全 文 ：农产品加工 2015年第12期
摘要：醋糟是一种主要由纤维素类物质和粗蛋白组成的食醋工业产生的废弃物，是生物质能源转化的优良原料。以
醋糟成分分析为基础，重点综述了2008年以来我国醋糟厌氧消化制备氢气、甲烷和热裂解制备裂解气的研究进展。
对目前醋糟能源转化遇到的问题及解决办法进行了讨论，并阐述了今后醋糟能源化利用的研究方向。
关键词：醋糟；厌氧发酵；氢气；甲烷；裂解气
中图分类号：TQ45 文献标志码：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2015.12.015
Progress of Research on Energy Conversion Technology of Vinegar Residue
ZHANG Cunsheng，WANG Zhenbin，MA Haile
（School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013，China）
Abstract：Vinegar，which is mainly composed of cellulose and protein，is a kind of waste from food industry. It is a fine raw
material for energy conversion of biomass. Bases on the analysis of the chemical composition of vinegar residue，the progress of
research on anaerobic digestion of vinegar residue for hydrogen and methane production as well as thermal cracking for cracked
gas since 2008 is reviewed in this paper. The problems encounteres and the solutions of vinegar residue for energy conversion
is discussed，and the research direction of vinegar residue for energy conversion in the future is also stated.
Key words：vinegar residue；anaerobic digestion；hydrogen；methane；cracked gas
收稿日期：2015-10-27
基金项目：江苏省自然科学基金青年基金项目（BK20150487）；中国博士后科学基金项目（2014M561589）；江苏高校优势学科建设
工程资助项目（201401）；江苏大学高级人才科研启动基金项目（14JDG025）。
作者简介：张存胜（1983— ），男，讲师，研究方向为生物质能源及食品废弃物资源化利用。
在环境严重恶化和化石能源储量捉襟见肘的今
天，积极开发风能、太阳能和生物质能等可再生资
源已成为大多数国家的共识，其中生物质转化制备
清洁气体燃料是新能源开发的重要组成部分。由于
粮食需求量的增加，采用非粮作物和生物质废弃物
制备清洁能源迅速成为生物质能源领域的研究热点。
醋糟是重要的食品废弃物之一，它是在食醋生
产的拌料过程中，为了疏松醋醅加入麸皮、米糠等
物质，经过发酵、淋醋提取液体醋之后，产生的固
态副产物[1]。我国每年醋糟生产量在 200×104t 以
上，若不能及时处理将对环境造成较大的影响，目
前醋糟多用于饲料生产和食用菌栽培[2]，但存在处理
量小、耗能大等问题。例如，醋糟饲料化不但烘干
成本高，醋糟的纤维含量过高，动物难以吸收消化，
其酸性导致制备出的饲料不符合家禽的口感要求，
从而饲料的销量较小。因此，选择可持续的醋糟处
理技术是食醋企业亟需解决的问题。
从食品生产的角度来看，醋糟是废弃物；但从
资源利用和能源回收角度看，它是一种丰富的生物
质资源。醋糟主要由纤维素类物质和蛋白组成，含
有微量的脂类物质和钙、磷等元素，无重金属等物
质，极适合微生物生长利用[3]。因此，近年来许多研
究人员对醋糟厌氧发酵制备能源气体进行了研究，
并取得了一定的进展。本文基于醋糟的化学成分分
析，综述了2008年以来我国醋糟生物转化制备清洁
能源气体的研究进展，对醋糟的进一步深入开发提
出了建议。
1 醋糟的化学组成
四大名醋醋糟营养成分对照见表1。
根据生产工艺和原料产地的不同，各地的醋糟
成分有所差异。表1对比了我国四大名醋的醋糟成
分，醋糟的成分主要为粗蛋白和粗纤维，含有少量
醋糟能源转化技术研究进展
张存胜，王振斌，马海乐
（江苏大学 食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013）
表1 四大名醋醋糟营养成分对照
品种 水分 粗蛋白 粗纤维 粗脂肪 粗灰分 钙 磷
四川醋糟
江苏醋糟
福建醋糟
山西醋糟
9.18
9.02
8.34
9.46
6.74
8.00
30.96
28.00
15.40
25.00
8.82
21.10
7.17
2.00
17.96
8.21
2.33
13.00
1.27
8.06
0.19
.25
0.04
0.47
0.06
0.16
0.22
0.10
文章编号：1671-9646（2015） 12a-0054-03
第12期（总第397期） 农产品加工 No.12
2015年12月 Farm Products Processing Dec.
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2015年第12期0 年第12期
的脂类物质和氮、磷元素，不存在重金属元素，这
说明醋糟是适合微生物生长利用的生物质资源。
2 厌氧发酵制备清洁能源气体
2.1 厌氧发酵菌种
菌种是生物发酵的关键，较高活性的菌能够高
效地将生物质转化能源气体，目前的产氢菌主要包
括 Clostridium， Enterobacter， Bacillus， Escherichia
等几大类，产甲烷菌主要以混菌的形式存在于活性
污泥中，目前利用产甲烷纯菌进行沼气发酵的研究
尚未见报道。
醋糟中纤维素类物质含量较高，自然条件下醋
糟的降解速率较慢。不同的纤维素原料，不同的纤
维素菌降解速率也有显著的差异。为了提高醋糟的
分解速率，近年来有不少筛选醋糟纤维素分解菌的
研究报道。2009年，江苏大学杨运克等人[4]从林地土
壤、已经堆肥处理的锯末和醋糟、未经堆肥的新鲜
醋糟样品中筛选出3株（SL02，SL04和SL10） 分解
纤维素能力较强的菌株，并对这3株菌株分别进行
温度、碳源、氮源和酸碱度的适应性研究，确定了
其最佳生长温度（28~31℃）、最佳pH值（SL04为
6.0，SL02和SL10为8~9）、最佳氮源（NH4NO3） 以
及最佳的菌配比等。2012年，张金红[5]利用分子生物
学手段，成功构建了携有CelO基因的枯草芽孢杆菌
表达载体pGARO，将此载体转入枯草芽孢杆菌宿主
菌DB403中，获得了CelO具有活性的重组菌DIM03，
经过7 d的醋糟固态发酵，结果表明该菌比宿主菌的
纤维素降解速率提高了1.6倍。
以活性污泥作为混合菌种，进行醋糟厌氧发酵
制备能源气体也具有自身优势。2015年，北京化工
大学 Li L等人[6]以污水处理厂的活性污泥为发酵菌
种，进行醋糟产甲烷研究，确定了最佳进料负荷为
2.5 g -VS/L/d，对应的甲烷产率为 581.88 mL/L。为
了利用醋糟制备氢气，江苏大学Wang Z等人[7]对活
性污泥进行了预处理研究，结果表明碱法可有效去
除活性污泥中产甲烷菌，是产氢菌富集的最佳方法，
实现了利用活性污泥厌氧发酵制备氢气。
2.2 制氢技术
由于氢气具有高热值（142.35 kJ/g）、燃烧无污
染等优点，生物质厌氧发酵制备氢气成为目前生物
质能源研究领域的热点之一。厌氧发酵制氢是在产
氢微生物的作用下，将醋糟内蛋白和纤维类物质降
解成小分子有机质，进而生成氢气的过程。影响醋
糟氢产率的因素很多，除产氢菌种外，发酵温度、
醋糟进料负荷、发酵pH值、微量元素等均对产氢过
程有显著的影响。
2009年，刘瑞光等人[8]以处理后的牛粪为接种物
进行了醋糟厌氧发酵产氢小试研究，结果表明初始
pH值为6时产氢效果最佳，气体中氢气体积分数在
70%以上，发酵停滞时间仅为4 h。随后，该课题组
马海乐等人[9]对醋糟厌氧发酵产氢进行了系统研究，
利用响应面法研究了初始 pH 值、进料有机负荷
（F/M）、固液比和发酵温度对产氢性能的影响作用，
结果表明 4 种因素影响的主次顺序为初始 pH 值 >
F/M>固液比>发酵温度。2015年，Wang Z等人[7]研
究了酸处理后的醋糟产氢产甲烷性能，结果表明利
用盐酸溶液处理后的醋糟纤维素结构遭到破坏，预
处理后的醋糟产氢性能明显得到提高，产氢得率为
53.2 mL/g-VS。对产氢后的酸性废水进一步产甲烷发
酵，得到的甲烷产率为192 mL/g-VS，这表明醋糟厌
氧发酵制备氢气和甲烷十分具有潜力。
2.3 制甲烷技术
厌氧发酵制甲烷的过程在厌氧微生物的作用下
进行，可将生物质中的大分子物质（如淀粉、蛋白
质、油脂和纤维素等） 转化为多糖、多肽、氨基酸
和脂肪酸，上述物质在产酸菌的作用下进一步生成
挥发性脂肪酸，如乙酸和丁酸，产甲烷菌利用挥发
性脂肪酸生成甲烷[10]。该技术可高效地将生物质转
化为清洁气体，已广泛应用于有机污水处理等工业
过程。
早期厌氧发酵技术多以秸秆、禽粪等为原料，
但秸秆和禽粪等生物质的用途不仅限于厌氧发酵制
备能源气体，秸秆作为良好的造纸原料和优良的饲
料原料可用于高值产品开发，禽粪可作为农肥直接
使用。近年来，许多研究人员将厌氧发酵的原料投
入到生物质废弃物中（如餐厨垃圾、市政有机质废
弃物、废弃污泥、树叶等），醋糟作为难以处理的食
品加工下游副产品，是良好的生物厌氧发酵资源，
吸引了许多研究人员的目光。
2011年，中国农业大学侯雨等人[11]以沼气工程
车间沼液为接种物，利用醋糟为发酵原料进行了连
续进料和全进全出料沼气发酵试验研究，连续进料
条件下平均产气率为0.918 m3/（3·d），最高产气率
可达 1.111 m3/（3·d），8.52 kg 醋糟可产 1 m3沼
气；同时该研究发现醋糟厌氧发酵时体积上浮和膨
胀非常明显。2012年，农业部沼气科学研究所魏本
平等人[12]研究了醋糟干发酵试验条件，确定了干发酵
的最佳温度为 35℃。研究表明，在发酵质量分数
TS为23.7%条件下，35℃的原料产气率比25℃提
高了24.3%，池容产气率提高了21.4%。由于醋糟厌
氧发酵过程中营养元素与厌氧菌所需的营养元素不
完全匹配，2013年贾志莉等人[13]通过醋糟与酱糟混
合发酵，确定了醋糟与酱糟的配比为7∶1时最佳，
对应的C/N比和累积甲烷产率分别为25.7%和14%，
发酵时间显著缩短，酱糟的添加显著改善了厌氧体
系营养不平衡的不足。
张存胜，等：醋糟能源转化技术研究进展 55· ·
农产品加工 2015年第12期
3 醋糟热裂解制备生物燃气
生物质热裂解是指生物有机质在无氧或有限氧
条件下的热分解[14-15]，最终生成炭、可冷凝气体（生
物燃油） 和可燃气体（不可冷凝） 的过程。纤维素
基生物质裂解过程机理和动力学模型以后大量报道，
一般情况下，半纤维素主要在 225~350℃时分解；
纤维素主要在 325~375℃时分解；木质素在 250~
500℃时分解。半纤维素和纤维素主要产生挥发性物
质，而木质素主要分解成炭[14]。
目前，人们对纤维素基生物质的热裂解研究主
要集中在蔗渣和秸秆等物质，对醋糟的热裂解研究
相对较少[16-17]。江苏大学王立群和陈兆生[18]采用单一
流化床2步气化法研究了醋糟制备燃气条件，在气
化温度 （900~1 000℃） 和水蒸气∶醋糟为 1.23~
3.57，燃气中 H2和 CO2的含量占 67.07%~73.72%，
燃气产率为 0.32~0.72 m3/kg，低位热值为 10 757.2~
11 746.16 kJ/m3。醋糟中的纤维素、半纤维素和粗
蛋白物质极易被厌氧消化菌利用产生氢气或甲烷，
但发酵完的醋糟中仍含有一定量的木质素[7]，为了
进一步深入开发该部分生物质资源，研究人员对发
酵后的醋糟剩余物进行了气化裂解。冯璐[19]将厌氧
发酵后的固体残渣进行热解，发现有70%的残渣可
以被去除，有效减少了厌氧发酵后剩余物质含量，
降低了厌氧发酵下游的污染物排放量。从目前来
看，醋糟的生物裂解制备生物燃气的研究有待进一
步深入研究。
4 醋糟厌氧发酵挑战及前景展望
醋糟制备清洁能源气体是极具发展前景的课题，
与秸秆、餐厨垃圾等生物质相比，醋糟制备能源气
体的研究相对较少，从目前的研究成果来看，醋糟
是优良的可用于生物燃料转化的资源，但目前的醋
糟生物转化仍面临许多问题亟待解决。
（1） 醋糟中的化学组成主要由纤维素、半纤维
素、木质素和蛋白质组成，不同产地的醋糟成分差
别较大，而对厌氧微生物生长代谢来讲，包括微量
元素在内的多种营养物质平衡是厌氧发酵稳定运行
的必要条件。因此，对醋糟发酵过程的营养元素调
节是今后研究的一个重点方向。
（2） 现有的研究结果表明，厌氧发酵后醋糟中
纤维素、半纤维素等物质大部分可被利用，但大部
分木质素未能降解，为实现生物质的充分利用，需
将木质素等物质进一步转化。木质素的降解，可通
过化学处理技术 （如超声、酸碱处理、热处理等）
辅助转化。
现有的研究主要将醋糟转化为氢气、甲烷和裂
解气，对醋糟制备乙醇和丁醇的研究鲜有报道，作
为优良的纤维素基生物质，醋糟进行纤维素乙醇等
开发也将是今后的研究方向之一。
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