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1、增刊22007年第29卷增刊2中国麻业科学PLANTFIBERSCIENCESINCHINA415文章编号:1673-7636(2007)增刊2-0415-05茎纤维生物提取和发酵燃料乙醇技术研究进展彭源德(中国农业科学院麻类研究所,湖南长沙410205)摘要:利用微生物及其酶技术,提取茎纤维和发酵燃料乙醇是解决环境污染严重与能源短缺的有效途径之一。本文通过对茎纤维生物提取和发酵燃料乙醇的国内外研究现状和最新进展进行综述,针对茎纤维生物提取和发酵燃料乙醇研究的问题,提出了积极引进国外先进技术;建立规范化的生物脱胶示范工厂,开展生物脱胶精干麻的梳纺工艺技术研究和低木
2、质素和高纤维素能源品种的选育及其高效生产技术研究等建议。关键词:茎纤维;生物提取;发酵;燃料乙醇中图分类号:S188文献标志码:B随着全球经济的高速发展,作为经济引擎的石油能源,正在加速走向枯竭。统计结果表明:按照目前已探明的世界石油储量和开采速度,全球石油的平稳供应只能维持40年左右,能源危机已经成为摆在我们面前的重大难题。发展可再生能源,特别是生物能源是解决能源危机的重要出路。燃料乙醇由于其成熟的生产应用技术和丰富的原料来源成为世界各国首选的石油替代品,目前国内外燃料乙醇的生产原料主要包括三大类:第一大类是含糖类,包括甘蔗、甜菜和甜高粱等;第二大类是含淀粉类,
3、包括谷物、薯类等;第三大类是纤维素类,包括秸杆、薪柴、农业废弃物、有机生活垃圾等。以淀粉类和含糖类为原料生产燃料乙醇,虽然工艺技术基本成熟,但存在粮食安全问题,现已叫停。为此,全世界都将燃料乙醇的原料集中在产量大、来源广的纤维质上。茎纤维质生产燃料乙醇包括纤维提取(预处理)、糖化和乙醇发酵等主要工序。现有的茎纤维提取的传统方法(天然水沤制法或以烧碱蒸煮为中心的化学方法)和酸水解糖化工艺,均存在加工成本高、纤维产量低、纤维品质差、环境污染严重等突出问题。特别是在“节能节水、降耗减排”的今天,将纤维质通过生物转化得到乙醇部分替代石油既有利于人们的身心健康和社会的可持续
4、发展,又是当前国内外研究的热点。1国内外研究现状1.1茎纤维生物提取研究为了解决茎纤维质化学提取方法存在的加工成本高、纤维产量低、纤维品质差、环境污染严重等突出问题,国内外广泛开展了利用微生物及其酶降解非纤维素提取麻类等茎纤维的研究。Fredi等筛选出一株嗜碱性细菌Amycolatasp,该菌株在苎麻脱胶过程中产生的果胶裂解酶,作用效率远远高于它所产生的木聚糖酶的作用效率。美国的Foulk-JA等开展了亚麻酶法脱胶的条件研究,亚麻原料经加压处理后,有利于脱胶酶的吸收,加快脱胶的速度。20世纪80年代,欧洲的诺维信公司(丹麦)利用酶Flaxzyme进行亚麻脱胶研究,
5、已形成了几项专利(VanSumere,1992)。VanSumere和Sharma(1991)报道Flaxzyme(含果胶酶、半纤维素酶及纤维素酶)在浓度为3g/L,酶液与茎的比例为10:1时,脱胶产生的纤维细度、强度、颜色和柔软度可与最好的水浸脱胶纤维相当。尽管Flaxzyme的脱胶效果明显,但因酶的成本较高,限制了工业化酶脱胶的发展。国内有几十多家单位开展了生物提取茎纤维微生物及酶加工技术研究。刘正初、彭源德等筛选收稿日期:2007-10-05基金项目:国家“948”项目(2006-G18-2-2);国家“十一五”支撑计划项目(2006BAD06B03);公益
6、性行业(农业)科研专项(nyhy2x07-018)作者简介:彭源德(1965-),男,研究员,从事农产品生物加工与生物能源研究。416中国麻业科学第29卷了一株高效脱胶菌株T85—260(Erwiniasp.la),该菌株可以在8h内完成苎麻脱胶,并且残胶率低,达到纺织要求。何绍江等利用亨氏厌氧技术从沤麻塘泥、麻地和菜园土采集的土样中分离得到苎麻厌氧脱胶菌。王传槐、叶汉铃等通过对现有碱性果胶酶产生菌的筛选与诱变,获得一株能使红麻快速脱胶的碱性果胶酶高产菌株Erwiniachrysanlhemi201;王立群、关凤芝等从不同地域的16个样品中,分离了5株在60h完成
7、脱胶的菌株,性能测定表明,它们均不分解纤维素,亚麻沤制后纤维外观性状优良;亚麻纤维中果胶残留量均符合要求,Ke34和Lel0两株脱胶菌尤为突出,果胶钙含量为4.43%和4.8%.折合果胶酸量为4.07%和4.4%;出麻率以Ke34和Lel0两株脱胶菌最高,分别为31.l3%和30.92%,故均为微生物脱胶的优选菌株。通过对脱胶菌株的性能检测、培养和脱胶条件、脱胶效果等进行了试验,认为接种脱胶菌进行亚麻脱胶,可缩短脱胶时间、提高长麻率及全麻率、增加纤维抗拉强度和改善纤维外观质量。彭源德、刘正初等通过广泛采集菌样、初筛、复筛和诱变育种等手段,获得了1株(编号为Ym68
8、′)亚麻快
