1 循环经济
1.1 制糖行业清洁生产
清洁生产是循环经济发展的重要途径。“十一五”以来，广西、云南、广东等地甘蔗制糖企业加强节能减排和清洁生产，积极对照国家和地方清洁生产相关标准，开展了自查或强制性清洁生产审核工作，找出影响行业清洁生产水平的制约因素。与此同时，淘汰落后的、能耗高的设备，采用先进的工艺技术和装备，并改善管理方式，使得整体清洁生产水平得到很大的提升。全国100多家甘蔗制糖厂因生产环境与条件存在差异，清洁生产措施也不同。清洁生产具体工作从每个车间、每个工段、每个生产环节和装备抓起；清洁生产审查时从物流、能流的实测着手，建立物料、水、电力、蒸汽平衡分析图表，分析污染物产生、物料和能源损失。提升重点和潜力较大的环节为糖汁澄清环节，而蔗汁澄清是制糖工艺中的关键环节。清洁生产从源头预防，具体的措施有：①提高生产管理和自动化生产控制水平，优化工艺参数以减少硫磺、磷酸使用量；②经常性检查、维护或采用先进节能的设备实现清洁生产；③源头上采取“清污水分流、冷热水分流”的措施；④注重末端“生化治理”等。
1.2 糖业生态良性循环（产业链）
甘蔗可制糖及更多产品，形成糖业循环经济。糖业循环经济发展模式是在内部形成共享资源和互换副产品的产业链，使上游生产过程中产生的废物成为下游生产过程的原料，实现多层次利用，达到资源最优化配置，促进良性循环经济的发展。循环经济要与技术进步、管理水平、投资市场、质优价廉等相关，形成规模效应。甘蔗收获后，蔗茎被送入糖厂进行工业加工生产，蔗稍可以生产纯天然饮料，或与蔗叶、蔗渣一起成为养殖业饲料，糖厂副产物糖蜜、蔗渣、滤泥亦可加工成饲料，养殖业排泄物返回甘蔗农田，形成蔗糖产业农工牧生态良性循环，如下图所示。
2 生物炼制
2.1 蔗渣生产五碳糖/六碳糖产业链
甘蔗渣是制糖工业的副产物，制糖生产中得到的蔗渣对蔗比为20%～25%（蔗渣水分含量为46%～50%）。甘蔗渣的主要用途：糖厂热电联产锅炉燃料、纸浆造纸的原料、通过生物炼制生产高附加值产物。蔗渣（植物纤维原料）中易受稀酸作用或水热法，第一步降解分离出半纤维素，半纤维素经酸水解后，可得到木糖、阿拉伯糖等五碳糖；进一步提高水解条件后，纤维素降解成葡萄糖、果糖和甘露糖醇等六碳糖。未经降解的半纤维素即多缩戊糖，经进一步催化可生产糠醛，广东省东莞糖厂、顺德糖厂、江门甘化厂曾直接用蔗渣生产糠醛。蔗渣第一步稀酸水解的残渣中大多数为纤维素和木质素，纤维素经过酸水解，可得到单糖（葡萄糖、果糖），再进一步催化反应可制备5-羟甲基糠醛。而糠醛和5-羟甲基糠醛是重要的化工原料。在制浆造纸行业进行蔗渣生物炼制过程中，木质素对纸张强度和白度有不良影响，需要去除，方法是采用亚硫酸盐法和碱法。造纸废液可提取木质素，通过催化可生产生物质基航空燃料。
2.2 滤泥提取蔗蜡及植物固醇
亚硫酸法蔗糖厂湿滤泥产量约为处理甘蔗量的3%，年产3万t（以100万t榨蔗量计）。滤泥需经过短期发酵、蒸发水分和降低糖分，才可作肥料，否则发热会烧坏作物。糖厂滤泥含有大量有机物（BOD5），被完全利用前不能随农田排水进入水体，否则造成污染。滤泥除作一般堆肥、制备颗粒饲料、颗粒肥料外，还可分离提取蔗蜡、植物固醇、二十八烷醇、叶绿素、硬脂等更具高附加值的产品。蔗蜡是粘附于蔗表皮的一种类脂物的通称。蔗蜡用途很广，可用于电线电缆、炸药包装、复写纸、防潮纸、鞋油、蜡漆、火漆、光漆、耐火物等。蔗蜡皂化提取二十八烷醇，而另一份非皂化部分，又可提取植物固醇。植物固醇在医药用于降血脂、降胆固醇、避孕药等；在食品作为抗氧化剂，化妆品作乳化剂和稳定剂，饲料作抗菌和生长速进剂等。2.3 蔗叶或滤泥提取叶绿素
叶绿素存在于蔗叶蔗茎中，功能是使甘蔗进行光合作用。蔗汁在糖厂清净工段，经加灰、加热等处理，在蛋白质凝固等电点值时，绝大部分的叶绿素被凝固，而集中在滤泥中，亚硫酸法滤泥蛋白质含量7%～10%，叶绿素含量约2%。据梅尔基奥研究结果：叶绿素是以悬浮状态存在于初榨蔗汁，加灰、加热就能除去，极少存留于糖浆或糖蜜中。叶绿素的提取，可用95%酒精或35%丙酮作溶剂，糖厂附设的酒精车间就可就地取材，回收精制的设备亦可通用，生产较安全，成本较低。用丙酮作溶剂，成本较高，但渗透力强，对腊质、类脂等溶解度少，比酒精抽提纯度高。3 甘蔗对增加生物质能源与绿色固碳的作用——双碳目标
甘蔗制糖产业可以为双碳目标作出的贡献主要是：①甘蔗中含13%～19%的蔗糖分、9%～14%纤维分，制糖产品及其副产物中的糖分与纤维分，通过生物炼制可以转变为乙醇替代石油；②甘蔗是单位面积产生最多碳水化合物的经济作物之一，比水稻等C3作物固碳量多，是碳中和的优选C4作物。3.1 甘蔗是重要的生物质能源作物
甘蔗是重要经济价值的生物质能源作物，其产出的燃料乙醇是最有发展前景的新型可再生能源之一。全球燃料乙醇产量的40%源于甘蔗，巴西、印度1/4以上的汽车燃料来自甘蔗；印度2023年酒精产能达124亿L，其中81.1亿L的原料来自甘蔗。燃料乙醇按照技术和工艺的发展进程分为3代：第1代粮食乙醇，第1.5代非粮乙醇—糖类乙醇，以甘蔗等为原料，第2代纤维素乙醇，以蔗渣等为原料，第3代微藻乙醇。目前，以第1代和1.5代乙醇为主。第2代纤维素乙醇由于原料上脱离农作物范畴，而利用秸秆、蔗渣等农林废弃物，是目前国际燃料乙醇的主要研究方向。甘蔗汁中的糖分可以用来生产乙醇，甘蔗渣纤维也可以。甘蔗作为生物燃料会影响蔗糖产量，因此平衡好甘蔗制糖和甘蔗乙醇十分重要，可参考巴西的糖能联产发展模式。甘蔗渣作为发展燃料乙醇原料，不与粮食争地、原料集中、存运方便。甘蔗渣生产燃料乙醇的关键是纤维素水解，木质纤维素不易被利用，目前已有成功应用。经过SSCF过程后1 t绝干蔗髓渣能生产224 kg的乙醇，乙醇总产率为理论产量的67.5%。3.2 甘蔗是碳中和优选C4作物
甘蔗是光合能力最强的C4作物，年产量达19亿t，是全球生物量最高的作物之一，也是全球最重要的糖料作物，具有生长能力强、生长周期长、二氧化碳利用率高、需水分量少等许多优点，在作物固碳领域具有先天优势。以甘蔗种植为主的生态系统，将在未来的碳交易市场中占据重要地位，可为实现我国双碳目标做出贡献。研究表明：甘蔗单位面积固碳能力为其他农作物的3～5倍。此外，种植甘蔗可使局地小气候产生“冷却效益”。发表在《自然气候变化》杂志上的研究，比较C3农作物和C4作物甘蔗种植区域的监测数据，在原本种植C3农作物的地区，当地大气平均温度会上升1.55℃；而改种甘蔗后则会使周围大气平均温度下降大约0.93℃。这是由于甘蔗不仅可将阳光反射回天空，还能向大气中反馈更多的水汽。广西作为全国最大糖业生产基地，为推动糖业绿色发展，实现“双碳”目标，在2023年发布了《甘蔗制糖企业温室气体排放核算指南》（T/GXTDFTZH003-2023）、《甘蔗种植温室气体排放核算指南》（T/GXTDFTZH004-2023）两部团体标准。这无疑认证了C4作物甘蔗固碳效果佳且碳汇价值产出高，是目前经济有效且绿色的固碳手段之一。4 结论
生物工程应用于蔗糖产业是实现农、工、牧生态良性循环的有效举措。甘蔗除可制糖外，还可产生如蔗渣、糖蜜和滤泥等副产品。此外，还有蔗梢、蔗叶等量大而集中的原料资源可利用。甘蔗综合利用产品可达60多种，是生产食品、药品、酒精、化工、建材、纸张、饲料和肥料等的重要原料。发展蔗糖产业，对提高人民的生活、促进农业和相关产业的发展，乃至对整个国民经济的发展都具有重要的地位和作用。通过运用生物工程技术，加强循环经济与生物炼制在甘蔗糖业的应用，充分发挥甘蔗糖业对双碳目标的支撑作用，不仅可达到节能减排、增加民生资源，而且可实现生态效益、经济环境和社会效益三效益，对提升蔗糖产业的竞争力和可持续发展具有关键的作用。（本文摘自《甘蔗糖业于生物工程领域的发展探讨》）
点我访问原文链接
