【正文】 短了發(fā)酵時間，但仍需二種微生物的分別作用，自 20 世紀八十年代以來，直接發(fā)酵法得到國內(nèi)外同行的重視，它是僅利用一種微生物產(chǎn)生的纖維素酶和半纖維素酶酶解產(chǎn)生的糖仍由同一株菌來完成發(fā)酵的過程，此方法工藝簡單，歷時短，對纖維性材料的生物法全利用有很大實際意義。11 / 29對于纖維材料的生物利用總的來說可分為二類：一類是先經(jīng)纖維素酶或半纖維素酶水解產(chǎn)生葡萄糖、木糖等發(fā)酵性糖，再由另外一類微生物(如酵母菌)發(fā)酵產(chǎn)生乙醇等物質(zhì)，即二步發(fā)酵法；第二類是經(jīng)過一個步驟即可將纖維性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇，其中又分為有二種微生物參與的同時糖化發(fā)酵和僅用一個菌株的直接發(fā)酵法兩種。（4）發(fā)酵發(fā)酵是在無氧條件下，微生物（即酵母菌）分解葡萄糖等有機物，產(chǎn)生酒精和二氧化碳等不徹底氧化產(chǎn)物,同時釋放出少量能量的過程。一般認為主要包括三類酶組分：內(nèi)切葡聚糖酶(EG)、外切葡聚糖酶（CBH）和纖維二糖酶（CB）。雖然植物纖維原料在蒸汽爆碎過程中的詳細變化還不十分清楚，但在蒸汽爆碎過程中，將發(fā)生以下變化：細胞結(jié)構(gòu)破環(huán)；纖維素結(jié)晶度和聚合度下降；半纖維素通過自水解作用轉(zhuǎn)變成單糖和寡糖；纖維素半纖維素木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)破壞；部分木質(zhì)素的 β芳醚鍵斷裂且木質(zhì)素發(fā)生部分縮合作用。蒸汽爆碎預(yù)處理的機理目前還不十分清楚，瑞典隆德大學的 puri 認為，在蒸汽爆碎過程中，醋酸自水解是一個十分重要的反應(yīng)。因此，物理法、化學法、生物法都不適合作為工業(yè)化生產(chǎn)的表 2 植物纖維原料的預(yù)處理方法物理法 化學法 生物法 　聯(lián)合法射線處理　 鹽酸水解　　 白腐菌　 　蒸汽爆碎法機械磨碎法 　 硫酸水解 高溫機械磨碎法　　　　　 醋酸水解 堿機械磨碎法 氫氧化鈉 二氧化硫蒸汽爆碎法預(yù)處理方法。植物纖維原料預(yù)處理的方法很多，包括物理法、化學法、生物化學法以及以上幾種方法的聯(lián)合作用，各種預(yù)處理的方法如表 2。（2）預(yù)處理 表 1 植物纖維原料的組成(單位：％，干基)原 料 纖維素 戊聚糖 木質(zhì)素 苯醇提取物 灰分玉米桿 稻 草 樺 木 紅 松 25 云 杉 ?？捎糜谵D(zhuǎn)化成酒精的生物質(zhì)資源除農(nóng)作物秸桿外，還包括針葉材、闊葉材、森林加工剩余物、農(nóng)林廢棄物以及城市纖維垃圾等，其原料成分分析如表 1。木質(zhì)素是以苯丙基為基本結(jié)構(gòu)單元連接而成的高分8 / 29枝多分散性高聚物,非常難于被降解。纖維素的化學組成十分簡單，是由 βD 一葡萄糖通過β—1，4苷鍵連接而成的線型結(jié)晶高聚物，它容易被纖維素酶水解，產(chǎn)生葡萄糖，進而通過發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，是生產(chǎn)農(nóng)作物秸稈燃料乙醇的主要物質(zhì)，其含量約占總量的 40%～50％。生產(chǎn)技術(shù)概述以秸桿為原料生產(chǎn)乙醇的工藝為：秸稈→預(yù)處理(有酸處理法、蒸汽爆破法、濕氧化法等)→水解工藝(有稀酸、濃酸、酶水解) → 發(fā)酵 (有同步糖化發(fā)酵法、固定化細胞發(fā)酵、木糖發(fā)酵)→出池→蒸餾→脫水→變性處理→燃料乙醇。中糧集團 500 t/a 纖維素中試裝置于 2022 年 11 月 22 日一次試車成功，在世界上首次將連續(xù)汽爆技術(shù)應(yīng)用于纖維乙醇生7 / 29產(chǎn)，所用纖維素酶是中糧集團與丹麥諾維信公司聯(lián)合開發(fā)的，從試驗結(jié)果看各項技術(shù)指標均達到國際先進水平。這一生產(chǎn)線的建設(shè)與投入使用，將使得利用農(nóng)作物秸稈類纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇成為現(xiàn)實，其意義非常深遠。2022 年 8 月，河南天冠集團開始建設(shè)年產(chǎn) 3000 噸的纖維素乙醇項目。美國能源部也支持了一個投資巨大的纖維素乙醇中試及產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)項目，旨在利用木材、稻草、玉米秸等纖維素廢料生產(chǎn)燃料乙醇，其中僅發(fā)展高效纖維素水解酶技術(shù)的公司就獲得能源部的 3200 萬美元的政府撥款資助。殼牌投資 4600 萬美元，建設(shè)年產(chǎn) 20 萬 t 燃料乙醇的商業(yè)化生產(chǎn)線。目前燃料乙醇生產(chǎn)存在原料消耗、能耗高，轉(zhuǎn)化率、收率低的問題，應(yīng)開發(fā)高效的發(fā)酵6 / 29和分離提取技術(shù)和工藝，降低原料消耗和能耗，提高轉(zhuǎn)化率和收率。纖維素酶存在生產(chǎn)效率低和生產(chǎn)成本高的問題，目前生產(chǎn) 1gal(1gal=)乙醇纖維素酶的費用為 30～50 美分，必須研究開發(fā)高活性的纖維素酶，使纖維素酶的成本降到 5 美分/gal 乙醇才具競爭力。農(nóng)林廢棄物的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，只有纖維素能被降解轉(zhuǎn)化為乙醇，因此要開發(fā)高效的原料預(yù)處理技術(shù)，從農(nóng)林廢棄物中獲得最大量的纖維素。目前國內(nèi)所進行的中試研究，每噸燃料乙醇消耗原料都在 6t 以上，生產(chǎn)成本在50006500 元/t，還不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。與酸水解相比，酶水解可在常壓下進行，能量消耗低，產(chǎn)率較高。這些研究為以農(nóng)林廢棄物作原料生產(chǎn)燃料乙醇打下了良好的基礎(chǔ)。清華大學也完成了以秸稈為原料制備燃料乙醇的中試。山東大學開發(fā)了從原料玉米芯生產(chǎn)低聚木糖、木糖醇的技術(shù)，以廢渣為原料的乙醇收率高達 20%以上，已完成了 3000t/a中試。利用灰綠曲霉對甘蔗渣、稻草秸稈進行分解，蔗糖的轉(zhuǎn)化率可達40%，稻草秸稈的轉(zhuǎn)化率達 45%。中科院過程所開發(fā)了秸稈酶解發(fā)酵燃料乙醇新技術(shù)，在不加酸堿的秸稈汽爆處理技術(shù)、秸稈固相酶解發(fā)酵氣提分離乙醇耦合體系和纖維素酶固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)等方面取得了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，并完成了 3000t/a 秸稈發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的中試。以秸桿為原料生產(chǎn)乙醇是國內(nèi)外十分關(guān)注的課題。我場秸桿資料更加豐富，除少部分還田和做為生活燃料外，大部分焚燒了，造成了環(huán)境的污染和資源的浪費。目前，我國秸稈的主要用途是造紙、飼料、農(nóng)村生活能源，還有一部分用來還田造肥，另有約 %的秸稈被廢棄或焚燒。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約為 7 億噸／年，居世界首位。無水乙醇添加適量變性劑后形成變性燃料乙醇，再把變性燃料乙醇和汽油以一定的比例混配形成車用乙醇汽油(將乙醇按 10%～15% 的比例加入汽油中作為燃料，現(xiàn)有發(fā)動機不經(jīng)過任何改裝即可正常運行)。秸桿燃料乙醇以玉米、水稻等農(nóng)作物秸桿為原料，經(jīng)預(yù)處理、水解、發(fā)酵、蒸餾和脫水等工藝而制成。燃料乙醇的使用不僅減少了該國對進口石油的依賴，還為該國創(chuàng)造 500 萬人的就業(yè)機會。事實上，自 20 世紀 60 年代第一次能源危機以后，許多發(fā)達國家和部分發(fā)