生物法脱除木质纤维素水解液中抑制因子的最新研究进展

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1、中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３３（５）：１２０１２４殏檪檪檪檪檪檪檪檪殏檪檪综述檪檪殏檪檪檪檪檪檪檪檪殏生物法脱除木质纤维素水解液中抑制因子的最新研究进展张东旭（江南大学工业生物技术教育部重点实验室无锡２１４１２２）摘要实现从木质纤维素原料到燃料和高附加值化学品的生物转化，预处理是一个非常重要的步骤。酸解或蒸汽爆破等热化学预处理过程会在水解液中生成或释放有机酸类、糠醛类和酚类化合物等抑制因子。这些抑制因子对发酵微生物具有毒性，会显著降低发酵产品的产率和生产强度。生物法去除木质纤维素水解液中的抑制因子具有操作简便以及不产生废水、废物等优点。生物脱毒法可分

2、为两类：一类是通过向木质纤维素水解液中添加微生物或酶制剂，在发酵前去除抑制因子；另一类方法是通过遗传改造或适应性进化提高发酵菌株对抑制因子的生物降解能力，从而提高木质纤维素水解液的发酵性能。将着重以乙醇生产为例，介绍如何通过生物脱毒的方法提高木质纤维素水解液发酵的得率和生产强度。关键词木质纤维素水解液生物脱毒抑制因子乙醇中图分类号Ｑ５３３．４木质纤维素中所含的碳水化合物是一些聚合物，纤维素水解液中添加微生物或酶制剂，在发酵前去除如纤维素和半纤维素以及木质素等，因此木质纤维素抑制因子；（２）通过遗传改造或适应性进化使发酵菌株很难被水解（糖化）。把木质纤维素生物质转化为乙醇产生生物降解能力，从而在

3、发酵的同时去除抑制因子，一般需要四个步骤：热化学预处理、纤维素酶解、微生提高木质纤维素水解液的发酵性能。物发酵和蒸馏。预处理需要在苛刻的条件下完成，才１外源添加微生物进行脱毒能破坏高度聚合的木质素、纤维素和半纤维素的结构，使得接下来的纤维素酶水解成为可能。酸解或蒸汽爆能够通过外源添加对木质纤维素水解液中抑制因［２４］破等热化学预处理过程的高温、高压、低ｐＨ等条件会子进行脱毒的微生物包括：真菌、酵母和细菌等。使水解液中生成或释放有机酸类、呋喃类和酚类化合真菌用于木质纤维素水解液脱毒的报道较多，脱毒效［５］物等抑制因子，这些抑制因子对发酵微生物具有毒果较好，但会消耗较多的糖。Ｐａｌｍｑｖｉｓ

4、ｔ等发现丝状［１］性。去除抑制因子的方法有很多，如活性炭吸附、离的白腐真菌Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉ能够降解柳树半纤维素子交换、氢氧化钙过中和等。但这些方法往往成本较水解液中的呋喃类物质、乙酸、苯甲酸衍生物等抑制因高，且处理过程中产生大量的废水或固体废物。生物子，使乙醇生产强度和产率分别提高３倍和４倍。但此法对木质纤维素水解液的脱毒过程，不产生或极少产真菌的生长速度较慢，并且会利用水解液中的糖。［６］生废水和废物，且具有条件温和、专一性强等优点。木Ｌａｒｓｓｏｎ等发现，与离子交换、超施石灰和漆酶处理相质纤维素水解液生物脱毒的途径包括：（１）通过向木质比，Ｔ．ｒｅｅｓｅｉ对云杉的稀酸水解

5、液的脱毒效果最好，但这一微生物消耗的可发酵糖也较多（３５％）。Ｌóｐｅｚ收稿日期：２０１２０６１１修回日期：２０１３０３０８［７］电子信箱：ｚｈａｎｇｄｏｎｇｘｕ＠ｊｉａｎｇｎａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ等分离到一种真菌Ｃｏｎｉｏｃｈａｅｔａ．ｌｉｇｎｉａｒｉａＣ８２０１３，３３（５）张东旭：生物法脱除木质纤维素水解液中抑制因子的最新研究进展１２１［１４］（ＮＲＲＬ３０６１６）能够去除玉米秸秆水解液中的糠醛和质发生聚合反应。漆酶（ｌａｃｃａｓｅｓ，ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｏｌ：［８］ＨＭＦ。Ｎｉｃｈｏｌｓ等发现Ｃ．ｌｉｇｎｉａｒｉａ能够代谢玉米秸ｏｘｙｇｅｎｏｘｉｒｅｄｕｃｔａｓｅｓＥＣ１．１０．３

6、．２）是一种多功能酶，能［１５］秆水解液中的糠醛、ＨＭＦ、芳香酸、脂肪酸以及醛类化氧化酚类物质和芳香胺，同时还原分子氧成水。［６］合物等。Ｌａｒｓｓｏｎ等用来源于Ｔ．ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ的酚过氧化物酶和很多酵母也能够去除木质纤维素水解液中的抑制漆酶，对云杉稀酸水解液进行酶处理，发现漆酶处理能因子。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等报道了用Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ突变株从硬够使酚类单体和酚酸彻底降解，这是已有报道中酚类［１６］木亚硫酸盐制浆废液中成功的选择性去除乙酸。利用物质降解效率最高的。Ｃｈａｎｄｅｌ等利用漆酶对甘蔗脱除乙酸的水解液，几种Ｄ木糖利用酵母可发酵利用渣水解液进行脱毒，酚类化合物的去除率达７７

7、．５％，促［９］大部分的糖，２４小时内达到乙醇理论得率的７３％。进了ＣａｎｄｉｄａｓｈｅｈａｔａｅＮＣＩＭ３０５１的乙醇发酵。漆酶处最近，Ｈｏｕｒｕｉ等报道了用最新分离到的酵母理后的乙醇得率可以达到离子交换和活性炭吸附处理Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａｏｃｃｉｄｅｎｔａｌｉｓ（Ｌｊ３，ＣＣＴＣＣＭ２００６０９７）和Ｉｒｉｓ相同的效果，且造成的总糖浓度减少最少。Ｍａｒｔｉｎ［１７］ｏｒｉｅｎａｌｉｓ（