木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(上)-甘蔗糖业

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1、甘蔗糖业2008年第5期SugarcaneandCanesugar2008年10月木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(上)112陈秀萍谢文化梁磊（1广州甘蔗糖业研究所广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广州510316；2华南理工大学生物科学与工程学院，广州510640）摘要纤维素生物转化燃料乙醇对解决当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义，已成为当前研究的热点。本文综述了国内外利用纤维素原料发酵生产酒精技术的研究概况。从纤维素原料的预处理方法、发酵工艺研究、菌种的合理运用与改造等方面分别作了介绍

2、。制约燃料乙醇发展的因素主要是成本问题，本文提出，以生物炼制的要求开展纤维素的研究与开发利用，降低工业化生产的成本。关键词燃料乙醇；木质纤维素；预处理；发酵工艺；菌种改造；生物炼制0前言1纤维素的预处理纤维素是自然界分布最广、产量最多、价格预处理的目的是改变天然纤维素的结构，破低廉，而又未得到充分利用的可再生资源。据估坏纤维素—木质素—半纤维素之间的连接，降低计每年全球通过生物合成可再生性纤维素1000纤维素的结晶度，脱去木质素，增加原料的疏松亿t，除少量用于造纸、建筑、纺织等行业或用性以增加纤维素酶系与纤维素的有

3、效接触，从而[2]作粗饲料、薪柴外，大部分未被有效利用而白白提高酶效率。预处理必须满足以下要求：①促[1]烂掉或烧掉，有些还造成环境污染(例如焚烧)。进糖的形成，或提高后续酶水解形成糖的能力；甘蔗糖厂压榨蔗汁剩余的蔗渣除水分和少量无机②避免糖的降解或损失；③避免形成副产物阻碍物外，绝大部分是有机成分，半纤维素、纤维素、后续水解和发酵过程；④节约成本。目前木质生木质素，这三种成分占90％以上，故属纤维原料。物资源的预处理方法有多种，应用研究较多的是目前蔗渣在糖厂只作燃料、造纸或人造板原料，化学法、物化法、生物法以及上

4、述方法的综合。且用作造纸和人造板已渐被淘汰，作为燃料则糖1.1化学法厂有剩余，通过生物技术将这些纤维废弃物转化1.1.1酸水解为能源用作汽油代替品是今后发展方向。因此，酸水解法分为浓酸水解和稀酸水解。高浓酸，纤维素生物转化燃料乙醇对当前世界能源危机、比如硫酸和盐酸可用来处理木质纤维原料，但是粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义，以废强酸有毒、具有腐蚀性，需要耐酸反应器；另外，[3]纤维为原料生产乙醇的研究近年来日益受到重强酸预处理后必须回收，增加了生产成本。稀视。酸水解已经成功地用于木质纤维原料预处理。稀理想的方法

5、是先对生物原料进行预处理，继酸预处理方法主要有两种：一是低固体载荷（底而用酶将预处理后的原料水解成可通过发酵转化物重量/反应混合物重量5％～10％）、高温（＞为酒精的糖类。预处理研究的焦点在于减少过程160℃）、持续流动；二是高固体载荷（10％～40[4]的生物转化时间，降低纤维素酶用量以及提高酒％）、低温（＜160℃），间歇流动。尽管稀酸预精产量。处理可以高效地促进纤维素水解，但是其成本比-30-陈秀萍等：木质纤维素转化燃料乙醇研究现状与前景(上)物理化学法比如蒸汽爆破法或AFEX法要高，而素后的浆料，更适合制高

6、质量纸或更有利于水解且预处理后必须将pH值调到中性以便于后续酶变糖。巴西Dedini，copersugars(联产糖－乙法水解或发酵。江南大学生物工程系实验室实验醇工厂)合作并出资研究Dedini快速水解法3研究了酸两步水解法，即玉米芯先浓酸后稀酸水（DHR）方法，已建成5m/d蔗渣快速水解中试[5]解得糖率81％，石灰中和后接种酵母发酵乙醇。工厂:工艺以乙醇－水的混合物作为溶剂，加稀硫1.1.2碱水解酸0.1％～0.25％作反应催化剂，在170～185℃，2碱水解的机理是基于连接木聚糖半纤维素和20～25kg/c

7、m的条件下在水解锅煮10～12min其它组分内部分子之间（比如木质素和其他半纤后，总还原糖转化率为59％，水解液含糖80g/L维素之间）酯键的皂化作用。连接键的脱除增加（水解锅能力为20kg/h粗蔗渣），再用酵母转化了木质纤维原料的多孔性。NaOH稀液处理引起木为乙醇，乙醇连续发酵罐为10Ｌ。中试产率1t3质纤维原料润胀，结果导致内部表面积增加，聚50％水分蔗渣产乙醇约100Ｌ,成本427.4美元/m合度降低，结晶度下降，木素和碳水化合物之间乙醇。[6]化学键断裂，木质素结构受到破坏。Chosdu等1.2物理化学法

8、采用光照和2％NaOH溶液相结合的方法对玉米1.2.1蒸汽爆破法杆等原料进行预处理，发现未经预处理的玉米杆蒸汽爆裂法是用高压饱和蒸汽处理生物质原葡萄糖得率为20％，而电子束照射和2％NaOH溶料，然后突然减压，使原料爆裂降解。以蒸汽爆液处理后得率为43％。氨也被用来脱除木质素，破法预处理木质纤维原料的尝试始于上世纪80[7][8]Lyer等阐述了氨回收过滤法