甘蔗的綜合利用技術(shù)發(fā)展概論

甘蔗的綜合利用技術(shù)發(fā)展概論李劍雄小組組長(zhǎng)：李劍雄組員：王浩甘蔗是甘蔗屬（Saccharum）的總稱(chēng)。原產(chǎn)于熱帶、亞熱帶地區(qū)。中國(guó)最常見(jiàn)的食用甘蔗為竹蔗（Saccharumsinense）。甘蔗是一種一年生或多年生熱帶和亞熱帶草本植物，屬C4作物。甘圓柱形莖直立、分蘗、叢生、有節(jié)，節(jié)上有芽；節(jié)間實(shí)心，外被有蠟粉，有紫、紅或黃綠色等；葉子叢生，葉片有肥厚白色的中脈；大型圓錐花序頂生，小穗基部有銀色長(zhǎng)毛，長(zhǎng)圓形或卵圓形穎果細(xì)小。甘蔗適合栽種于土壤肥沃、陽(yáng)光充足、冬夏溫差大的地方。甘蔗是溫帶和熱帶農(nóng)作物，是制造蔗糖的原料，且可提煉乙醇作為能源替代品。全世界有一百多個(gè)國(guó)家出產(chǎn)甘蔗，最大的甘蔗生產(chǎn)國(guó)是巴西、印度和中國(guó)。中國(guó)最常見(jiàn)的食用甘蔗為中國(guó)竹蔗（Saccharumsinense）。甘蔗中含有豐富的糖分、水分，還含有對(duì)人體新陳代謝非常有益的各種維生素、脂肪、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、鈣、鐵等物質(zhì)，主要用于制糖，現(xiàn)廣泛種植于熱帶及亞熱帶地區(qū)。表皮一般為紫色和綠色兩種常見(jiàn)

中國(guó)是世界主要產(chǎn)糖國(guó)之一。1998～1999年世界原糖總產(chǎn)是1.287億噸，其中中國(guó)食糖總產(chǎn)893.4萬(wàn)噸，成為世界第三產(chǎn)糖大國(guó)。近50年來(lái)，中國(guó)蔗糖業(yè)取得了很大的發(fā)展。甘蔗種植面積從1949年160萬(wàn)畝發(fā)展到1998年2000萬(wàn)畝；甘蔗總產(chǎn)量從1949年264.2萬(wàn)噸發(fā)展到1998年的7890萬(wàn)噸，至1998～1999年，全國(guó)蔗糖總產(chǎn)達(dá)到770.1萬(wàn)噸，占全國(guó)食糖總量的86.2%。2006年，糖產(chǎn)量9925萬(wàn)噸，增產(chǎn)14.6%。2007年，糖產(chǎn)量11110萬(wàn)噸，增產(chǎn)11.4%。中國(guó)糖產(chǎn)量跨越一億噸大關(guān)。2008年，糖產(chǎn)量13000萬(wàn)噸，增產(chǎn)6.7%。2009年，糖產(chǎn)量12200萬(wàn)噸，減產(chǎn)9.1%。受金融危機(jī)以及頻繁自然災(zāi)害影響，糖產(chǎn)量略有減產(chǎn)。我國(guó)古代醫(yī)學(xué)家將甘蔗列入“補(bǔ)益藥”。中醫(yī)認(rèn)為，甘蔗入肺、胃二經(jīng)，具有清熱、生津、下氣、潤(rùn)燥、補(bǔ)肺益胃的特殊效果。甘蔗可治療因熱病引起的傷津，心煩口渴，反胃嘔吐，肺燥引發(fā)的咳嗽氣喘。甘蔗還可以通便解結(jié)，飲其汁還可緩解酒精中毒?！侗静菥V目》言∶甘蔗性平，有清熱下氣、助脾健胃、利大小腸、止渴消痰、除煩解酒之功效，可改善心煩口渴、便秘、酒醉、口臭，肺熱咳嗽、咽喉腫痛等癥。

甘蔗制糖甘蔗制糖工序包括提汁、清凈、蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜和干燥。后4道工序的工藝技術(shù)與甜菜制糖的基本相同。根據(jù)《2013-2017年中國(guó)制糖行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，五年時(shí)間，食糖總產(chǎn)量5881萬(wàn)噸，比“十五”期間增加1429萬(wàn)噸，增長(zhǎng)32%;食糖消費(fèi)“十一五”期間達(dá)到6439萬(wàn)噸，比“十五”期間增加1546萬(wàn)噸，增長(zhǎng)31.6%。主要的甘蔗制糖方法：甘蔗壓榨法：使之迄今仍是甘蔗提汁的主要方法。甘蔗滲出法：滲出提汁法具有省鋼材、省動(dòng)力、省投資、省維修費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。但技術(shù)管理要求較高，耗用蒸汽較多。亞硫酸法：亞硫酸法制得的白砂糖放置時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)變黃。石灰法：石灰法流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，只靠加灰中和蔗汁生成較少量的沉淀物與加熱的凝聚作用，清凈過(guò)程除去的非糖物和色素較少，適用于生產(chǎn)粗糖。碳酸法：清凈效果優(yōu)于亞硫酸法，產(chǎn)品質(zhì)量較好。但清凈耗用物料較多，成本較高，且濾泥處理比較困難。碳酸法工藝流程比亞硫酸法復(fù)雜，操作技術(shù)要求較高。甘蔗渣的用途甘蔗渣是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品，是一種重要的可再生生物質(zhì)資源。甘蔗渣的成分以纖維素，半纖維素以及木質(zhì)素為主，蛋白、淀粉和可溶性糖含量較少。甘蔗渣一般含干物質(zhì)90%~92%，粗蛋白質(zhì)2.0%，粗纖維44%~46%，粗脂肪0.7%，無(wú)氮浸出物42%，粗灰分2%~3%。與作物秸稈相比，甘蔗渣的農(nóng)藥殘留量很低，但其木質(zhì)化程度高。由于蔗渣的木質(zhì)化程度高、蔗莖表皮存在硅化細(xì)胞，養(yǎng)分不協(xié)調(diào)等原因，蔗渣作為反芻動(dòng)物飼料時(shí)，有機(jī)物消化率只有20%~25%或更低，由于同樣的原因，蔗渣直接用作食用菌的栽培料也受到限制。由于轉(zhuǎn)化利用技術(shù)手段落后，傳統(tǒng)上甘蔗渣經(jīng)常被廢棄不用、或者多數(shù)只用做燃料，其利用率很低，不僅造成了資源的浪費(fèi)，而且還帶來(lái)了環(huán)境的污染。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步，以及生生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用工程技術(shù)的不斷發(fā)發(fā)展，人們發(fā)發(fā)現(xiàn)甘蔗渣不不僅是天然高分子材料、綠色化化學(xué)品的寶庫(kù)庫(kù)，其中還蘊(yùn)蘊(yùn)藏著豐富的的生物質(zhì)能。而且甘蔗渣渣作為生物質(zhì)質(zhì)原料具有明明顯的優(yōu)勢(shì)：甘蔗渣來(lái)源源集中、產(chǎn)量量大，收集簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸半半徑小，且甘蔗成分相對(duì)對(duì)穩(wěn)定、性質(zhì)質(zhì)均一，將其其用于高附加加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，可滿滿足產(chǎn)業(yè)化所所需的原料集集中性，連續(xù)續(xù)性和均一性要求，因因此，甘蔗渣渣是生物煉制制的優(yōu)質(zhì)的原料。甘蔗渣的綜合合利用1、蔗渣作鍋爐燃燃料蔗渣作為鍋爐爐燃料，這是是最簡(jiǎn)單、最最古老的利用用方法，而且且目前仍然還還在采用。每每年有大量的的蔗渣作為鍋鍋爐燃料燒掉掉，雖然能解解決糖廠的能能源問(wèn)題。但但是這種利用用比較單一，，經(jīng)濟(jì)效益低低，造成資源源浪費(fèi)。越來(lái)來(lái)越不適應(yīng)經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要要求。甘蔗渣的綜合合利用2、蔗渣飼料開(kāi)發(fā)甘蔗渣經(jīng)過(guò)處處理后可以作作為反芻動(dòng)物物的飼料，各國(guó)畜牧工作者通通過(guò)大量試驗(yàn)驗(yàn)，找到了充充分利用這一一資源的方法，部分分解決了冬春春季節(jié)反芻動(dòng)動(dòng)物缺料的問(wèn)題。具體的方法法有：甘蔗渣渣糖化法，甘甘蔗渣青貯，，甘蔗渣堿化法，甘蔗蔗尾葉堿化法。甘蔗渣的綜合合利用3、蔗渣栽培食用菌隨著食用菌規(guī)規(guī)模化生產(chǎn)，，菌林矛盾日日漸突出，蔗渣成為引人關(guān)注的一一種新型食用用菌栽培料資資源。蔗渣作為使用菌栽培料料的成功做法法是消除硅化化細(xì)胞的影響響和通過(guò)合理的配方改改變培養(yǎng)料的的養(yǎng)分組成。做酵母菌發(fā)酵酵材料。甘蔗渣的綜合合利用4、蔗渣開(kāi)發(fā)功能性食食品開(kāi)發(fā)利用木聚糖酶酶對(duì)甘蔗渣進(jìn)進(jìn)行選擇性降降解制備功能性食品添加劑低低聚木糖，并并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)進(jìn)行研究。木聚糖酶解，分離得得低聚木糖粗粗品，再經(jīng)濃濃縮，碳吸附附、真空蒸發(fā)濃縮得次級(jí)低低聚木糖，超超濾后、分離離，噴霧干燥燥，得產(chǎn)品精制低聚木糖糖。產(chǎn)品具有良好的pH穩(wěn)定性、熱穩(wěn)穩(wěn)定性和優(yōu)良良的保存性能能，可廣泛應(yīng)用于保健品品、食品、飲飲品，特別適適用于各種“文明病”患者、嬰幼兒兒、老年人和和亞健康人群群，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益明顯。甘蔗渣的綜合合利用5、甘蔗渣進(jìn)行沼氣發(fā)發(fā)酵甘蔗渣的主要要成分是纖維維素、半纖維維素及木質(zhì)素素，其中纖維素、半纖纖維素可以被被產(chǎn)沼氣微生生物菌群利用用，產(chǎn)生沼氣，沼氣發(fā)發(fā)酵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)改善環(huán)境，廢棄物物資源化利用的有效途途徑之一。以以甘蔗渣為沼沼氣的發(fā)酵原料，采用批量發(fā)發(fā)酵的方式，，可以發(fā)酵產(chǎn)產(chǎn)沼氣。經(jīng)試試驗(yàn)測(cè)定，甘甘蔗渣是一種種良好的發(fā)酵酵原料。在常常溫條件即可進(jìn)行，甘蔗渣的TS（總固體含量量）產(chǎn)氣潛力力為201mL/gTS，新鮮原料產(chǎn)產(chǎn)氣潛力為150mL/g。發(fā)酵產(chǎn)沼氣氣是提高甘蔗渣燃燒效效率的一種有有效途徑。甘蔗渣的綜合合利用6、利用的甘蔗渣降解解為還原糖以甘蔗渣為原原料，進(jìn)行酸酸和酶綜合處處理甘蔗纖維維以甘蔗渣為為原料，進(jìn)行行酸和酶綜合合處理甘蔗纖纖維素為還原原糖的研究，，這對(duì)進(jìn)一步步利用甘蔗渣渣發(fā)酵轉(zhuǎn)化為燃料酒精，提提高甘蔗的全全生物量利用用率，具有非非常重大的意義。采用用酸和酶相結(jié)結(jié)合的方法，，分別用2%、5%和10%的醋酸預(yù)處理理甘蔗渣，再再按一定的酶酶/甘蔗渣（質(zhì)量比）加入入纖維素酶對(duì)對(duì)其進(jìn)行降解解。結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，5%的醋酸降解的效效果最好，平平均測(cè)得還原原糖含量為2.413mg/mL。甘蔗渣的綜合合利用7、蔗渣燃料乙乙醇乙醇是來(lái)自生生物質(zhì)資源的的最有發(fā)展前前景的液態(tài)燃料。以甘蔗為原原料生產(chǎn)燃料料乙醇的產(chǎn)出出最具優(yōu)勢(shì)，，發(fā)酵技術(shù)是甘蔗生生產(chǎn)燃料乙醇醇的關(guān)鍵技術(shù)術(shù)當(dāng)前，發(fā)展展纖維素乙醇醇產(chǎn)業(yè)是非糧糧生物質(zhì)綜合利用的熱點(diǎn)之一。。巴西等國(guó)利利用其豐富的的甘蔗蔗糖資源將燃料乙醇生產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化得以以實(shí)現(xiàn)的成功功例子，以及及在甘蔗渣纖維素乙醇醇方面的轉(zhuǎn)化化技術(shù)研究成成果為世界各國(guó)提供了良好借借鑒。甘蔗渣的綜合合利用8、利用甘蔗渣渣生產(chǎn)糠醛，，乳酸，草酸酸8.1、甘蔗渣可以用于木木糖的生產(chǎn)原原料。木糖是是一種半纖維素糖，主要用于于在生物轉(zhuǎn)化化成木糖醇。。另外可以作為糠醛轉(zhuǎn)化的原原料。由酸水解蔗渣生生產(chǎn)糠醛的最佳條件分別是6%的磷酸，134℃，反應(yīng)300min。這時(shí)溶液中各物質(zhì)的產(chǎn)產(chǎn)率分別是13.7g糠醛/L，4.0g木糖/L，2.9g葡萄糖/L，1.1g阿拉伯糖/L和1.2g醋酸/L。甘蔗渣的綜合合利用8、利用甘蔗渣渣生產(chǎn)糠醛，，乳酸，草酸酸8.2、以甘蔗渣為為底物生產(chǎn)乳乳酸，最佳的工藝條件是經(jīng)過(guò)木木質(zhì)素的提取后，硫酸和鹽鹽酸的混合下下在90~120℃的條件下反應(yīng)應(yīng)1~5h。在這項(xiàng)研究究中發(fā)現(xiàn)其最最佳的催化條條件是加0.5%的HCl在100℃時(shí)反應(yīng)5h。其水解的產(chǎn)產(chǎn)物，葡萄糖糖，1.50；木糖，22.59；阿拉伯糖，，1.29；醋酸，0.15；糠醛，1.19；為了提高乳乳酸的產(chǎn)量，，在其水解液液里加入木糖糖和酵母提取液，發(fā)酵酵的主要產(chǎn)品品為乳酸，10.85；醋酸，7.87；甲酸，6.04；乙醇，5.24。甘蔗渣的綜合合利用8、利用甘蔗渣渣生產(chǎn)糠醛，，乳酸，草酸酸8.3、甘蔗渣制取草酸工工藝其最佳的的反應(yīng)條件硫酸濃度為70%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）），物料浸泡泡時(shí)間為24h，硝酸與甘蔗渣質(zhì)量量比為2.24:1，氧化—水解反應(yīng)時(shí)間間為5h，反應(yīng)溫度為為65~70℃℃。該條件下制制得的草酸二二水合物的平均得率可可達(dá)67.42%。甘蔗渣的綜合合利用9、利用甘蔗渣渣制取活性炭以甘蔗渣為原原料，以ZnCl2為活化劑，采采用先活化再炭化的方法制制取生物活性性炭[18]。近年來(lái)有國(guó)國(guó)外學(xué)者將甘蔗渣經(jīng)過(guò)酸酸浸泡活化后后，在600~700℃溫度下炭化，可制得性能能較好的活性性炭[19]。用該方法所所制得的活性炭對(duì)城市垃圾滲滲濾液進(jìn)行吸吸附處理，發(fā)發(fā)現(xiàn)對(duì)腐殖酸的去除效果較好。甘蔗渣的綜合合利用10、利用化學(xué)改性甘蔗蔗渣處理重金金屬?gòu)U水10、1用二羥甲基基二羥羥基乙烯烯脲（DMDHEU）、氯化膽堿堿（CC）和蔗渣發(fā)生生交聯(lián)反應(yīng)引入帶正電荷荷的氮氮，制得陰陰離子子交換劑劑。改性后的蔗渣對(duì)對(duì)鉻酸鹽的吸吸附能力大大大提高。10.2用超聲波處理甘甘蔗渣，用嘧嘧啶作溶劑，，和琥珀酸酐、馬來(lái)酸酸酐反應(yīng)制備備吸附劑。10.3用蟻酸和甘蔗渣渣反應(yīng)引入羧羧基。制得蟻蟻酸纖維，用來(lái)吸附Cd和Pb。甘蔗渣的綜合合利用11、甘蔗渣制漿造紙很早就有人研研究如何利用甘蔗渣這這一豐富的原料料資源造紙，，但均因蔗渣渣漿制成的紙紙張過(guò)于脆弱弱，而宣告失失敗。后經(jīng)長(zhǎng)期探索，，終于了解到到，影響紙質(zhì)質(zhì)脆弱的主要要因素是蔗渣渣中的蔗髓，，將蔗髓除去去后的蔗渣是是完全可以制制成合格紙張張的。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，，臺(tái)灣于1925年首次試制成成功小批量蔗蔗渣紙，隨后后在1938年建成第一家家日產(chǎn)60噸化學(xué)蔗渣漿漿廠；兩年后后，又投產(chǎn)了了日產(chǎn)100噸化學(xué)蔗渣漿漿的紙廠。這這以后，一些些產(chǎn)糖國(guó)家逐逐漸開(kāi)始用蔗蔗渣造紙，1959年首次在古巴巴投產(chǎn)的潘地地亞連續(xù)蒸煮煮器就是以蔗蔗渣為原料的的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，，到1990年全世界已有有96家蔗渣制漿造造紙廠，，年年產(chǎn)蔗渣漿約約250萬(wàn)噸，占當(dāng)時(shí)時(shí)全世界產(chǎn)漿漿總量的1.4％。甘蔗渣的綜合合利用12、蔗渣造紙板生產(chǎn)人造板是利用用蔗渣最直接接最有效的途途徑，目前正正用于造制幾幾乎所有類(lèi)型型的組合板，，包括絕緣板板濕加工和干干加工組合板板、顆粒板以以及中等密度度纖維板。乙醇法制漿，，醋酸法制漿漿，高沸醇法法制漿等等，都具有溶劑可回回收、能夠分分離半纖維素素、纖維素、、特別是分析得到的高高純度高反應(yīng)應(yīng)活性木質(zhì)素素可以用于替代部分苯酚合成低醛醛型的酚醛樹(shù)樹(shù)脂，用于環(huán)環(huán)保性能較好的人造板生產(chǎn)甘蔗渣的綜合合利用13、溶劑法甘蔗渣木質(zhì)質(zhì)素用于低醛醛型酚醛樹(shù)脂脂膠黏劑利用甘蔗渣木質(zhì)部部分替代有毒毒的苯酚，制制備高強(qiáng)度的的木質(zhì)素基酚醛樹(shù)脂（（LPF）膠黏劑，發(fā)發(fā)現(xiàn)用可再生生資源木質(zhì)素50%替代苯酚，甲甲醛苯酚的摩摩爾比是1.5:1，成品中游離甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小小于0.1%，明顯低于普普通酚醛樹(shù)脂脂膠黏劑中甲醛的含含量，所制得得改性膠粘劑劑的膠粘強(qiáng)度度、剪切強(qiáng)度均超過(guò)1.50MPa，達(dá)到國(guó)家I類(lèi)板大于1MPa的要求，高于普通酚酚醛樹(shù)脂膠粘粘劑，儲(chǔ)存期期穩(wěn)定性也較較好。甘蔗渣的綜合合利用14、蔗渣的常壓溶劑法法熱化學(xué)液化化產(chǎn)物合成可可生物降解高分子聚合物蔗渣在聚醚多多元醇和環(huán)碳碳酸乙烯酯等等供氫溶劑和和無(wú)機(jī)強(qiáng)酸的的催化作用下下，可以被液液化成為具有有高反應(yīng)活性、分子量分布布適中的成本本顯著降低的的生物質(zhì)基的多羥基化合物或或生物質(zhì)基多元醇。生物質(zhì)基基多元醇可以替代代部分的石化化基聚醚多元元醇或者直接用于聚酯類(lèi)膜狀材料，或聚氨酯類(lèi)高高分子材料的的合成（如聚氨酯泡泡沫包裝材料料和絕緣材料料）。新