1、 乙醇的 生产及 应用研究进展 摘要 乙醇 是 具有燃烧完全、效率高、 用途广 等特点 的 可 再生能源 。 本文 简要 综述 了 生产乙醇的几种新技术，主要包括 以玉米、小麦等为原料的淀粉类技术、以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术及以农、林废弃物等为原料的纤维素类技术 ；较详细地阐述了 乙醇 在医药、食物、燃料、饮料、化工等 领域 的应用研究。 最后， 展望 了 乙醇的 应用 发展前景 。 关键词 乙醇 生产 应用 进展 面对化石能源短缺以及使用化石燃料导致的大气污染、酸雨、温室效应等一系列环境问题，人类已着手开发用包括核能、风能、太阳能、氢能、生物质能 源在内的各种绿色替代能源。在生物质能源
2、中，作为替代性再生能源之一的乙醇，具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，因此 具有 巨大的发展 潜 力 。 世界重要经济体近 30 年来大力发展燃料乙醇，美国、巴西走在世界前列，两国燃料乙醇产量占世界的 69%以上 1。现阶段我国生产燃料乙醇的原料以玉米为主 ( 占 50%以上 ) ，其次是薯类 ( 占 23%)， 其余是高粱、小麦、糖蜜等 2。 乙醇除了做燃料，还有许多其它用处，如：作为 有机合 成 的原料；各种 化合物 结晶 的溶剂；洗涤剂； 萃取 剂；食用酒精可以勾兑白酒；用作粘合剂；硝基喷漆、清漆、化妆品、 油墨 、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、 橡胶 、塑料 、人造纤维、 洗涤剂 等的
3、制造原料；还可以做 防冻剂 、 消毒剂 等。 1 乙醇的生产技术 目前，世界乙醇生产技术按原料可分为 3类。 （ 1） 以玉米、小麦等为原料的淀粉类技术； （ 2） 以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术； （ 3） 以农、林废弃物等为原料的纤维素类技术 3。 1.1 淀粉类技术 玉米乙醇技术 美国具有比较成熟的由玉米制备乙醇的技术，主要有 两种传统方法 ，一是 湿法碾磨 。 美国约 40%的乙醇用湿法碾磨生产。将玉米浸泡在具有二氧化硫的水中 24h至 36h，使籽粒能分离 (Separate)成为四个组成部分 ： 胚、蛋白质、纤维质和淀粉。分离反应出现后 ， 淀粉就发酵成乙醇 ， 而剩下的三种组分
4、则作为诸如玉米面筋粉和玉米面筋饲料等副产品出售。这些都是被看作比较值钱的副产品。 二是 干法粉碎 。 干法粉碎总共约占美国乙醇生产的 70%。加工随着玉米被精细碾磨并被烧煮开始 ， 淀粉被发酵并转化为乙醇 ， 而玉米的三个不能发酵的部分 (蛋白质、纤维质和脂肪 )则被运送经过这个过程 ， 并作为一种称 作 带可溶物的干酒糟 (distillers dried grains with solubles)DDGS的饲1 料产品 ， 在结束时回收。伴随着玉米基乙醇生产力的不断扩大 ， 美国伊里诺斯大学的研究人员与来自美国农业部农业研究服务部东部地区研究中心的同行们一道 ， 已发现一项新的玉米碾磨方法
5、叫做酶促干法粉碎 ， 能增大每批生产的乙醇数量和这个方法产生的副产品的价值。该方法包括将玉米短时期浸泡于水 ， 加以粗略粉碎并用酵母培养 ，将玉米籽粒分解 ， 从而能够在发酵过程之前将胚和纤维质抽出 4。 我国 南京绿天源生物化工工程有限公司开发的膜耦合清液发酵 制备 乙醇 的 生产工艺是知识产权的国家专利技术 5 。膜耦合清液发酵 制备 乙醇 的 生产工艺技术特 点如下 ： (1)高细胞密度 ： 酵母细胞密度为 5 108 /mL， 发酵周期 6 8h， 是传统工艺发酵周期的 1 /10 1 /8， 发酵强度大 ， 设备利用率高。 (2)糖 2醇转化率高 ， 可达理论值的 94%， 膜生物反
6、应器的应用使产物反馈抑制降至最低 ， 副反应产物极少。 (3)改良湿法前处理工艺 ， 玉米综合利用率高 ， 副产物附加值得到大幅度提升。 (4)差压蒸馏、热泵技术和热耦合技术的应用可显著降低能耗。 (5)采用耐高温菌种 ， 可在 35 时正常发酵 ， 显著降低循环水消耗 ， 节能。 (6)全程自动控制 ， 使整个生产过程始终处于最佳工艺条 件下运行。 (7)闭环生产工艺 ， 无工艺废水排放 ， 既节约水资源 ， 又保护环境。 1.2 糖蜜类技术 蔗 糖 生产乙醇 甘蔗是一种适应性广、抗逆性强、高生物量、高可发酵糖量作物 ，且具有 成熟的生产技术和丰富的原料来源 。因此，甘蔗作为 非粮作物生产乙
7、醇 的 研究具有重要的意义。 闫德冉等人 6以固定化酵母作为发酵菌株，研究了甘蔗生产乙醇的预处理、发酵工艺 ， 获得了最适工艺参数 。 甘蔗经切断、撕裂、压榨机压榨和板框过滤后得到甘蔗汁，在甘蔗汁中加入 1U/mL的青霉素，发酵及酒母培养的 pH值为 3.5 4.0， 添加 0.01%的硫酸镁 ， 32 35 ，发酵 21h，乙醇浓度达到 9.5%vol左右，糖醇转化率在 96%左右。采用单浓度双流加连续发酵工艺进行生产试验，与淀粉质及纤维质乙醇工艺进行对比，结果表明，甘蔗生产乙醇的连续发酵工艺在生产上是完全可行的，工艺路线简单，生产成本低，是目前最适于大规模推广的乙醇生产工艺。 周美静 等人
8、 7以可溶性固形物浓度为 16%的甜高粱茎杆汁液为材料 ， 通过单因素试验确定适宜的氮源为硫酸铵 ； 对发酵过程中 的 pH 值、接种量、温度对酒精度的影响进行研究 ， 通过正交试验 ， 最终确定利用甜高粱糖汁生产 乙醇 的发酵条件为 ： 初始 pH5.0、接种量 10%、温度 30 、发酵 48 h， 可获得 10.0%(v/v)的酒精。 1.3 纤维素类技术 随着能源危机和环境污染问题日益突出，世界能源发展正步入一个崭新的时期 ，纤维素乙醇因被当作最佳液体替代燃料并具有生态效益而成为工业生物技术的研究2 热点。 中国科学院于 2007年 12月中旬启动 “纤维素乙醇的高温发酵和生物炼制 ”
9、重大项目。该项目分成 4个子课题，分别是：木质纤维素预处理技术研究，新型木质纤维素降解酶系的发现、改造与应用，高温乙醇菌的系统生物技术改造，纤维素乙醇发酵过程优化与控制。其中， 高温乙醇菌的系统生物技术改造项目则通过高通量筛选，获得直接利用纤维素和半纤维素发酵生产乙醇的高温菌株。通过对乙醇工业生产酵母的耐热性能改造，显著提高酵母发酵阶段的耐温性能，使乙醇工业生产酵母的耐热温度达到 40 以上，单位乙醇消耗原料（干基）控制在 5t t。纤维素乙醇发酵过程优化与控制项目将通过对乙醇高温发酵系统的模型化和系统优化，设计一套高温纤维素乙醇生产中试示范装置。此外，还将建立纤维素乙醇技术经济分析的数学模型
10、，分析纤维素乙醇高温发酵在不同设计方案、操作条件及生产规模下的经济性，并与国内外其他主要技术系 统进行比较。该课题还将开展纤维素乙醇技术发展战略分析与预测研究，完成万吨级纤维素乙醇技术经济可行性研究报告 8。 2 乙醇的应用 乙醇的用途很广，可用乙醇来制造 醋酸 、饮料、 香精 、染料等。医疗上也常用 体积分数 为 70%75%的乙醇作 消毒剂 ，还 可 作为燃料。 2.1 乙醇在 医药中的应用 2.1.1 不同浓度的消毒剂 乙醇 广泛用于医用消毒，一般使用 95%的酒精用于器械消毒； 70-75%的酒精用于杀菌，例如 75%的酒精在 常温 （ 25 ）下一分 钟 内可以杀死 大肠杆菌 、金黄
11、色 葡萄球菌、白色 念珠 菌 、白色念球菌、 铜绿假单胞菌 等；更低浓度的酒精用于降低体温，促进局部 血液 循环等。但是研究表明，乙醇不能杀死细菌芽孢，也不能杀死肝炎病毒（如 ： 乙肝病毒）。故乙醇只能用于一般消毒，但达不到灭菌的效果。不同体积分数的乙醇的用途如下表 1。 表 1 不同体 积分数的乙醇的用途 体积 分数 99.5% 95% 70-75% 40-50% 25-50% 用途 可提取叶绿体中的色素 器械的消毒，相机镜头的拭擦 杀菌效果最好 预防褥疮，促进血液循环 可用于物理退热 近几年的研究发现，乙醇作为消毒剂的广泛应用对环境有一定的影响。 边藏丽 等人 9对医院使用的 75%乙醇污染状况进行 了 调查分析 ， 按照 标准进行细菌总数检测 ， 用 VIT EK-2 型全自动细菌鉴定仪鉴定细菌 。结果发现， 75%乙
