■李惠钰
新鲜的葛根，不用添加多余的水分，也不需要添加任何化学药品，在高温、高压下蒸汽爆破4分钟，就能够代替传统发酵工艺中高温蒸煮2小时的液化调浆过程，处理后的葛根还能够直接发酵生产燃料乙醇。
这一由中国科学院过程工程研究所研究员陈洪章课题组发明的“一种对汽爆葛根进行综合利用的工艺及其使用设备”，日前成功获得澳大利亚国际专利授权。
近日，陈洪章在接受《中国科学报》记者采访时表示，先进的汽爆和固态发酵技术将有效解决传统发酵技术耗水量大、工业废水处理难度大、成本高等难题，有望成为葛根燃料乙醇产业发展的助推剂。
葛根热潮
在四川省绵竹市一片400亩的梨园里，梨树的叶子早已凋落，树下却铺满了长着大片大片绿色叶子的藤蔓。管园人老贺拿来锄头，挖出了一个比人胳膊还粗的块茎。“这就是葛根，下个月就可以收了。”
在老贺眼里，这片园子收获的不单是葛根，也有发展非粮燃料乙醇的希望。
近年来，云南、四川、湖南等南方地区对葛根燃料乙醇产业跃跃欲试。今年4月份，年产15万吨葛根燃料乙醇项目准备落户云南昆明，随后，四川省也计划在德阳市建设年产10万吨粉葛燃料乙醇项目。
专家预测，葛根或将带动一波非粮燃料乙醇发展的热潮。
为什么会选择葛根作为燃料乙醇的原料？陈洪章表示，葛根的淀粉含量仅次于玉米，新鲜的葛根淀粉含量达18.5%~27.5%，而干葛根的淀粉含量则高达50%~60%，这种淀粉含量高的非粮作物完全可以作为生产燃料乙醇的原料。
另外，葛根具有极强的环境适应性，可以生长在多种土壤中，很容易进行栽培和繁殖。我国拥有众多山地、林地、斜坡和未开垦的荒地，这都为葛根提供了良好的生长环境。
“发展燃料乙醇产业必须遵循‘不与人争粮，不与粮争地’的原则，葛根无疑是最有潜力的原料。”陈洪章说。
传统工艺待突破
然而，对于葛根燃料乙醇的生产技术，传统发酵工艺的优势却并不怎么明显。
在陈洪章看来，发展葛根燃料乙醇产业，如果仍然采用粮食类淀粉原料生产乙醇的传统工艺路线，不仅会造成原料资源的浪费，也会使产品的生产成本过高，从而导致葛根燃料乙醇难以产业化。
据了解，生产乙醇的传统工艺路线包括高温或低温蒸煮、糊化、液化、糖化、液体发酵、初级蒸馏等过程，而这其中原料蒸煮所耗能量就占乙醇生产总能耗的30%~40%，同时还会产生大量高浓度的有机废水，造成环境污染。
另外，葛根的主要成分除了淀粉，还包括纤维素、蛋白质、葛根异黄酮以及少量的脂肪、果胶、鞣质和生物碱等。
陈洪章表示，传统工艺只考虑到对原料中葛根淀粉或葛根黄酮等单一组分的提取，葛根纤维等其他组分却没有得到很好的利用，造成资源的浪费。
“要想实现葛根资源生物量的全利用，首先应该认识到在葛根淀粉或葛根黄酮提取过程中，葛根纤维等其他资源都不是废弃物，而是可以开发的有效资源。”陈洪章说，“因此，必须找到一种原料的预处理方法，能使葛根原料各个组分都能够低成本地分离，还能够进一步工业利用。”
新技术实现资源全利用
为了实现经济上有利可得，又能找到节能、降耗、无污染的合理技术路线，陈洪章带领的研究团队经过十几年的探索，创新性地将“汽爆”预处理与“连续耦合固态发酵”技术相结合，解决了传统工艺能耗高、污染重、组分利用单一等问题。
“在汽爆过程中不需要添加任何化学药品，仅控制生物质的含水量，就可以实现纤维质原料组分的分离。”陈洪章说。
据介绍，采用短时间蒸汽爆破技术对葛根进行预处理，能够省去传统乙醇发酵工艺中高温蒸煮2小时的液化调浆过程，而且生产1吨乙醇还可以节省约10吨调浆的用水量，蒸煮所需能耗也能够降低约33%，同时也大大缩短了生产周期，降低了生产成本。
陈洪章表示，在对葛根进行汽爆预处理的过程中，蒸汽爆破的热机械化学作用，会使植物组织的细胞壁破裂，破坏了固体物料葛根的结构，消除纤维组织对淀粉、黄酮利用的不利因素，使葛根淀粉的糊化率提高，汽爆处理后的葛根能够直接发酵生产燃料乙醇。
另外，该技术还能从发酵剩余物提取葛根黄酮、制备蛋白饲料等，实现了非粮淀粉质原料组分分级转化、综合清洁高效利用。
“蒸汽爆破技术本身成本较低，而无污染蒸汽爆破技术又很好地解决了化学试剂添加造成的二次污染问题，从而几乎达到了污染零排放。”陈洪章说。
陈洪章表示，新技术未来应用于葛根燃料乙醇的工业化生产后，将会形成一条高效、清洁的葛根资源能源化利用的生态产业链。
《中国科学报》 (2012-07-31 B1 生物周刊)
