中国甘蔗渣综合利用现状分析.doc
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1、中国甘蔗渣综合利用现状分析Research Progress in Comprehensive Utilization of Bagasse in China LIU Yang HONG Yanan YAO Yanli XU Lei XING Shulian HU Xiaowen GAO Yuyao (Zhanjiang Experimental Station, CATAS, Zhanjiang, Guangdong, 524013) Abstract Bagasse is the main waste of sugar industry, and its comprehensive uti
2、lization can reduce pollution and produce high value-added products. The research and development in bagasse comprehensive utilization in recent years were reviewed, mainly including biomass power generation, paper making, high density board, feed development, culture substrate, biogas, fuel ethanol
3、, high performance adsorption material, etc. This review might provide some references for commercial utilization of bagasse in the future. Keywords bagasse ; comprehensive utilization ; analysis of present status 甘蔗是中国重要的糖料作物,甘蔗渣是制糖工业的主要废弃物(占24%27%),也是一种重要的可再生生物质原料。甘蔗是中国最大的制糖原料,南方蔗区甘蔗总产量7 000多万t,每年
4、产生的甘蔗渣产量约为2 000多万t,具有很大的利用空间和潜力。与其它作物秸秆相比,甘蔗渣中纤维素和半纤维素含量较高,蛋白、淀粉和可溶性糖含量较少,蔗渣中的农药残留量很低,但其木质化程度也较高1。 由于甘蔗渣转化和利用技术的限制,目前大多数甘蔗渣被直接燃烧或者废弃不用,其利用率很低,不仅造成资源浪费,而且还带来环境污染。近年来,由于国家对农业废弃物利用的重视,甘蔗渣综合利用方面也获得了快速的发展。目前,甘蔗渣在生物发电、饲料生产、栽培基质、沼气、造纸、板材、功能性食品添加剂开发、化学物质合成、高性能吸附材料等领域获得了一些突破和进展。但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
5、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。但是,近年来由于生物质转化利用工程技术的快速发展,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。甘蔗渣作为生物质原料具有来源集中、收集简单、运输成本低等优势,而且蔗渣成分相对稳定、性质均一,是理想的生物炼制的优质原料。因此,如何利用甘蔗渣生产可再生能源得到了更大的关注。本文就近年来甘蔗渣在综合利用方面取得的一些进展做一个简要的综述,希望能为产业化的发展提供一些帮助。 1 甘蔗渣的产量、成分与结构 1.1 甘蔗渣的产量与分布 目前,中国甘蔗
6、渣主要分布在南方甘蔗主产区,主要包括广西、云南、广东和海南等4省(区),福建、江西、四川等地也有零星分布。广西甘蔗种植面积最大,甘蔗和甘蔗渣产量也最高,甘蔗渣产量占总产量的62%,海南最少只占总产量的2%(表1)。 1.2 甘蔗渣的主要成分与性质 甘蔗渣是甘蔗经过压榨的产物,也属于作物秸秆的范畴。甘蔗渣中干物质含量通常为90%92%,其中纤维素42%50%,半纤维素25%30%,木质素20%25%,粗蛋白质2.0%,粗脂肪0.7%,粗灰分2%3%4-5。与其他作物秸秆相比,甘蔗渣中的纤维素是以葡萄糖苷键形成的天然高分子化合物,是具有不同形态的固体纤维状物质,相对分子质量约为11072107。甘
7、蔗渣既不溶于水,也不溶于有机溶剂,加热也不能熔化,但在高温时可分解,在酸性条件下发生水解6。 1.3 甘蔗渣的结构特征 甘蔗渣主要成分是纤维素和半纤维素。纤维素是由许多葡萄糖以-1,4 苷键缩合而成的高分子化合物。分子间彼此以氢键相连,尽管氢键的键能比一般的化学键能小得多,但因氢键的数目多,故相当牢固,以致在一般的食品加工条件下纤维素不可破坏7-8。半纤维素的化学性质与纤维素相似,是由不同的己、戊糖基接而成的不均一聚糖,与纤维素相比其聚合度相对较小,容易被分解利用9。 2 甘蔗渣的预处理方法 2.1 化学预处理 用化学试剂进行预处理主要包括强酸和强碱处理法。其中用NaOH溶液处理法是应用最广、
8、最有效的纤维素预处理手段之一。研究发现,经过NaOH溶液处理的纤维素可及度提高,但不同的NaOH溶液浓度、液比、温度、浸渍时间等因素对纤维素分解影响较大。另外,研究还发现,不同的酸浓度也可以起到良好的预处理效果。还有的研究表明,用ZnCl2处理纤维素可提高纤维素酶水解的速率和产率。此外,还发现甲胺、乙胺等胺类试剂对一些特殊纤?S素有消晶作用,也可提高纤维素酯化反应的反应活性10。 2.2 物理预处理 用物理方法进行预处理主要包括机械作用、微波超声波震荡、高能辐射以及气爆技术等。预处理最直接的方式就是机械加工处理,可大大改变纤维素的物理和化学性质,提高纤维素对各种化学反应和酶水解的可及度和反应性
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