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《纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展.pdf》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、技術(shù)論壇中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展文/劉超超李海亮【摘要】纖維素將成為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料。隨著生產(chǎn)工藝的不斷研究,纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的預(yù)處理、糖化、發(fā)酵以及廢料的回收利用工藝都在不斷的革新。人們?cè)趯で蠼档屠w維原料生產(chǎn)燃料乙醇成本的方法,以盡快實(shí)現(xiàn)纖維原料生產(chǎn)的工業(yè)化?!娟P(guān)鍵詞】纖維原料預(yù)處理糖化發(fā)酵燃料乙醇作為一種生產(chǎn)工藝成熟、原料來(lái)源廣泛的替代能源越糖,最后由GL將纖維二糖水解為葡萄糖。此方法酶的消耗量大,糖化時(shí)間長(zhǎng),造成成本居高不下[4]。來(lái)越受到人們的關(guān)注。生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有三大類(lèi):糧食類(lèi)作物、經(jīng)濟(jì)
2、類(lèi)作物和木質(zhì)纖維素。目前,糧食類(lèi)作物的生產(chǎn)工藝最為2.3生物糖化成熟,美國(guó)就是主要以糧食作為生產(chǎn)燃料乙醇的主要原料的,但這生物糖化是將預(yù)處理后的纖維素利用微生物分泌的水解酶直接種方法生產(chǎn)必然要消耗大量糧食。據(jù)2003年相關(guān)統(tǒng)計(jì),全球乙醇總糖化,相當(dāng)于用微生物代替酶。這種方法可以避免使用大量的酶,有產(chǎn)量61%是以甘蔗和甜萊為生產(chǎn)原料,燃料乙醇生產(chǎn)大國(guó)巴西就是效的降低生產(chǎn)成本,但也存在較多的問(wèn)題,例如微生物的選育問(wèn)題,以甘蔗為主要原料,而歐盟則是以甜菜為主要原料。地球上每年大水解過(guò)程中雜菌的控制問(wèn)題等,這些都會(huì)使生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜化,因此約形成
3、1000億噸植物有機(jī)物,是自然界分布最廣、含量最多、價(jià)格這種方法目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。低廉,而又未得到充分利用的可再生資源之一,利用價(jià)廉而來(lái)源廣3.菌種的選育方法泛的纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇將對(duì)解決能源危機(jī)起到重要作用。美國(guó)乙醇發(fā)酵的菌種主要是酵母菌和細(xì)菌,細(xì)菌研究的較多的是運(yùn)可再生燃油協(xié)會(huì)指出,美國(guó)科學(xué)家正在接近于發(fā)明將纖維素材料加動(dòng)發(fā)酵單胞菌。目前菌種的選育方法除了從自然界中篩選外,主要工成乙醇有效辦法,但這種辦法進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)可能要在5-6是通過(guò)基因工程的手段構(gòu)建基因工程菌。主要是構(gòu)建酵母工程菌和年之后才能實(shí)現(xiàn)[7]。細(xì)菌工程菌
4、。實(shí)驗(yàn)證明將木酮糖激酶基因XKS1克隆到已含有1.纖維原料的預(yù)處理工藝XYL1和XYL2基因的釀酒酵母轉(zhuǎn)化子中,構(gòu)建新的釀酒酵母,乙醇目前纖維素的預(yù)處理工藝主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)結(jié)的產(chǎn)率明顯提高。這種釀酒酵母既可以單獨(dú)利用木糖和葡萄糖,也合法和生物法四大類(lèi)。能實(shí)現(xiàn)兩種糖的共同利用。此外,細(xì)菌和真菌的纖維素酶基因已成物理法主要包括機(jī)械粉碎、高溫分解、微波或超聲波、液相熱水功的引入釀酒酵母中,并成功的表達(dá);將木糖異構(gòu)酶、木酮糖激酶、預(yù)處理等?;瘜W(xué)法是目前研究的最多的方法,主要有酸處理、堿處轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶催化的木糖代謝途徑,引入運(yùn)動(dòng)
5、發(fā)酵單胞菌,成功理、有機(jī)溶劑處理、氧化處理等。物理化學(xué)法則主要有蒸汽爆裂、氨發(fā)酵木糖生成乙醇。將質(zhì)粒pZB5轉(zhuǎn)化至運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌菌種ZM4纖維爆裂、CO2爆裂等。其中CO2爆破、臭氧處理、有機(jī)溶劑處理、氧(ATCC31821)中,得到了重組菌ZM4(pZB5),可發(fā)酵木糖和葡萄糖的化處理等方法,很少被應(yīng)用,報(bào)道不多?;旌咸恰I锓ㄊ切屡d的預(yù)處理方法,常用于降解木質(zhì)素的真菌是木腐此外,日本開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目使用新型育種技術(shù)—“細(xì)胞表層顯示技術(shù)”,可以培育出具有這些功能的新型高效乙醇發(fā)酵微生物[5]。菌,通常是白腐菌、褐腐菌和軟腐菌。其中,軟腐菌
6、的木質(zhì)素分解能力很低,褐腐菌只能改變木質(zhì)素的性質(zhì)而不能分解木質(zhì)素,只有白4.發(fā)酵工藝腐菌分解木質(zhì)素的能力較強(qiáng)。目前國(guó)際上研究最多并表現(xiàn)出有效降目前纖維素的發(fā)酵工藝主要有先糖化后發(fā)酵(SHF)、邊糖化邊解能力的白腐真菌是黃孢原毛平革菌。白腐菌處理法作用條件溫發(fā)酵(SSF和SSCF)、生料發(fā)酵、固定化發(fā)酵、混合菌種發(fā)酵、非等溫同和,能耗低,具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但處理時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)周期長(zhǎng),距實(shí)現(xiàn)工步糖化發(fā)酵法(NSSF)、高濃度發(fā)酵、液化糖化連續(xù)發(fā)酵工藝、聯(lián)合生物加工工藝(CBP)等[8]。以下主要介紹幾種方法,其余方法研究較,早業(yè)化生產(chǎn)還有一定
7、距離。因此,用基因工程對(duì)白腐菌進(jìn)行改良,篩選不含纖維素酶、半纖維素酶的木質(zhì)素降解菌,將有助于拓展生物預(yù)多都報(bào)道。處理的應(yīng)用[1]。4.1混合菌種發(fā)酵2.糖化工藝混合菌種發(fā)酵法是利用多碳源發(fā)酵乙醇的菌株發(fā)酵葡萄糖、木2.1酸法糖化糖、阿拉伯糖等單糖和寡糖的混合物。不過(guò),碳源利用率低,乙醇產(chǎn)酸法糖化可分為稀酸法和濃酸法。稀酸法時(shí)纖維素上的氧原子率低,工藝及設(shè)備滿足代謝上有困難,可采用氣升柱發(fā)酵木糖和溢和溶液中的氫離子相結(jié)合,變得不穩(wěn)定,易和水反應(yīng),長(zhǎng)鏈即在此處流柱發(fā)酵葡萄糖的串聯(lián)發(fā)酵工藝。斷裂,從而實(shí)現(xiàn)纖維素長(zhǎng)鏈的連續(xù)解聚,分解為葡萄糖。
8、通常分為兩4.2液化糖化連續(xù)發(fā)酵工業(yè)個(gè)步驟:第一步用較低溫度分解半纖維素為木糖;第二步用較高溫目前連續(xù)法日本采取細(xì)胞表層顯示、凝集性酵母技術(shù)的無(wú)蒸度分解纖維素為葡萄糖。在較低溫度下纖維素可完全溶解在硫酸煮、長(zhǎng)期連續(xù)發(fā)酵法