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甘蔗制糖副产物的开发与利用蔗渣 [复制链接]

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一.农牧业应用

1农业应用

蔗渣透气性好、养分较丰富,长纤维所占比重高,是一种理想的新型栽培基质材料,目前在花卉、木耳、蘑菇及蔬菜工厂化育苗等栽培上已有应用。Mohan等用蔗渣代替传统琼脂培养基进行苹果微扦插结果显示,小于0.18mm的蔗渣扦插效果好,扦插植株长度、根系数量和根系长度分别增加20%、63%、22%,并能显著改善其离体生根状况。赵风云等以蔗渣为基质栽培的灵芝,其菌丝生长速度达1.82cm/d、生物学效率为23.71%,生长周期缩短1d,子实体约含22.04%粗蛋白、34.19%粗纤维、4.15%多糖和2.73%粗脂肪,灵芝羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的活性较高,与棉籽壳栽培灵芝相比均较优。

2饲用开发

蔗渣约含2.0%的粗蛋白,水分和糖分也能够满足反刍动物需求,但由于木质素含量过高,适口性差,不能直接饲喂牲畜,而将其进行糖化、青贮等预处理后可有效提高消化率。胡咏梅等采用绿色木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母3种混合菌,蔗渣、糖蜜按8∶2配料,料水比1:3,添加6%(NH4)2SO4,自然pH值、30℃混菌发酵36h后,其香味、适口性较蔗渣大为改善,饲料粗蛋白含量提高到11.48%。Zhao等研究表明,干蔗渣中酚类物质含量高于4mg/g,其中多酚槲皮素达mg/g,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、单增李斯特菌和伤寒沙门菌等食源性致病菌有明显的抑制作用,长期配饲可提高牲畜免疫力。美国研究人员还将蔗渣粉碎,拌入蛋白质、脂肪和矿物质,制成质量高、成本低、效益好的新型虾饲料。

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二、工业应用

1.制浆造纸造板

蔗渣密度低、可降解,用作造纸和制备复合材料,能部分缓解对木材资源的需求。当前在蔗渣造纸上主要有乙醇法、醋酸法、高沸醇法等制浆方式,均能有效分离半纤维素和纤维素,但由于在制浆前需先进行除髓工艺,造成在经济效益上优势并不明显。蔗渣还有良好的延展性,且符合高密度板材要求的特性,可加工成的音箱、家具、包装箱和建筑车厢等制材,具有比重小、强度高、机械加工性强、防腐防火性能好等优点,受到许多企业的青睐,这为木质纤维质的高值化利用开辟了新方向。

2.化工生产

蔗渣中的纤维素与半纤维素含量高,具有成分相对稳定、性质均一、生物产量极大、来源集中、价格低廉等特点,是发展第二代燃料乙醇的优良原料。但木质纤维素原料的天然抗性结构使其难以实现高效转化,需采取预处理提高利用率。史贝裔等用烟曲霉、绿色木霉和枯草芽孢杆菌处理蔗渣,酶解还原糖得率分别为98.28%、88.74%和42.76%,其中绿色木霉和烟曲霉处理蔗渣的糖化效果较好。Harrison等在相同酶解条件下,比较了甘油盐酸、盐酸、硫酸及氢氧化钠4种不同预处理的酶解转化率,其转化效果依次为甘油/HClHClH2SO4NaOH,且甘油盐酸体系预处理能得到%的葡萄糖得率。蔗渣半纤维素通过酸水解或生物酶降解法可生产木糖和阿拉伯糖,通过加氢可生产木糖醇,在高温酸催化剂下又可生产糠醛。此外,甘蔗渣通过化学处理还可以生产多种高附加值产品,如生物柴油、生物丁醇、2,3-丁二醇、生物氢、生物聚合物、各种酶、有机酸、氨基酸、类胡萝卜素、生物碱、抗生素等,但由于生物转化成本较高,至今实际应用有限。

3综合利用

甘蔗渣是蔗糖业的最主要副产物之一,年产量近万t,据统计约90%蔗渣被用于糖厂锅炉发电和供应蒸汽等的燃料。虽然蔗渣发电能解决糖厂的能源问题,但利用形式简单,且对燃烧设备和环保技术要求较高,产生的价值较低,造成资源的浪费。近来燃烧后的蔗渣灰也受到学者的重视研究,开始在改良酸性土壤、增强混凝土强度、处理污水和吸附苯酚,开发玻璃陶瓷材料、氧化剂载体材料及电子传输材料等邻域应用,如基于活化的蔗渣灰开发咸水淡化的电极材料;以蔗渣合成的碳量子点能够发光且无毒,可作为生物传感器和发光二极管,甚至能为人体内传送药物。蔗渣在工农业上的循环利用,有效拓宽了副产物资源的应用范围,提高了利用价值。

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