木質(zhì)纖維生物質(zhì)煉制生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)進(jìn)展(編輯修改稿)
2025-05-04 03:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)酵生產(chǎn)乙醇已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)。纖維素乙醇的生產(chǎn)工藝主要有3種：分步水解與發(fā)酵工藝(SHF)、同步糖化發(fā)酵工藝(SSF)和直接微生物轉(zhuǎn)化工藝(DMC)。水解發(fā)酵二段法(separatehydrolysis fermentation，SHF)將纖維素先用纖維素酶糖化，再經(jīng)酵母發(fā)酵成酒精的方法。這種方法可以分別使用水解和發(fā)酵各自的最適條件(分別為50℃和30℃)，但是酶水解產(chǎn)生的產(chǎn)物(纖維二糖和葡萄糖)會(huì)反饋抑制水解反應(yīng)。同步糖化發(fā)酵技術(shù)(simultaneous saccharification and fermentation，SSF)是在加入纖維素酶的同時(shí)接種酒精發(fā)酵的酵母，可使生成的葡萄糖立即被酵母發(fā)酵成酒精；去除了產(chǎn)物抑制，就可以不妨礙纖維素糖化的繼續(xù)進(jìn)行，酒精得率可明顯提高。SSF技術(shù)的關(guān)鍵是選擇最適的酵母。酶解的最適溫度約為50℃，而普通釀酒的最適發(fā)酵溫度通常約30℃。選擇耐高溫酵母有利于SSF技術(shù)的應(yīng)用，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）使用釀酒酵母發(fā)酵的最佳結(jié)果是在38℃條件下獲得的，在最佳的酶、酵母和最適反應(yīng)條件下，可轉(zhuǎn)化80％以上的纖維素為乙醇。為提高纖維素乙醇發(fā)酵濃度，減少乙醇對(duì)發(fā)酵過(guò)程的抑制，中科院過(guò)程所陳洪章等提出了纖維素固相酶解—液體發(fā)酵乙醇偶合技術(shù)體系，并于2003年獲中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(ZL )。新技術(shù)降低了液體中多余的游離纖維素酶，使纖維素酶用量和費(fèi)用降低；減少了纖維素固相酶解發(fā)酵剩余物中的廢水量；糖化與發(fā)酵在一個(gè)反應(yīng)器中不同間隔區(qū)域進(jìn)行，便于協(xié)調(diào)糖化與發(fā)酵最佳溫度；克服了固相狀態(tài)不利于快速乙醇發(fā)酵的不足；實(shí)現(xiàn)了酶解糖化、液體發(fā)酵乙醇、吸附分離三重耦合過(guò)程，降低了乙醇生產(chǎn)成本。直接微生物轉(zhuǎn)化(direct microbial conversion，DMC)，可將纖維素酶生產(chǎn)、水解和發(fā)酵組合在一步里完成。這就要求纖維素酶生成和乙醇發(fā)酵都由一種微生物或一個(gè)微生物群體來(lái)施行。 半纖維素可轉(zhuǎn)化為乙醇、木糖醇及其衍生物。木質(zhì)纖維質(zhì)原料中的半纖維素在預(yù)處理階段，幾乎完全直接水解為以木糖為主、還包括少量的阿拉伯糖等的五碳糖。木糖可發(fā)酵生成乙醇，也可用于生產(chǎn)木糖醇等高附加值產(chǎn)品。 木糖用于發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。尋求將五碳糖高效轉(zhuǎn)化為酒精的菌種成為木質(zhì)纖維素?zé)捴粕a(chǎn)乙醇研究的關(guān)鍵步驟之一。酵母菌是工業(yè)上生產(chǎn)乙醇的優(yōu)良菌株，但其只能發(fā)酵六碳糖，不能利用木糖。分
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