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1、技术论坛中国高新技术企业纤维原料生产燃料乙醇的研究进展文/刘超超李海亮【摘要】纤维素将成为生产燃料乙醇的主要原料。随着生产工艺的不断研究,纤维素生产燃料乙醇的预处理、糖化、发酵以及废料的回收利用工艺都在不断的革新。人们在寻求降低纤维原料生产燃料乙醇成本的方法,以尽快实现纤维原料生产的工业化。【关键词】纤维原料预处理糖化发酵燃料乙醇作为一种生产工艺成熟、原料来源广泛的替代能源越糖,最后由GL将纤维二糖水解为葡萄糖。此方法酶的消耗量大,糖化时间长,造成成本居高不下[4]。来越受到人们的关注。生产燃料乙醇的原料主要有三大类:粮食类作物、经济
2、类作物和木质纤维素。目前,粮食类作物的生产工艺最为2.3生物糖化成熟,美国就是主要以粮食作为生产燃料乙醇的主要原料的,但这生物糖化是将预处理后的纤维素利用微生物分泌的水解酶直接种方法生产必然要消耗大量粮食。据2003年相关统计,全球乙醇总糖化,相当于用微生物代替酶。这种方法可以避免使用大量的酶,有产量61%是以甘蔗和甜莱为生产原料,燃料乙醇生产大国巴西就是效的降低生产成本,但也存在较多的问题,例如微生物的选育问题,以甘蔗为主要原料,而欧盟则是以甜菜为主要原料。地球上每年大水解过程中杂菌的控制问题等,这些都会使生产过程复杂化,因此约形成
3、1000亿吨植物有机物,是自然界分布最广、含量最多、价格这种方法目前还无法实现工业化。低廉,而又未得到充分利用的可再生资源之一,利用价廉而来源广3.菌种的选育方法泛的纤维原料生产燃料乙醇将对解决能源危机起到重要作用。美国乙醇发酵的菌种主要是酵母菌和细菌,细菌研究的较多的是运可再生燃油协会指出,美国科学家正在接近于发明将纤维素材料加动发酵单胞菌。目前菌种的选育方法除了从自然界中筛选外,主要工成乙醇有效办法,但这种办法进行大规模商业生产可能要在5-6是通过基因工程的手段构建基因工程菌。主要是构建酵母工程菌和年之后才能实现[7]。细菌工程菌
4、。实验证明将木酮糖激酶基因XKS1克隆到已含有1.纤维原料的预处理工艺XYL1和XYL2基因的酿酒酵母转化子中,构建新的酿酒酵母,乙醇目前纤维素的预处理工艺主要有物理法、化学法、物理化学结的产率明显提高。这种酿酒酵母既可以单独利用木糖和葡萄糖,也合法和生物法四大类。能实现两种糖的共同利用。此外,细菌和真菌的纤维素酶基因已成物理法主要包括机械粉碎、高温分解、微波或超声波、液相热水功的引入酿酒酵母中,并成功的表达;将木糖异构酶、木酮糖激酶、预处理等。化学法是目前研究的最多的方法,主要有酸处理、碱处转酮酶和转醛酶催化的木糖代谢途径,引入运动
5、发酵单胞菌,成功理、有机溶剂处理、氧化处理等。物理化学法则主要有蒸汽爆裂、氨发酵木糖生成乙醇。将质粒pZB5转化至运动发酵单胞菌菌种ZM4纤维爆裂、CO2爆裂等。其中CO2爆破、臭氧处理、有机溶剂处理、氧(ATCC31821)中,得到了重组菌ZM4(pZB5),可发酵木糖和葡萄糖的化处理等方法,很少被应用,报道不多。混合糖。生物法是新兴的预处理方法,常用于降解木质素的真菌是木腐此外,日本开发的项目使用新型育种技术—“细胞表层显示技术”,可以培育出具有这些功能的新型高效乙醇发酵微生物[5]。菌,通常是白腐菌、褐腐菌和软腐菌。其中,软腐菌
6、的木质素分解能力很低,褐腐菌只能改变木质素的性质而不能分解木质素,只有白4.发酵工艺腐菌分解木质素的能力较强。目前国际上研究最多并表现出有效降目前纤维素的发酵工艺主要有先糖化后发酵(SHF)、边糖化边解能力的白腐真菌是黄孢原毛平革菌。白腐菌处理法作用条件温发酵(SSF和SSCF)、生料发酵、固定化发酵、混合菌种发酵、非等温同和,能耗低,具有独特的优势。但处理时间长,生产周期长,距实现工步糖化发酵法(NSSF)、高浓度发酵、液化糖化连续发酵工艺、联合生物加工工艺(CBP)等[8]。以下主要介绍几种方法,其余方法研究较,早业化生产还有一定
7、距离。因此,用基因工程对白腐菌进行改良,筛选不含纤维素酶、半纤维素酶的木质素降解菌,将有助于拓展生物预多都报道。处理的应用[1]。4.1混合菌种发酵2.糖化工艺混合菌种发酵法是利用多碳源发酵乙醇的菌株发酵葡萄糖、木2.1酸法糖化糖、阿拉伯糖等单糖和寡糖的混合物。不过,碳源利用率低,乙醇产酸法糖化可分为稀酸法和浓酸法。稀酸法时纤维素上的氧原子率低,工艺及设备满足代谢上有困难,可采用气升柱发酵木糖和溢和溶液中的氢离子相结合,变得不稳定,易和水反应,长链即在此处流柱发酵葡萄糖的串联发酵工艺。断裂,从而实现纤维素长链的连续解聚,分解为葡萄糖。
8、通常分为两4.2液化糖化连续发酵工业个步骤:第一步用较低温度分解半纤维素为木糖;第二步用较高温目前连续法日本采取细胞表层显示、凝集性酵母技术的无蒸度分解纤维素为葡萄糖。在较低温度下纤维素可完全溶解在硫酸煮、长期连续发酵法
