甘蔗渣的几种高值化利用研究进展_苏江滨

甘蔗糖业2012年第5期，2012年10月SugarcaneandCanesugar,No.5,Oct.2012甘蔗渣的几种高值化利用研究进展苏江滨，高俊永，黄向阳（广州甘蔗糖业研究所广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316）摘要：甘蔗渣是糖厂重要的副产物之一，也是一种重要的可再生资源，本文主要综述甘蔗渣的几种高值化利用新途径，并提出了甘蔗渣高值化利用的发展方向。关键词：甘蔗渣；高值化利用；吸附剂；生物材料中图分类号：TS249.2文献标识码：A文章编号：1005-9695(2011)01-0049-04ResearchProgressofSeveralHighValueApplicationofBagasseSUJiang-bin,GAOJun-yong,HUANGXiang-yang(GuangzhouSugarcaneIndustryResearchInstitute/GuangdongKeyLabofSugarcaneImprovement&Biorefinery,Guangzhou510316)Abstract:Thebagasseisimportantbyproductofsugarmillsandanimportantrenewableresource.Thisarticlereviewednewwaysofseveralhigh-valueutilizationofbagasse.Theapplicationofthehighervalueofbagassewasconcluded.Keywords:Bagasse;Highervalueapplication;Absorbent;Biomaterials0引言甘蔗渣是制糖工业的主要副产品，是甘蔗机械压榨提汁后所剩的主要部分，2010/11年榨季产糖1045.42万t，其中甘蔗糖约占91.71%达958.78万t，按每产1t糖约产生1t甘蔗渣计算，我国在2011年约产生958.78万t甘蔗渣。甘蔗渣成分中纤维素为32％～48％、半纤维素19％～24％、木质素23％～32％、灰分约4％[1]。为提高制糖行业综合利用价值，甘蔗渣的综合利用开展地也较为广泛，甘蔗渣做复合板、生物培养基、造纸等开展地较为广泛，随着研究的深人，甘蔗渣的综合利用越来越受到重视[2]。广西甘蔗渣的综合利用已融入糖厂的综合利用项目，形成了一些具有特色的利用模式。如贵糖模式：甘蔗制糖后，甘蔗渣用于造纸，蔗髓余热用于发电，蔗渣积水提炼出酒精，酒精废液浓缩干燥后成为有机化肥的主要原料；洋浦南华糖业集团采用的甘蔗制糖-蔗渣制浆造纸-糖蜜发酵生产味精、酒精和乙醇-废液废渣生产有机生物肥循环产业链模式。随着科技的不断进步，越来越多的蔗渣利用方法将会逐渐显示出较高的综合价值和进一步开发探索的空间，使其潜在优势得到充分发挥，从而更加适应广西经济的发展[3]。为此，笔者结合当前生物炼制产业发展方向，归纳了甘蔗渣的几种高值化利用新途径。1甘蔗渣制取木糖、木糖醇、糠醛、糠氯酸根据文献[4]甘蔗渣木聚糖主要由D一木糖构成，详细结构如图1所示。从图1中可以看出甘蔗渣可以作为制备低聚木糖的优质原料之一。以甘蔗的半纤维素-蔗髓为原料生产木糖等相关产品：蔗髓经水解、净化、浓缩、结晶、分离等工序制成木糖；也可采用纤维分解酶等酶技术和生物技术生产木糖醇[5]，解决化学生产法所存在的设备和操作费用高、产品纯化困难等问题，此法得到的木糖醇可安全用于食品，制作代糖食品等功能性产品。目前，素有中国“糖都”之称的崇左市已将“甘蔗一机制糖一蔗渣一木糖、木糖醇”产业链的建设纳入规划。同时，由中国科学院广西植物研究所自───────────────收稿日期：2012-08-10；修回日期：2012-10-10甘蔗糖业2012年第5期SugarcaneandCanesugar-50-主研发的生物法生产木糖醇技术也于2009年4月在唐传生物科技（厦门）有限公司位于厦门海沧的生产线上试产成功，这又将引起业界人士对广西木糖醇产业的深入探索，若能将这一自主研发的木糖醇生产技术运用于甘蔗渣制浆前预抽提液中糖类物质生产木糖醇，则有可能形成另一种广西甘蔗渣利用的新途径。但是，是将甘蔗渣结合制浆造纸的生物炼制模式，利用其制浆前预抽提液中糖类物质生产木糖醇，还是将甘蔗渣直接转化，现有的转化技术是否完全适用于甘蔗渣原料以及生产成本、产业化等问题，都需要展开进一步的探讨研究[3]。图1甘蔗渣木聚糖花心结构图甘蔗渣含有丰富的聚戊糖，也是生产糠醛的原料。利用含有聚戊糖的甘蔗渣为原料通过水解方法可以制得糠醛（又名呋喃甲醛）。糠氯酸又名粘氯酸，它是以糠醛和氯气为主要原料生产的一种有机合成中间体，它主要用于合成磺胺嘧啶类药物，以及生产杀虫剂、杀菌剂和除草剂等，是甘蔗渣产物的深加工产品[6]。2甘蔗渣生产高效吸附材料2.1制备活性炭活性炭是一种粉末状或颗粒状的黑色固体，是从含碳物质中经过炭化和活化等工序处理后所制得的一种具强吸附作用的炭，现在己被广泛应用于环境保护、化学工业、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域，是国民经济和国防建设以及人们日常生活必不可少的产品[7]。颗粒活性炭的主要原料分为煤质和木质2种，即用煤或木炭研磨成粉未状，然后用粘合剂粘合，挤压成型；此外，我国目前部分颗粒活性炭是用椰壳、核桃壳、杏核等果壳(核)为原料来生产，这类活性炭质地坚硬、吸附性能优异、属高档活性炭品种，价格昂贵，经济效益显著，但由于果壳(核)的来源受到限制，故产量不高。蔗渣的化学组成与木材十分相似，它作为颗粒活性炭的原料，其优势在于是取之不尽、用之不竭的再生性资源，来源集中，产量大，价格低廉。目前糖厂的蔗渣主要用作锅炉燃料，按热值计算，标煤与蔗渣比为3.5：1，若每吨标煤价按400元计，则蔗渣用作燃料的价值只有100多元／吨。因此以蔗渣作原料，可大大降低活性炭的原料成本[8]。2.2制备重金属离子吸附剂废水重金属等的排放带来了严重的环境污染，对重金属等污染的治理一直以来受到工业界与学术界的重视，脱除离子的主要方法很多，如沉积、离子交换、膜过滤、电离、活性炭吸附等，但成本较高。大量文献揭示甘蔗渣及其衍生物因具有丰富的毛细管，对重金属离子、阴离子、染料等具有良好的吸附能力，对甘蔗渣进行改性制备离子吸附剂，可以提高其应用价值，减少污染以及这些残留物带来的处理问题[9-18]。因此，利用廉价的甘蔗渣制备重金属吸附材料引起了学者的兴趣，开展了一些研究工作：如王踽等[13]研究制备出蔗渣基重金属离子吸附剂，研究了磷酸化反应条件对离子吸附性能的影响；姜玉等[14]通过用三氯氧磷对甘蔗渣进行改性，也制备出含有强吸附能力的磷酸基团的甘蔗渣吸附剂；陈子彦[19]研究了甘蔗渣复合材料对磷酸根的吸附性能，吸附和回收效果较好。在利用甘蔗渣原料苏江滨等：甘蔗渣的几种高值化利用研究进展-51-制作重金属等吸附剂方面，由于环保的需求不断增大，其研究和应用也将进入快速发展阶段。3甘蔗渣生产保健食品、药物、缓释剂甘蔗渣中含有大量的膳食纤维成分，通过处理可以制作饱腹感产品。张志平等[20]研究了黄芪、甘蔗渣膳食纤维饼干对血糖生成指数的影响，黄芪、甘蔗渣膳食纤维饼干的血糖生成指数值GI=70.303，较同能量的馒头血糖生成指数值（GI=97.879）低，具有很好的降血糖、平稳血糖的作用。研究表明，甘蔗渣中提取的有效成分具有抗肿瘤、抗病毒、降血糖、降血脂、增强免疫力等作用[21]，从甘蔗渣中提取有效成分进行开发利用是一种有效途径。郭宏伟等[22]研究了甘蔗渣提取物体外抗肿瘤作用，结果显示甘蔗渣乙酸乙酯提取部位对3种肿瘤细胞表现出明显的抑制作用，在测定浓度范围内呈现良好的剂量依赖性。李宇航等[23]申请了发明专利-甘蔗渣用于制备防治慢性阻塞性肺病的药物中的应用，该发明药物的初衷主要用于改善慢性阻塞性肺病(ChronicObstructivePulmonaryDisease，COPD)的排便功能障碍，但是意外地发现，甘蔗渣不仅可以缓解COPD的排便功能障碍，还能减轻COPD的气流受限，进而改善其胸闷、喘、呼吸困难等症状。进而，他们对甘蔗渣进行了一系列的药效实验，考察其对COPD的防治情况。结果显示甘蔗渣可以有效减轻COPD的气流受限，防治COPD引起的胸闷、喘、呼吸困难等症状，其机制可能与甘蔗渣能调节COPD的氧化-抗氧化失衡、减轻炎症因子对肺组织的损伤有关。此外，利用甘蔗渣制作的药物缓释剂今年来也得到科学界的重视，研究表明[24-25]，制备的缓释材料在载药量和缓释性能上均具有良好表现，扩大了甘蔗渣生物利用范围。4甘蔗渣生产生物材料甘蔗渣作为优质的生物原料，在可降解材料、木塑制品等方面研究和应用开展也很广泛[26-28]。如覃程荣等[26]进行了甘蔗渣生产全降解农用地膜的研究，通过研究制备黏胶时NaOH用量、CS2用量、溶解用水量以及黄酸化条件对黏胶品质的影响，确定了制备黏胶的最佳工艺；通过研究成膜过程中凝固浴H2SO4浓度、脱硫浴NaOH浓度、增塑剂用量等对薄膜物理强度的影响，确定了成膜的最佳工艺。结果表明在土壤中的降解试验中，该种地膜能完全降解。木塑、木陶等可降解材料在新时代具有较强的优势，也是近来和未来几年生物材料科学研究领域的热点。5小结甘蔗渣作为制糖产业的副产物之一，目前多用于燃烧和纸浆造纸，随着科技的不断进步，甘蔗渣作为优质资源的综合高值化利用将受到更多关注。综上所述，甘蔗渣的高值化应用研究已经相当丰富，但实现工业化产品还不多。因此，甘蔗渣高值化利用以及理论向实际应用转化并将实现于生产将是今后发展的主要方向。本文从保健食品、药品、生物材料、吸附剂等几方面进行综述，介绍几种有实用价值的高值化利用新途径，以期为甘蔗渣的综合利用提供新的启发。参考文献[1]周林，郭祀远，蔡妙颜.蔗渣的生物利用[J].中国糖料，2004(2)：40.[2]涂启梁，付时雨，詹怀宇.甘蔗渣综合利用的研究进展[J].中国资源综合利用，2006(11)：13.[3]胡湛波，宾东明，莫淑欢，等.甘蔗渣在广西非粮生物质能源产业中的利用思考[J].广西轻工业，2009(9)：102.[4]邬义明．植物纤维化学[M].北京：中国轻工业出版社，1997：228-230.[5]丁胜华，欧仕益，赵健，等.利用甘蔗渣制备低聚木糖的工艺[J].食品研究与开发，2010(4)：23-27.[6]MGADSUL,JEGHULE,RSINGH,etal.Polysaccharidesfrombagasse:applicationsincelluloseandxylanaseproduction[J].CarbohydratePolymers,2004(57)：67-70.[7]白晓波，黄谷亮，雷程.微波法制备蔗渣活性炭及其用于糖液脱色的研究[J].广西蔗糖，2009(3)：42.[8]周晓薇.用蔗渣生产颗粒活性炭[J].广西蔗糖，2001(4)：31.[9]黄金阳，王伟艺.蔗渣改性吸附剂对Cr(VI)的吸附研究[J].中国资源综合利用，2010(5)：26.[10]JrOK,GurgelLVA,MeloJCP,etal.GilFLAdsorptionofheavymetalionfromaqueoussinglemetalsolutionbychemicallymodifiedsugarcanebagasse[J].BioresourceTechnology,2007,98(6)：1291-1295.甘蔗糖业2012年第5期SugarcaneandCanesugar-52-[11]GámezS,González-CabrialesJJ,RamírezJA,etal.Studyofthehydrolysisofsugarcanebagasseusingphosphoricacid[J].Journaloffoodengineering,2006,74(1)：78-88.[12]王莹，贺岩峰.利用碳纳米管吸附溶液中金属离子的研究进展[J].