2014生物质炼制专刊序言

生物质是自然界最丰富的含碳有机大分子功能体,它有望通过"生物炼制"实现"石油炼制"的辉煌。但是由于生物质资源本身及其转化过程的复杂性,生物质产业虽备受关注,却被认为是遥远的未来产业。传统的生物质资源化利用思路都是先耗费一定的能量破坏生物质结构,然后再进行转化,不仅没有考虑到产品的功能需求,而且过程的原子经济性不高。如何实现化学键更加复杂的固相木质纤维素生物质炼制是实现生物质产业的关键和难点。理想的生物质炼制的目的是以最大得率分离木质纤维原料中各个组分,以尽可能地保持分子的完整性,最大可能地优化利用和最终实现最大价值。这就要求生物质炼制应当是基于原料结构、过程转化和产品特点三者的关联,面向原料、面向过程、面向产品的炼制过程。本期专刊报道了我国生物质炼制技术领域专家学者在原料炼制、炼制技术、组分转化等领域取得的最新研究进展。     

低温等离子体生物质炼制技术

生物质炼制是世界各国的战略性研究方向。目前,主要有汽爆、酸、碱等炼制技术,而低温等离子体因具有独特的化学活性和高能量等优势而倍受青睐。本论文系统阐述了基于低温等离子体技术的生物质预处理、降解制糖、选择性功能改性、液化、气化等炼制技术的研究进展,并探讨了低温等离子体生物质炼制的机理及其今后研究发展方向。     

中草药生物质炼制工程

目前我国中药产业面临资源紧张、药材利用率低、加工过程浪费严重等问题,究其原因主要是单一药效成分利用、加工转化技术落后所致。针对上述问题,从生物质炼制角度,综述了实现中草药资源高效利用的原料预处理、提取、转化及残渣后处理等4个关键单元操作中主要技术的研究进展,并指出中草药生物质炼制工程发展趋势与前景。     

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。     

木质纤维素乙醇预处理技术研究进展

<正>生物炼制是非粮生物质利用大规模产业化成败的关键,也是工业生物技术研究和产业化开发的重点领域,受到了广泛的关注和重视。为此,我们特别邀请了山东大学曲音波教授的科研团队,以连载的形式,对非粮生物质生物炼制过程工程的相关技术和产品开发进行解读,主要从生物质原料的预处理、过程相关的酶水解技术以及发酵菌种改良等方面展开,以期读者对非粮生物质生物炼制技术开发及其产业化发展有一个更深入的了解。     

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。     

微生物菌群发酵生产化学品的研究进展

廉价生物质资源的利用是工业生物技术领域研究的热点,复杂的成分和较多的杂质使传统的单菌发酵方式难以应对,成为产业化的关键问题。文中从微生物菌群的工业应用、微生物菌群发酵与纯种发酵的比较、微生物细胞间的相互作用等方面综述了微生物菌群发酵技术的最新研究进展,并对微生物菌群的设计和应用进行了展望。微生物菌群发酵可以充分利用廉价生物质基质、生产多个产品或减少副产物的生成,在生物基化学品和燃料的生产中将是一种有前景的发酵技术。     

非粮生物质炼制技术产业化的现状与展望

<正>能源、资源、环境危机是21世纪制约人类社会经济可持续发展的主要瓶颈。随着全球经济的不断发展,以石油为主的化石资源正在迅速地被消耗。而化石资源不可再生的属性对现代文明的可持续发展构成了巨大的威胁。中国经济的快速发展使我们面临的问题更加突出:一方面是快速增长的能源消费使中国的石油对外依存度达到了近60%,在消     

LanzaTech公司扩大合作以开发气体发酵技术

2014年5月13日,美国LanzaTech公司宣布,与美国INVISTA公司签订了集中开发以二氧化碳和氢气为原料生产工业化学品的气体发酵技术的研发合同。根据合同,利用INVISTA公司自主研发的宿主和代谢途径,INVISTA公司和LanzaTech公司共同完成开发项目。该技术预计最早2018年可以实现首次商业化。     

生物炼制技术用于生物石油开发

几年前美国一家国家实验室研究人员发明生物炼制石油技术,即用一种极端纤细细菌的催化作用炼制优质的石油产品,该菌能在高温（60℃）下分离重油（注：重油指非常规石油的统称。包括重质油、高粘油、油沙、天然沥青等）中的硫氢、重金属物,使这些杂质含量降低20％～50％左右。这种生物炼油技术不仅提高“生物石油”的质量,而且更有利于环保。在炼制生物石油方面除细菌外,有些微藻也值得注意,一种叫丛粒藻（Botryococcus braunii,又称葡萄藻）的单胞藻,它产生的碳氢化合物占其干物质重量的15％～75％,最高达到90％,其组成与原油极为类似,经过加工处理后达到真正石油的指标。除了该藻藻体有“储能库”之称以外,微藻中还有小球藻、盐藻（均系绿藻类）等均有“储能”的潜力,都可用透明玻璃管作为“生物反应器”,通入含1％CO2的空气,对数增殖期测定其产烃量,已达到占细胞干重的16％-44％,每天可从藻体生物量中索取大量油烃化合物,完全有可能利用“环型玻璃管生物反应器”按需求量扩大再生产,从其生物量炼制生物石油。在美国,哈佛大学和斯坦福大学有关专家组建了一家公司想从生物炼油开辟新径：     

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。     

酒精发酵技术新进展

酒精发酵技术,根据应用目的可分为两类:一类是生产饮料为目的并注意改善其色,香、味的所谓经典的酿造酒精发酵技术;另一类是以提供能源为主要目的的工业酒精发酵技术。前一类如黄酒、白酒、啤酒,葡萄酒等,由于主要靠积累的经验和传统工艺进行生产,因而还有     

我国发酵工业存在的主要问题及解决措施

发酵工业是指通过现代生物工程技术对粮食和农副进行深加工,生产有用物质或直接用于工业化生产的一种行业。随着社会的发展,我国发酵工业凸显出许多问题,如粮食短缺、水资源匮乏、环境污染等。我们简要分析我国发酵工业现状及存在的主要问题,并针对这些问题介绍一些解决措施。     

新型大规模纯种固态发酵研究进展

发酵工业是生物技术产业必要平台,但目前正面临节能减排的巨大压力.固态发酵技术天然具有节水、节能的优势,近年来固态发酵技术已逐渐成为研究的新热点.固态发酵总体发展趋势是菌株从最开始的自然混菌发酵和强化微生物混合发酵逐渐发展为纯种发酵和限定微生物混合发酵;发酵方式也从传统的静态培养发展到培养基的动态培养和气相动态培养;操作方式从批次发酵向连续发酵发展;在好氧发酵依然占主体的情况下,厌氧发酵也呈现了今后和好氧发酵并驾齐驱的潜力.而气相双动态好氧固态发酵技术与连续厌氧固态发酵技术平台的建立为现代固态发酵的广泛应用打下了很好的基础.     

纤维素糖化发酵工艺

随着石油、煤炭等不可再生矿产资源的不断减少或接近枯竭,以石油、煤炭作为主要能源物质和化工原料的现代工业面临不可持续发展的困境,迫使人类不得不寻找替代能源和原材料资源。生物质资源是地球上唯一的可大规模再生的实物性资源,其5％所含的能量即可与石油和天然气的需求量相当。     

中科院举办生物质炼制产业技术情报专场发布会

<正>中国科学院过程工程研究所和中国科学院文献情报中心近期联合举办生物质炼制产业技术情报专场发布会,来自地方政府科技主管部门、行业协会、产业园区、工业企业及科技服务机构代表等近百人参加了本次发布会。情报分析专家基于对国内外相关技术的专利情报分析,发布了蒸汽爆破、固态发酵以及纤维素丁醇三项技术的国内外研究重点、发展趋势及其产业化应用情况,过程工程所生物质炼制工程课题组对发布的技术内容进行了解读。     

乙烯的生物炼制技术应用推广前景广阔

乙烯是重要的化工原料,目前基本来源于石油炼制。我国乙烯年消费量已超过2000万t,其中50％以上依赖进口。伴随着石油资源的枯竭和油价的高涨,以生物可再生资源替代石油资源开发基于生物制造的化学产品成为当今世界的研究热点。国家“十一五”863计划在生物和医药领域将“生物乙烯的生物炼制技术”作为重点项目,由南京工业大学牵头,联合中国石化、安徽丰原集团等国内优势企业和科研单位进行联合攻关,目前取得了可喜的进展,展示广阔的应用前景。     

纤维素乙醇气化发酵研究取得进展

在美国提出的2022年生产1360亿L生物燃料目标计划中,纤维素生物燃料的研发将发挥巨大作用。近10a来,美国俄克拉何马州立大学的生物燃料交叉学科研究小组在纤维素乙醇的气化发酵过程研究中取得了进展。该项工艺主要利用低成本、未处理过的生物质原料,如多年生牧草和作物秸秆,能够获取生物乙醇和其他增值产品。该研究小组正在进行进一步的整体分析研究,     

概念与技术兼容 权威与实效统一——国内第一本生物炼制图书

近年来。由于中国经济的高速增长．对于能源与资源的需求逐步成为严重制约中国经济快速增长的瓶颈问题,同时工业的过度发展．也引发一系列的环境问题。因此利用工业生物技术来缓解我们国家资源与能源紧张的问题,并利用生物技术实现化学工业的绿色制造路线尤为重要。