纤维素酶与木质纤维素生物降解转化的研究进展

利用纤维素酶将预处理后的秸秆降解成可发酵性单糖,然后发酵生产所需的液体燃料及化工产品的技术,对于我国解决能源、环境、人口就业等难题有着巨大的积极影响。在木质纤维素生物降解转化工艺中,减少纤维素酶用量及提高酶解效率是降低木质纤维素降解成本的关键。纤维素酶系和木质纤维素酶水解技术的改进需要深入了解纤维素酶系统的组成及其协同作用、纤维素酶的结构与功能以及纤维素酶的生产技术。将就以上几个方面的研究进展进行讨论,并深入探讨了纤维素酶糖化能力的评价方法。     

木质纤维素预处理抑制物产生及脱除方法的研究进展

利用纤维素酶将木质纤维素降解成可发酵性糖,然后发酵生产氢气、乙醇、丁醇等生物燃料及高附加值产品,是当今全球研究的热点。预处理是生物质转化过程中至关重要的步骤,而预处理过程中产生的抑制物对木质纤维素后续的酶解和发酵微生物有负面影响。因此了解预处理方法及其过程中产生的抑制物及脱除方法是能否高效转化生物质的基础。文中首先介绍了木质纤维素常用的两类预处理方法即化学法和物理化学法。随后阐述了不同抑制物的产生及其抑制机制,并重点介绍了多种脱毒方法。最后展望了脱除木质纤维素预处理抑制物的研究趋势:应用交联聚乙烯亚胺和金属有机骨架化合物等新型材料脱除抑制物或通过基因工程、代谢工程技术等构建抑制物耐受性菌株等。     

生物能源固态发酵应用的研究进展

生物能源是改善我国能源结构、实现经济可持续发展的重要途径,其产业化技术的突破将加快以生物质能源替代化石能源的步伐。高能耗、水耗以及大量有机废水等问题严重限制了传统液体发酵的发展前景。近年来对固态发酵原理和应用的研究使得清洁、节能的固态发酵已然成为发酵工业的关注热点。从固态发酵的原理和应用现状方面着重介绍其在生物能源领域中应用的研究进展。     

一株纤维素降解菌的分离、鉴定及对 玉米秸秆的降解特性

[目的]获得高产纤维素酶细菌菌株,探讨以氨化预处理玉米秸秆为底物时的纤维素酶产酶特性及底物降解特性,探讨纤维素酶作用机理,提高玉米秸秆利用率.[方法]用LB培养基分离并纯化菌株,羧甲基纤维素钠培养基培养、刚果红染色进行初步筛选.考察氨化预处理对底物降解率、产酶能力的影响.通过形态特征观察及16S rRNA、Biolog鉴定菌株.[结果]分离到一株高效纤维素降解菌NH11,经鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis). 30℃、发酵5d时,预处理前后玉米秸秆降解率分别为14.24％和24.73％.30℃、pH 7.2时,处理组CMC酶活力峰值处为153.84 U/mL,FPA酶活力为197.24 U/mL,比未处理组分别高出11.45％和10.59％.[结论]NH11具有较高的纤维素酶产酶能力,氨化预处理能够提高菌株对玉米秸秆的降解率.该菌株在秸秆堆肥、制作食用菌培养基和制取反刍动物粗饲料方面具有很高的应用价值.     

里氏木霉产纤维素酶研究进展

木质纤维素类生物质被认为是重要且可持续的可再生能源,其主要组成部分是纤维素.纤维素酶是一种能将纤维素分解为葡萄糖的复合酶,能有效地降解木质纤维素生物质.真菌、细菌、放线菌、酵母等多种微生物均可以产生纤维素酶,其中里氏木霉具有完整的纤维素酶系结构,常作为生物技术领域中一个重要菌株,广泛应用于纤维素酶的商业生产.介绍了纤维...     

生物质生物预处理研究进展与展望

木质纤维素生物质分布广、产量大、可再生,用于制备生物基能源、生物基材料和生物基化学品。木质纤维素生物质组成复杂,包含纤维素、半纤维素和木质素等,木质素与半纤维素通过共价键、氢键交联形成独特的“包裹结构”,纤维素含有复杂的分子内与分子间氢键,上述因素制约着其资源化利用。生物预处理以其独特优越性成为生物质研究的重要方面。系统阐述了生物预处理过程中木质素降解和基团修饰对纤维素酶解的影响,纤维素含量及结晶区变化,半纤维素五碳糖利用,微观物理结构的改变。进一步提出了以生物预处理为核心的组合预处理、基于不同功能的多酶协同催化体系、木质纤维素组分分级利用和新型高效细菌预处理工艺是生物预处理未来发展的重要趋势。     

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。     

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。     

鸡尾酒δ整合策略构建表达三类纤维素酶的酿酒酵母工程菌株及初步评价

木质纤维素乙醇具有替代化石燃料的潜力,其生产过程包括生物质预处理、纤维素酶生产、水解和发酵等多个步骤。将纤维素酶生产、水解和发酵组合在一起的统合生物加工过程（consolidated bioprocessing,CBP）由于能降低水解和发酵成本而具有应用于纤维素乙醇生产的潜力,该技术的关键是构建能有效降解纤维素的工程菌株,而构建表达纤维素酶的酿酒酵母即是其中一种选择。采用鸡尾酒多拷贝δ整合的策略将7种纤维素酶基因（Trichoderma reesei cbh1、cbh2和egl2,Aspergillus aculeatus cbh1、egl1和bgl1）表达盒整合至酿酒酵母W303-1A染色体上,经4轮整合筛选得到菌株LA1、LA2、LA3和LA4。对这4个菌株进行纤维素酶活性测定,结果表明从LA1到LA3各种纤维素酶活性呈递增趋势,而LA4的酶活性与LA3的酶活水平相当。对菌株LA3进行酸碱预处理玉米芯料的发酵评价,结果表明：①在外加商品化纤维素酶的情况下,与对照菌株W303-1A和AADY相比,LA3能有效利用纤维素料发酵产醇;②与分步整合的菌株W3相比,发酵性能更优;③培养基中的营养成分影响菌株发酵性能。这些结果表明,鸡尾酒δ整合是一种有效的构建酿酒酵母CBP菌株的方法。     

生物转化能源草制取纤维素乙醇的研究进展

随着化石燃料的日益枯竭和环境污染的日益加剧,寻找一种绿色能源以代替化石能源成为当今世界迫在眉睫的任务。清洁燃料当中的生物乙醇具有车用价值,可作为化石能源的替代品而受到研究学者的广泛关注。而草本能源植物的生物转化被认为是生物质能源产业化发展的最有效途径之一。能源草作为木质纤维素原料之一,由于其具有生长快,产量高,抗性强等优势而备受瞩目。详细论述了近期国内外以能源草为底物进行纤维素乙醇的生物转化研究进展,从纤维素原料预处理到乙醇发酵工艺等各方面的进展及存在的问题,并对木质纤维素制取生物质能源的生物转化效率,以及全纤维素组分的多级利用进行了简单阐述,以期找出一条产业化生产纤维素乙醇的最优生产模式。