纖維素酶在燃料乙醇工業(yè)中的應用研究進(jìn)展

釀酒科技2009年第3期(總第177期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2009No3(Toll77)纖維素酶在燃料乙醇工業(yè)中的應用研究進(jìn)展景春娥,趙旭,常思靜,薛林貴(蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院,甘肅蘭州730070)要:現代社會(huì )面臨著(zhù)嚴重的能源危機,發(fā)展燃料乙醇作為化石燃料的替代品已經(jīng)成為國際上的共識。歸納了乙醇生產(chǎn)原料選擇方面的關(guān)鍵問(wèn)題,總結了微生物直接轉化、同步糖化發(fā)酵、糖化發(fā)酵二段法以及固定化細胞發(fā)酵等生物轉化方式的主要研究進(jìn)展,在此基礎上對我國利用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的研究前景進(jìn)行了展望,旨在為開(kāi)展同類(lèi)工作提供理論依據。關(guān)鍵詞:燃料乙醇;纖維素酶;應用;研究中圖分類(lèi)號:Q814;TS2622;TS2614文獻標識碼:A文章編號:1001-9286(2009)03-0098-05Research Progress in the Application of Cellulase in Fuel Ethanol IndustryJING Chun-e, ZHAO Xu, CHANG Si-jing and XUE Lin-gui( College of Chemical and Biology Engineering, Lanzhoujiaotong University, Lanzhou, Gansu 730070, China)Abstract: We are facing serious energy crisis now and the development of fuel ethanol as a substitute for fossil fuels has become an intemationalonsensus. In this paper the key issues on the selection of raw materials for fuel ethanol production were discussed and the research progress inconsolidated bio-processing, simultaneous saccharification and fermentation (SSF), separate hydrolysis and fermentation(SHF)and immobilizedcell fermentation was summarized. In addition, the development of using cellulose materials to produce ethanol in China was reviewed, so as toprovide theoretical evidence for conducting similar study in the futureKey words: fuel ethanol; cellulase; application; research燃料乙醇,指沒(méi)有添加變性劑的、可以作為燃料使用化發(fā)酵二段法、固定化細胞發(fā)酵做了綜述。的無(wú)水乙醇,它具有和礦物質(zhì)相似的燃燒性能。燃料乙醇1適合規?；a(chǎn)的原料選擇添加變性劑后,與無(wú)鉛汽油按一定的比例混配,可以形成種新型綠色燃料:乙醇汽油,即用90%的普通汽油與生產(chǎn)燃料乙醇,一種是采用淀粉質(zhì)原料,另一種是采10%的燃料乙醇調和而成。與汽油燃料相比,纖維素乙用糖質(zhì)原料。淀粉質(zhì)原料有薯類(lèi)和谷類(lèi)等農副產(chǎn)品,以美醇燃料可減少86%的溫室氣體排放,最多可減少96%。國為代表采用的是玉米為原料的生產(chǎn)方式。糖質(zhì)原料主因此,目前關(guān)于燃料乙醇的開(kāi)發(fā)和研究在國內外都受到要有甘蔗和甜高粱等農副產(chǎn)品,以巴西為代表采用的是了高度重視,各國政府都出臺相應措施以實(shí)現能源的再甘蔗為原料的生產(chǎn)方式。目前,以玉米為原料生產(chǎn)乙醇在生田。目前的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:就乙醇生產(chǎn)世界乙醇發(fā)展中占主導地位。但是用玉米生產(chǎn)乙醇對食原料方面,傳統的方式是以玉米等糧食作物為主的生產(chǎn)。品和飼料價(jià)格的上升有一定影響,引發(fā)了諸多爭議,并且但是,在溫室氣體排放方面,纖維素乙醇燃料比傳統的糧替代石油的潛力有限因此國際各相關(guān)科研機構積極開(kāi)食乙醇燃料更環(huán)保。目前堅持利用邊際性土地、與生態(tài)發(fā)新的原料資源,使生物燃料更加完善和可行。不僅考慮恢復相結合發(fā)展能源作物的原則。大量的種植木質(zhì)原料如下幾個(gè)方面:①農業(yè)廢棄物如麥草、玉米秸稈、玉米可以解決生產(chǎn)燃料乙醇原料的問(wèn)題,而且能源作物種類(lèi)芯大豆渣、甘蔗渣等;②工業(yè)廢棄物,如制漿和造紙廠(chǎng)的篩選及品種改良至關(guān)重要就轉化過(guò)程而言,預處理方法纖維渣鋸末等③林業(yè)廢奔物:④城市廢棄物如廢紙、的優(yōu)化以及纖維素酶成本的降低和效率的提高是生產(chǎn)生包裝紙等而且種植有效生產(chǎn)乙醇的木質(zhì)原料。物質(zhì)乙醇的關(guān)鍵。就發(fā)酵方式而言,統合生物工藝即直接11甜高梁用微生物轉化是最理想的發(fā)酵方式。本文對適合于規模高粱具有高能效、高產(chǎn)、耐干旱和適合邊際性土地種化生產(chǎn)的主要原料微生物直接轉化,同步糖化發(fā)酵糖植、?；痦椖?國家自然科學(xué)基金賁助項目(No30870384);甘肅省自然科學(xué)基金資助H中國煤化工成為潛力巨大的能源CNMHG收稿日期:2008-12通訊作者:薛林貴,男教授研究生導師E- mail:xue@m景春娥,趙旭,常思靜,薛林貴·纖維素酶在燃料乙醇工業(yè)中的應用研究進(jìn)展作物,尤其是甜高粱既能生產(chǎn)高粱米用于食品和飼料,研究了盾葉薯蕷發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的液化、糖化及發(fā)酵工藝又能在莖稈中產(chǎn)生糖用于生產(chǎn)乙醇。因此,甜髙粱制取生條件。結果表明,盾葉薯蕷的淀粉利用率為97%,淀粉出物乙醇技術(shù)研究成為生物燃料行業(yè)的焦點(diǎn)。根據我國的酒精率為535%最終酒精度為78%Vol實(shí)際情況,大規模發(fā)展以玉米為原料的燃料乙醇有一定1.4柳枝稷難度。而我國擁有數千萬(wàn)公頃的鹽堿地,通過(guò)改良用來(lái)種柳枝稷是禾本科,多年生叢生型禾草,耐旱、耐高植甜高梁。國內已自主研發(fā)了甜高粱莖稈轉化燃料乙溫、排水不良的土壤環(huán)境。由于能夠從柳枝稷中提煉出乙醇的技術(shù),并在黑龍江、山東、新疆、內蒙等省區進(jìn)行了甜醇所以其有“能源草”的稱(chēng)謂。美國研究認為柳枝稷具高粱種植以及燃料乙醇生產(chǎn)試點(diǎn),但其轉化為乙醇的技有很高的生物產(chǎn)量,而且在水土保持和草地改良方面具術(shù)需要進(jìn)一步改進(jìn)才可進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)試驗圍。河北省有優(yōu)勢是其本土最具前景的能源作物。1992年美國建立農林科學(xué)院2005年育成的早熟甜高粱新品種——能飼了18個(gè)大田試驗點(diǎn)種植了8個(gè)柳枝稷品種。美國能源1號、能飼雜1號,示范區內出現了每667m2產(chǎn)秸稈部資助了柳枝稷遺傳育種研究,培育的第一個(gè)品種為7000kg糖錘度最高達22Biⅸ的高產(chǎn)典型王瑩吲等介 Shawnee,其他品種將于近10年陸續審定。中國農業(yè)大紹了甜高粱原料保藏、發(fā)酵制取乙醇的高效菌株選育、酵學(xué)程序教授于2005年專(zhuān)程赴美考察能源作物,引進(jìn)了母細胞固定化發(fā)酵條件優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)與副產(chǎn)物綜合 Shawnee和 Trailblazer2個(gè)品種,并在我國北方開(kāi)始了試利用等甜高粱莖汁乙醇發(fā)酵技術(shù)的研究與應用進(jìn)展情種。中國農業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授胡林等專(zhuān)家完況。在美國休斯敦召開(kāi)的高粱生物燃料國際會(huì )議上李十成的一份研究報告顯示,如果能把適合種植的361萬(wàn)公中教授的“甜高粱稈先進(jìn)固體發(fā)酵技術(shù)"被確認為是實(shí)現頃荒草地用于種植生物乙醇能源植物,毎年潛在的生物高粱生物燃料商業(yè)化和可持續生產(chǎn)生物燃料的關(guān)鍵技術(shù)乙醇產(chǎn)量可達1100萬(wàn)t,可替代當今中國汽油消費的23途徑之一。從目前的研究狀況可知,甜高粱替代玉米%。研究表明,為了提髙發(fā)酵性糖類(lèi)的產(chǎn)量.對柳枝稷的生產(chǎn)乙醇勢在必行。預處理是必需的,預處理后,水解產(chǎn)生的葡萄糖的產(chǎn)量從1.2海藻70%上升至90%,木糖產(chǎn)量從70%上升至100%,發(fā)酵海藻是生產(chǎn)生物燃料最有前途的來(lái)源之一。與食品后乙醇產(chǎn)量從72%達到了92%的理論最大值。類(lèi)作物或纖維素材料相比,某些海藻可自然地產(chǎn)生和集2纖維素糖化發(fā)酵方式聚,并可在生長(cháng)過(guò)程中通過(guò)吸收利用氮氧化物和二氧化碳而凈化廢物,有助于碳封存和減緩氣候變化。以色列海植物纖維原料生產(chǎn)乙醇主要工序為:預處理、水解糖洋生物技術(shù)公司的科學(xué)家研發(fā)出一種利用海藻制造生物化和發(fā)酵。而又以預處理和水解糖化最重要,它直接影響燃料的新方法。他們將發(fā)電廠(chǎng)產(chǎn)生的二氧化碳輸入海藻乙醇的產(chǎn)率。預處理的目的主要是除去木質(zhì)素和半纖維池不僅凈化了環(huán)境,也為海藻提供了充足的營(yíng)養。研究素,降低纖維素的結品度以及提高基質(zhì)的孔隙率。預處理顯示,每單位面積海藻產(chǎn)生的生物質(zhì)能要比傳統的生物方法主要有物理法、化學(xué)法(濕氧化法、稀酸法等)和生物燃料作物高得多,且不含毒素,可生物降解。美國國際法。常見(jiàn)的水解糖化方法主要是酸水解。酸水解可以直接能源公司于2007年11月初宣布啟動(dòng)“海藻變油"研發(fā)計將纖維素水解產(chǎn)生單糖,也可以作為酶水解的預處理方劃,將從完全基于海藻的光合產(chǎn)物生產(chǎn)生物質(zhì)燃料國際法。從現有的技術(shù)水平看,采用溫和的酶水解技術(shù)更具前能源公司利用專(zhuān)有的微海藻,自然地使CO2和水光合成景。酶水解法轉化纖維類(lèi)物質(zhì)成為乙醇的過(guò)程通常包括為液態(tài)烴類(lèi)并且按可再生的當量石油計,油量積聚可高4步生物催化的反應:纖維素酶生產(chǎn)、纖維素水解、已糖達其生物質(zhì)的30%因此,海藻很可能成為今后最有發(fā)發(fā)酵和戊糖發(fā)酵。根據這些生物反應被組合的程度工藝展前途的生物質(zhì)燃料之一。但是,到目前為止大規模使用過(guò)程變化很大。海藻生產(chǎn)燃料乙醇的試驗很少。2.1統合生物工藝(CBP)13盾葉薯蕷統合生物工藝(CBP)以前被稱(chēng)為直接微生物轉化盾葉薯蕷是薯蕷科,薯蕷屬多年生纏繞草本植物,是DMOL藝圓,可將纖維素酶生產(chǎn)、水解和發(fā)酵組合在我國提取甾體激素類(lèi)藥物原料薯蕷皂甙元的主要植物。步里完成。自然界中的某些微生物如 Clostridium甾體激素類(lèi)藥物是僅次于抗生素的第二大類(lèi)藥物,隨著(zhù) Monilia、 Fusarium、 Neurospora等都具有直接把生物質(zhì)轉其不斷開(kāi)發(fā)應用,盾葉薯蕷被廣泛研究和種植。盾葉薯蕷化為乙醉的能力,研究最多的是用熱纖校菌它是嗜熱產(chǎn)除含有11%~16.15%的薯蕷皂甙元外,還含有45%芽孢中國煤化工并能使纖維二糖、葡50%的淀粉和40%-53%的纖維素及其他有利用價(jià)值萄冂 CNMHG素直接轉化為乙的的成分,以其中的淀粉和纖維素為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇既閑秤有很高的經(jīng)濟效益,又具有很好的環(huán)境效應。楚德強咧等2.L.1LCBP所需菌株的選育釀酒科技200年第3期(總第177期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2009No.3oll可以通過(guò)代謝工程途徑進(jìn)行:①使用能降解纖維素解纖維素能力強的中溫和高溫型菌株51株經(jīng)拮抗作用的微生物,如熱纖梭菌作為出發(fā)菌株,進(jìn)行末端產(chǎn)物(乙試驗選擇相互不拮抗的菌株混合后接種最終篩選出了醇代謝途徑的代謝工程選育;②使用發(fā)酵產(chǎn)物的得率和批分解纖維素能力強的菌種和7個(gè)混合菌組合,可供耐性都已經(jīng)過(guò)考驗的成熟菌株。 Ingram等將歐文氏菌纖維素降解研究和垃圾、秸稈、畜禽便處理等參考。夏子( Erwinia)的2種內切葡聚糖酶的基因克隆到能生產(chǎn)乙醇芳等網(wǎng)以已實(shí)現在E,col中表達的重組質(zhì)粒pEac-PA的克雷伯氏菌( Klebsiella)中,使該菌配合真菌纖維素酶為基礎,構建了pHY-PA、pBBR-PA系列質(zhì)粒。在此基礎發(fā)酵纖維素生產(chǎn)乙醇,產(chǎn)率增加了22%。但微生物直接上構建乳桿菌重組菌探索重組乳桿菌的乙醇合成能力。產(chǎn)生乙醇也存在以下問(wèn)題:碳水化合物發(fā)酵不完全,乙用酶糖化生物質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇,其主要的制約因素酸、乳酸、氫的形成導致乙醇產(chǎn)率低;纖維素發(fā)酵速度慢,是纖維素酶的成本?？赏ㄟ^(guò)多種途徑來(lái)降低纖維素酶的容積生產(chǎn)力低;終產(chǎn)物乙醇和有機酸對細胞有相當大的生產(chǎn)成本以及提高其利用效率包括使用廉價(jià)的木質(zhì)素毒性2發(fā)酵底物,使用有效的發(fā)酵方式。柴梅等四對固定化酶2.1.2高效纖維素降解菌的篩選及纖維素酶的應用些理化性質(zhì)的研究結果表明,固定化纖維素酶的pH溶目前,人工接種纖維素降解菌已從接種單一菌種向解范圍與纖維素酶水解反應的最適pH值相符,其低pH接種混合菌種發(fā)展。纖維素的混合菌發(fā)酵是自然界纖維值穩定性和熱穩定性較好。因此為提高纖維素酶的利用素分解轉化的人工模擬?；旌暇苯影l(fā)酵能解決酒精產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本提供了一種很好的方法。我國在燃料乙率不高和有機酸等副產(chǎn)物的存在問(wèn)題。已研究過(guò)的能在醇生物轉化過(guò)程的研究也取得了好的成果。中國科學(xué)院共培養體系中增加乙醇產(chǎn)量的微生物有嗜熱厭氧桿菌、過(guò)程工程研究所陳洪章研究員項目組的專(zhuān)利實(shí)現了乙醇嗜熱硫化氫梭菌、嗜熱解糖梭菌等。 Hogsett等利用嗜熱制備過(guò)程的纖維素酶解糖化-發(fā)酵-液體乙醇分離三重解糖梭菌和熱纖梭菌直接轉化纖維質(zhì)為乙醇方面作了研耦合技術(shù),便于協(xié)調糖化發(fā)酵的最佳作用溫度,調節反究,能提高乙醇產(chǎn)量應器內的乙醇濃度、避免高濃度乙醇對酵母菌的抑制以秸稈為原料進(jìn)行燃料酒精的生產(chǎn),在目前許多關(guān)同時(shí)可以保持較低的葡萄糖濃度降低產(chǎn)物中糖對纖維鍵科學(xué)問(wèn)題尚未完全解決,其中如何針對秸稈組成特素酶的反饋抑制作用,可制得體積分數為40%~60%點(diǎn),實(shí)現秸稈纖維素高效糖化以及消除在后續工藝中原的乙醇。河南農業(yè)大學(xué)利用秸稈類(lèi)原料生產(chǎn)燃料乙醇料和產(chǎn)物間的相互抑制是兩個(gè)極為重要的關(guān)鍵問(wèn)題。馮的發(fā)酵方法專(zhuān)利,采用纖維素酶和木聚糖酶在45玉杰等叫篩選出了1株產(chǎn)酶穩定的纖維素分解菌。采用pH45、150mmin液固比為15的條件下對秸稈進(jìn)行雙酶纖維素分解菌和酵母菌混合菌種發(fā)酵工藝,進(jìn)行秸稈燃糖化燃料乙醇產(chǎn)率達到167%。2006年8月山東澤生料酒精試驗研究,有效消除了纖維素分解菌的產(chǎn)物反饋生物公司利用中國科學(xué)院過(guò)程工程研究所的專(zhuān)利技術(shù)抑制及高糖分對酵母發(fā)酵的抑制作用,發(fā)酵后酒精產(chǎn)量建設了國內首條年產(chǎn)3000t秸稈酶解發(fā)酵燃料乙醇示范為16g酒精/00g秸稈。趙小蓉等試驗研究,發(fā)現6株工程,在利用秸稈生產(chǎn)乙醇的同時(shí),還生產(chǎn)高附加值的低菌中產(chǎn)黃纖維單胞菌和康氏木霉分解纖維素類(lèi)物質(zhì)的能聚木糖既克服了木糖轉化為乙醇的難題,又提高了經(jīng)濟力比較強,真菌與細菌一起接種時(shí),分解纖維素類(lèi)物質(zhì)效益。這些技術(shù)具有我國獨立的自主知識產(chǎn)權取得了完的速度明顯高于其中任何一個(gè)單一菌株,說(shuō)明纖維素類(lèi)整的技術(shù)工藝參數,為秸稈酶發(fā)酵萬(wàn)噸級乙醇工業(yè)化生物質(zhì)的分解需要多種微生物的聯(lián)合作用。高建民等切從產(chǎn)積累了經(jīng)驗四。纖維素乙醇領(lǐng)域的十幾個(gè)中國專(zhuān)利的含有大量纖維素物質(zhì)的堆肥里分離到一株土曲霉Ater.內容都集中在糖化發(fā)酵環(huán)節的開(kāi)發(fā)沒(méi)有預處理、酶和發(fā)reus m,其最適生長(cháng)溫度為45℃最適生長(cháng)酸堿度為酵菌等的專(zhuān)利在實(shí)現纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)時(shí)需要引pH2.0,在最適條件下培養該菌的最高 CMCase活性可進(jìn)由國外專(zhuān)利控制的酶和發(fā)酵菌等技術(shù),因此,我們需要達3680U/mL,并且此酶具有較高的熱穩定性和pH穩開(kāi)發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權的酶和發(fā)酵菌株,從而增強定性。因具有嗜熱嗜酸和高產(chǎn)纖維素酶的特性,在城市垃了燃料乙醇的市場(chǎng)競爭力?；绕涫撬嵝原h(huán)境下的垃圾處理中具有很大的應用價(jià)2.2糖化發(fā)酵二段法(SHF)與同步糖化發(fā)酵法(SSF)值。劉長(cháng)莉等對一組具有分解纖維素和農藥林丹雙重間接法即糖化、發(fā)酵二段發(fā)酵法(SHF),它是用纖維功能的復合菌系NSC-7的培養特性和穩定性進(jìn)行了探素酶水解纖維素,收集酶解后的糖液作為酵母發(fā)酵的碳討,研究結果發(fā)現,NSC-7在5d和14d分別分解稻稈源前研最名的一種方法。為了克服乙醇產(chǎn)物的的447%和73.6%重量,且具有相當高的熱穩定性,對抑中國煤化工移出,采取的方法有:溫度的適應范圍很廣,因此該菌株可以用于同步糖化發(fā)減壓CNMHG-拉伐公司的Bo-sile酵的工藝過(guò)程中,可以克服糖化和發(fā)酵溫度不一致的缺法。對細胞進(jìn)行循環(huán)利用,可以克服細胞濃度低的問(wèn)題。點(diǎn)。楊聲蓮等從富集纖維素分解菌的材料中篩選出分篩選在高糖濃度下存活并能利用高糖的微生物突變株,景春城,趙旭,常思靜林責,纖維素酶在燃料乙醇工業(yè)中的應用研究進(jìn)展以及使菌體分階段逐步適應高基質(zhì)濃度,可以克服基質(zhì)胞混合糖發(fā)酵24h后的乙醇濃度為4.3gL,乙醇產(chǎn)率抑制。為046gg糖。連續發(fā)酵過(guò)程中木糖的最大轉化率為為了克服反饋抑制作用, Gauss等提出了在同一個(gè)91.5%。宋向陽(yáng)等以樹(shù)干畢赤酵母為發(fā)酵菌株,利用海反應罐中進(jìn)行纖維素糖化和乙醇發(fā)酵的同步糖化發(fā)酵藻酸錳凝膠代替海藻酸鈣,固定化酵母使用壽命明顯增法。其特點(diǎn)是纖維素酶對纖維素的水解和酵母發(fā)酵生成加。海藻酸錳凝膠耐磷酸鹽能力是海藻酸鈣凝膠的3倍乙醇在同一容器內連續進(jìn)行,這樣纖維素酶水解的產(chǎn)總糖利用率為958%,乙醇得率為理論得率的923%,發(fā)物—葡萄糖由于酵母的發(fā)酵不斷地被利用,消除了葡酵穩定時(shí)間明顯長(cháng)于海藻酸鈣固定化酵母細胞乙醇發(fā)酵萄糖濃度過(guò)高對纖維素酶的反饋抑制,這是目前最有前的穩定時(shí)間。季更生等采用以150g木糖和300g/L途的方法。在工業(yè)生產(chǎn)上,該法簡(jiǎn)化了設備,降低了能源葡萄糖混合物模擬植物纖維原料水解液作為發(fā)酵底物進(jìn)的消耗,節約了總生產(chǎn)時(shí)間提高了生產(chǎn)效率但存在一行發(fā)酵,結果表明,當底物流加速度約為60mLh時(shí),二些如糖化和發(fā)酵溫度不協(xié)調等抑制因素。在纖維素酶的級連續發(fā)酵液中酒精平均質(zhì)量濃度為13.79gL,還原糖糖化過(guò)程中纖維素酶的最適溫度為50℃左右,而酵母利用率為8309%;當底物流加速度約為45mLh時(shí),發(fā)發(fā)酵的控制溫度是37~40℃,解決這2個(gè)過(guò)程溫度不協(xié)酵液酒精質(zhì)量濃度平均值為1541gL,還原糖利用率為調的方法有:采用耐熱酵母(如假絲酵母、克勞森氏酵90.38%;當采用固定化技術(shù)和低pH值處理技術(shù)后,該系母);進(jìn)一步選育耐熱酵母;耐熱酵母與普通酵母混合發(fā)統在連續發(fā)酵35d的運行中從未發(fā)現“染菌”現象,發(fā)酵酵等。 Wu Zhangwen采取了非等溫同時(shí)糖化發(fā)酵法,很操作相當穩定。 Yuya Yamashita等甽使用 Zymomonas好地解決了纖維素酶這一矛盾。mobilis Nbrcl3756對紙污泥生物轉化為乙醇的效率做在同步糖化發(fā)酵中,盡管高濃度的水不溶性固體使了研究。研究結果表明, Z mobilis海藻酸鈣固定化細胞,酶和酵母受到抑制,以及預處理材料粘度造成大量運輸在分批發(fā)酵的作用方式下,從造紙廢渣中生產(chǎn)乙醇取得問(wèn)題。然而,在同步糖化發(fā)酵中,水不溶性固體濃度越了良好的效果?？傊?雖然固定化細胞發(fā)酵在生產(chǎn)燃料乙高,在隨后的蒸餾和蒸發(fā)過(guò)程中所需要的能量越少。M.醇方面的應用技術(shù)還不夠成熟,但是,其潛在的應用價(jià)值Linde等為了降低成本,采用蒸汽爆破和濃硫酸預處將為生產(chǎn)生物乙醇過(guò)程“節能減材”。理后的大麥秸稈進(jìn)行同步糖化發(fā)酵,目的是提高水不溶3結語(yǔ)性固體濃度降低酶的使用量和酵母濃度。E. Tomas-Pei6等例探討了商業(yè)纖維素酶( Celluclast1.5LFG)對隨著(zhù)世界人口及經(jīng)濟的增長(cháng),能源危機在不斷加劇。Kluyveromyces marxianus CECT10875生長(cháng)的影響,以國際能源署(EA)的最新數據表明中國和印度未來(lái)十年及在SF過(guò)程中對乙醇產(chǎn)量的影響。 Guido zacchi等的基本石油需求將隨著(zhù)人口及經(jīng)濟的增長(cháng)翻一番。歐美以預處理后的玉米秸稈水解物作為底物,對SF和SHF各國也在加快生物燃料技術(shù)開(kāi)發(fā)的步伐。纖維素乙醇發(fā)生成乙醇產(chǎn)量作了比較。結果顯示,SSF產(chǎn)生的量將高于酵領(lǐng)域的十幾個(gè)中國專(zhuān)利的內容都集中在糖化發(fā)酵環(huán)節SHF3%(理論上SSF為724%,SHF為591%)預處理的開(kāi)發(fā)方面,沒(méi)有預處理酶和發(fā)酵菌種等方面的專(zhuān)利后的勻漿中抑制物對SHF和SSF的抑制程度不同。S.因此在實(shí)現纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)時(shí),需要引進(jìn)由國外Marques等使用回收的廢紙污泥轉化生產(chǎn)乙醇,以酶專(zhuān)利控制的酶和發(fā)酵菌等技術(shù)。因此,應該開(kāi)發(fā)具有我國轉化污泥后的主要成分(纖維素和木聚糖)作為底物,采獨立的自主知識產(chǎn)權的技術(shù),從而促進(jìn)我國燃料乙醇工用Ss和SHF2種方式生產(chǎn)乙醇。使用的水解酶是由業(yè)的快速發(fā)展。雖然我國在基于以上兩個(gè)方面的研究仍novozym188提供的糖化效率達到了100%。SHF轉化落后于世界但是我國在纖維素酶產(chǎn)生菌的菌種選育及率略高于SSF,對應的乙醇產(chǎn)量為196gL纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的生產(chǎn)工藝方面的研究取得了可喜2.3固定化細胞發(fā)酵的成果,這將為進(jìn)一步發(fā)展我國乙醇能源提供科學(xué)支撐。定化細胞發(fā)酵具有能使發(fā)酵罐內細胞濃度提高,參考文獻:細胞可連續使用,使最終發(fā)酵液酒精濃度得以提高等特]尤薦燃料乙醇的代謝工程研究進(jìn)展門(mén)微生物學(xué)通報20點(diǎn),常用的載體有海藻酸鈉、卡拉膠、多孔玻璃等,目前,32(3):113-l16固定化細胞的新動(dòng)向之一是混合固定細胞發(fā)酵。 Isabella(2】徐錠明甜高粱制燃料乙醇前景廣闊門(mén)]產(chǎn)業(yè)觀(guān)察,200(2)即圖在要規模的中給的x*發(fā)中國煤化工和利用口石油規劃設計,究了固定化重組運動(dòng)發(fā)酵單胞菌CP4(Pb5)的玉米秸y酵試驗,乙醇產(chǎn)率達到0396g乙醇/g糖。 Mahesh等國研CNMHG兒門(mén)北日爬甜高粱產(chǎn)業(yè)前景廣闊中國農業(yè)信息,2007,(5):6-7稈水解液的批式和連續乙醇發(fā)酵特性。批式固定化細]王瑩張峰龍,賈茹珍甜高粱莖汁酒精發(fā)酵研究與應用進(jìn)展101釀酒科技2009年第3期(總第177期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGYNo. 3(Tol. 177)可再生能源,2007,25(1):51-55[21]段黎萍纖維素乙醇的專(zhuān)利綜述與分析門(mén)現代化工,2008[6]夏爽案焦國際迫捧的中國甜高粱N]科學(xué)時(shí)報,200809-08(B02)2】柴梅,袁振宏顏涌捷腸溶衣聚合物固定化纖維素酶性質(zhì)的[7]·汪元欣(責編)以色列高效利用海藻門(mén)]農村實(shí)用技術(shù),2008,研究]微生物學(xué)通報2007,34(3)(01):28[23]MLinde, M Galbe, G Zacchi Simultaneous saccharification[8]豐洋.美國國際能源公司啟動(dòng)海藻變油“研發(fā)計劃[石油煉and feron of steam-pretreated barley straw at low制與化T,2008,(03):57enzyme loadings and low yeast concentration[]. Enzyme and[9]楚德強馬曉建陳俊英.盾葉薯蕷發(fā)酵生產(chǎn)酒精的研究門(mén)釀酒Microbial Technology, 2007, 40, 100-1107.科技20072):25-28[24] E. Tomds-Pejo et al, Effect of different cellulase dosages on cell[10謝光輝郭興強,鑫等能源作物資源現狀與發(fā)展前景門(mén)資ability and ethanol production by Kluyveromyces maxianus源科學(xué),2007,29(5):74-80in SSF processes[J]. Bioresource Technology, 2008, 100,[ll] Deepak. R. KeshwaniJay J Cheng Switchgrass for bioethanoland other value-added applications: Areview[]. Bioresource [25 Guido Zacchi et al, A comparison between simultaneous sacTechnology2009,100,1515-1523clarification and fermentation and separate hydrolysis and[2】曲音波纖維素乙醉產(chǎn)業(yè)化[化學(xué)進(jìn)展2007,19(7/8):1098fermentation using steam-pretreated corn stover[J]. Process1108.Biochemistry, 2007, 42, 834-839[13]王凡強許平產(chǎn)乙醇工程菌研究進(jìn)展[微生物學(xué)報2006,4626] S Marques et al, Conversion of recycled paper sludge to ethanol(4):673-675by SHF and ssF using Achia stipitis[. Biomass and[14]馬曉建趙銀峰祝春進(jìn)纖維素類(lèi)物質(zhì)為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料Bioenergy,2008,32,400-406乙醇的研究進(jìn)展門(mén)食品與發(fā)酵工業(yè)2004,30(11):77-81[27] Isabella D B, Daniela C, Francesco N, et al. Ethanol production in[15]馮玉杰李冬梅纖維素分解菌的篩選及用于秸稈燃料酒精immobilized-cell bioreactors from mixed sugar syrups and發(fā)酵的試驗研究[A]中國生物質(zhì)能技術(shù)與可持續發(fā)展研討enzymatic hydrolysates of steam-exploded biomass[JJ]. Applied會(huì )論文集[C]2004Biochemistry and Biotechnology, 2004, 113-116,539-557[16]趙小蓉林啟美孫焱鑫纖維素分解菌對不同纖維素類(lèi)物質(zhì)SK, Maria B, Christopher K.,et al. Ethanol production的分解作用微生物學(xué)雜志2000,20(3):12-14.from glucose and xylose by immobilized zymomonas mobilis[17]高建民翁海波席字.一株嗜熱嗜酸纖維素酶高產(chǎn)霉菌分離CP4(pzb)[J]Applied Biochemistry and Biotechnology鑒定及其酶學(xué)性質(zhì)研究[微生物學(xué)通報,2007,34):200084-86525-541715-718.[29]宋向陽(yáng)徐勇楊富國等海藻酸錳固定化細胞的乙醇發(fā)酵門(mén)[18]劉長(cháng)莉王小芬?？×?一組多功能細菌復合系NSC-7的南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2003,27(4):1-4.培養特性及穩定性[門(mén)微生物學(xué)通報,200835(5):725-730.[30]季更生,勇強氽世裒固定化酵母戊糖已糖混合連續發(fā)酵制[19]楊聲蓮李登焊鄭林用等混合菌在纖維素降解中的作用研取酒精[林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)200727(4):71-74究[A]第九屆中國青年土壤科學(xué)T作者學(xué)術(shù)討論會(huì )暨第四31 Yuya Yamashita, Akihiro Kurosumi, Chizuru sasaki, Yoshitoshi屆中國青年植物營(yíng)養與肥料科學(xué)工作者學(xué)術(shù)討論會(huì )論文集Nakamura. Ethanol production from paper sludge by immo-C].2004bilized Zymomonas mobilis[J]. Biochemical Engineering Joumal20]夏子芳,王正祥成乙醇重組乳桿菌的研究[門(mén)微生物學(xué)通報2008,42314-3192007,34(5):934-938(上接第97頁(yè))optimal process for gelatinisation and hydrolysis of highly con-[5]郭勇,鄭穗平.酶在食品工業(yè)中的應用M]北京:中國輕工業(yè)centrated starch- water mixtures with alpha-amylase from B出版社,1996.53-54licheniformis[J]. Jourmal of Cereal Science, 2008, 47: 214-225. [6] Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation[2] Wong DwS. Robertson GH, Lee CC, Wagschal K Synergisticof microgram quantities of protein utilizing the principle ofaction of recombinant a-amylase and glucoamylase on theprotein-dye binding[]. Anal Biochem, 1976, 72: 248-254hydrolysis of starch granules[J]. The Protein Jourmal, 2007,7]張劍,張開(kāi)誠,田輝等.混合酶水解水溶性淀粉的研究[中國26(2):159-164釀造,2007,167(2):23-26[3] Pronpong S, Saovanee D, Sittwwat L. Effect of glycation on sta- [8] Feller G, Payan F, Theys F, et al. Stability and structural analysisbility and kinetic parameters of thermostable glucoamylase from中國煤化工 hrophile alteromonas halo-aspergillus niger[J] Process Biochemistry, 2005, 40:CNMHG4, 222: 441-4472821-2826[9漏酬胡劑買(mǎi)用墳不手冊[M]北京:中國輕工[4] Crabb WD, Mitchinson C. Enzymes involved in the processing業(yè)出版社,2002.109-113of starch to sugars[]. Trends Biotechnol, 1997, 15: 349-352