利用木质纤维素生产丁醇的研究进展

随着化石燃料的逐年减少,以生物质为原料的生物能源研究近年来成为能源领域的研究热点,充分利用可再生生物质为发展经济的生物燃料生产工艺提供了一个极好的机会。与燃料乙醇和生物柴油相比,生物丁醇更具有优越性,以可再生木质纤维素生物质为原料进行发酵生产丁醇在近年来被广泛的研究。对于利用可再生生物质为原料生产丁醇,需要解决原料的选择、产品收率低、抑制物对生产菌株毒性等问题。本文对以木质纤维素生物质为原料进行生物丁醇发酵过程中的原料预处理、抑制物对丁醇生产菌的影响,以及水解液的脱毒和耐抑制物菌株的选育等方面进行综述,并对以木质纤维素生产燃料丁醇所面临的机遇与问题进行了简要评述。     

统合生物工艺与纤维素分解性高温菌乙醇转化的研究进展

生物乙醇是可再生的绿色能源,作为可以完全或部分替代化石能源的新型能源,近年来受到了世界各国的关注.木质纤维素作为生物乙醇的生产原料具有巨大的市场潜力,而统合生物工艺(CBP)能有效降低木质纤维素乙醇的生产成本,为纤维素乙醇的工业化生产提供了新的工艺思路.主要介绍利用高温纤维素分解菌的统合生物工艺策略以及国内外对高温纤维素分解茵代谢工程研究的最新进展.     

木质纤维素生物转化产氢技术现状与发展趋势

氢能是一种清洁能源,利用木质纤维素类生物质生产氢气,在生产可再生绿色能源的同时,避免了木质纤维素资源未被充分利用而造成的环境污染和资源浪费,它的开发与应用对人类未来能源与经济发展具有十分重要意义。以下综述了木质纤维素生物转化产氢技术的研究现状,提出了木质纤维素生物转化产氢的总体构想与对产业发展方向的建议。     

运动发酵单胞菌在生物炼制中的研究进展

以木质纤维素生物质为原料的生物炼制技术已成为全球研发的热点和难点。欧盟国家和美国的中长期生物质能源发展路线图中均将木质纤维素生物炼制技术作为重要目标,但是目前整体水平尚处于中试阶段。我国的纤维素类生物质原料非常丰富,将其转化成燃料乙醇及生物基础化学品等具有较大的潜力,但当前要想实现商业化生产,还面临着很多瓶颈问题亟待解决。缺乏能够同时高效利用纤维素类水解物的发酵菌株,已成为纤维素生物质高效与高值转化的关键制约因素。运动发酵单胞菌是目前唯一一种通过ED途径兼性厌氧发酵葡萄糖的微生物,其独特的代谢途径使其成为构建产乙醇工程菌的优选宿主之一;同时由于该菌具有较高的糖利用效率等优点,也是其他生物基化学品生产的重要候选平台微生物,如山梨醇、葡萄糖酸、丁二酸和异丁醇等。本文从该菌的研究历程、分子生物学基础、菌种改良及该菌在生物能源及生物基化学品等生物炼制体系中的应用研究角度进行了综述,并提出该菌可作为纤维素生物质生物炼制系统的新的重要平台微生物。     

嗜热厌氧菌乙醇耐受机制的研究进展

生物能源因其原料具有来源丰富、价格低廉和可再生的优点,作为可替代化石能源的潜在能源受到世界各国的高度重视。有些嗜热厌氧菌因为具有木质纤维素降解能力和高温发酵的成本优势,被视为生物质转化乙醇等能源物质的理想微生物而成为近年来研究的热点,但乙醇耐受性较低是限制嗜热厌氧菌在工业化生产中应用的主要因素之一。本文从以下三个方面介绍嗜热厌氧菌乙醇耐受机制的研究进展：（1）嗜热厌氧菌生产乙醇的代谢途径;（2）嗜热厌氧菌的乙醇耐受机制;（3）提高嗜热厌氧菌乙醇耐受性的方法。     

燃料乙醇非粮化——我国发展纤维乙醇的挑战与对策

在分析国内外燃料乙醇发展状况的基础上阐述了以非粮原料木质纤维素生产燃料乙醇的重要性,着重论述了发展纤维素燃料乙醇所面临的发展机遇和技术挑战,同时对我国纤维乙醇的产业化发展提出了建议。     

适于二代燃料乙醇生产酿酒酵母的精准构制

以木质纤维素为原料的二代燃料乙醇工业生产对发酵微生物的基本要求,一是可对木质纤维素组分中的全糖发酵,二是对预处理过程产生的毒性物质具有高耐受性。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是具有优良生产性能的传统乙醇发酵生产菌株,是适合包括二代燃料乙醇等生物基化合物转化的理想底盘细胞。近30年来,利用理性代谢工程改造、非理性适应性进化以及新兴起的合成生物学等策略,对酿酒酵母进行精准构制,极大地提高了其二代燃料乙醇生产的产业化性能。综述了适于二代燃料乙醇生产酿酒酵母精准构制过程中的己糖和戊糖代谢途径工程、辅酶工程、糖转运蛋白、抗性元件发掘以及产业化推进等方面的研究进展。     

木质纤维素生物炼制的研究进展

木质纤维素是一种广泛存在的可再生生物质资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。如何更有效地综合利用木质纤维素是当前面临的世界性难题。本文中,笔者梳理了木质纤维素生物化学法转化生产以燃料乙醇为代表的生物基产品,特别是转化过程中关键技术环节的研究现状及难点,深入探讨了木质素的生物转化利用趋势,并综述了合成生物学在这些领域的研究趋势和最新成果。本文力图描绘出木质纤维素生物炼制研究全景,为后续研究提供潜在思路。     

木质纤维生物质炼制和多级资源化利用——生物质高值化的必由之路

<正>生物质炼制是一种以木质纤维素可再生资源为主要原料基础,通过化工与生物技术相结合的加工过程,综合利用原料各组分和中间产物,实现以炼制生产液体燃料与大宗化工产品为目标的新型工业模式。随着化石资源的日益枯竭,作为解决后化石资源时代能源、材料和     

基于杨木（Populus sp.）的二代燃料乙醇技术研究进展

木质纤维素类生物质作为一种廉价且储量丰富的可再生原料，可通过预处理、酶解和微生物发酵等过程转化为纤维素燃料乙醇，近几十年来受到世界各国的广泛关注。杨木是一种人工广泛种植的速生硬木，主要用于造纸工业，而伴随产生大量枝桠等废弃物。因其富含纤维素和半纤维素组分，被认为是纤维素乙醇生产的优良木质纤维素原料。聚焦于杨木在纤维素乙醇生产中的应用，介绍了杨木的组成及结构特点，重点综述了杨木在预处理技术、预处理原料的酶解、微生物发酵等方面的研究进展。最后，归纳总结了限制杨木在纤维素乙醇应用中的技术障碍及困难，进而分析提出了相应解决对策并展望了其应用前景。     

木质纤维素乙醇关键技术研究进展

人类社会对能源供给和环境保护的需求推动了燃料乙醇产业的快速发展。以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇已成为生物能源研究的主流。但是由于技术和经济性的限制,纤维素乙醇未能实现大规模商业化应用。与淀粉原料相比较,木质纤维素原料的预处理、酶解、发酵等重要环节尚有众多瓶颈问题亟待解决,需要持续的技术革新来降低纤维素乙醇生产成本。回顾了近年来纤维素乙醇生产工艺中关键技术的进展,以期为领域内研究者提供参考。     

代谢木糖产乙醇的酿酒酵母工程菌研究进展

随着能源价格的持续上涨, 使用木质纤维素生产燃料乙醇已具有重要的实践意义。木糖是多数木质纤维素水解产物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖, 传统乙醇生产菌株酿酒酵母不能利用木糖, 这为使用以木质纤维素为原料发酵生产乙醇带来了困难。多年以来人们试图通过基因工程和细胞融合等方法对其进行改造使其能够代谢木糖生产乙醇。本文主要介绍这方面的研究进展。     

代谢木糖产乙醇的酿酒酵母工程菌研究进展

随着能源价格的持续上涨,使用木质纤维素生产燃料乙醇已具有重要的实践意义.木糖是多数木质纤维素水解产物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖,传统乙醇生产菌株酿酒酵母不能利用木糖,这为使用以木质纤维素为原料发酵生产乙醇带来了困难.多年以来人们试图通过基因工程和细胞融合等方法对其进行改造使其能够代谢木糖生产乙醇.本文主要介绍这方面的研究进展.     

秸秆真菌降解转化与可再生化工

秸秆生物质是储量巨大的碳资源,我国每年可用的生物质资源接近10亿t,如果可以转化为燃料乙醇等生物基化学品,有望减少至少2亿t的原油进口量,因此发展秸秆生物转化生产燃料乙醇和大宗化学品是生物制造的核心组成。中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称“天津工业生物所”)自建所之初,便提出了“两个替代一个提升”,其中包括以可再生碳资源替代不可再生石化资源生产大宗化学品。发展秸秆生物转化是研究所的长期战略,建所10年来,在这一领域进行了持续系统地研究,取得了显著进展。本文重点综述真菌系统的生物质降解与转化,包括丝状真菌纤维素降解机理,生物质炼制整合路线研发等,实现了生物质一步转化燃料乙醇、苹果酸等多种大宗能源材料化学品。在可再生化工研究方面,重点介绍了丁二酸、乳酸等一批大宗有机酸,以可再生碳资源为原料进行生产的工业化进展,展示了生物制造替代石化路线生产大宗化学品的潜力。天津工业生物所在秸秆生物转化和可再生化工方面的研究,为我国建设发展低碳经济社会提供了有效参考路径,有望为我国实现双碳战略目标作出自己的独特贡献。     

燃料乙醇的发展现状分析及前景展望

随着社会经济的高速发展,化石燃料不断消耗及其使用过程所带来的能源短缺、环境污染等问题日益凸显,寻找新的绿色可再生替代能源迫在眉睫。燃料乙醇作为资源丰富、积炭少、可减排温室气体及使用方便的优良燃油品质改善剂及清洁可再生能源,已成为国内外关注并推广使用的绿色燃料。主要对燃料乙醇生产技术的发展进行了综述,重点对燃料乙醇发展历程中各阶段乙醇生产的原料来源、工艺技术进行了论述,讨论了各代燃料乙醇生产过程中所遇到的瓶颈问题,并对其发展趋势进行了展望。目前,燃料乙醇的生产技术主要经历了三代发展,第一代以玉米等糖质和淀粉质粮食作物为原料的乙醇发酵已经实现商业化生产,虽然工艺成熟,但存在粮食安全问题;第二代以农作物秸秆等废弃植物纤维为原料的乙醇生产目前已具备产业化示范条件,其原料来源广泛,转化技术不断提高,最有发展前景;第三代以藻类等绿色植物为原料的燃料乙醇正处于研发阶段,是未来发展的希望。在燃料乙醇生产技术发展过程论述的基础上,讨论了目前其主要技术瓶颈及发展趋势,旨在为燃料乙醇生产的产业化、经济化及可持续化发展提供相关的理论依据。     

纤维质原料预处理技术

随着石油资源的大量消耗和逐步枯竭,寻找可再生性的替代能源,特别是新的液态燃料,已成为维持人类社会可持续发展的紧迫任务。在可再生性替代能源——生物能源领域发展力度最大的品种是燃料乙醇。但是越来越多的人们已经认识到,随着世界人口的增长,用淀粉和糖类生产燃料和化工产品的发展将受到很大的限制。只有粮食、食糖生产过剩的国家,才能将大量以粮食和食糖作为原料生产的乙醇用作汽车燃料。而植物光合作用产物的绝大部分为植物的枝、干、叶等木质纤维素类,是纤维素、半纤维素和木质素等聚合物的复合物,其中纤维素和半纤维素都可以被转化成乙醇,理论得率可以同粮食相仿（大于400L／t）。因而,即使像美国那样粮食和土地资源非常丰富的国家,目前也十分重视利用植物纤维原料生产乙醇技术的研究。 近年来,纤维素乙醇技术发展较快,突破了一些关键技术的瓶颈,取得了一些进展。为此,我们特别邀请由山东大学微生物技术国家重点实验室主任曲音波教授领衔的团队,围绕纤维素乙醇生产相关技术,分别就纤维质原料预处理技术、纤维素酶生产技术等进展进行连载,希望更多的读者增加对纤维素乙醇技术的了解。     

纤维质原料预处理技术

随着石油资源的大量消耗和逐步枯竭,寻找可再生性的替代能源,特别是新的液态燃料,已成为维持人类社会可持续发展的紧迫任务。在可再生性替代能源——生物能源领域发展力度最大的品种是燃料乙醇。但是越来越多的人们已经认识到,随着世界人口的增长,用淀粉和糖类生产燃料和化工产品的发展将受到很大的限制。只有粮食、食糖生产过剩的国家,才能将大量以粮食和食糖作为原料生产的乙醇用作汽车燃料。而植物光合作用产物的绝大部分为植物的枝、干、叶等木质纤维素类,是纤维素、半纤维素和木质素等聚合物的复合物,其中纤维素和半纤维素都可以被转化成乙醇,理论得率可以同粮食相仿（大于400L／t）。因而,即使像美国那样粮食和土地资源非常丰富的国家,目前也十分重视利用植物纤维原料生产乙醇技术的研究。 近年来,纤维素乙醇技术发展较快,突破了一些关键技术的瓶颈,取得了一些进展。为此,我们特别邀请由山东大学微生物技术国家重点实验室主任曲音波教授领衔的团队,围绕纤维素乙醇生产相关技术,分别就纤维质原料预处理技术、纤维素酶生产技术等进展进行连载,希望更多的读者增加对纤维素乙醇技术的了解。[编者按]     

β-木糖苷酶及其在纤维素乙醇生产中的应用研究进展

将木质纤维素类生物质生物转化生产液体燃料,如纤维素乙醇和大宗化学品,对缓解当前人类社会面临的能源和资源危机以及保护环境具有重要意义。半纤维素是木质纤维素类生物质的主要组成成分之一,它的生物降解转化对实现木质纤维素生物炼制意义重大。由于半纤维素糖种类的多样性和半纤维素结构的复杂性,需要一个复杂的半纤维素酶系才能完成对半纤维素的有效降解。除了木聚糖酶等以外,β-木糖苷酶也是半纤维素酶系的主要组分。在半纤维素降解过程中,β-木糖苷酶将木聚糖酶的水解产物木寡糖和木二糖水解为木糖,不仅在木聚糖的彻底降解过程中起着重要作用,而且可以缓解木寡糖对木聚糖酶和纤维素酶的抑制作用。该文综述了目前在β-木糖苷酶方面的研究进展,包括β-木糖苷酶的分类、酶学性质、酶结构及其催化机制、基因的克隆与表达等,并对β-木糖苷酶在纤维素乙醇生产中的应用情况进行了简述。     

木质纤维生产燃料乙醇工艺的研究进展

利用丰富而廉价的木质纤维原料代替粮食生产燃料乙醇,对经济和社会的可持续发展有着重要的意义。以木质纤维为原料发酵生产燃料乙醇可分为4种工艺:分步糖水解化发酵法、同步糖化发酵法、同步糖化共发酵法和直接微生物转化法。介绍了以上4种工艺的研究进展,并对今后进一步研究提出了建议。     

木质纤维素资源生物精炼技术研究进展

开发利用可再生性的木质纤维素资源来生产液体燃料和大宗化学品,对于解决人类发展面临的资源与环境危机具有重要的意义。然而,作为其代表性工艺的纤维素乙醇生产却因为经济上无法过关而迟迟不能真正实现产业化。采用生物精炼技术,充分利用木质纤维素材料中各种组分,生产包括部分高值产品的多种产品,是克服其转化技术产业化经济可行性问题的有效措施。综述了木质纤维素原料生物精炼技术的研究发展现状,着重阐述了玉米芯的生物精炼技术产业化进展,并对木质纤维素的生物精炼前景进行了展望。