议肉吉林市农业委员会种植甜高粲,发展燃料乙醇材料汇编[C]吉林林市农九甜杂1号的4995kg多提取1685kg。由于九甜杂1业科学院,2006