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1、Nov.2007现代化工第27卷增刊(2)·78·ModernChemicalIndustry2007年11月木糖发酵生产酒精的研究进展1,2221黄 薇,程可可,张建安,张富春(1.新疆大学生命科学与技术学院,新疆乌鲁木齐830046;2.清华大学核能与新能源技术研究院绿色化学与技术研究室,北京100084)摘要:木糖发酵是决定植物纤维资源生产酒精经济可行的关键之一。综述了发酵木糖生产酒精的研究背景、国内外研究进展以及发酵条件对木糖发酵酒精的影响,展望了木糖发酵在纤维乙醇工业中的前景。关键词:木糖;酒精;发酵中图分类号:S216文献标识码:A文章编号:0253-4320
2、(2007)S2-0078-04Researchprogressinproductionofethanolfromxylosebyfermentation1,2221HUANGWei,CHENGKe2ke,ZHANGJian2an,ZHANGFu2chun(1.CollegeofLifeScienceandTechnology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.GreenChemistryandTechnologyDivision,InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology,Tsinghu
3、aUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Xylosefermentationisoneofthekeyfactorsinthecostofethanolproductionwithlignocellulloseasfeedstock.Thebackground,advancesathomeandaboard,andthecultureparametersofethanolproductionbyxylosefermentation,anditsprospectinlignocellulloseethanolindustryarer
4、eviewed.Keywords:xylose;ethanol;fermentation 世界上有各种形式的生物质资源可用于乙醇发1 木糖发酵代谢途径酵,按传统方法主要分为3类:糖、淀粉和纤维素物质。糖可以被直接转变成乙醇;淀粉必须首先经酶传统上用于酒精发酵生产的微生物如酿酒酵母的作用水解成可发酵的糖;纤维素也必须首先转变和运动发酵单孢菌(Zymmonasmobilis)虽然能够很好成糖,一般是通过矿物酸的作用。一旦形成单糖,微地利用六碳糖(葡萄糖),但均不能代谢五碳糖,这就[1-2]生物就可以把它们发酵生成乙醇。在这3种主意味着半纤维素不能被有效地利用。直到20世纪要
5、的天然原料中,纤维素物质是全球最丰富的生物末,科学家发现一些微生物可以代谢木糖生成乙醇,质资源,且未被充分利用。因此,纤维素类酒精发酵主要的木糖代谢微生物是细菌,其次为酵母菌和丝的研究逐渐得到重视并取得了一定进展。美国、日状真菌。本、加拿大、瑞典等发达国家早就对用生物质纤维作酵母木糖代谢的途径比葡萄糖代谢的途径复杂为原料生产燃料乙醇引起了高度重视,并投入了大得多,在代谢过程中部分木糖转化为其他副产物。量人力和财力。我国政府也己将此列入国家发展木糖的异构化是微生物木糖代谢的最初生化反应。计划。在酵母菌中,需经过2步氧化还原反应将木糖转化木质纤维素原料由纤维素、半纤维素和木质
6、素为木酮糖:首先在依赖于NAD(P)H的木糖还原酶三大部分组成。半纤维素作为分子黏合剂结合在纤(XR,EC11111121)的作用下将木糖转化为木糖醇;+维素和木质素之间,利用酸解或酶解的方法将木质然后依赖于NAD的木糖醇脱氢(XDH,EC1111119)纤维素转化为还原性糖,会产生大量的五碳糖(D-的作用将木糖醇转化为木酮糖。木酮糖经木酮糖激木糖和L-阿拉伯糖)和六碳糖(葡萄糖、半乳糖和酶(EC21711117)作用磷酸化后进入磷酸戊糖循环甘露糖),其中六碳糖约占2/3,五碳糖约占1/3。而(PPP途径),经过一系列的生物化学反应生成乙醇。[3]在半纤维素的水解产物中,
7、D-木糖约占90%。酵母的戊糖发酵是在兼性厌氧条件下进行,其总反[5]因此,木糖发酵是决定植物纤维资源生产酒精经济应式为:可行的关键之一[4]。3C5H10O55C2H5OH+5CO2(1) 因此,酵母木糖代谢产生酒精的理论得率为收稿日期:2007-09-22作者简介:黄薇(1983-),女,硕士生;张建安(1964-),男,博士,副教授,研究方向为生物化工和生物能源,010-89796086,zhangja@tsinghua.edu.cn。2007年11月黄薇等:木糖发酵生产酒精的研究进展·79·[6]0146g/g,低于
