马铃薯及加工副产物燃料酒精的生产

一、背景 在全球的酒精市场中，汽车燃料级的酒精（MFGE）增长最快，MFGE使其它种类的酒精生产相形见绌。在中美和南美，MFGE的原料以糖为主。糖的来源是由甘蔗榨得的甘蔗汁或糖蜜。在北美，主要的原料是谷物淀粉，其中90%来源于玉米。原料的选择取决于该地区的农业产出。可以说，由糖为原料生产MFGE的技术是一种由淀粉来生产酒精的缩影，而后者又是谷类生产酒精的缩影。大规模的生产和利用燃料酒精对我国的经济和社会发展有多方面的益处。

1. 消除目前因为粮食过剩引起的储藏及保值的技术和费用问题，从而可增加农民收入，提高其生活水平，除为玉米、山芋等开发增值产品外，也为木薯、马铃薯、糖蜜等市场价值较低的农作物打开新出路。

2. 减少大气污染，消除汽车和其它内燃机的铅的排放，以有利于人口众多、交通运输繁忙的大都市的发展和民众的健康。

3. 降低石油进口的增长速度，节省国家外汇，帮助我国实现能源自给自足，减少受国际动荡可能引起的不良影响。

4. 建立以再生资源为基础的，新而大的生物工业及生物化学工业，以助近程及远程的经济生长及扩大，石油价格会上涨，再生资源会成为化学工业的主要原料之一。

下表中列出了一些重要淀粉基作物的酒精产量。

| 淀粉基作物酒精的最大产量作物 | 碳水化合物产量/(t/hm²) | 酒精产量/(L/hm²) | | ---------------------------- | ---------------------- | ---------------- | | 甘蔗 | 6～12 | 3600～7200 | | 甜菜 | 5～7 | 3000～4200 | | 高粱 | 2～7 | 1500～4400 | | 马铃薯 | 3～7 | 1800～4200 | | 玉米 | 2～4 | 1200～2400 | | 木薯 | 3～12 | 1800～7200 |

二、酒精的生产工艺 同谷物一样，富含淀粉的农产品副产物，如马铃薯加工副产物等也是另一种重要原料，用它们可以发酵生产酒精。据评估，在美国每年马铃薯加工的副产物为130万t，是发酵生产酒精巨大的原料资源。淀粉基原料生产酒精的生物转化过程包括：淀粉的糊化、淀粉的酶水解、酵母将糖转化为酒精。马铃薯、其它块茎植物或谷物等富含淀粉的作物均可以通过上述的步骤来生产酒精。

生产酒精的工业操作过程中，发酵过程最为关键。所谓酒精发酵就是用酵母菌将单糖转换成酒精的生物化学反应。近年来，微生物酶浓缩和纯化技术的快速发展使酶的成本降低，一些较大的企业都有多个反应器，平行地、以间歇方式发酵。

用淀粉原料生产酒精的发酵方法有：德国的间歇法（GB）、美国的间歇法（AB）和连续法（CP）、同步低温糖化/液化和发酵方法、固定化生化反应器方法。固定化技术是将酶或微生物细胞经物理或化学方法处理，束缚于某种水溶性物质（载体）上，成为固定化酶或固定化细胞，但仍具有酶或细胞固有的活性，用于生产预期的工业产品。同传统的方法相比，固定化酶和固定化细胞具有高效、专一、经济、可以反复使用和具有一定机械强度，便于反应过程的管道化、连续化、自动化以及可贮藏备用等明显的优点。

三、研究进展 近几年，许多文献都从不同的方面论述了用马铃薯、马铃薯淀粉和马铃薯副产物进行酒精的生产技术。Yamamoto等人建议，先用果胶酶把马铃薯、甘薯浸软，然后用α-淀粉酶将淀粉液化，加入糖化酶和酵母就可产生13%～14%的酒精，木薯就是用这种方法生产酒精。

利用微生物的共生关系，可以省略酶水解淀粉的步骤，提高了用淀粉生产酒精的经济效益，用马铃薯、木薯、甘薯的淀粉块茎生产酒精的产率分别是68%、81%和75%。在沸腾的酸溶液中将块茎糊化，使其糖化，最后在糖化真菌的存在下进行发酵，乳清可以与马铃薯、谷物和其它原料协同发酵。

在美国，已经建立了一座利用马铃薯淀粉厂、马铃薯片厂的副产物生产酒精的工厂，其原料可以是马铃薯、甜菜糖和小麦，生产能力是7570万L/年。从一个规模利用马铃薯副产物生产燃料酒精工厂的数字中可以看出，只要用一个适宜规模的工厂和合理生产工艺就能获得较大经济效益和社会效益。

把一个由甜菜糖生产酒精的工厂，改造成利用马铃薯、谷物、甜菜生产酒精工厂的可行性。在马铃薯淀粉厂和小麦淀粉厂副产物发酵成酒精的过程中，应特别注意马铃薯浆的处理。马铃薯浆先用酸水解，其余50%加工成纤维素。加入淀粉葡萄糖苷酶与无粘性、无纤维擀的物质混合进行酒精发酵。

用马铃薯工厂副产物生产酒精的工艺。Kuby等人研究出了用马铃薯副产物生产酒精的设备。美国每年以马铃薯加工的副产物为原料，生产燃料酒精的产量约为3.785×10⁶L。

一、背景

在全球的酒精市场中，汽车燃料级的酒精（MFGE）增长最快，MFGE使其它种类的酒精生产相形见绌。

在中美和南美，MFGE的原料以糖为主。糖的来源是由甘蔗榨得的甘蔗汁或糖蜜。在北美，主要的原料是谷物淀粉，其中90%来源于玉米。原料的选择取决于该地区的农业产出。可以说，由糖为原料生产MFGE的技术是一种由淀粉来生产酒精的缩影，而后者又是谷类生产酒精的缩影。

大规模的生产和利用燃料酒精对我国的经济和社会发展有多方面的益处。

1．消除目前因为粮食过剩引起的储藏及保值的技术和费用问题，从而可增加农民收入，提高其生活水平，除为玉米、山芋等开发增值产品外，也为木薯、马铃薯、糖蜜等市场价值较低的农作物打开新出路。

2．减少大气污染，消除汽车和其它内燃机的铅的排放，以有利于人口众多、交通运输繁忙的大都市的发展和民众的健康。

3．降低石油进口的增长速度，节省国家外汇，帮助我国实现能源自给自足，减少受国际动荡可能引起的不良影响。

4．建立以再生资源为基础的，新而大的生物工业及生物化学工业，以助近程及远程的经济生长及扩大，石油价格会上涨，再生资源会成为化学工业的主要原料之一。

下表中列出了一些重要淀粉基作物的酒精产量。马铃薯含有非常丰富的淀粉，马铃薯及马铃薯碎块、剔除的、未成熟的、受伤的马铃薯和马铃薯废物均能被转变成酒精。

表淀粉基作物酒精的最大产量

作物 碳水化合物产量/(t/hm2) 酒精产量/(L/hm2)

甘蔗 6～12 3600～7200

甜菜 5～7 3000～4200

高梁 2～7 1500～4400

马铃薯 3～7 1800～4200

玉米 2～4 1200～2400

木薯 3～12 1800～7200

二、酒精的生产工艺

同谷物一样，富含淀粉的农产品副产物，如马铃薯加工副产物等也是另一种重要原料，用它们可以发酵生产酒精。据评估，在美国每年马铃薯加工的副产物为130万t，是发酵生产酒精巨大的原料资源。淀粉基原料生产酒精的生物转化过程包括：淀粉的糊化、淀粉的酶水解、酵母将糖转化为酒精。马铃薯、其它块茎植物或谷物等富含淀粉的作物均可以通过上述的步骤来生产酒精。

生产酒精的工业操作过程中，发酵过程最为关键。所谓酒精发酵就是用酵母菌将单糖转换成酒精的生物化学反应。

近年来，微生物酶浓缩和纯化技术的快速发展使酶的成本降低，一些较大的企业都有多个反应器，平行地、以间歇方式发酵。用淀粉原料生产酒精的发酵方法有：德国的间歇法（GB）、美国的间歇法（AB）和连续法（CP）、同步低温糖化/液化和发酵方法、固定化生化反应器方法。

固定化技术是将酶或微生物细胞经物理或化学方法处理，束缚于某种水溶性物质（载体）上，成为固定化酶或固定化细胞，但仍具有酶或细胞固有的活性，用于生产预期的工业产品。同传统的方法相比，固定化酶和固定化细胞具有高效、专一、经济、可以反复使用和具有一定机械强度，便于反应过程的管道化、连续化、自动化以及可贮藏备用等明显的优点。

三、研究进展

近几年，许多文献都从不同的方面论述了用马铃薯、马铃薯淀粉和马铃薯副产物进行酒精的生产技术。Yamamoto等人建议，先用果胶酶把马铃薯、甘薯浸软，然后用α-淀粉酶将淀粉液化，加入糖化酶和酵母就可产生13%～14%的酒精，木薯就是用这种方法生产酒精。利用微生物的共生关系，可以省略酶水解淀粉的步骤，提高了用淀粉生产酒精的经济效益，用马铃薯、木薯、甘薯的淀粉块茎生产酒精的产率分别是68%、81%和75%。在沸腾的酸溶液中将块茎糊化，使其糖化，最后在糖化真菌的存在下进行发酵，乳清可以与马铃薯、谷物和其它原料协同发酵。

在美国，已经建立了一座利用马铃薯淀粉厂、马铃薯片厂的副产物生产酒精的工厂，其原料可以是马铃薯、甜菜糖和小麦，生产能力是7570万L/年。从一个规模利用马铃薯副产物生产燃料酒精工厂的数字中可以看出，只要用一个适宜规模的工厂和合理生产工艺就能获得较大经济效益和社会效益。把一个由甜菜糖生产酒精的工厂，改造成利用马铃薯、谷物、甜菜生产酒精工厂的可行性。在马铃薯淀粉厂和小麦淀粉厂副产物发酵成酒精的过程中，应特别注意马铃薯浆的处理。马铃薯浆先用酸水解，其余50%加工成纤维素。加入淀粉葡萄糖苷酶与无粘性、无纤维擀的物质混合进行酒精发酵。用马铃薯工厂副产物生产酒精的工艺。Kuby等人研究出了用马铃薯副产物生产酒精的设备。美国每年以马铃薯加工的副产物为原料，生产燃料酒精的产量约为3.785×106L。