燃料乙醇发酵技术研究进展

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1、燃料乙醇发酵技术研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/94628.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com燃料乙醇发酵技术研究进展苏小军a，熊兴耀a，谭兴和b，刘明月a（湖南农业大学a.园艺园林学院；b.食品科学技术学院，湖南长沙410128）摘要：世界能源安全正面临挑战。清洁的可再生能源生物质燃料乙醇的发展越来越被重视。从生产原料、酶与微生物、技术和工艺等方面，概述了燃料乙醇发酵技术的研究进展，并展望了今后的研究方向。能源是经济和社会发展的基本动力。过去50年里，尽管煤、石油和天然气的应用大大推动了世界经济的发展和

2、人类社会的进步，但这些化石能源都不可再生，无法实现可持续发展。按照已探明的储备量和开采速度推算，全球石油的平稳供应只能维持将近50年，天然气不足100年，煤炭[1]不足200年。也就是说，地球上的化石能源资源在不远的将来就会被耗尽，全球能源安全正面临严峻挑战。同时，化石能源的使用对环境污染和全球气候的影响日趋严重，伴随着能源消耗的不断增加，全球环境污染物的排放量逐年加大。生物质能是以生物质为载体的能量，即蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮藏在生物质内部的能量形式。燃料乙醇是生物质能中最主要的能源之一，也称燃料酒精。它是一种清洁的可再生能源

3、，在整个生产和使用循环中，可以实现CO2的自身平衡，不增加温室气体的排放。燃料乙醇不仅可直接用作燃料，而且还可广泛应用于电力、医疗、化工等领域。作为新的替代能源，燃料乙醇的研究和应用已被许多国家摆到了重要的战略地位。燃料乙醇是以生物质为原料，通过发酵、蒸馏、脱水得以制成。近年来，由于燃料乙醇产业的形成和发展，其生产技术与工艺的研究和改进受到了高度重视，形成了一个比较成熟的体系，在能源、环保和农业等领域发挥了重要作用。1生物质原料燃料乙醇生产的生物质原料主要包括3大类。第1类是糖质原料，包括甘蔗、甜高粱等；第2类是淀粉质原料，包括薯类、谷物等；第3类是纤维类原料，包括芦苇

4、、苎麻杆、秸秆和稻壳等。糖可经微生物发酵直接转化为乙醇。淀粉和纤维素则需先水解为可发酵性糖，然后经发酵转化为乙醇。利用糖质和淀粉质原料生产燃料乙醇已有多年的历史。美国于2006年首次超越巴西成为全球最大的燃料乙醇生产国。年产量达1460万t。目前主要以玉米为原料。巴西为世界第二大燃料乙醇生产国，20世纪70年代就开始研发燃料乙醇。主要以甘蔗为原料。法国和德国是欧盟中燃料乙醇产量最多的国家。谷物、薯类和甜菜均为其生产原料。中国从20世纪末期开始由政府组织研究和开发燃料乙醇。现阶段主要以玉米和小麦为原料。为了保证国家的粮食安全和满足燃料乙醇产业进一步发展的需求，薯类、甜高粱

5、、甘蔗等替代原料正得以迅速发展。纤维类原料来源极为丰富，全球每年仅陆11[2]生植物就可产纤维素约5×10t，因此，利用纤维素生产燃料乙醇具有很大的潜力。由于纤维素类物质结构非常复杂，水解难度大，通常需经过一些预处理，如酸处理、碱处理、微波处理、蒸汽爆破处理等，才能被有效地降解为可发酵性糖。由于这些预处理成本高，废水处理压力大，再加上存在原料比较分散，体积大，运输、贮藏费用高等问题，使得以纤维素为原料生产燃料乙[3]醇的研究仍处于试验阶段，离商业化生产还有一段距离。2酶与微生物燃料乙醇的生成是一个生物与化学反应的过程，可分为两部分：一部分为有机底物，如纤维素、淀粉等，被

6、纤维素酶、淀粉酶、糖化酶等水解为可发酵性糖的过程，另一部分为可发酵性糖被微生物转化为乙醇和二氧化碳的过程。与整个过程相关的酶与微生物也可相应地被分成两部分：一部分为负责水解糖化的纤维素酶、淀粉酶和糖化酶等及微生物；另一部分为负责将可发酵性糖转化为乙醇的微生物。淀粉质原料的水解相对来说比较容易，根霉、曲霉、枯草芽胞杆菌等所产生的酶系统均能有效地将淀粉水解为单糖。许多酵母菌，如CandidatsukubaensisCBS6389，Filobasisium页面1/6燃料乙醇发酵技术研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/94628.html来源：

7、中国新能源网china-nengyuan.com[4]capsuligenum等也能产生淀粉酶和糖化酶。糖化酶一般由催化域、连接域和结合域组成。黑曲霉糖化酶又分为GAⅠ和GAⅡ两种类型，前者由催化域、连接域[5]和结合域组成，后者为前者的水解产物，缺失淀粉结合域。GAⅠ和GAⅡ对可溶解淀粉具有相同的催化水解能力。由于缺乏淀粉结合域，GAⅡ对不可溶解淀粉的水解能力比GAⅠ要弱得多。由于具有与生淀粉亲和的功能部位，糖化酶能直接水解淀粉分子生成葡萄糖，其水解速率与能否被生淀粉分子吸附和吸附强度有关。淀粉酶可分为4大类：内切酶、外切酶、脱枝酶和转