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]     

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。     

常压甘油自催化预处理麦草浓醪发酵纤维素乙醇

目前纤维素乙醇成本偏高的根本原因在于没有达到淀粉质乙醇发酵水平的"三高"(高浓度、高转化率和高效率)指标,提高水解糖液浓度和避免发酵抑制物来实现浓醪发酵,是解决问题的关键。文中以常压甘油自催化预处理麦草为底物,尝试采用不同发酵策略,探讨其浓醪发酵产纤维素乙醇的可行性。在优化培养条件(15%底物浓度,加酶量30 FPU/g干底物,温度37℃,接种量10%)下同步糖化发酵72 h,纤维素乙醇产量为31.2 g/L,转化率为73%,发酵效率0.43 g/(L·h);采用半同步(预酶解24 h)糖化发酵72 h,纤维素乙醇浓度达到33.7 g/L,转化率为79%,发酵效率为0.47 g/(L·h),其中(半)同步糖化发酵中90%以上纤维素已被糖化水解用于发酵;采用分批补料式半同步糖化发酵,补料到基质浓度相当于30%,发酵72 h时纤维素乙醇产量达到51.2 g/L,转化率为62%,发酵效率为0.71 g/(L·h)。在所有浓醪发酵中乙酸不足3 g/L,无糠醛和羟甲基糠醛等发酵抑制物。以上结果表明,常压甘油自催化预处理木质纤维素基质适用于纤维素乙醇发酵;分批补料式半同步糖化发酵策略可用来进行浓醪纤维素乙醇发酵;未来工作中提高基质纯度和强化酶解产糖是浓醪纤维素乙醇达到"三高"指标的关键。     

发挥微生物技术生产乙醇的优势

目前,将燃料乙醇作为替代能源大有发展之势。美国通用汽车公司认为,每年生产2500亿升～4050亿升乙醇可替代每年5300亿升汽油需求的一半。法国投资10亿欧元建10家生物燃料生产厂,预计2008年消耗生物燃料所占比例为5.75%,到2010年为7%,2015年为10%。瑞典计划到2020年成为全球不依     

基于Fisher-Pry模型的纤维素预处理技术成熟度分析

为了研究纤维素预处理技术成熟度情况,基于多源文献数据利用Fisher-Pry模型对蒸汽爆破法、酸处理法、碱处理法和生物法等主要预处理技术成熟度进行了研究。结果表明,蒸汽爆破法、酸预处理法及碱预处理法从2005年之后快速发展,目前基本处于成熟阶段,但由于这些方法本身存在水解产生抑制性产物、腐蚀性、成本高等缺陷,很难取得进一步的突破。生物法目前还正处于快速成长阶段,具有很大的前景,经过Fisher-Pry曲线拟合,预计生物法到2043年左右达到成熟。     

纤维素酶生产技术

利用可再生的纤维素资源生产燃料乙醇是克服能源危机的有效途径之一,半个世纪以来我国在这方面已投入了大量的财力．物力进行工业化相关研究。。整体工艺流程是,纤维素首先经过水解得到葡萄糖．然后经过酒精酵母发酵即可得到乙醇．经蒸馏,脱水制成无水乙醇后可用于配制乙醇汽油．作为汽车燃料。纤维素水解产生葡萄糖有化学法和酶法。化学法一般采用稀酸水解．酸性废液严重污染环境,     

白腐真菌Pleurotus sajor-caju预处理对红麻秸秆发酵乙醇的影响

为研究微生物法预处理对红麻秸秆中木质素的降解及后续的红麻纤维素酶促糖化和发酵效率的影响,将白腐真菌Pleurotus sajor-caju接种在红麻秸秆培养基上固态培养,对红麻秸秆进行预处理。经P. sajor-caju培养25~35 d后,有效转化红麻秸秆中的木质素,转化率最高可达50.20％,并提高红麻纤维素的酶促水解效率,糖化率达69.33％~78.64％,与对照组相比提高了3.5~4.1倍。以微生物法预处理后的红麻秸秆样品为底物的同步糖化发酵实验表明,发酵72 h,发酵液中乙醇浓度达到18.35~     

杰能科推出新的酶产品用于生产纤维素生物燃料

全球可再生非食物原料制燃料乙醇有了新一代的高效纤维素新产品。杰能科日前开发成功并向市场推出最新产品——Accellerase^？TRIO。该新产品能帮助生物燃料生产商极大提高使用可再生非食物原料生产纤维素生物燃料的效率,减少乙醇生产成本,并带来环境效益和经济效益。该酶产品使用范围包括柳枝稷、麦秆和玉米秸秆,以及市政绿化固体废料等。     

POET与Agrivida开展合作旨在降低纤维素类乙醇生产成本

美国POET公司2012年8月21日宣布,其全资子公司POETResearch公司与美国Agrivida公司签订了共同开发合同,确立了技术协作关系。两家公司在今后的4年内将发展Agrivida公司的技术平台,大幅度降低纤维素乙醇商业生产设施的资本成本和运营经费。Agrivida公司是一个从事开发原料农作物品种改良技术和原料处理技术平台的企业。     

法国DEINOVE公司以非食用生物质为原料生产出9％浓度的乙醇

2014年1月16日,法国DEINOVE公司宣布了其利用异常球菌（Deinococcus）,以非食用生物质作原料成功生产浓度为9％的乙醇的新工艺。数年来,世界各国竞相开发生产工艺,以便用非食用的木质素纤维素来生产有经济竞争力的生物燃料（第二代生物燃料）。DEINOVE公司用研究成果表明,采用微生物有可能降低生物燃料的生产成本。DEINOVE公司的DEINOL项目从法国创新银行Bpifrance获得资助资金于2009年起启动。     

决胜纤维素

<正>纤维素乙醇的产业化受到全球越来越多的国家的重视,其原因、其目的不言而喻。以粮食和油料作为原料生产第一代生物燃料的产业,正受到政府机构、环境保护主义者以及广大消费者越来越多的指责。与玉米等粮食为原料的第一代生物燃料形成对比的是,用稻草、秸秆等植物纤维为原料生产的第二代生物燃料,具有原料不与粮食竞争而且整个生产过程排放的CO_2量少等优势。     

中国与韩国计划合作开发新型生物乙醇燃料

韩国来比来产业发展公司与北京理想空间科技发展有限公司组建了北京巴奥燃料技术有限公司。该公司将以木薯等生物质资源为原料生产乙醇掺烧比例可高达85％的新型生物燃料,并与中国相关企业及地方政府达成了产品生产及原料培育等合作意向。     

美国加州大学戴维分校有望开拓植物基燃料新市场

2014年2月3日,美国加州大学戴维斯分校（UC Davis）宣布,该校化学系Mark Mascal教授率领的研究团队,开发了以农、林废弃物等纤维素类生物质为原料生产汽油类似燃料的新工艺。该工艺有望开拓现有柴油替代品的植物基燃料新市场。     

以木质纤维素原料生产生物丁醇的研究进展

<正>为促进纤维素丁醇产业的发展,并为生物丁醇研究提供借鉴,文章介绍了生物丁醇发展的历史与其工艺流程,分析了纤维素丁醇生产中不同技术的优缺点以及瓶颈。同时结合生物炼制技术,提出提高其生产性能的建议。     

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。     

纤维素酶高产菌种选育及酶活测定

一般从自然界筛选分离的野生型菌株产酶能力比较低．为了提高纤维素酶的活力,筛选和培育高产的菌种是关键。纤维素酶是多组分的复合酶．各个组分的底物专一性不同．并且不同来源的纤维素酶各组分的比例有差别。另一方面．纤维素酶作用的底物比较复杂,常常影响酶活力的表现,加上反应产物的不同．致使纤维素酶活力的测定方法多而繁杂。上期已对纤维素乙醇生产技术中的纤维质原料预处理技术进行了全面的综述．这期将围绕纤维素酶高产菌种选育及酶活测定进行介绍。     

浅谈利用微生物生产抗癌药紫杉醇的技术优势

一 紫杉醇的发现和应用 紫杉烷(Taxanes) 是一类具有三环二萜基本结构的天然代谢产物, 在植物和微生物中, 已经发现300 多种紫杉烷分子,丰度较高的组分有十余种,大多具有很强的生物学活性,是开发新药的良好药源,在国际上受到广泛重视.其中发现最早并成功应用于临床的是众所周知的一线抗肿瘤药物紫杉醇(paclitaxel,商品名Taxol).     

用玉米生产乙醇的技术有重大突破

国际石油价格飚升以及对减排温室气体的日益重视．为发展生物燃料提供了潜在市场。乙醇是一种重要的生物燃料,美国是利用玉米生产乙醇最主要的国家,该国的一些种子及化学公司如孟山都、杜邦等都一直在探索改进乙醇生产工艺提高产量的方法,然而,迄今未有满意成果。但Anglo-Swiss种子及作物保护集团的Syngenta公司却取得了重大突破。     

特殊环境微生物资源的开发利用技术

特殊环境微生物具有独特功能、构造和组分,是国家经济与社会可持续发展的重要战略资源。突破特殊微生物资源高效开发利用的共性关键技术瓶颈．提升我国特殊微生物资源开发利用的整体水平和可持续利用效率．获得一批拥有自主知识产权和重要应用价值的新菌种、新基因和新酶,     

微生物挥发性代谢产物的产生途径及其质谱检测技术

微生物挥发性代谢产物（MVOCs）是微生物代谢产物的重要组成部分,是人类了解微生物生命活动本质规律的重要窗口,也是提高微生物利用价值的重要物质基础。MVOCs种类较多,按其化学结构不同可分为醇类、醛类、酸类、酯类和酮类等化合物。由于这些化合物的理化性质差异较大,在样品中含量低且浓度差异大,经常与大量的复杂基体共存,一般需要对其进行分离、富集后才能够进行分析测定。本文归纳了常见MVOCs的产生途径,综述了常规质谱分析方法在MVOCs分析检测中的应用,同时结合本课题组的研究工作,介绍了新兴的复杂基体样品快速质谱分析技术的原理,评述了它们在MVOCs检测中的优势,并展望了质谱技术在MVOCs检测方面的发展趋势。