美国玉米深加工发展新趋势及其借鉴

发布者：zdh 发布时间：2012-3-19

目前，美国燃料乙醇的生产量约占世界产量的33％，燃料乙醇的使用量也迅速增加。在1981年，美国燃料乙醇的使用量为2．69亿加仑，折合81．45万吨。到2000年，美国燃料乙醇的使用量猛增到16亿加仑，折合484．48万吨。5年后，即2005年，美国燃料乙醇的耗用量再增加到40亿加仑，折合1211．2万吨。美国政府计划到2010年，燃料乙醇的消耗量将达到60亿加仑，折合1800万吨。

2007年2月，美国农业部公布的2007年世界农业长期展望报告显示，未来几年美国玉米供求关系将因发展燃料乙醇而发生明显改变。2010年以前美国燃料乙醇消费将保持高速增长（该预测并未依据布什总统在1月份的新规划，因此估算较低，至2010年，美国燃料乙醇消费玉米数量将超过1亿吨，成为改变美国玉米供求关系的最主要因素。2006年美国燃料乙醇产量已经达到50亿加仑，2007年预计达到90亿加仑。2007年1月份，美国总统布什提出一个更高的目标，规划2015年燃料乙醇总目标达到350亿加仑，假设其中玉米燃料乙醇为150亿加仑，消耗玉米数量达到1．4亿吨，如果其他生物质燃料乙醇生产发展速度较慢，玉米消耗数量将更高。这充分表明，美国液体燃料消费结构已由单一化矿物油转变到石油与燃料乙醇相结合的轨道。

其二，美国玉米资源由单一化开发利用转向综合化开发利用路线。随着对玉米构成成分和价值属性科学认识的提高，加上加工技术的革新，玉米综合化开发利用路线完全颠覆了玉米单一化开发利用路线。用先进检测手段测定的结果表明，按照重量划分，玉米粒（约含）干基淀粉70％；蛋白质9％；油脂4％和纤维9％。采用玉米综合化开发利用路线，可以有效突破传统的、只加工生产低附加值产品的玉米初加工业的局限和束缚，开拓加工生产包括醇、氨基酸、微生物、低聚糖和多糖、酶制剂、单细胞蛋白、抗生素等高附加值产品在内的现代玉米产业，被提高到发展“玉米产业经济”的高度。在美国，农业和农村经济的发展已大大得益于发展“玉米产业经济”。换句话说，美国“玉米产业经济”的兴起带来多方面巨大利益：增加了就业岗位；提高了玉米价格；扩大了税源。以美国1座年产4000万加仑（约为1．514亿升）乙醇的干磨厂为例，每年支付采购玉米原料、雇用工人和公用工程等各项费用高达5600万美元，另外，还为州和地方增加税收120万美元。如今，在生产乙醇地区的玉米普遍增值，增幅约为0．3—0．6美元／蒲式耳，农产品从中取得了可观的经济效益。

其三，由开放型短产业链转向封闭型长产业链。这种转变的实质就是对玉米资源采用“循环经济发展模式”。在玉米综合化开发利用路线下，传统的直线开放型短产业链即只能生产一种或两种产品的玉米加工业被淘汰了，代之而兴起的是现代封闭型长产业链玉米加工业。所谓“直线开放型”是对玉米资源一次性开发利用，初加工后的副产物大多当作废弃物抛弃掉了，造成资源的浪费和环境的污染。与“直线开放型”相对照，“曲线封闭型”是对玉米资源多次性开发利用，初加工后的副产物经过无害化处理又作为资源二次、三次乃至更多次被利用了。这就是“循环经济发展模式”中的3R原则”，即对资源的“减量化使用、无害化再使用和循环化使用”。“31l’’最先是美国杜邦化学公司最早创立的311制造法”。现在美国采用的玉米乙醇转化工艺分干磨和湿磨两种。

前一种工艺投资成本相对较低，除生产乙醇外，其余产品都加工为动物饲料。后一种工艺则是把玉米籽粒分解成淀粉、麸质、胚芽和纤维。与干磨比较，湿磨具有延长产业链的重要优点：一方面是，利用玉米的多价值属性分别加工出多种产品。诸如利用玉米胚芽生产高营养玉米油；利用玉米糠麸生产高蛋白饲料：纤维和液流混合干燥后也可当作低蛋白动物饲料出售。另一方面是，利用湿磨工艺生产的纯淀粉通过延长产业链进一步加工出多种下游产品。玉米淀粉除经过发酵制取乙醇外，还可制作变性淀粉用于食品业、纺织业、造纸业及粘合剂等。

像用于食品业的麦芽糊精和甜味剂（玉米高果糖浆）等都是玉米淀粉经过酶法制取的。现在的玉米加工科技已达到这样高的水平，用酶法可以把淀粉转化为一系列高纯度的葡萄糖下游产品，然后再通过发酵制成各种不同的终端产品。除乙醇外，还可以制成氨基酸、维生素、人造甜味剂、柠檬酸和乳酸等多种多样的产品。尽管目前还不是所有采用湿磨工艺的玉米加工企业都生产以上所述的全部产品，但是，加工制作多种淀粉产品是常见的。总之，玉米湿磨企业比干磨企业延长了产业链，至少多制取二、三个高附加值产品。其四，由以玉米淀粉为主转向多种可替代淀粉为原料。美国现代玉米深加工业的第三个发展新趋势日益显著，就是大力研究用玉米纤维和多种可替代淀粉生产燃料乙醇。1、研究开发玉米纤维转化生产燃料乙醇。湿磨工艺的一个新方向是一直寻求把加工过程中产生的价值较低的产物玉米纤维（皮、胚芽等）转化为价值较高的乙醇。这成为引起广泛兴趣的发展趋势。玉米纤维中一般含有11-23％的湿磨剩余淀粉，及12-18％的纤维素。用传统酵母可以把这两种聚合物中的葡萄糖发酵成乙醇。另外，玉米纤维中还含有18-28％的本聚糖和11-19％的聚树胶糖，利用基因工程微生物可以高效率地转化生成乙醇，并提高玉米乙醇出率10％。另外

，这种玉米纤维是湿磨过程中的副产物，因而可就地利用，无需为此增加收集和运输的成本。美国艾闻汀（Aven-tine）再生能源研究所正在研究建立这种工艺的经济效益模型。此外，美国计划扩大乙醇产量以取代10％以上的矿物油燃料。这要求开发成本更低廉的原料。例如，科技界提出的纤维素生物质，其来源十分充足。有的科技工作者认为，各种秸秆是木质纤维素生物质发酵的巨大潜在来源。利用这些生物质进行加工、发酵，都可大幅度增加燃料乙醇产量。然而，事实上，利用生物质原料生产燃料乙醇，还存在很大的限制因素。在技术上，必不可少的水解酶效率很低，且很昂贵。在成本上，美国用玉米秸秆生产燃料乙醇，每加仑耗资1．45美元。与此相对照，利用玉米淀粉的费用只有0．96美元。因此，迄今为止还没有这样的商业化工厂。

2、开发利用可替代淀粉转化生产燃料乙醇。美国主要用是自产高梁加工高梁淀粉，进而替代玉米淀粉。采用替代淀粉可能促使美国玉米带以外地区的燃料乙醇工业迅猛发展起来。例如，2004年，美国自产高梁的12％用来发酵生产燃料乙醇。顺便说明的是，在世界的其他国家还有用木薯淀粉、小麦淀粉、大麦淀粉、黑麦淀粉及甘薯淀粉等生产燃料酒精的替代淀粉。这里着重介绍几种重要淀粉替代优势作物。（1）木薯。属多年生（热带亚热带）或一年生（温带）灌木，是一种适应性强、耐旱、耐贫瘠的高产薯类作物，是生产燃料乙醇的优势作物。（2）甘薯，又称番薯、红薯等，地下块根是主要产品，且有生物产量高、抗性强、适应性广等特点，另一种优势淀粉替代作物。（3）甜高梁。是普通粒用高梁的变种，其精华在每亩高产4-5吨含糖量高达14-21％的茎秆。甜高粱耐涝、耐旱、耐盐碱、适应性强的制作燃料乙醇的优势作物。鉴于生物质能源日益受到世界关注、并且产生巨大的经济、生态和社会效益，我国要从本国实际情况出发，积极、大力发展具有中国特色的农业生物质能产业。

3、湿磨玉米淀粉新产品。很久以来，利用湿磨玉米淀粉除生产燃料乙醇外，还可以生产其他多种新产品，广泛应用于医药、化妆品、造纸和包装行业。美国采用这种新工艺，把玉米淀粉转化为可生物降解聚合物。这类产品可直接与石油基产品媲美，有很大发展潜能。美国已有许多玉米加工者将生物聚合物推向市场，还有许多玉米加工者正在开发这种产品。这类产品以可再生资源为原料，替代传统的石化塑料，用来制造注塑产品、塑料薄膜和覆膜纸。目前，以玉米为原料生产的主要产品是发酵酒精、淀粉和淀粉糖，占玉米深加工业消耗玉米总量的95％。在发酵酒精中又以燃料乙醇为主，约占80％上下。淀粉糖中又以葡萄糖为主，约占70％左右。此外，还生产玉米油、淀粉塑料、柠檬酸、乳酸、赖氨酸和山梨酸等。

其五，由传统工艺技术转向现代新型工艺技术。美国在发展玉米精深加工业中不断进行科技创新，特别是节能、节水、节约原料和提高产品质量、提高效率和效益、降低成本费用和减轻环境污染的技术工艺。包括：（1）乳酸和琥珀酸等有机酸采用膜分离与细菌连续发酵生物反应器耦合技术和双极膜电渗析分离技术，赖氨酸生产采用连续离交法进行分离提纯等。（2）采用快脱纤维法和快脱胚芽法。采用这两种新方法，主要创新点在于把湿磨系统的某些优点融人干磨工艺中，其优点包括：提高了加工效率；提升了饲料副产品的价值；此外，经过改造的研磨技术有效提高了发酵罐的实际产量。提高产量的原因是，由于已经去除了胚芽和纤维，在反应器里腾出了空间可以容纳更多的淀粉。（3）开发高浓度（VHG）发酵法。所谓高浓度是指固定物含量高于30％的比重。采用这种新发酵法的技术要求是，通过加入酶制剂（例如蛋白酶、淀粉酶等）或通过双重磨碎实现浆液具有高糖浓度、低粘度。高浓度发酵法的优点是：在理想发酵条件下可产生20-30％的乙醇；用水量比常规发酵法减少；需要冷却的发酵物料和蒸馏物料量较少，因而降低了能源成本。（4）减少能源消耗新加工技术。经过长期的试验与研究，成功地利用“冷糖化”技术实现了无需用蒸汽对

淀粉进行液化就可以从淀粉中用酶法释放出葡萄糖。2004年，开发出用淀粉直接转化成乙醇的、可广泛应用于现代干磨乙醇发酵设施中。无蒸煮冷加工技术的关键是开发高活性和高效益的转化酶。不言而喻，这种冷加工技术的优越性在于提高了转化效益和乙醇出率：减少了电、水和废物处理的成本；降低了资金和有关维护费用；提高了副产品饲料中的蛋白质含量和品质。然而，这项加工技术也存在一定的问题。一是加工过程中需要的高耗酶量及其高成本；二是，因为不用巴氏灭菌法，所以便会增加微生物染菌的机会和相应造成较大损失。尽管冷水解技术存在这些不利因素，但是至今仍然得到广泛应用，因为它对提高乙醇工业生产率和利润率产生了有利的巨大影响作用。（5）玉米醇溶蛋白萃取法。从玉米干磨和湿磨中获取的玉米醇溶蛋白，是一种可生物降解树脂，在食品与化妆品领域极有应用价值。但是，采用从玉米中回收和提纯玉米醇溶蛋白的方法代价极高。现在开发一种玉米油和玉米蛋白萃取新工艺，从研磨碎的玉米或加工副产物中廉价萃取玉米醇溶蛋白，应用于塑料和膜包装工业，既降低成本，又提高附加值。

其六，采取有利于玉米资源深度开发利用的财政金融政策。美国联邦政府和州政府对于玉米深加工业始终采取积极的支持政策。可以说，美国玉米深加工业持续发展的一个重要原因是采取了财政补贴、金融扶持、税收优惠的结果。1、关于玉米财政补贴。在不同的州有不同的补贴方式。目前主要有两种形式：一种是政府直接补贴给加工企业，如明尼苏达州政府对加工厂按酒精生产量提供补贴，每加仑（1加仑=3．78升）酒精补贴20美分。另一种是政府在农业政策中对种植玉米的农户提供直接补贴。采取这种补贴措施取决于玉米的市场价格和销售量。当玉米市场价格低于1．8美元／蒲式耳时，政府就启动补贴措施。农户的玉米出售量越大，自然得到的补贴款越多。政府对种植玉米的农民提供补贴后，降低了企业收购玉米的价格，相应降低了玉米加工企业的成本，有利于玉米加工业的发展。2、关于玉米金融扶持。美国对玉米资源开发提供金融扶持的金融机构主要包括两种：一种是商业银行。目前，相当多玉米加工企业建厂资金的50％是从商业银行得到的贷款，政府给予一定扶持。另一种是农业合作发展服务机构。当地政府对农业合作社提供无息贷款，最高可达50万美元。

还要说明的是，美国对于玉米资源深度开发的关键科学技术的研究提供支持。联邦和州政府设立基金，资助院校、科研机构开展玉米用于加工再生能源的研究项目。3、关于税收优惠。美国部分州市对燃料乙醇提供税收优惠。例如，明尼苏达州和夏威夷等地都制定和实施关于汽油强制性添加酒精的方案，即在汽油燃油中添加10％的燃料乙醇。政府对汽油中所添加的10％的乙醇给予免税5l％的税收优惠。采取此项税收优惠政策，获一举多得效果：一是直接有利于保护大气环境，减轻污染；二是扩大了乙醇加工企业产品的销售量，提供了市场保证；三是扩大了玉米的工业需求量，有利于农民扩大生产和增收。总之，美国对燃料乙醇的税收优惠政策产生了多方面的社会经济效益。

其七，注重玉米燃料乙醇加工企业的现代化管理和社会化服务。美国玉米深加工企业都很注重经营管理现代化和服务社会化。迄今，二者都达到很高的水平，具有以下两方面显著特点：一是，以现代化管理增强企业优势，提高产品竞争力。美国玉米深加工企业一般规模大，技术水平高，加工品种多。但是，美国玉米加工企业不满足于现有水平，而是不断加强现代化管理，注重上规模和加强技术力量，更注重开发玉米系列产品，提高产品质量，降低生产成本，从而有效提升企业产品的竞争力。此外，美国玉米深加工企业管理理念新、层次高。企业在注重内部经营管理的同时，更注重从企业外部环境条件出发进行战略管理，选择新的发展战略，从低层次的价格竞争转向高层次的开辟新市场的竞争，从产品管理转向资本运营管理。二是，以社会化服务提高玉米生产者和加工者的组织化程度。作为现代服务形式的社会化服务，是提高玉米生产者、经销商和加工者组织化程度的必要条件。为此，美国成立了“三会”，即：玉米生产者协会；玉米储藏与加工协会；玉米精深加工协会。这三个协会之间长期保持稳定的协作关系，提供信息、市场、咨询、交流等多项服务。以美国玉米精深加工协会（CRA）为例，其成员大都是采用湿法工艺、用玉米做原料生

产淀粉、高果糖浆或其他淀粉产品的加工企业。该协会及时向协会会员提供有关国内外玉米产销、加工信息，并进行发展趋势预测。该协会每年还发布《美国玉米年报》。这些对全美玉米生产、销售和加工都发挥了积极引导作用。

二、美国玉米深加工业的发展新趋势对中国的借鉴

美国玉米资源深度开发利用的新趋势和经验为中国提供了宝贵的借鉴。

如述，美国是世界上玉米生产量、消耗量、出口量和玉米加工的数量、产品品种及人均消费量等均占世界第一位。美国玉米加工业已有150多年的历史。早在1848年，美国已建立了最早的玉米加工厂，叫托玛斯？金？福尔（ThomasKingsFore），当时只有70个雇员。30余年后，这座厂发展成为美国最大的玉米加工厂。第一次、第二次世界大战为美国玉米加工业的发展提供了机遇。特别是二战前的数十年间，美国玉米加工业技术取得了新突破：玉米资源开始转向综合利用，像玉米胚芽油已进入市场；玉米淀粉变性生产一系列衍生物，广泛用于食品行业：发明了酸法和淀粉酶法相结合的专利技术生产玉米糖浆。到20世纪40年代，美国玉米加工业进入发展新阶段：在技术进步方面，玉米加工过程实现了自动化；在玉米利用方面，进一步实现了综合化；在产品开发方面，生产出更多种类的变性淀粉。20世纪60年代以后，美国在玉米加工业中实现了从淀粉到生物技术产品的转化，包括玉米高果糖浆实现了工业化生产，以葡萄糖为原料生产有机酸、醇等化工原料。21世纪以来，为应对石油危机，美国大力开发石油替代品玉米燃料乙醇。可以说，美国是当今世界上玉米资源最丰富、玉米开发利用技术最先进的国家，向世界提供了有益的借鉴。

一是以更新观念为先导。在美国玉米产业领域，传统的、单一化开发利用玉米资源的观念早已被摒弃，代之而起的是把玉米浅层次、单纯用作饲料的单一价值属性，转变为系列化，、深度化利用玉米的价值属性。从后一种新观念出发，玉米从一个传统产品概念提升为现代资源理念，玉米不仅具有饲用、食用的价值属性，而且具有能源价值属性和精细化工价值属性。观念的深刻更新，成为发展玉米精深加工业的先导。美国目前对玉米消费的多样性充分展示出玉米资源的系列化价值链。近年来，美国玉米消费结构大体如下：饲料工业消耗玉米59％左右；出口玉米占20％上下；深加工业消耗玉米18％以上。在深加工业中，主要包括酒精工业、淀粉工业、高果糖浆及其甜味剂等。当然，美国的玉米消费结构在不断变化中。在2005年，美国玉米产量的14．56％用于生产酒精，到2006年，这一比重上升到20％上下。这主要是玉米燃料乙醇迅猛发展所致。借鉴美国对玉米资源开发利用的理念，中国应该彻底更新观念，转变对玉米资源粗放的、单一的利用，对玉米资源进行精深开发利用，充分挖掘利用其多种价值属性。换言之，要以先进技术工艺合理开发利用玉米的多种成分，生产加工出具有多种使用价值的产品，从而大大提高玉米资源的附加值。

二是以开发粮食替代品为方向。所谓粮食替代品主要包括两类：一类是木质纤维素生物质：另一类是替代“淀粉”。美国政府计划进一步扩大燃料乙醇产量，预计到2010年国内燃料乙醇耗用量达到1800万吨，到2020年增加到3000万吨。为此，生产商积极开发成本更低廉的原料，像开发来源充足、可以再生的木质纤维素生物质。在美国，除大力开发玉米纤维之外，还积极研究开发玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆等。但是迄今美国对开发利用木质纤维素生物质生产燃料乙醇，基本上还处于研究阶段，尚没有进入商业化生产。其关键取决于相关科学技术能否取得突破，提高秸秆的乙醇产率和降低成本。鉴于此，目前中国对于开发利用秸秆等木质纤维素生物质生产燃料乙醇，也只能从科学研究和技术突破开始，不可盲目建设利用秸秆等木质纤维素生物质生产燃料乙醇的工厂。另一类是开发利用粮食替代淀粉，像木薯淀粉、甘薯淀粉、大麦淀粉、黑麦淀粉和高粱淀粉等。开发纤维素生物质和替代淀粉生产燃料乙醇的趋势，对于中国具有极大的借鉴和效法意义。中国人口众多、人均耕地不及世界平均水平的1／4，水源短缺，粮食需求量巨大，只能够适度地用粮食生产燃料乙醇，更应该和必须开发利用粮食替代品。然而，如前所述，开发利用纤维素生物质

尚处在研究阶段，其前途取决于相关科技能否取得突破，中国目前应该迈出第一步，下大力开展科学研究。与此相对照，开发利用粮食替代淀粉更具有可行性和现实性。这主要是指“三薯淀粉”，即木薯淀粉、甘薯淀粉和马铃薯淀粉，以及高梁淀粉等。这几种替代淀粉资源相当丰富，其加工工艺与玉米淀粉无多大差异，但成本比玉米低廉，且基本不与人争粮，也不与粮争地。鉴于此，中国大力开发利用“三薯”（木薯、甘薯、马铃薯和甜高梁等）生产燃料乙醇是正确的发展方向。

三、是以科技自主创新为动力。

美国发展燃料乙醇的历程，始终是以科技创新为开拓的牵引力和发展的推动力。在美国发展燃料乙醇工业的早期，大都采用全粒法（干法）阶梯式连续发酵。在1995年全国44个燃料乙醇生产中有33个企业采用干法工艺，只有11个企业采用湿法工艺。而现在越来越多地采用后一种新工艺，以科技创新开发资源更丰富、成本更低廉的生产原料；以科技创新开发节能、节水、提高产率的加工技术工艺；以科技创新开发更多新产品和提高产品质量；以科技创新把玉米加工副产物进行无害化处理和资源化利用，开辟“环境友好型”可持续发展的广阔道路。

最新成功的一个实例就是，通过科技创新发明了冷淀粉水解工艺÷大大降低了能耗和成本。可以说，美国的玉米精深加工业，特别是燃料乙醇工业每前进一步都显示出科技创新的强大威力。这给中国提供了一条重要经验。目前，中国特别需要针对发展农业生物质能源中的最关键的问题，加强科技自主创新，转变玉米资源的开发利用方式，即：由粗放型转变为集约型；由高能耗转变为低能耗；由重污染转变为轻污染和不污染；由低效益转变为高效益；由不可持续发展转变为可持续发展。

四、是以强化组织领导和国家能源法规为保障。

美国玉米燃料乙醇工业发展是建立在玉米乙醇价值优势不断增长的基础之上。包括：减少石油进口，减少与汽车尾气相关的二氧化碳排放量，以及建立一个稳定的玉米市场。如前述，为了保证燃料乙醇工业像人们期待的那样，能够持续稳定发展，到2012年，燃料乙醇产量顺利达到预计的50亿加仑（190亿升）或者更多的产量，美国制定了（国家能源法》。相关生产者和经营者期望将燃料乙醇纳入能源法中，允许生产企业赊购赊销乙醇。另外，联邦和州政府采取积极推动燃料乙醇工业政策措施，实行支持乙醇生产的税收政策。联邦政府直接对乙醇汽油经销商实行税收减让政策，其形式有两种：一种是对生产企业和经销商生产经营的添加10％乙醇的混合燃料每加仑免征5．1美分的营业税；另一种是汽油生产商可以对添加10％乙醇的汽油要求抵免5．1美分的所得税。至于各州政府的优惠政策，主要是直接对中小生产企业（多数是农场主经营）实行激励政策。有的州为新建乙醇生产企业提供现金支持，．帮助支付基建费用。对消费者使用乙醇混合燃料每加仑免征几美分的税收，对销售可替代燃料的加油站提供补助等。更重要的是，有的州通过立法规定小汽车使用燃料乙醇的数量，制定了再生燃料的标准。

能源是关系国民经济持续发展、人民生活幸福美满的基础性战略物资，中国是一个能源短缺的国家，2006年进口石油量已超过1亿吨，开辟生物质能源具有重大战略意义。为高速、稳定、持续振兴起生物质能源产业，需要采取两项重大措施：一是加强组织领导，建立国家能源部，作为国务院职能部门统管全国能源。二是尽快制定一部《国家能源基本法》。然而，中国至今还未制定和颁布出能源法，至于燃料乙醇更是无法可依。致使目前国内能源市场比较混乱。诸如事故频发，损失惨重；乱上项目，盲目发展等。要通过制定和实施《国家能源基本法》，确立能源在国民经济中的战略地位，确立能源开发的基本原则和制度，确立节约能源的基本措施，确立发展再生能源的方针政策等。通过这部基本法，为国民正确认识能源、检讨传统生活方式、采用科学生活方式，从而为节约能源提供武器，同时为稳定、持续发展燃料乙醇工业提供法律保障。