纤维素乙醇工程化探讨

出于对能源安全、大气污染的担忧以及促进农村经济发展的考虑,世界许多国家使用乙醇作为含氧添加剂或交通运输燃料来替代汽油。纤维素乙醇生产原料丰富,且具有明显的低碳排放特性而备受关注。随着全球范围内几套大型纤维素乙醇示范装置的相继试车,工程化问题将得到解决,并有望在2015-2016年完成装置的经济性考核,逐步进入商业化阶段。为避免原料"与人争粮,与粮争地",1代燃料乙醇将逐步向2代纤维素乙醇过渡。本文在综述近期国内外纤维素乙醇产业化概况的基础上,从化学工程和生物工程的角度对预处理、酶制剂及酶解工艺、戊糖/己糖共发酵菌株及工艺、装备等几个方面的技术进展进行剖析,讨论了工程化遇到的主要问题,探讨了我国纤维素乙醇技术的发展方向。     

褐藻制备生物乙醇的生产优化研究

褐藻作为第三代生物乙醇生产原料,以其高碳水化合物含量、生产周期短、不与粮争地的优势逐渐被人们所关注。但是在生物乙醇的实际生产中,低成本基础上乙醇产率的提高一直是亟需解决的问题。主要针对褐藻制备生物乙醇的技术困难,综述了适用于大规模生产生物乙醇的预处理技术和糖化发酵技术的研究进展,并由此展望褐藻制备生物乙醇的研究发展新方向。     

发展生物乙醇以替代传统能源

尽管燃料乙醇的使用有一定局限性，但国外应用的实战证明，多途径发展生物乙醇也显示其生命力。在发展生物乙醇过程中必须扬其优，克其弊，以利燃料乙醇的发展。所谓生物乙醇指的是通过微生物发酵途径，以各种不同的生物质（主要是含糖类）为原料发酵生产乙醇（酒精），尽管有其传统的生产优势，现代生物技术微生物技术的应用则有全新的内含，生产菌种的选育，经过改造或重组建构，或酶活力提高以及各生产工艺改造等等。为扩大乙醇生产，提高其效率和产率是整个乙醇生产的基础和重要环节。     

新型工程酵母转化木糖、阿拉伯糖为生物燃料

目前的生物乙醇生产技术只能应用原料植物的贮藏性糖,如葡萄糖、蔗糖和淀粉。瑞士生物燃料公司的Eckhard Boles和德国Goethe大学教授合作开发了可以将木糖、阿拉伯糖转化为乙醇的基因工程菌。     

利用乙醇发酵副产CO2培养富含淀粉亚心型四爿藻作为其补充原料

建立了乙醇发酵耦联微藻培养系统,研究了利用酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae乙醇发酵副产CO2为碳源,培养富含淀粉的亚心形四爿藻Tetraselmis subcordiformis,作为乙醇发酵补充原料的可行性。在连续光照培养条件下,间歇式培养7 d,反应器中藻细胞密度达到2.0 g/L左右,胞内淀粉含量约45％。微藻细胞收集后,经超声处理和酶法水解,葡萄糖释放量为胞内淀粉总量的71.1％。S. cerevisiae发酵微藻生物质水解液生产乙醇,其得率达到理论值的87.6％。表明乙醇发酵耦联微藻培养可行,既减少了CO2向环境的排放,又收获了富含淀粉的微藻生物质作为乙醇发酵的补充原料,节省粮食类淀粉质原料的消耗。     

牛心朴子中三个新C21甾体配糖体

从宁夏产植物牛心朴子（Cymmehumkomarovii Al．IIjinski）须根的乙醇提取物中分离并鉴定了4个C21甾体配糖体：白前苷元C 3-O-β—D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-α-L-吡喃磁麻糖基-（1→4）-β-D-吡喃毛地黄毒糖基-（1→4）-β—D-吡喃夹竹桃糖苷（1）,白前苷元A 3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-α-D-吡喃夹竹桃糖基-（1→4）-β-D-吡喃毛地黄毒糖基-（1→4）-β-D-吡喃夹竹桃糖苷（2）,白前苷元C3-O-β—D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-α—D-吡喃夹竹桃糖基-（1→4）-β-D-吡喃磁麻糖基-（1→4）-β-D-吡喃夹竹桃糖苷（3）,白前苷元A3-O-β—D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-β-D-吡喃葡萄糖基-（1→4）-α—D-吡喃夹竹桃糖基-（1→4）-β-D-吡喃磁麻糖基-（1→4）-β-D-吡喃夹竹桃糖苷（4）,分别命名为komarosideI（1）,komarosideJ（2）,komarosideK（3）,komarosideL（4）,除化合物1外,其余化合物均为新化合物。     

微藻生物质制备燃料乙醇关键技术研究进展

燃料乙醇作为一种优良的可再生液体燃料,其开发利用受到了人们的广泛关注。微藻是一种高光合、高产生物量的生物质资源,很多的藻体细胞中含有大量的淀粉、纤维素（Iα型）等多糖物质,是制备燃料乙醇的优良原料。发展利用微藻制备燃料乙醇技术工艺,对于缓解我国目前日益短缺的能源问题,减少温室气体排放和环境污染等具有很好的应用前景。综述了国内外利用微藻生物质制备燃料乙醇中所用到的关键技术、存在的问题以及今后的发展前景等。     

微生物在生物能源生产中的应用(英文)

生物可再生能源是最有前景的石油替代品之一.生物能源的生产原料包括:植物、有机废弃物和微生物.微生物在生物能源生产上有着广泛的应用,利用微生物制备的主要生物能源包括:生物柴油、生物乙醇、生物甲烷等.某些微生物如微藻和真菌可以生产大量油脂,这些油脂可以转化为生物柴油;有些微生物如酵母可以将糖类、淀粉以及纤维素转化为燃料乙醇,添加乙醇的汽油或柴油燃烧排放明显降低;还有些厌氧微生物可以将有机废弃物转化为甲烷,可用做家用燃气、车用燃气或发电.除此之外微生物还具有在生产能源的同时治理环境污染的优势.总之研究开发微生物在生物能源生产中的应用有利于世界可持续发展.     

国内简讯

葛根燃料乙醇生产技术取得重要进展葛根是一种高淀粉含量的非粮作物,其环境适应性强,在山地、林地、斜坡和未开垦的荒地都能较好地生长,被认为是发展燃料乙醇产业最有潜力的原料之一。近期,中国科学院过程工程研究所在葛根燃料乙醇生产技术研究方面取得重要进展,研究人员创新性地将“汽爆”预处理技术与连续耦合固态发酵技术相结合。有效解决了传统发酵技术能耗高、污染重、组分利用单一等问题。     

既向海外发展也在开展大型试验要成为无补助事业尚有若干课题

生物乙醇生产的实证试验 较大规模的生物乙醇实证试验（provingtest）开始以来已过去数年。通过提高原料收集方法和生产技术等的效率,以实现40日元/L（1日元=0．08096元人民币,仅供参考,下同）的低价位目标。     

产乙醇工程菌研究进展

伴随着21世纪的到来,低油价的时代也悄然落幕。简要概述了燃料乙醇产生菌代谢工程的研究进展,包括了利用淀粉、戊糖及纤维素的工程酵母构建,运动发酵单胞菌利用戊糖工程菌的构建,引入外源乙醇合成途径的大肠埃希氏菌和产酸克雷伯氏菌等。对燃料乙醇的重视将促进开发能利用廉价原料和要求粗放的工程菌株用于高产乙醇的生产过程,以降低成本和能耗,其中能利用生淀粉的工程酵母及利用木质纤维素水解物的运动发酵单胞菌工程菌有较大的工业化潜力。     

过表达NtAGPase小亚基基因提高烟叶淀粉含量和生物量

发展以非粮食作物为原料制备乙醇等生物燃料既可缓解全球能源危机,又能减低粮食作物用于生物燃料对粮食安全的威胁。烟草Nicotiana tabacum是一种生物量较高的经济作物,培育富含淀粉的新型烟草,可专用于燃料乙醇生产。文中克隆了烟草控制淀粉生物合成的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP-glucose pyrophosphorylase,NtAGPase) 小亚基基因NtSSU,并构建了NtSSU基因植物表达载体。通过农杆菌介导叶盘转化法在烟草中超表达NtSSU基因。转基因烟草植株表型鉴定显示,过表达NtSSU基因促进烟叶淀粉富集,烟叶淀粉含量从野生型17.5%升高到41.7%。转基因烟草的生长速率和生物量也显著增加。研究结果揭示,过表达NtSSU基因能有效调动光合产物碳通量更多地进入淀粉合成途径,提高生物质产量,且未对其他农艺性状产生负效应。因此,NtSSU基因可作为优异靶标基因应用于植物代谢工程以促进营养器官中淀粉的合成积累,从而开发专用于生产燃料乙醇的新种质。     

菊芋全植株生产燃料乙醇的工艺探讨

<正>菊芋具有耐寒和耐旱等优点,可在非耕地种植,是重要的非粮能源植物,也是生物炼制研究的主要果糖基原料来源。利用菊芋的生物炼制生产生物燃料和生物基化学品具有广阔的发展前景。文章讨论了如何利用菊芋全植株的生物转化进行生物炼制,并重点对利用菊芋生产燃料乙醇的技术路线进行了论述。     

生物法生产1，3-丙二醇

生物炼制技术（biorefmery technology）或白色生物技术（white biotechnology）近几年受石油价格不断攀升的影响而越发受到人们的关注,尤其是生物质能源和生物基大宗化学品,如燃料乙醇、生物柴油、沼气、生物氢气以及1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乳酸、琥珀酸、丁醇／丙酮等。2006年原油价格由40美元／桶上升至70余美元／桶．最高达到75美元／桶：     

酿酒酵母戊糖转运蛋白及C6/C5共代谢菌株的研究进展

充分利用木质纤维素中的糖分是提高以此类生物质为原料生产二代燃料乙醇经济盈利性的基本要求,也是实现其他生物基化学品规模化生产的基础。传统的乙醇生产微生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae具有独特的生产性能及内在优势,是备受关注的底盘细胞,但其不能有效地利用戊糖。利用代谢工程、合成生物学策略,对二代燃料乙醇生产专用酿酒酵母的精准构制持续研究了30余年,已明显改善了其对木糖/葡萄糖的乙醇共发酵能力。近年来关注点集中在早期忽略的限速步骤即糖转运环节的研究上,以期实现不同糖分各行其道、高效专一性转运蛋白各行其责的二代燃料乙醇生产特种酿酒酵母所需的糖转运理想状态。文中主要综述了酿酒酵母戊糖转运蛋白的研究进展,及酿酒酵母的木糖和L-阿拉伯糖代谢工程的研究现状。     

提高乙醇产率的新方法

燃料乙醇作为一种可再生能源（或替代燃料）已在世界许多国家得到较为普遍的应用，有积极发展的趋势。巴西主要以甘蔗汁为原料生产乙醇，目前已实现替代40％的进口石油或煤炭；80％的汽车使用乙醇与汽油混合燃料，这为其它国家特别是发展中国家中起到了“榜样”的作用。     

生物法生产1，3-丙二醇

生物炼制技术（biorefmery technology）或白色生物技术（white biotechnology）近几年受石油价格不断攀升的影响而越发受到人们的关注,尤其是生物质能源和生物基大宗化学品,如燃料乙醇、生物柴油、沼气、生物氢气以及1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乳酸、琥珀酸、丁醇／丙酮等。2006年原油价格由40美元／桶上升至70余美元／桶．最高达到75美元／桶：     

日本育成葡糖淀粉酶重组酵母菌

1986年在大阪召开的大阪发酵工程学年会上,三得利啤酒公司应用微生物研究所和酒类研究所发表了一项研究成果。用DNA组入染色体的方法选育成功稳定的基因重组酵母菌。将根霉的葡糖淀粉酶基因组入乙醇发酵能力接近于生产菌的酵母菌中,使其分泌产生葡糖淀粉酶,而无需加热处理(无蒸煮)就能由淀粉产生13％以上的乙醇。特别在用木薯淀粉为原料时分解率很高。转化为乙醇的产率与现行工业生产法相同。为使染色体中重组性能稳定,从小瓶到大容器重组体经数十代仍可稳定产生葡糖淀粉酶。 此重组体有可能在良好的通用发酵罐中实现工业化。该公司已实现用根霉的葡糖淀粉酶进行淀粉的无蒸煮乙醇生产,这种方法由淀粉产乙醇的能耗量约减少了三成。     

马斯科马湖集团将在密歇根州建立纤维乙醇工厂

密歇根州州长Jennifer Granholm和马斯科马湖集团公司（Mascoma Corporation）CEO Bruce Jamerson日前共同宣布马斯科马湖将在北密半岛建立它的第一个商业化规模运行的纤维乙醇工厂,该乙醇工厂采用先进的联合生物工艺从非粮可再生植物中制取纤维乙醇。     

乙醇能消除二环已基碳二亚胺对H^＋—ATPase复合体的抑制效应

本文发现线粒体Ｈ＾＋－ＡＴＰａｓｅ复合体先用０．５ｕｇ／ｍｌ的ＤＣＣＤ（二环已基碳二亚胺预保温处理,再经１２．５％（Ｖ／Ｖ）乙醇进一步保温处理,则乙醇可完全消除ＤＣＣＤ引起的Ｈ＾＋－ＡＴＰａｓｅ的抑制效应。若Ｈ＾＋－ＡＴＰａｓｅ用ＤＣＣＤ和乙醇同时预保温处理,则ＤＣＣＤ同样消失其抑制作用。用相同浓度的甲醇代替乙醇,则仅可部分的消除ＤＣＣＤ的抑制作用。用相同浓度的ＤＭＳＯ（二甲基亚砜）代替乙醇,则不