木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展

化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2010年第29卷第10期进展与述木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展崔永强,林燕,华鑫怡,孔海南(上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240摘要:介绍了木质纤维素的资源组成、结构、利用现状以及从木质纤维素类生物质生产乙醇的一般生产工艺,并重点综逑了预处理、水解、发酵和蒸馏4个关键流程工艺及相关技术,分析了这些工艺中采用的不同方法的优缺点以及国内外的技术现状及动向,本文还提出和讨论了今后研究方向需要加强的方面,并指出:高产纤维素酶菌株的筛选及驯化、改进原料预处理技术、降低中间产物对纤维素酶活性的抑制作用、现代育种技术构建耐高温工程菌等减少成本和提高纤维素生物质到乙醇的转化率技术,将是今后的研究重点发展方向和业界正面临的挑战关键词:木质纤维素;预处理;水解、发酵;燃料乙醇中图分类号:TQ9206文献标志码:A文章编号:1000-6613(2010)10-1868-09Progress in fuel ethanol production from lignocellulosicbiomassCUI Yongqiang, LIN Yan, HUA Xinyi, KONG Hainan(School of Environmental Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: This paper describes the current utilization, composition and structure of lignocellulose andthe general process of fuel ethanol production from lignocellulosic biomass. Key processes includingpretreatment, hydrolysis, fermentation and distillation are discussed. Advantages and disadvantages ofdifferent methods, as well as the present status and developing trends of corresponding technologiesanalyzed. Promising prospects of ethanol production in cost reduction and conversion improvementfrom lignocellulose fermentation are especially introduced. Prospects and challenges are considered tobe the isolation methods of high cellulose-producing microorganisms, advanced pretreatmenttechnologies, ways for overcoming cellulase inhibition and mutagenesis, and molecular techniques forthermophilic or thermotolerant yeastsKey words: lignocellulose; pretreatment; hydrolysis; fermentation; fuel ethanol石油产量的下降、能源需求的增长、不稳定的的颁布都意味着纤维素燃料乙醇已经引起了国际上石油价格以及缩减温室气体的排放等促使人们开发的普遍重视新的能源来改变现有的能源结构。除了风能、太阳纤维素燃料乙醇的原料主要为木质纤维素类能、潮汐能等洁净能源,生物质能源由于自身的优势,受到人们的重视。由于“第一代生物质能收稿日?、峰为日,n1nn26。源”的生产消耗了大量的农产品,并可能造成粮金中国煤化工o5)及污染控制与賽源化研食安全问题,因此近年来“第二代生物质能源”CN MHGO2)资助项目r:水强(1987~),男,帧上砑究生。联系人:林燕纤维素燃料乙醇,受到了越来越多关注,美国副教授,生物质能源化利用研究,电话021547454;Ema制定的长期“30×30”目标以及欧盟一系列法律 linyan00 sjtu.edu.c永强等:木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展1869·生物质,主要包括纤维素、半纤维素和木质素。木表1纤维素、半纤维素、木质素在常见农作物及质纤维素的原料丰富,植物每年通过光合作用可产废弃物的含量1生髙达1550亿吨纤维素类物质,而每年用于工业过农业废弃物纤维素%半纤维素%木质素%程或燃烧的纤维素仅占2%左右,具有很大利用空硬木于间。我国在2004年开始试点推广在汽油中添加乙软木干醇,但当时的大部分乙醇产自玉米、高粱和甘蔗,坚果壳原料价格和来源受到限制,因此非粮纤维素乙醇的玉米芯前景十分广阔。研究木质纤维素燃料乙醇对解决能源短缺、环境污染、气候变暖等问题具有非常重牧草35~5010~30大的意义。麦秆20~2515~20稻草杆1木质纤维素15~20木质纤维素主要由纤维素(40%~50%)、半纤分类垃圾维素(25%~35%)和木质素(15%~20%)构成,5~20如图1所示5。纤维素是一种有1000~10000个葡百慕大沿海牧草萄糖单体以β-1,4糖苷键连接的直链多糖,多个分柳枝草30~50子平行紧密排列成丝状不溶性微小纤维,其基本组固体牛粪16~4.7I4~3.32.7~57成单位是纤维二糖,它是地球上最丰富的聚合体;半纤维素是一类高度分支的杂多糖,糖残基有己糖初始废水悬浮物8~1524~29(如D半乳糖、L半乳糖等)、戊糖(D-木糖、L阿拉伯糖)和糖醛酸,半纤维素的组成依原料的不5518~30同而有所差别;木质素不是由碳水化合物组成,而化学浆废纸60~7010~20是由苯内烷结构单元组成的近似球状的高聚体,对水解纤维素起到屏障作用向天然纤维素材料的结构性质非常复杂,木聚糖使其难以直接被生物降解。同时,不同生物质的是植物半纤维素的主要成分,其主链常以氢键形式纤维素、半纤维素、木质素含量差别也很大,其在与纤维素的纤维丝相连,而侧链通过阿魏酸或醛酸常见的农作物及废弃物中的含量如表1所示,因此与木质素相连,形成难降解的纤维素/半纤维素木针对不同来源生物质的木质纤维素乙醇发酵研究也质素聚合体。半纤维素和木质素通过共价键联结是一个挑战成网络结构,纤维素镶嵌其中(如图1)。纤维素不2木质纤维素产乙醇工艺仅被半纤维素和木质素所包裹,且其本身也存在着高度结晶性和木质化,阻碍了酶与纤维素的接触木质纤维素生产乙醇过程可以分为两步:木质纤维素原料经过水解处理转变成相应糖类;糖木质素纤维素类发酵转变为乙醇。一般微生物发酵法制备乙醇产品含4个流程:预处理、酶解、发酵以及回收目前发酵法生产乙醇的方式主要有:异步糖化发酵法( separate hydrolysis and fermentation,SHF)、同步糖化发酵( simultaneous saccharification andfermentation,SSF)、联合生物加工( consolidated红维素中国煤化工整体流程如图2所示CNMHG结构蛋白异步糖化发酵(SHF)中酶解和发酵分别在两图1木质纤维素结构图个反应器中进行,pH值和温度都可以调到酶解及发化工进展2010年第29卷生物质六碳糖发酵碳糖发酵预处理糖化六碳糖和五碳发释E蒸馏、脱水酶+糖化六碳糖和五碳糖发停|cP图2异步糖化发酵(SHF)、同步糖化发酵(SF)、联合生物加工(CBP)生物制乙醇流程图酵的最佳状态,并在发酵过程中循环利用发酵菌体分解、酸或碱水解、氧化脱木质素、有机溶剂;生细胞,但其最大的缺点是在预处理过程中生成的纤物法有主要用棕色、白色或软腐菌来降解肥料的半维二糖和葡萄糖抑制了纤维素酶的活性2-1。最纤维素和木质素。具体见表2。预处理方法主要近,研究者对纤维素生物质转化成燃料乙醇的关注是降低原料的损失,提高后续水解过程糖得率,主要集中在同步糖化发酵(SSF)和联合生物加工般纤维素乙醇发酵过程中预处理过程是成本比较高(CBP)上。同步糖化发酵(SSF)很大程度减的步骤,所以也是目前研究和生产应用当中比较关少了纤维二糖、葡萄糖等酶解产物对该酶的抑制作注的一个方面。用,从而提高了生产效率,节约了成本。据佔算,在众多预处理方法中,一般使用蒸汽爆破、水可以减少大于20%的投资成本;但是,SSF必须在热预处理和湿式氧化处理木质纤维素。其中,采用最佳水解和发酵温度上做一个折中,更重要的是,蒸汽爆破法虽然可以达到很好的预处理效果3,但发酵菌种不能回收重复利用。联合生物加工蒸汽爆破法预处理木质纤维原料存在一些问题,还(CBP)在一个反应器中联合了酶生产、水解、五不完全具备工业化推广的条件国。湿式氧化处理虽碳糖发酵和六碳糖发酵4种生物转化过程,由于将然能耗少,但资金成本非常高。水热预处理被认生产纤维素酶的过程包括在整体工艺中,从而降低为是最有潜力应用于商业化大规模的秸秆预处理了底物和原料的消耗以及纤维素酶的成本,使工业因为这种处理方法不需要添加额外的化学物质或氧规模的工艺生产成为可能:尽管天然微生物难以具化剂。此外,为了使木质纤维素类生物质资源生有CBP要求的所有功能,但仍然有许多微生物,如产乙醇尽快实现工业化,尽量降低能耗及成本,生细菌和真菌,拥有部分所需功能,目前在发展适合产出高附加值的木质素产品,探索并建立有效的CBP要求的基因工程菌株方面的研究主要集中在预处理模型用来选择、设计以及优化预处理工艺也对酿酒酵母( Saccharomyces cerevisiae)的基因重组是提高预处理的效果的一个途径n技术中122水解21预处理尽管预处理能够得到一部分单糖,但大部分还生物质的预处理主要包括对纤维素、半纤维素是以不能直接供菌体发酵的多糖分子存在,因此水和木质素组分的粉碎、溶解、水解和分离1。预处解是发酵前必要的步骤。水解主要是将纤维素、半理的主要目的是降低纤维素的分子质量,打开其密纤维素多糖转变成可发酵的单糖(六碳糖和五碳集的晶状结构,以利于进一步的分解和转化向。根糖),图3为木质纤维素的水解简图。据原料性状的不同采取不同的预处理方法,一般包中国煤化工糖的组成是葡萄括物理方法、物理化学法、化学法、生物法4类。糖、伯糖,其中约物理方法有机械粉碎、热分解;物理化学法有蒸汽为六硖糖,n为丑碳概,兀刀利用木质纤维素原爆破、CO2爆破法、氨纤维爆裂;化学方法有臭氧料中的木糖发酵生产乙醇,能使乙醇的产量在原有第10期崔永强等:木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展·1871·表2各种预处理方法的比较预处理方法原料条件效果参考文献蒸汽爆破小麦秸秆09%HSO4预浸液,180℃,10min300g糖/g小麦秸秤白杨(硬木),含水率0~73%217MPa,112~165℃,10~60min理论值的(145±23)%超临界二氧化碳白杨(硬木),含水率73%217MPa,165℃,30min理论值的(847±26)%南方松(软木)含水率0~283MPa,112~165℃,10~60min理论值的(128±27)%南方松(软木)含水率73%21.7MPa,165℃,30min理论值的(273±38)%AFEy百慕达草,含水率60%100℃,30min理论值的948%22]kg干物质)湿氧法稻尧185℃,05MPa,15min纤维素问收率67%,89%的木质素去除70%[23]的半纤维素溶解碱性(NaCO3)烟草秸秆和桔皮废物195℃,12MPa,l5min纤维素回收率约90%[24湿氧法昊氧法小麦秸秆,含水率20%,粒27%臭氧,空气臭氧流速60Lh酶解产量886%125]径<1黑麦秸秆含水率40%,粒径3%臭氧,空气臭氧流速90Lh,20%酶解产量57%3~5mm的NaOH润湿稀酸法云杉(软木)<042mm180℃,30min,1%硫酸溶液总糖回收率567%6云杉(软木)<042mm180℃,30min,1%硫酸和18gL总糖回收率87%Na2SO3溶液有机溶剂法加利福尼亚松丙酬水(体积比1:1),195℃,5min,理论值的995%pH值20碱性过氧化氢法大麦精秆(100g)25%HO2pH115,35℃,24h总糖歌为理论值4%,即604mgg竹材长5~8cm,宽3~5cm1%H2O2和1%NaOH溶液,90℃,60六碳糖及总还原糖产量分别为399和129568mg/g千竹材小麦秸秆粒径<5mm综合最佳条件:188℃,40min半纤维素水解得糖率43.6%,酶解产量是理论值的798%84℃,24min(披半纤维素得到糖半纤维素水解糖回收率71.2%考虑)214℃.27min(酶解产量考虑)酶水解率是理论值的906%生物预处理法玉米纤维,含水率68%褐腐真菌( Gloeophyllum traben)悬玉米纤维生物降解34%浮培养,2周褐腐真菌固态发酵实验,缓冲厌氧培11%的玉米纤维变成还原糖,最终乙醇产量养,混入酵母菌40g100g玉米纤维揭腐真荫固态发酵实验,缓冲厌氧培11%的玉米纤维变成还原糖,最终乙醇产量养,无酵母菌33gl00g玉米纤维碱性水解法柳枝稷(<2mm)50℃,24h,010gCa(OH)yg原材葡萄糖、木糖、总还原糖产量分别为2396,[32】料,冲洗浓度100mL水g原材料272,4334mg/g原材料木质纤维素y●纤维素半纤素GGGGG Gal Man x Ara中国煤化工图3木质纤维素成分水解CNMHG箭头代表水解(黑箭头代表生成单糖可以直接被发酵利用),G为葡萄糖,Ga为半乳糖,Man为甘露糖,X为木糖,An为阿拉伯糖,heL为鼠李糖,L为海藻糖,糖醛酸187化工进展200年第29卷基础上增加25%菌的预处理,纤维素与木质素的比值从27分别221物化水解调高到了59和46,证明了对木质素的高选择性物化水解主要是原材料经过物化作用形成一降解4。部分单糖,主要发生在预处理阶段,同时会有抑制其次,半纤维素的降解能够暴露出更多的纤维物生成。木质纤维原料经稀酸预处理后可得半纤维素与纤维素酶的结合,从而加快纤维素的水解过程素水解液,水解液中主要含有木糖、葡萄糖和少量然而半纤维素的快速有效降解需要很多酶的协同作的其它糖,另外还含有一些乙酸、糠醛和羟甲基糠用。在木质纤维素的降解方面,半纤维素酶的商业醛等发酵抑制物啊。一些来自木质素降解的芳香化发展不如纤维素酶迅速,因为目前商业开发主要集合物,来自糖降解的呋喃衍生物和一些脂肪酸被认中在经稀酸处理后的生物质,而这些生物质中的半为是处理纤维物质过程中产生的阻碍物,为了将这纤维素在糖化之前已经被去除;但是,随着无酸预影响降至最小,人们做了很多研究8,包括物理处理方法的发展,生物质的半纤维素并没有变化,脱毒法、化学脱毒法、生物脱毒法和综合脱毒法4。因此半纤维素酶的重要性日益凸显。B14木聚水解过程中应注意使纤维素和半纤维素转变成更多糖,作为半纤维素最多的组分,是主要由P-14木的可发酵糖类,尽量减少对纤维素酶起抑制作用的吡喇糖苷链接成,部分木吡喃糖苷被乙酰、葡萄降解产物的形成。罗鹏等在反应体系中添加糖醛酸和阿拉伯糖侧链代替。木聚糖先被内切βTwen20表面活性剂,阻止了木质素对纤维素酶的木聚糖酶(EC3.2l.8)水解成低聚木糖,然后低聚无效吸附,使得体系的乙醇产量浓度提高了14%,木糖冉被βD木糖苷酶(EC32.1.37)水解成D反应时间缩短了12h木糖。木聚糖结构比纤维素复杂,且需几种具有222酶水解不同特异性的酶才能完全水解,许多微生物有可以纤维素的水解由3种酶的协同作用来完成,首完全降解木聚糖的酶系如青莓菌( Penicilliun先由内切-14葡聚糖酶(EG,EC31.4)来攻击 capsulatum)和( Talaromyces),但木聚糖的多糖不纤维素的非结晶部分,为纤维素酶产生还原和非还形成类似纤维素的品状结构,因此相对来说木聚糖原端;纤维二糖水解酶(CBH,EC32.191)通过更容易被酶水解还原和非还原端催化释放出纤维二糖,纤维二糖很为了验证非粮生物质产乙醇的效果,美国能源快就被β葡萄糖苷酶(BG,EC3.2.1.21)分裂成两部(DOE)提供高达3.85亿美元资金资助6个纤个葡萄糖酶生产的高成本被认为是纤维乙醇维素乙醇示范工厂,采用了不同的水解工艺:酸商业化的主要瓶颈邸,因此提高木质纤维原料酶水解和酶解两步水解,一步浓酸水解以及使用气化解效率与降低酶水解成本一直是由木质纤维原料生生物质并从合成气中获得乙醇工艺。其中最为产燃料乙醇的研究重点。相关研究主要集中在以下成功的 logen公司使用的酶解工艺流程为:粉碎几方面。的原料先在温度为200~250℃含05%~1%硫酸首先,由于木质素及木质素相关化合物对纤维的高压蒸汽中进行预处理,停留时间小于1min,素酶有不可逆的吸附作用,进而对葡聚糖的水解有之后迅速降压;经过预处理的总含固率为15%~抑制作用,因此木质素的降解问题是提髙酶水解效20%的原料浆液进入水解罐进行酶解,用碱将浆率所不可冋避的问题。自然界中能降解木质素并产液调到pH=5,并维持在50℃,木霉纤维素酶生酶类的生物只占少数,主要为真菌、细菌。而( Trichoderma cellulase)酶液以100L/t纤维素的对木质素能进行最有效降解的微生物是依赖木质素流量加入到水解罐,水解5~7天,最终纤维素到降解酶系的白腐真菌( white-rot fungi),此酶系主葡萄糖的转化率达到80%~95%9。国内的河南要包括:木质素过氧化物酶( lignin peroxidase,南阳天冠集团以及黑龙江肇东的华润酒精厂等工LP)、锰过氧化物酶( manganese-dependent也Ⅵ山中国煤化工卜,瑞典的sekbperoxidase,MnP)以及漆酶( laccase)咧。Dias公司CNMHG第一阶段在0.7%等研究了担子菌纲的两种白腐真菌Euc1和 Irpex H2SO、190℃、停留时间3mn条件下,最大程度acteus对木质素的降解,结果显示,经过这两种真水解半纤维素:第二阶段在04%H2SO4、215℃、第10期崔永强等:木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展1873·停留时间3min条件下,有效的降解了纤维素223发酵在中国,上海华东理工大学也利用两阶段稀酸水解发酵是将由预处理和水解产物中的五碳糖和工艺在上海奉贤区建造了可以从农作物年产600t六碳糖等糖类发酵生成乙醇及其副产物的过程。常乙醇的工厂咧。见的发酵菌种及其特性如表3所示表3常见的发酵菌种及其特性菌种利用糖类醇产量g臼g葡萄糖)醇产率gLh)1乙醇耐受性%生长条件参考文献zymomonas mobilis细菌六碳糖、蔗糖厌氧Clastridium thermocellum细菌六碳糖、五碳糖3.5厌氧Thermoanae robacter mathranii细菌六碳糖、五碳糖020~035高温、中性、厌氧1ing酵母六碳糖、蔗糖040~045中酵母六碳糖、木糖微最需氧Pachysolen tannophilus酵母六碳糖、木糖032中温、酸性酵母六碳糖、木糖0411中温、酸性、厌氧从表3中可以看出,酿酒酵母(S. cerevisiae)[聊」[A具有单位葡萄糖产量高,乙醇耐受性好的优点,据木糖还原酶NADH报道,酿酒酵母可以在完全缺氧的条件下,可耐受木糖还原酶NAD°浓度为150gL的乙醇;另外,酿酒酵母还具备可在中温、酸性和厌氧的条件下进行发酵等优点木糖醇木糖醇除此,发酵过程中的副产物少,不易被细菌和病毒木糖醉脱氢NAD木糖醇/2NAD污染,且相关工业技术成熟例等方面也使得酿酒酵酶(XDH) JL9NADH酶(XDH)NADH母成为乙醇发酵工艺中的首选菌种之一,然而酸酒木酬糖酵母不能直接利用五碳糖,同时会对发酵产生的乙醇进行重吸收,这些会降低乙醇产率的缺点也限图4木糖发酵过程制了其在乙醇发酵中的进一步应用。为了能够提高乙醇的产率,除了发酵传统的六 NADPH两种辅助因子的XR,其中辅酶因子NADH碳糖外,对五碳糖的发酵利用是提高原料利用率及可以保持胞内氧化还原平衡,不会造成木糖醇的积乙醇得率的可选途径之一。木糖作为五碳糖的主要累,是厌氧木糖发酵产乙醇的较好途径如图4(c)组分,被转化为木酮糖的形式后才会被利用并最终然而,根据动力学研究结果,辅酶因子 NADPH发酵成乙醇。木糖转化为木酮糖的过程主要为三类与XR的亲和力是NADH的两倍,因此降低胞(如图4)。在大多细菌中,木糖( Xylose)通过木内 NADPH的相对水平,以及促进NAD+因子的糖异构酶的催化直接转化成木酮糖[如图4a);酵再生将是有效利用木糖、减少木糖醇积累所必需母和大多真菌类中的转换主要靠木糖还原酶(XR)的措施之一。和木糖醇脱氢酶(XDH)两种酶的作用,其中XR目前,国内外许多研究者致力于构建能代谢五以 NADPH为辅酶因子,而XDH以NADH为辅助碳糖和六碳糖的高效产乙醇的基因重组菌:一类是因子完成木糖向木酮糖的直接转化:;与木糖异构酶将酿酒酵母与其它可代谢木糖的酵母进行细胞融催化直接转化不同的是,这两种辅酶因子在厌氧条合;另一类是利用基因工程手段转化携带木糖外源件下产生了中间产物木糖醇,而木糖醇是副产物基因的质粒到酿酒酵母当中得到基因工程菌。经它的产生将减少最终乙醇的产量,从而使系统的乙过基中国煤化工糖为基质进行乙醇得率降低[如图4):毕赤酵母( Pichia stipitis)醇发图CNMH萄糖产乙醇理论是能在厌氧条件下将木糖转化成乙醇的少数酵母值的95%,并且培养液中没有检测到葡萄糖和其它中的一种,其拥有可以利用NADH和副产物,考虑到在实际发酵过程中菌体会利用一部·1874化工010年第29卷分葡萄糖进行生长,实际其乙醇得率小于100%,菌株的乙醇产率为04g葡萄糖(或02g乙醇/g因此重组菌株的乙醇产率实际已经得到了理想提预处理后干牧草高。此外,冯玉杰等应用筛选出的纤维素降解菌,24回收构建了混合菌群,其糖化效果优于单菌株糖化;当蒸馏是一种在工业范围内从发酵液中回收乙纤维素降解菌与酵母菌比例为1:1时,在发酵36h醇的可选方法。从发酵液里用蒸馏技术回收乙醇确后,其最高乙醇产量为16g乙醇/00g秸秆。实有很多优点,如回收率高、高浓缩因子、浓度越Hughes等利用表达开放阅读框架(ORFs)基因高经济性越好等。但也有很多缺点,如共沸物干扰的单倍体P6~4MATa菌株和表达 Piromyces能量需求髙、高温操作、浓度越低经济性越差等spE2木糖异构酶(Ⅺ)基因的单倍体PJ694接下来的分子筛分离步骤需要更多的热量,增加了MATalpha菌株的配对,得到一种同时含有这两种基程序的成本。因此也有一些有效的替代方法如CO2因的二倍体6113酵母菌株。通过厌氧条件下的木糖(产自发酵过程)剥离、全蒸发过程、溶剂萃取、培养基的筛选,分离得到9株特异菌株,其中7株膜蒸馏、中空纤维发酵罐和膜生物反应器等;利能再利用葡萄糖继续生长,并且在发酵麦秆水解液用真空除去乙醇被认为是最有潜力的,与传统没过程中利用了大部分的葡萄糖和少部分的木糖;当有除去乙醇的系统相比,可以将乙醇产率提高12这7株菌株再引入表达木酮糖激酶基因的额外载倍。常见的乙醇回收和脱水技术如图5。体,发现虽然不能改善利用木糖的厌氧生长能力,但提高了对葡萄糖的利用量和乙醇产量,其中3种L醉回收技术乙醇脱水技术菌株的乙醇产率达到最高(≥14gL) Alper H等将全局转录机制工程( global transcription machinery吸附吸附蒸馏engineering,gTME)应用到酿酒酵母中并通过程序液液提取液液提取升高葡萄糖和酒精的浓度筛选出了spt15~300变异全蒸发过程全蒸发过程蒸汽漆透菌种,表现了很好的乙醇耐受性,甚至在酒精体积蒸汽提取分数20%培养液中相对对照表现了很高的细胞存活图5乙醇回收和脱水技术6率;同时乙醇产率相对参照提高了15%,达到了理论值的98%(0.41g/g代表最大理论产量)。刘红梅等利用gTME得到高效利用木糖并共发酵木糖和3结论与展望葡萄糖的酿酒酵母重组菌株YPH4993,50g木糖纤维素类物质发酵生产燃料乙醇的研究是和葡萄糖利用率分别达到942%及948%,当木糖个具有巨大发展潜力的热点课题,也得到世界各国和葡萄糖以质量比1:1混合发酵时,木糖和葡萄糖政府的普遍重视,但要实现纤维素生物质转化燃料利用率分别为917%和859%,并且发酵后剩余木乙醇的规模化、产业化、低成本还需要更多的研究。糖醇含量很低。另外,基因工程菌株大肠杆菌目前,虽然在技术层面上如利用基因工程获得工程(E.col)属KOl及其衍生物在实验室乙醇发酵方菌,开发新技术等取得了很大进步,但仍然存在面得到了广泛的应用。最近KO被用在了1000L诸多问题需要解决。规模用稀酸水解预处理的造房废木( waste house在现有基础上,今后的研究方向需要在以下方wood,wHw〕制乙醇的工艺中,结果发现,在氧面进一步加强:高产纤维素酶菌株的筛选及驯化以输送率( oxygen transfer rate,OTR)为4mmol(Lh)有效降低酶水解的生产成本;改进原料预处理技术时,木糖的利用率为100%,并且发酵63h后乙醇以提高原料转化利用率和纤维素酶可作用活性点,产率为045gg葡萄糖。而KOl的衔生菌属如离子液体溶解纤维素来提高纤维素的水解速度是LY01相对其它菌属而言,对生物质及其水解过程中近中国煤化工新工艺以降低中间的中间抑制物拥有更高的耐受性,因此提高了其应产物CNMHG同时对水解产物用性。如在百慕达牧草的乙醇发酵工艺中,原料经中五碳糖、六碳糖的同时发酵利用以提高乙醇得率过热处理(230℃,2min)后,结果显示,LYo1降低生产成本,如采用SScF及CBP等工艺;同步第10期崔永强等:木质纤维素为原料的燃料乙醇发酵技术研究进展·1875糖化发酵过程中水解与发酵过程的耦合问题,如通l615-1621I5]刘海臣,钱甜甜,王玉慧,等.耐高温酵母利用稻草粉同步糖化过现代育种技术构建耐高温工程菌,或者筛选得到发酵的初步研究酿酒科技,2007(11):25-28耐高温乙醇发酵菌种,或者通过驯化或诱变来提高16 Olofsson K, Bertilsson M, Liden g a short review on ssf-An乙醇发酵菌的发酵最佳温度,从而使发酵过程的温interesting process option for ethanol production from lignocellulosic度与纤维素酶糖化的最佳温度相耦合来提高同步糖[17] Van Zyl W H, LyndLR, Den Haan R, et al. Consolidated bioprocessing化发酵过程的整体转化速率;发展一个高效的乙醇for bioethanol production using saccharomyces cerevisiae[J].回收体系以及探讨反应的动力学是驾驭发酵过程的dvances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 2007, 108:重要基础工作等。总之,如何减少成本和提高纤维素生物质到乙醇的转化率将是今后的研究重点发18]张宇吴,王颇,张伟,等半纤维素发酵生产燃料乙醇的研究进展酿酒科技,2004(5):7274.展方向和业界正面临的挑战[19] Sun Y, Cheng J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol参考文献production: A review]. Bioresourme Technology, 2002, 83(1):1-11[1] Karakashev D, Thomsen A B, Angelidaki L Anaerobic biotechnological [20] Ballesteros 1, Negro M J, Oliva J M, et al. Ethanol productionfrom steam-explosion pretreated wheat straw!]. AppliedBiotechnology Letters, 2007, 29(7): 1005-1012.Biochemistry and Biotechnology, 2006, 130(1-3): 496-508[2] FoustT D, Aden A, Dutta A, et al. An economic and environmental [21] Kim K H, Hong J Supercritical CO pretreatment of lignocellulosecomparison of a biochemical and a thermochemical lignocellulosicenhances enzymatic cellulose hydrolysis[J]. 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