纤维素乙醇关键技术及进展

<正>近三四十年来,为保障能源安全、减少大气污染及发展农村经济,燃料乙醇异军突起,乙醇汽油应用规模逐步增加,使得传统酿酒工艺进入液体能源领域。伴随原料的转换,在化学工程和发酵工程等学科的交叉带动下,逐步孕育了纤维素乙醇工程这一新的分支。2012年完成的中试经济评价为纤维素乙醇产     

休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇过程研究

木质纤维素原料水解产物的主要成分是葡萄糖和木糖,其中葡萄糖很容易发酵,致使木糖成为木质纤维素发酵的关键,休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)1766是自然界木糖发酵性能较好的天然酵母之一。研究了发酵温度、发酵时间、接种量、初始pH值、摇床转速等因素对休哈塔假丝酵母1766发酵木糖生产乙醇的影响,由正交试验初步确定了休哈塔假丝酵母发酵木糖制乙醇工艺的适宜条件为好氧条件,发酵时间为2d,发酵温度为28℃,摇床转速为150r/min,初始pH值为5,此时乙醇收率最高可达68.62%。     

木薯纤维素乙醇发酵的纤维素酶成本评价

木薯中的纤维素成分约占木薯干重的10％(W/W).文中以木薯燃料乙醇生产的木薯纤维素酒渣为原料,从纤维素酶成本角度评估了三种利用木薯纤维素组分发酵生产乙醇的方法,包括木薯纤维素酒渣的直接糖化和乙醇发酵、木薯纤维素酒渣预处理后的糖化与乙醇发酵、木薯乙醇发酵中同步淀粉与纤维素糖化以及乙醇发酵.结果表明,前两种方法的纤维素利用效率不高,酶成本分别达到13602、11659元/吨乙醇.第三种方法,即在木薯乙醇发酵过程同时加入糖化酶和纤维素酶,进行同步淀粉与纤维素糖化,进而进行乙醇发酵,木薯纤维素乙醇的收益最高.发酵结束时的乙醇浓度从101.5g/L提高到107.0g/L,纤维素酶成本为3 589元/吨乙醇.此方法利用木薯纤维素与木薯淀粉同时进行,不会带来额外的设备及操作投入,酶成本低于产品乙醇价格,可实现盈利,因此第三种方法为木薯纤维用于乙醇发酵的最适方法,本研究结果将为木薯乙醇产业深度利用木薯纤维提供依据.     

乙醇预处理麦秆的酶解性能研究

采用H2SO4催化和自催化乙醇法对麦秆进行预处理,比较预处理后麦秆的主要化学组成、纤维素酶解性能和半同步糖化发酵生产乙醇特性,并进行物料衡算。结果表明:H2SO4催化和自催化乙醇预处理过程中纤维素固体回收率大于90%。添加非离子表面活性剂吐温20和吐温80没有显著提高H2SO4催化乙醇预处理后纤维素的酶解葡萄糖得率及半同步糖化发酵过程中乙醇的产量,而对自催化乙醇处理后麦秆的酶解和半同步糖化发酵过程有一定程度的促进作用,相应的酶解葡聚糖转化率由72.7%提高到85.0%,而半同步糖化发酵过程中乙醇质量浓度提高了11.4%。物料衡算结果表明:酸催化和自催化乙醇预处理后葡聚糖回收率分别为91.0%和95.4%;半同步糖化发酵生产乙醇的得率分别为10.4和11.6 g(按100 g原料计)。     

乙醇预处理麦秆的酶解性能研究简

采用H2 SO4催化和自催化乙醇法对麦秆进行预处理,比较预处理后麦秆的主要化学组成、纤维素酶解性能和半同步糖化发酵生产乙醇特性,并进行物料衡算。结果表明：H2 SO4催化和自催化乙醇预处理过程中纤维素固体回收率大于90％。添加非离子表面活性剂吐温20和吐温80没有显著提高H2 SO4催化乙醇预处理后纤维素的酶解葡萄糖得率及半同步糖化发酵过程中乙醇的产量,而对自催化乙醇处理后麦秆的酶解和半同步糖化发酵过程有一定程度的促进作用,相应的酶解葡聚糖转化率由72.7％提高到85.0％,而半同步糖化发酵过程中乙醇质量浓度提高了11.4％。物料衡算结果表明：酸催化和自催化乙醇预处理后葡聚糖回收率分别为91.0％和95.4％;半同步糖化发酵生产乙醇的得率分别为10.4和11.6 g（按100 g原料计）。     

纤维素乙醇的生物炼制及研究进展

纤维素乙醇是以农业废弃生物质中的纤维素为主要原料、通过微生物发酵转化而成的生物燃料产品。作为一种绿色可再生替代能源,纤维素乙醇具有显著的能量收益和碳减排效益,对保障我国可持续发展、能源安全以及环境友好意义重大。然而,纤维素乙醇的生物炼制过程面临着难点和挑战。本文围绕纤维素原料及其预处理、纤维素酶水解和纤维素乙醇发酵工艺3个方面,介绍纤维素乙醇生物炼制的工艺流程及特征,剖析纤维素乙醇生产的主要技术瓶颈,并基于菌株抑制物胁迫耐性、碳源利用以及乙醇合成强化3个方面,总结了近年来纤维素乙醇生物炼制的研究进展,最后对纤维素乙醇未来的研究重点和发展前景进行了展望。     

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。     

木质纤维素稀酸水解糖液乙醇发酵研究进展

以木质纤维素为原料生产燃料乙醇,首先要对原料进行预处理得到可发酵糖,在稀酸水解木质纤维素得到的糖液中,除含有葡萄糖、木糖等六碳糖和五碳糖外,根据水解温度、酸浓度和时间的不同,还含有不同浓度的发酵抑制剂。因此,在研究木质纤维素稀酸水解糖液的乙醇发酵中,对代谢木糖成乙醇的菌种的研究、对耐/代谢发酵抑制剂微生物的研究、对稀酸水解糖液的脱毒方法的研究以及对稀酸水解糖液不同发酵方式的乙醇发酵研究等非常重要。重点介绍了以上几个方面近几年研究的进展。     

基因组改组及其在木质纤维素水解液乙醇发酵菌种选育中的应用展望

能高效代谢木质纤维素水解液中的可发酵糖、同时可耐受/分解发酵抑制剂的菌种, 是利用木质纤维素为原料生产燃料乙醇技术的关键。基因组改组技术是近些年发展起来的一项新型育种技术, 该技术已运用于食品和医药行业菌种的改良。本文综述了基因组改组技术的原理、方法、特点、及其运用, 并对其在木质纤维素水解液乙醇发酵菌种选育方面的应用进行了展望。     

纤维素乙醇生物加工过程中的抑制物对酿酒酵母的影响及应对措施

以木质纤维素为原料生产乙醇,预处理是必需的环节,这一过程中不可避免产生了多种对微生物有抑制作用的化合物,这些抑制物主要有3大类:弱酸、呋喃醛类和酚类化合物。这些化合物影响后续乙醇发酵微生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的生长及发酵性能,降低了乙醇的得率和产量,是木质纤维素原料大规模生产乙醇的一个主要障碍。以下介绍了3类抑制物的形成及作用机制,并介绍了应对抑制物作用、提高酵母发酵能力的措施及研究进展,包括发酵前预处理原料脱毒、通过进化工程驯化菌种或通过对抑制物耐受性相关基因的代谢工程操作提高酿酒酵母耐受性,及通过发酵过程控制减少抑制物影响等。     

玉米芯半纤维素水解液的制备及成分测定

木质纤维素原料是自然界中含量丰富的可再生资源,可在水解糖化后被微生物发酵生产乙醇等有用产品。将玉米芯等木质纤维素类农业废料用稀硫酸水解糖化过程中,受反应条件的影响,水解液中除生成可发酵的单糖外还会产生一些可能对后续乙醇发酵微生物有抑制作用的副产物。本课题采用正交试验优化了制备玉米芯半纤维素水解液的工艺参数,并确立了水解液中的五种主要副产物。     

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。     

纤维素固体发酵

新开发的种种新型燃料必然有一些终将能代替汽油,在这些新型燃料中的溶剂占据着重要地位。这种特削的“乙醇”就是丙酮—丁醇混合液,它是以小麦杆或玉米芯的纤维物质为原料,经过发酵而制造出来的。发酵的第一步是通过李氏木霉Trichodeima reesei的一种霉系来降解纤维素的。现在运用此项技术时遇到了一个问     

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.     

纤维素酶在木质纤维素生物质转化中的应用研究

选育得到纤维素酶高产菌株里氏木霉突变菌株(Trichoderma reesei) 813A,优化了其发酵产酶条件。利用该菌株所产纤维素酶对天然木质纤维素的水解糖化过程进行研究,确定了实验条件下最优的糖化条件(温度50℃, pH 4.5,酶浓度6～8 FPU/mL,底物浓度2%)。以玉米叶和杨树叶为天然纤维素原料,水解糖化率分别达到86.2％和56.0%。通过酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)将糖化液转化为酒精,产乙醇浓度达到 5%～5.8%,转化率为79.4%～92.1%。     

纤维素乙醇技术开发进展

生产纤维素乙醇的转化途径,大部分的研发都集中在生物化学途径或热化学途径,均可从生物质生产乙醇。生物化学途径使用酶,使经预处理的木质纤维素生物质原料转化成糖类,糖类然后再发酵成乙醇。热化学途径是将生物质原料气化以制取合成气,合成气然后利用化学催化的化学反应被转化成乙醇。     

高温厌氧条件下纤维素的直接乙醇发酵

本文介绍了出分解纤维素的嗜热厌氧菌Clostridium celluloflavus sp.nov.直接发酵纤维素产乙醇的初步研究、发酵于60℃下进仃,其主要产物为乙醇、乙酸、氢气和二氧化碳。文中介绍了间歇发酵的若干特征与影响发酵的因素,1％纤维素发酵至120小时,大约有70％纤维素被分解;乙醇的转化率约为0.36g/g降解纤维素;发酵液中乙醇浓度达到56至61mM。发酵中乙醇与乙酸浓度的比值因发酵时间与其它发酵条件的不同而不同。     

混合糖发酵重组酿酒酵母的菌株构建和菊芋秸秆同步糖化发酵研究

【目的】构建可用于纤维素乙醇高效生产的混合糖发酵重组酿酒酵母菌株,并利用菊芋秸秆为原料进行乙醇发酵。【方法】筛选在木糖中生长较好的酿酒酵母YB-2625作为宿主菌,构建木糖共代谢菌株YB-2625 CCX。进一步通过r DNA位点多拷贝整合的方式,以YB-2625 CCX为出发菌株构建木糖脱氢酶过表达菌株,并筛选得到优势菌株YB-73。采用同步糖化发酵策略研究YB-73的菊芋秸秆发酵性能。【结果】YB-73菌株以90 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源进行混合糖发酵,乙醇产量比出发菌株YB-2625 CCX提高了13.9%,副产物木糖醇产率由0.89 g/g降低至0.31 g/g,下降了64.6%。利用重组菌YB-73对菊芋秸秆进行同步糖化发酵,48 h最高乙醇浓度达到6.10%(体积比)。【结论】通过转入木糖代谢途径以及r DNA位点多拷贝整合过表达木糖脱氢酶基因可有效提高菌株木糖发酵性能,并用于菊芋秸秆的纤维素乙醇生产。这是首次报道利用重组酿酒酵母进行菊芋秸秆原料的纤维素乙醇发酵。     

链霉菌A048产几丁质酶最佳发酵工艺研究*

将链霉菌A048在完全培养基中培养至对数生长末期,离心洗涤收集菌丝体,然后接种入发酵产酶培养基中,进行二步发酵工艺生产几丁质酶,几丁质酶活力比一步发酵工艺提高1.1倍,发酵周期共54h,比一步发酵工艺缩短66h;把菌丝体与几丁质粉共固定化,接入发酵产酶培养基中培养36h,几丁质酶活力比一步发酵工艺提高1.8倍,发酵周期缩短54h;在二步发酵工艺中另添加0.4%纤维素,几丁质酶活力可提高4倍,比一步发酵工艺提高10倍,酶活力达18.52U/mL。采用几丁质和纤维素双因子诱导二步发酵工艺可能是链霉菌A048生     

产纤维素酶黏细菌在生物转化的作用

目的:预处理对木质纤维素降解的影响.方法:从土壤中分离筛选到高纤维素酶活的黏细菌菌株So ce sh1008.该菌具有CMC酶活(CMCase)及微晶纤维素酶活性.研究NaOH联合黏细菌降解盐蒿、稻草、棉花秸秆和甘蔗渣四种木质纤维素的情况.结果:碱(2％ NaOH) -黏细菌处理的方法优于黏细菌-碱的方法,其中降解棉花秸秆降解效果最明显,以5.0g木质纤维素为原料,其最终干重损失达2.1g,溶液中总糖含量和还原糖含量均值分别为12.8 mg/mL和0.93 mg/mL.酵母菌发酵产乙醇的研究结果表明,最佳发酵时间为47h,碱-黏细菌甘蔗渣降解液发酵效果最好,乙醇产出达6.0％.结论:黏细菌联合2％ NaOH能有效降解甘蔗渣,提高乙醇产量.